Bild 1: Langzeittests im hauseigenen Labor haben gezeigt, dass die Chainflex-Servo- und Motorleitungen von Igus mit dem neuen Isolationswerkstoff den besonderen thermischen und elektrischen Anforderungen der neusten Motorengenerationen standhalten (Quelle: Igus GmbH)
Die Leitungstheorie in der Physik beschreibt eine elektrische Leitung als elektrischen Vierpol, mit Induktivitäts-, Kapazitäts-, Widerstands- und Ableitungsbelag. Mit anderen Worten, jede elektrische Leitung weist, abhängig von ihrem Aufbau und den verwendeten Werkstoffen eine gewisse Induktivität, eine Kapazität und einen ohmschen Widerstand auf. Während der rein ohmsche Widerstand im industriellen Umfeld hauptsächlich vom Leitwert des Leiterwerkstoffs (meist Kupfer), dessen Querschnitt und Länge abhängt, werden die kapazitiven Werte stark vom Isolationswerkstoff beeinflusst. So können zwei gleiche Leitungen mit identischen Leiteraufbauten bei gleicher Länge und elektrischem Querschnitt mit verschiedenen Isolationswerkstoffen völlig unterschiedliche kapazitive Eigenschaften aufweisen.
Isolationswerkstoff als zentraler Kapazitätsfaktor
Obwohl der eingesetzte Isolationswerkstoff eine elementare Rolle für die Kapazität spielt, werden sehr viele Leistungs-, Motor- und Servoleitungen noch immer auf dem Markt mit klassischen PVC-Isolierungen hergestellt. Dieses Material besitzt viele gute Eigenschaften: es ist günstig und lässt sich leicht verarbeiten, weist aber auch eine extrem hohe Dielektrizitätszahl (εr) auf. Das bedeutet, dass der Isolierstoff die Kapazität der Leitung erhöht und so viel unnötige Energie zum Laden und Entladen der Leitungskapazitäten aufgebracht werden muss. Das führt letztendlich zu höheren Verlusten und höheren Schaltungenauigkeiten des Gesamtsystems. Kurz gesagt: Die relativ hohe Dielektrizitätszahl von PVC hat den Nachteil, dass der Kapazitätsbelag wesentlich höher ist, als bei der Verwendung von niederkapazitiven Isolationswerkstoffen mit einem wesentlich niedrigeren εr.
Sichere Leitungen für hochfrequente Antriebe
Die heutige Generation der frequenzgeregelten Antriebe (VFD) verändern unter anderem ihre Drehzahl über die Veränderung der Frequenz der Antriebsspannung. Wenn nun in einer solchen hochfrequenten Steuerung eine Leitung mit hohem Kapazitätsbelag betrieben wird, geht eine nicht zu unterschätzende Menge an Energie alleine für die Kapazität der Leitung verloren. Dies kann im ungünstigsten Fall zu unerwünschten Reflexionen und Spannungsüberlagerungen führen. Die Lösung liegt hier in niederkapazitiven Isolationswerkstoffen. Igus bietet schon seit über 15 Jahren für seine Chainflex-Motor- und -Servoleitungen für den Einsatz in der Energiekette Werkstoffe aus Hochleistungspolymeren an. Diese besitzen ein niedrigeres εr mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand.