Hohe Lebensdauer von TPE-Leitungen verbessert Brandschutz Halogenfreie TPE-Leitungen mit UL-Zulassung

Von Silvano Böni

Bis anhin war die Flammwidrigkeit bei Leitungen die zentrale Grösse, um eine UL-Zertifizierung zu erhalten. Zulassung erhielten deswegen nur Produkte, die mit Flammschutzmitteln wie beispielsweise Chlor, Fluor oder Brom versehen sind. Nun zeigt Igus, dass auch halogenfreie TPE-Mantelwerkstoffe die Rahmenbedingungen für eine Zulassung nach AWM erfüllen.

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Im 3800 Quadratmeter grossen Igus Testlabor werden die High-End Leitungen dauergetestet. Die Ergebnisse überzeugten die UL-Prüfer.
Im 3800 Quadratmeter grossen Igus Testlabor werden die High-End Leitungen dauergetestet. Die Ergebnisse überzeugten die UL-Prüfer.
(Bild: Igus)

Maschinenbrände stehen nach Angaben der US-amerikanischen National Fire Protection Association (NFPA) in den USA auf Platz 4 der Brandursachen im industriellen Umfeld; dicht gefolgt von Bränden, die sich auf elektrische Ursachen zurückführen lassen. Analysen der NFPA stellen fest: Bei nicht klassifizierten Bränden in Produktionsgebäuden waren entflammbare oder brennbare Flüssigkeiten oder Gase, Rohrleitungen oder Filter führend, schlossen aber auch Brände ein, die durch elektrische Draht- oder Kabelisolierungen ausgelöst wurden. Ursächlich sind neben losen Klemmverbindungen auch Überlastung und Kabelbrüche. Besonders gefährdet sind deshalb Leitungen, die dauerhaften Bewegungen und kleinsten Biegeradien ausgesetzt sind. Liegen solche Rahmenbedingungen vor, müssen an solchen Applikationen Leitungen zum Einsatz kommen, deren Mantelwerkstoffe dieser Dynamik über sehr lange Zeiträume gewachsen sind.

Ein besonderes Augenmerk darauf legt der Leitungsspezialist Igus. Das Unternehmen entwickelt und testet seit über 30 Jahren Leitungen für bewegte Anwendungen, deren unterschiedliche Typen über verschiedene Verseilarten, Litzen- und Mantelwerkstoffe an verschiedene elektrische und mechanische Herausforderungen der Kunden im industriellen Umfeld angepasst sind. Entstanden ist so ein Produktportfolio aus verschiedenen Leitungstypen mit unterschiedlichen Mantelwerkstoffen aus PVC, IgusPUR, PUR und TPE, die in jeder Ausführung die gleichen elektrischen Eigenschaften garantieren. Die sehr unterschiedlichen Mantelwerkstoffe für Leitungen eröffnen Kunden alle Möglichkeiten für völlig unterschiedliche und sehr spezifische Anwendungen. Bei Igus kategorisiert man die Mantelwerkstoffe für die Chainflex-Leitungen unter anderem unter Zuhilfenahme der Medienbeständigkeit, der Temperaturbeständigkeit, der Biegefestigkeit und nach den Eigenschaften «flammwidrig» oder «halogenfrei». Viele Tausend Testreihen und über 25 Jahre Erfahrungen im Feld führten zu der Erkenntnis, dass die Igus-TPE-Mantelmischungen die mit Abstand höchste Bruchfestigkeit bei einer hohen Biegebelastung und bei kleinen Biegeradien innerhalb einer Energiekette aufweisen.

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Bisherige Grenzen für den Einsatz halogenfreier TPE-Leitungen

