Kriterien für die Auswahl von Kabeln und Drähten

Das Design von Kabeln und Drähten ist heute weit mehr als eine einfache Komponentenentscheidung. Im Mittelpunkt steht ein ganzheitliches Systemdenken, das die Art der Installation - statisch oder dynamisch -, elektrische und mechanische Belastungen sowie Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit miteinander verbindet. Wird dieser Ansatz ignoriert, drohen Ausfälle, Energieverluste und unnötig hohe Kosten.

In Zeiten der Elektrifizierung, der zunehmenden Datenübertragung und des wachsenden Nachhaltigkeitsdrucks werden Kabel schnell zu kritischen Komponenten. Es sind nicht mehr nur die auf einem Datenblatt aufgeführten Parameter, die Ausfälle, Performance und Lebensdauer bestimmen. Eine fehlende Berücksichtigung der Systemebene kann auch dazu führen, dass die neuesten technischen Innovationen der Hersteller nicht voll genutzt werden können. Namhafte Unternehmen wie LAPP, Igus, HELUKABEL und Belden haben ihre Geschäftsmodelle entsprechend ausgerichtet und behandeln Kabel und Drähte als integrale Bestandteile des Gesamtsystems unter Berücksichtigung aktueller technologischer Trends.

Neue Anwendungsbereiche, neue Anforderungen

Eine wichtige Entwicklung, die sich auf Kabel und Drähte auswirkt, ist die fortschreitende Elektrifizierung industrieller Anwendungen von der Produktion über die Intralogistik bis zur Ladeinfrastruktur. Dadurch steigen die Anforderungen an Strombelastbarkeit, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer erheblich. Gleichzeitig gewinnen Gleichstromanwendungen (DC) an Bedeutung, zum Beispiel in industriellen Gleichstromnetzen und Hochleistungslade- und Antriebskonzepten.

Ein weiterer Trend ist die Funktionsverdichtung: Kabel erfüllen heute oft mehrere Aufgaben gleichzeitig, einschließlich der kombinierten Übertragung von Strom und Daten in Hybridkabeln. Darüber hinaus gibt es eine wachsende Nachfrage nach einer vereinfachten Installation und einer höheren Systemverfügbarkeit.

Auch bei dynamischen Anwendungen steigen die Anforderungen. Höhere Geschwindigkeiten, größere Beschleunigungen, engere Biegeradien und längere Verfahrwege stellen immer höhere Anforderungen an die Kabelkonstruktion in beweglichen Systemen. Gleichzeitig nimmt der Anteil der datenintensiven Leitungen weiter zu. Bussysteme wie Industrial Ethernet oder PROFINET haben längst Einzug in Kabelträgersysteme gehalten.

Auch die Nachhaltigkeit gewinnt zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Nutzer und Einkäufer suchen bewusst nach Kabeln mit langer Lebensdauer, transparenter CO₂-Bilanz und Produkten aus recycelten Materialien. Kabel und Drähte werden daher nicht mehr nur nach der Einhaltung von Normen bewertet, sondern auch nach ihrem Beitrag zur Effizienz und Nachhaltigkeit des Gesamtsystems.

Bei der Auswahl des richtigen Kabels müssen mehrere Kriterien berücksichtigt werden: Installationsart - statisch oder dynamisch -, Leiterquerschnitt, Anzahl der Biegezyklen, Litzen- oder Massivleiter, Isoliermaterial und Mantelmaterial. Auch das EMV-Verhalten, die Spannungsart (AC/DC) und die Anforderungen an die Datenübertragung müssen bei der Entscheidungsfindung berücksichtigt werden. Anstatt jeden Parameter isoliert zu betrachten, ist eine ganzheitliche Betrachtung auf Systemebene unerlässlich.

Häufige Fehler bei der Kabelauswahl

Experten von LAPP zufolge besteht eine der häufigsten Fehlerquellen darin, dass die Kabelauswahl erst zu spät im Entwicklungsprozess erfolgt. Häufig wird nur der nach den Normen zulässige Mindestquerschnitt gewählt, ohne die tatsächlichen Betriebsbedingungen über den gesamten Lebenszyklus zu berücksichtigen. Dies kann schwerwiegende Folgen haben.

Um Risiken von vornherein zu vermeiden, ist es ratsam, konsequent aus der Anwendungsperspektive zu planen. Zu den wichtigsten Fragen gehören: Wie hoch ist die tatsächliche Strombelastung? Wie lange ist das System in Betrieb? Wie flexibel muss das Kabel sein? Welche Umweltbedingungen wirken kontinuierlich auf sie ein? Energieverluste und Temperaturanstieg müssen ebenfalls bewertet werden, um eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Entscheidung zu treffen.

