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PUR-Kabel im Nassbereich / Polyether oder Polyester-PUR


Immer wieder kommt es bei Polyurethankabeln im Ausseneinsatz oder im Einsatz auf Werkzeugmaschinen im Zusammenhang mit Wasser und Kühl- Schmiermitteln im Laufe der Zeit zu Defekten am Mantel und schliesslich zum Ausfall des Kabels. Äusserlich hat der Anwender ohne chemische Analyse keine Möglichkeit, die Qualität des eingesetzten Materials zu prüfen. Der Kauf von PUR-Kabeln ist somit Vertrauenssache, denn es gibt verschiedene Klassen von Polyurethanen.

Polyurethan ist als hochwertiges Mantelmaterial aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Ölen und Schmiermitteln ein seit vielen Jahren erprobter und geschätzter Werkstoff für Leitungen im Maschinen- und Anlagenbau. In den letzten Jahren hat sich der Einsatzbereich von Polyurethan stark erweitert, da es mit seiner guten Kälteflexibilität und der verstärkt verwendeten halogenfreien und flammwidrigen Materialien immer mehr die halogenhaltigen Neoprene und PVC aus Installationen in Nassräumen, im Ausseneinsatz sowie im Maschinenbau verdrängt. Hier ist jedoch Vorsicht geboten: Es gibt zwar Polyurethane, die Hydrolyse- und Mikrobenbeständig sind, doch aus Kostengründen werden nach wie vor oft Werkstoffe eingesetzt, die nicht über diese Eigenschaften verfügen.

Der Anwender sieht keinen Unterschied

Da der Materialunterschied auf molekularer Ebene liegt, ist er für den Anwender äusserlich nicht erkennbar und die Verwendung eines Kabels, das mit einem ungeeigneten Werkstoff ummantelt oder, schlimmer noch, isoliert wurde, entwickelt sich zu einer Zeitbombe, denn die Materialeigenschaft verschlechtert sich – je nach Umgebungsbedingungen – über einen Zeitraum von drei Monaten bis zu über einem Jahr. Die fehlende Hydrolyse- und Mikrobenbeständigkeit wirkte sich zum Beispiel auf einem Schlachthof für Geflügel aus:
Nach lediglich einigen Monaten im Einsatz, riss der Mantel. Zunächst überall an Biegestellen, wo das Kabel einer leicht erhöhten mechanischen Belastung unterworfen war. Die Kabel wurden überwiegend fest installiert, in Räumen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit  von  80…90%. Die finanziellen Folgen eines derartigen falschen Einsatzes sind drastisch. Alle PUR-Kabel mussten entfernt werden. Noch schlimmer wird es im Projektgeschäft: Ein bekannter Fall tauchte in Bordeaux bei der Verkabelung der Metro auf. In den feuchten Tunnels zeigte das Kabel die gleichen Symptome. Bei diesem Projekt gehen die Konventionalstrafen in die Millionen.

Hydrolysediagramm

PUR besteht aus molekularen Ketten

Auf der molekularen Ebene entsteht die Polymerkette von PUR aus der Reaktion mehrerer verschiedener Gruppen:
1. langkettige Diole
2. kurzkettige Diole
3. Diisocyanat.
Hierbei sorgen die langkettigen Diole für die Flexibilität des Materials. Die Reaktion der kurzkettigen Diole mit Diiscyanat zum eigentlichen Polyurethan gibt dem Material seine Stabilität. Der wesentliche Unterschied der für die Kabelproduktion eingesetzten Werkstoffe liegt in der Beschaffenheit der langkettigen Diole: Werden Polyetherdiole zur Polymerisation eingesetzt, ist das Polymer hydrolysebeständig, werden aber Polyestherdiole zur Polymerisation eingesetzt, ist es eben nicht beständig – und der Anwender erlebt im Extremfall die ober geschilderte Überraschung. Wenn Polyster-Polyurethane über einen längeren Zeitraum einer hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt werden, führt die Hydrolyse zu einem irreversiblen Bruch der Polyesterkette. Die von Pilzen und Bakterien abgegeben Enzyme brechen die Esterbindungen auf. Beide Effekte werden durch erhöhte Temperatur beschleunigt und oft treten sie in Zusammenwirkung auf, da eine feuchte Umgebung die Pilz- und Bakterienentwicklung fördert. Bei Raumtemperatur und normaler Luftfeuchtigkeit dagegen erfreut sich ein mit Polyester-Polyurethan ummanteltes Kabel eines langen Lebens. Da heute aber viele Kühl- und Schmiermittel auf Wasserbasis hergestellt werden, eignet sich das Material nicht gut für den Einsatz im Maschinenbau.

Tests im Wasserbad

Die beschleunigte Alterung des Materials wird regelmässig im Wasserbad bei +80°C getestet. Bereits nach etwa 20 Tagen nimmt die Dehnbarkeit des Polyester-PUR unter Zugbelastung messbar zu, als Folge einiger aufgebrochener Ketten wird das Material kurzzeitig etwas flexibler, bis schliesslich nach etwa 50 Tagen so viele Kettenbrüche vorhanden sind, dass das extrudierte Material unter Zugbelastung reisst. Nach 80 Tagen schliesslich ist das Material komplett zusammengebrochen. Das vergleichbare Polyether-PUR dagegen verhält sich stabil. Warum setzen Kabelhersteller weiterhin beide Polyurethantypen ein, wenn Polyether-PUR so deutliche Vorteile hat? Wie so oft sind Preisgründe dafür verantwortlich. Polyether-PUR kostet 50…100% mehr als die vergleichbare Alternative Polyester-PUR. Bei einem ungeschirmten Kabel mit PVC-Adern und Polyether-PUR-Mantel macht der Mantel nicht selten etwa 50% von den Rohstoffkosten aus, sodass diese Kabel schliesslich rund 25% teurer ist als das vergleichbare Kabel mit Polyester-PUR-Mantel.

Eigenschaften schriftlich bestätigen lassen

Der Kauf von Polyurethankabeln ist in erster Linie Vertrauenssache. Ein Händler, der verantwortungsbewusst mit seinen Kunden umgeht, kennt die eingesetzten Materialien und wird diese auch schriftlich bestätigen. Der Kunde muss bei Kauf von Leitungen achten, wo er sie einsetzen will. So sind PUR Steuerkabel Allzweckleitungen, die auch für den Einsatz in Nassräumen geeignet sind. Schleppketten- und Servoleitungen hingegen wurden für den Einsatz unter normalen industriellen Bedingungen entwickelt. Wenn der Kunde eine kritische Anwendung hat – sei es der Einsatz in feuchter Umgebung (z.B. Waschanlagen) oder möglicher Pilz- und Mikrobenbefall, zum Beispiel bei einer Kompostieranlage – sollte er nach speziellen Ausführungen fragen. Ein Sonderkabel ist im Anschaffungspreis sicherlich teurer als die Standardlösung, doch ist die Preisdifferenz vernachlässigbar im Vergleich zu den Kosten von Maschinenstillstandszeiten, Produktionsausfall, dem Herausreissen von defekten Kabeln und der erneuten Installation des teureren Sonderkabels. Vom damit verbunden Ärger und den Umtrieben gar nicht zu reden.