Zwei verschiedene TPE-Mantelmischungen hat Igus für sein Chainflex-Leitungsprogramm im Portfolio. Wodurch aber unterscheiden sich diese zwei Mantelmischungen aus chemischer Sicht? Grundsätzlich basieren beide TPE-Mantelwerkstoffe auf der gleichen chemischen Struktur. Der Unterschied zeigt sich in der Beimischung von Flammschutzmitteln. Es existiert eine sogenannte «flammwidrige TPE-Mischung» und eine originale «halogenfreie TPE-Mischung». Die beigemischten, halogenhaltigen Flammschutzmittel, die dazu dienen, einen Werkstoff flammwidrig auszuführen, verändern aber immer auch die Grundeigenschaften eines Werkstoffes. Insbesondere in Bezug auf das Verhalten in hoch dynamischen Anwendungen. Und damit verschiebt sich die maximale Belastungsgrenze von Leitungen und damit deren Mantel-Lebensdauer vor dem Bruch. Diese Fakten galt es zu berücksichtigen, da Igus für jede Leitung, die exakt für einen spezifischen Einsatzzweck konstruiert/ausgelegt ist, eine Lebensdauergarantie abgibt. Der Anspruch: Jedem Kunden ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis über den gesamten Produktlebenszyklus einer Maschine garantieren. Um dieses Dilemma und den Widerspruch «höchstmögliche Biegefestigkeit vor Bruch oder Flammwidrigkeit» aufzulösen, musste Igus gegenüber der UL den Nachweis erbringen, dass die halogenfreien TPE-Mantelwerkstoffe von Igus den flammwidrigen Leitungen in puncto Brandschutz zwar nachstehen, aber in puncto Bruchfestigkeit und damit Dauerbiegefestigkeit um ein Vielfaches überlegen sind: Die halogenfreien TPE-Leitungen von Igus wirken der eigentlichen Ursache für einen Brand mehr entgegen, als die flammwidrigen Leitungen eine Ausbreitung eines Brandes vermindern, der zum Beispiel durch einen Mantelbruch entstanden ist. Damit war das Ziel klar definiert: ein eigener UL-AWM-Style für Leitungen aus halogenfreien TPE-Mantelwerkstoffen. Für eine mögliche Zertifizierung mussten die Ingenieure von Igus allerdings erst einmal Überzeugungsarbeit leisten. Denn bisher galt ja beim Thema Brandschutz, dass die Flammwidrigkeit bei Leitungen die zentrale Grösse ist, um eine UL-Zertifizierung zu erhalten. Zulassung erhielten deswegen nur Produkte, die mit Flammschutzmitteln wie beispielsweise Chlor, Fluor oder Brom versehen sind. Die Igus-Leitungsentwickler zeigten hingegen in ihrer Argumentation auf, dass auch halogenfreie TPE-Mantelwerkstoffe die Rahmenbedingungen für eine Zulassung nach AWM erfüllen. Das Unternehmen erhielt daraufhin die Zulassung und ist aktuell der erste Hersteller, der auch für halogenfreie High-End-TPE-Leitungen UL-AWM-Zertifikate bekommt. Ein Novum. Grundlage für diese Entscheidung war eine Gegenüberstellung von Brandschutzsicherheit und sicherer Funktionalität einer Leitung: Die UL spezifiziert für eine Zulassung folgende Voraussetzungen: Leitungen müssen die maximale Sicherheit gewährleisten und die Ausbreitung eines Brandes in einer Anwendung verhindern. Die Experten von Igus wiesen den Underwriters Laboratories nach, dass der Einsatz von halogenfreiem High-End-TPE frühzeitige Alterungsbrüche der Aussenmäntel bei dynamischer Anwendung zuverlässig vermeidet; ja nahezu gänzlich ausschliesst. Damit sind die spannungsführenden Adern auch unter maximaler Belastung geschützt und so sicher, dass bereits die Entstehung von Bränden ver­mieden werden kann. Die Tatsache, dass die Leitungen auch unter höchster Belastung und bei engsten Radien sicher eine Reduktion des Leitungsquerschnittes vermeiden, schliesst eine Erhöhung der Stromdichte und damit einer übermässigen Erwärmung der Leitung mit eventueller Schädigung der Isolierung sicher aus. Mit Erteilung einer eigenen UL-AWM-Zulassung für Chainflex-Leitungen mit High-End-TPE-Mänteln erkennt die UL also an, dass die Sicherstellung der Funktion bei Leitungen in der Bewegung von gleich hoher Relevanz ist wie alle Faktoren, die die Ausbreitung eines Brandes verhindern.

Langjährige Versuchsreihen beweisen eine höhere Lebensdauer

Im Rahmen der gemeinsamen Zulassungsarbeit mit UL, und der zuvor einhergegangenen jahrelangen Testreihen im grössten Labor für bewegte Leitungen, erbrachte Igus den Nachweis, dass man in der Lage ist, die maximale Lebensdauer der halogenfreien TPE-Leitungen und damit die garantierte Einsatzdauer um 25 Prozent zu erhöhen. Kontinuierliche Tests im hauseigenen Labor bilden seit jeher die Grundlage für technische Weiterentwicklungen, die Markterfordernissen gerecht werden müssen und Zukunftstrends aufgreifen. Parallel laufen auf knapp 3800 Quadratmetern auf 63 Versuchsanlagen unterschiedlichste Versuche, um zum Beispiel zuverlässige Aussagen zur Lebensdauer einer Leitung machen zu können. Neben circa 1,4 Millionen elektrischen Messungen zählen auch Tests in Klimakammern oder Aussenversuche dazu. Ob Dynamik, Schmutz, Hitze oder Kälte et cetera. Das Ziel ist immer, den Online-Lebensdauerrechner weiter mit aussagekräftigen, verlässlichen Daten für jede nur denkbare Applikation zu befüllen. So wie es jüngst für die maximale Lebensdauer der halogenfreien Leitungen realisiert werden konnte, die nun nachweisbar über eine 25 Prozent längere garantierte Einsatzdauer verfügen, und das sogar UL-verifiziert. Damit leistet Igus einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Maschinensicherheit. Denn die Belastbarkeit, Dauerbiegefestigkeit und Lebensdauer von Chainflex-Leitungen in der E-Kette bewiesen die zahlreichen Praxistests im hauseigenen Testlabor – und das nicht nur bei TPE-Leitungen. Bisher hatten Kunden bereits die Möglichkeit, aus 1044 Chainflex-Leitungen mit UL-Zulassung zu wählen. Mit der neuen Zertifizierung kommen jetzt über 200 TPE-Leitungen hinzu, sodass Igus nun ein nahezu vollständiges UL-zertifiziertes Programm anbieten kann. Davon profitieren Kunden in Europa durch die Halogenfreiheit ebenso wie diejenigen, die Maschinen für den nordamerikanischen Markt bauen, wo die UL-Zertifizierung der einzelnen Komponenten die geforderte Regel ist.

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