Das Material macht’s

Werkstoffe

Kabel – Kabel ist nicht gleich Kabel und Stecker nicht gleich Stecker. Bei den Materialien gibt es aber große Unterschiede mit Vor- und Nachteilen je nach Anwendung. Worauf sollten Konstrukteure achten? Was können Hersteller wie Lapp bieten?

14. März 2018

Was ist besser: ein Kabel mit PUR-Mantel oder eines mit PVC? Und wie sieht es bei Steckergehäusen aus: Edelstahl, Zink-Druckguss, Kunststoff oder ein anderes Metall? Wer auf diese Fragen eine klare und allgemeingültige Antwort erwartet, wird enttäuscht sein. Denn bei der Auswahl der richtigen Kabelmaterialien gibt es keine allgemeingültigen Regeln, entscheidend ist immer die Anwendung. Konstrukteure, die sich mit der Auslegung von Leitungen befassen, sollten sich deshalb Zeit nehmen und auf Know-how eines erfahrenen Herstellers wie Lapp vertrauen. Denn jede Lösung ist immer nur so stark wie ihr schwächstes Glied – und das ist häufig ein ungeeigneter Werkstoff.

In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie etwa sind Materialien gefragt, auf denen Bakterien keinen Halt finden und die nicht aufweichen, wenn sie mit heißem Dampf und aggressiven Reinigungsmitteln traktiert werden. In Zugwaggons müssen sie dagegen vor allem strenge Normen zum Brandschutz einhalten. Die Anforderungen sind also vollkommen unterschiedlich, dementsprechend werden auch unterschiedliche Werkstoffe verwendet. Und diese Unterschiede setzen sich zudem auch bei Steckern, Kabeldurchführungen, Dichtungen und weiterem Zubehör fort.

Wo die Brandgefahr hoch ist, ist flammwidriges Isolationsmaterial notwendig. Der einfachste Weg zu gutem Flammschutz sind Halogene, die dem Kunststoff beigemischt werden. Dazu sind wenig Additive nötig, die mechanischen Eigenschaften werden nur wenig beeinträchtigt. Wo sich Menschen aufhalten, etwa in Bussen, haben Halogene aber den großen Nachteil, dass sie bei Brand giftige Rauchgase bilden, die sich mit dem Löschwasser der Feuerwehr zu ätzenden Dämpfen verbinden.

Alternative zu Halogenen

Eine Alternative sind HFFR-Kunststoffe, die toxisch unbedenklich sind, aber einen Füllgrad bis zu 60 Prozent brauchen und damit die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs beeinträchtigen können. Ein neuer Trend sind daher sogenannte Synergisten: Kombinationen aus zwei Stoffen, die gemeinsam einen besseren Flammschutz erbringen als jeder der beiden Ausgangsstoffe alleine. Bei einer Kombination aus dem halogenfreien Aluminiumtrihydrat und Silanverbindungen wird dem Feuer Energie entzogen und es bildet sich eine Schutzschicht aus verbranntem Material. Der Mantel des Kabels hat keine elektrische Funktion, er schützt das Innere vor Umwelteinflüssen wie Abrieb, Chemikalien, Reinigungsmittel, UV-Licht oder Temperatur. Je nach Anwendung müssen Leitungen gegen Schmieröl, Fette, Reinigungsmittel oder weitere Medien immun sein.

Für den Maschinenbau gibt es heute bewährte Mäntel aus Polyvinylchlorid oder Polyurethan (PUR). PUR ist das Arbeitspferd bei Mantelmaterialien. Seine chemischen Bindungen gehören zu den festesten, die es gibt. Allerdings ist die Verarbeitung schwierig, weil sich der Mantel schlecht schneiden lässt, und PUR ist brennbar und teuer. Die hohe Widerstandsfähigkeit von PUR und die einfache Verarbeitung von PVC vereinen zum Beispiel die Leitungstypen Ölflex 408P und Ölflex 409P von Lapp aus Stuttgart, die über einen PUR-Außenmantel und eine Zwickel füllende Funktionsschicht aus PVC verfügen.