In diesem Zusammenhang kann ein etwas größerer Leiterquerschnitt wirtschaftliche Vorteile durch geringere ohmsche Verluste und geringere Wärmeentwicklung bringen. Im Laufe der Lebensdauer des Systems macht sich die zusätzliche Investition oft bezahlt. Umgekehrt können unterdimensionierte Kabel zwar kurzfristig Kosten sparen, führen aber langfristig zu höheren Energieverlusten und Betriebskosten.

Ein weiteres beobachtetes Problem ist die unkritische Übertragung bewährter Lösungen auf neue Anwendungsbereiche. So werden beispielsweise Erfahrungen aus Wechselstromanwendungen manchmal ohne angemessene Überprüfung auf Gleichstromsysteme übertragen. Ein frühzeitiges, anwendungsspezifisches Design hilft, solche Fehler zu vermeiden.

Ein Merkmal der LAPP-Produkte ist, dass sie nicht isoliert betrachtet werden. Insbesondere bei Hochleistungsanwendungen ermöglichen Kombinationen von Kabel und Steckverbinder stabilere Langzeitverbindungen. Dieses systemische Verständnis ermöglicht auch eine bessere Integration elektrischer, mechanischer und thermischer Anforderungen, was die Entwicklung hochflexibler Stromversorgungs- und Datenkabel begünstigt.

Ein konkretes Beispiel ist die Motoranschlussleitung ÖLFLEX FD Servo (Bild 1 - links) mit integrierter ZeroCM-Technologie, deren innovativer Aufbau Leckströme reduziert. Eine weitere Innovation ist das einpaarige Ethernetkabel ETHERLINE T1 FD (Abbildung 1 - rechts), das mit nur einem verdrillten Kabelpaar auskommt und eine nahtlose Netzwerkinfrastruktur bis zur Feldebene ermöglicht.

Abbildung 1: Beispiele für die Kabel LAPP ÖLFLEX FD Servo (links) und ETHERLINE T1 FD (rechts) von LAPP. (Bildquelle: LAPP)

Eine besondere Herausforderung: Bewegte Kabel in Kabelführungen

Die Auswahl geeigneter Kabel für Kabelträgersysteme ist besonders komplex, wie die Experten von Igus erklären. Für Kabel, die für eine kontinuierliche Bewegung in Kabelführungsketten ausgelegt sind, gelten keine besonderen genormten Anforderungen. Normen können nur für klar definierte und begrenzte Anwendungen erstellt werden, z. B. für Kabel für Photovoltaikanlagen. Für Kabelnetzbetreiber sind die Anwendungsszenarien jedoch zu vielfältig für eine einzige einheitliche Norm. Es gibt auch nicht das eine „Einheitskabel“ für Kabelträgeranwendungen.

Die Kunden stehen vor der Herausforderung, sich in einer großen Auswahl an so genannten „chainflex-kompatiblen“ Produkten zurechtzufinden, die nur schwer direkt miteinander verglichen werden können.

Ein häufiger Fehler ist die Wahl des falschen Mantelmaterials. Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass PUR generell das beste Mantelmaterial für Kabelführungen ist. Während PUR in Umgebungen mit hohem Öl- oder Schmierstoffanteil eine ausgezeichnete Wahl darstellt, weist es in Trockenanwendungen oft einen deutlich höheren Abrieb auf als speziell für den Dauerbetrieb entwickelte PVC-Mischungen.

Hinzu kommt ein wirtschaftlicher Aspekt: PUR ist als Rohstoff etwa drei- bis viermal so teuer wie hochwertige PVC-Varianten. Eine Fehleinschätzung kann daher sowohl technische Probleme als auch unnötige Kosten verursachen. Die Auswahl des Ummantelungsmaterials sollte immer auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sein. PUR ist ideal für ölhaltige Umgebungen, während PVC in ölarmen oder ölfreien Umgebungen oft die bessere und kostengünstigere Option ist.

Ein weiteres unterschätztes Problem ist die Auswahl von Kabeln ohne überprüfbare Testergebnisse. Datenblätter versprechen manchmal eine Lebensdauer von „bis zu 5 Millionen Zyklen“, doch solche Angaben sind nicht eindeutig. Unter welchen Bedingungen wurde dies getestet? Bewegte Anwendungen in Kabelführungsketten sind sehr unterschiedlich, und Kabel funktionieren nicht unter allen Bedingungen gleich gut. Zuverlässige, transparente Daten über die Lebensdauer sind daher unerlässlich.

Mit mehr als 30 Jahren kontinuierlicher Forschung und Entwicklung sowie umfangreichen Tests von Kabelkonstruktionen und Materialien kann Igus heute garantierte Lebensdauerangaben für bewegliche Kabel liefern - anwendungsspezifisch berechnet und bestätigt.