Die Lebensmittelindustrie interessiert sich für die Beständigkeit gegen biologische Einflüsse wie Mikroben oder Pilze. In Käsereien dauert es mitunter nur Monate, bis die Bakterien, die den Käse reifen lassen, ein herkömmliches Kabel zersetzen und es zu Kurzschlüssen kommt. Dagegen gibt es Mantelmaterialien aus Spezial-TPE – wie bei den Robust-Leitungen von Lapp, auf denen Mikroben kaum Halt finden und die sich leicht reinigen lassen. Grundlage ist eine ausgeklügelte Mischung von Additiven, die mikroskopische Lücken im Material füllen und die auch bei intensiver Reinigung mit dem Dampfstrahler in der Kunststoffmatrix gebunden bleiben.

Der richtige Edelstahl

Bei Systemprodukten rund ums Kabel ist Edelstahl das Material der Wahl, wenn Kabel- oder Schlauchdurchführungen sowie Steckergehäuse Chemikalien oder Reinigungsmitteln widerstehen sollen. Gerade in der Lebensmittelindustrie führt oft kein Weg an Edelstahl vorbei: Er rostet nicht, und es gibt keine Beschichtung, die irgendwann abblättern könnte. Doch beim Einsatz von hypochloriger Säure in der Lebensmittelindustrie wird gängiger V2A-Edelstahl angegriffen und ist deshalb für viele Anwendungen nicht ideal. Für solche Fälle gibt es mit V4A eine widerstandsfähigere Legierung, die extrem hart ist und Schlägen oder der Reinigung mit harten Bürsten widersteht.

Edelstahl ist allerdings recht aufwendig zu bearbeiten. V4A ist bei unbehandelter Oberfläche rau, die Reibung ist hoch. Eine Schraube aus V4A-Stahl würde in einem V4A-Gewinde steckenbleiben. Wie etwa bei der EHEDG-zertifizierten Kabelverschraubung Skintop Hygienic unterzieht Lapp seine Produkte aus V4A-Edelstahl einer speziellen Oberflächenbehandlung, die die Reibung verringert. Auf einer rauen Oberfläche setzen sich zudem Verunreinigungen fest. Eine geringe Oberflächenrauheit ist also wichtig, um eine problemlose und vollständige Reinigung zu gewährleisten.

Rechtecksteckverbinder aus Edelstahl sind wegen der schwierigen Bearbeitung allerdings nicht bezahlbar. Deshalb ist Lapp mit dem Epic Ultra einen anderen Weg gegangen: Das Gehäuse des Rechtecksteckers besteht aus vernickeltem Zink-Druckguss. Dieses Material ist korrosionsbeständig, etwa im Salznebel auf Ölbohrplattformen oder eben auch in der Lebensmittelindustrie.

Manche Anwender weichen auf Kunststoffgehäuse aus, die zum Teil auch widerstandsfähig sind gegen Säuren und Laugen. Allerdings ist die mechanische Beständigkeit von Kunststoffen geringer als bei Metallen, und verformte Gehäuse werden undicht – ein »No-Go« angesichts der häufigen Reinigungen in der Lebensmittelindustrie. In Anwendungen, wo die elektromagnetische Verträglichkeit wichtig ist, ist Kunststoff ohnehin ungeeignet beziehungsweise müsste zum Schutz vor Störungen mit Metall beschichtet werden.

Wo Metall auf Metall stößt, sitzt in der Regel eine Dichtung. Sie muss in Bezug auf Temperatur- und Medienbeständigkeit vergleichbare Eigenschaften haben wie die Materialien, aus denen die anderen Komponenten der Steckverbinder oder Verschraubungen bestehen, sonst wird sie zum schwachen Glied der Kette. Fast perfekt ist hier Fluorkarbon-Kautschuk (FKM). Er ist beständig gegen Witterung, Alterung und Ozon sowie gegen Chemikalien und hält Temperaturen bis 200 Grad Celsius aus. Wenn die Umgebungsbedingungen moderat sind, ist auch Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) eine gute Alternative. mk

Erschienen in Ausgabe: 02/2018