Zu den wichtigsten Produkten des Unternehmens gehört die CFCLEAN-Kabelserie (Abbildung 2), die für hochdynamische Anwendungen in extrem platzbeschränkten Umgebungen entwickelt wurde. Die Serie zeichnet sich durch ihr geringes Gewicht und ihre kompakte Bauweise aus. Die Kabel sind 30 Prozent leichter und bieten einen 35 Prozent kleineren Durchmesser als herkömmliche ummantelte Kabel. Labortests haben eine Lebensdauer von 20 Millionen Zyklen ergeben, die vom Hersteller garantiert wird.

Abbildung 2: Ein Beispiel für die Serie CFCLEAN von Igus. (Bildquelle: Igus)

Der Systemansatz vereinfacht die Komplexität

Viele Hersteller bestätigen eine deutliche Verlagerung vom reinen Komponenteneinkauf hin zu integrierten, funktionsfertigen Lösungen. Insbesondere im Maschinen- und Anlagenbau wünschen sich die Kunden weniger Schnittstellen, einen geringeren Koordinationsaufwand und ein geringeres Projekt- und Betriebsrisiko.

HELUKABEL empfiehlt eine strukturierte Herangehensweise: Zunächst sollte klar definiert werden, ob es sich um eine statische oder dynamische Anwendung handelt; dann sollten Bewegungsprofile, Biegeradius, Verfahrweg und Dynamik analysiert werden; die Umgebungsbedingungen sollten bewertet werden; die elektrischen Anforderungen für die Energie-, Signal- und Datenübertragung sollten definiert werden; und schließlich sollten die relevanten Normen und Zielmärkte überprüft werden. Durch diesen systematischen Prozess wird schnell deutlich, ob ein reiner Komponentenansatz ausreichend ist oder ob eine integrierte Systemlösung Aufwand und Risiko reduziert.

Die Installationsbedingungen sind entscheidend. Auch hochwertige Schleppkettenleitungen können beschädigt werden, wenn Biegeradien überschritten, Kabel unsachgemäß angeordnet oder Trennstege und Zugentlastungselemente falsch ausgelegt sind. Die Montage wird oft unterschätzt; fehlerhafte Schirmanschlüsse, ungeeignete Steckverbinder oder schlechte Verarbeitung können schnell zu EMV-Problemen und Ausfällen führen.

Eine konsequente Systemlösung von HELUKABEL ist das HELUCHAIN-SYSTEM (Bild 3). Es vereint Kabelführungen, abgestimmte hochflexible Kabel, Zubehör und optional vorkonfektionierte, anschlussfertige Varianten zu einem integrierten Paket und bietet damit eine abgestimmte, zuverlässige Lösung anstelle von Einzelkomponenten.

Abbildung 3: Ein Beispiel für das HELUCHAIN-SYSTEM von HELUKABEL ist diese Kombination aus Kabelführung, Kabeln und Zubehör. (Bildquelle: HELUKABEL)

Netzwerkinfrastruktur

Mit steigenden Datenraten und zunehmender Vernetzung in Industrieanlagen gewinnt die physische Netzwerkinfrastruktur an Bedeutung. Belden trägt dieser Entwicklung mit industriellen Ethernet-Lösungen (Abbildung 4) für moderne Automatisierungsarchitekturen Rechnung. Echtzeitfähige Switches, die TSN-Mechanismen unterstützen, ermöglichen eine deterministische Kommunikation in rauen Industrieumgebungen.

Abbildung 4: Die industriellen Ethernet-Lösungen von Belden. (Bildquelle: Belden)

Der neue „Belden Industrial Access Point“ bietet deterministisches Wi-Fi 7 mit niedriger Latenzzeit für Robotik-, Logistik- und Automatisierungsanwendungen. Das Dualband-Design für 5 GHz/6 GHz, das schnelle Roaming und die integrierten Diagnosefunktionen sorgen für eine reibungslose Interaktion zwischen verschiedenen Systemen. Der Systemgedanke erstreckt sich also nicht nur auf das Kabel selbst, sondern auch auf die zugehörige Infrastruktur.

Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit hat auf dem Markt erheblich an Bedeutung gewonnen. Die Kabelhersteller erhöhen die Transparenz und stellen Unterlagen über Materialien und effiziente Produktionsverfahren zur Verfügung.

Der wichtigste Nachhaltigkeitshebel bleibt jedoch die Lebensdauer: Je länger ein System zuverlässig arbeitet und je weniger Austauschzyklen erforderlich sind, desto besser ist die ökonomische und ökologische Gesamtbilanz. Die Hersteller arbeiten auch an alternativen Materialien, wie biobasierten oder teilweise recycelbaren Kunststoffen.

Auch hier sollte die Nachhaltigkeit nicht isoliert auf der Ebene des einzelnen Kabels bewertet werden, sondern im Zusammenspiel von Materialien, Lebensdauer und Energieeffizienz innerhalb des Gesamtsystems.