Ein intermittierender Ausfall in einer automatisierten Zelle hat selten seinen Ursprung in der SPS. Häufig liegt die Ursache in einer Kabelspezifikation, die sich ausschließlich auf Spannung und Leiteranzahl stützt und dabei Bewegung, elektromagnetische Störungen, Umgebungsbedingungen und die zu erwartende Lebensdauer außer Acht lässt. Die Kenntnis der korrekten Kabelspezifikation für die Automatisierung macht aus einem scheinbar simplen Bauteil einen wichtigen Bestandteil der Prozesssicherheit.

In Maschinen, Produktionslinien, Bewegungssystemen und Prozessanlagen transportieren Kabel Strom, Steuersignale, Daten und Rückkopplungen. Jede dieser Funktionen erfordert spezifische Konstruktionsmerkmale. Die Verwendung ungeeigneter Kabel kann zu Störungen in analogen Signalen, Kommunikationsausfällen, Überhitzung, Mantelrissen, Leiterbrüchen und ungeplanten Ausfallzeiten führen.

Wie man Kabel für die Automatisierung spezifiziert, ohne dabei wichtige Anforderungen zu vernachlässigen.

Die Spezifikation sollte mit der Anwendung und nicht mit dem Katalog beginnen. Bevor Nennquerschnitt, Schirmung oder Mantelmaterial festgelegt werden, muss geklärt werden, welche Geräte angeschlossen werden, wie das Kabel verlegt wird und welchen realen Betriebsbedingungen es ausgesetzt sein wird.

Im ersten Schritt müssen die Stromkreise nach ihrer Funktion getrennt werden. Steuerleitungen für Schütze und diskrete Sensoren haben andere Anforderungen als Leitungen für Messtechnik, industrielle Kommunikation, Servomotoren oder Frequenzumrichter. Die Zusammenfassung aller Leitungen unter dem Oberbegriff „Automatisierungskabel“ birgt die Gefahr von Inkompatibilitäten, die erst nach der Inbetriebnahme auftreten.

Eine konsistente technische Anfrage sollte mindestens die folgenden Informationen enthalten:

• Schaltungsfunktion, Nennspannung, Nennstrom und Art des übertragenen Signals;
• Anzahl der Fahrstreifen, Leiterquerschnitt und die Notwendigkeit von Paaren oder Trios;
• Installationsmethode, Weglänge und minimaler verfügbarer Biegeradius;
• Bewegungszustände, wie z. B. feste Installation, gelegentliches Biegen, Kabelträger oder Verdrehen;
• Betriebsumgebung, einschließlich Öl, Feuchtigkeit, chemischer Substanzen, UV-Strahlung, Abrieb, Hitze und Brandgefahr;
• Projektrichtlinien, Endkundenanforderungen und erforderliche Dokumentation.

Diese Informationen ermöglichen es Ingenieuren, die am besten geeignete Konstruktion zu bewerten. Bei kritischen Anwendungen sind die anfänglichen Kosten des Kabels im Vergleich zu den Folgen eines Systemausfalls, eines Austauschs vor Ort oder eines Verlusts der Signalrückverfolgbarkeit gering.

Elektrische Dimensionierung: mehr als nur Spannung und Querschnitt.

Die Nennspannung muss mit dem Stromkreis und der Installationsklasse kompatibel sein, dies allein reicht jedoch nicht aus. Der Leiterquerschnitt muss dem Laststrom, dem zulässigen Spannungsabfall, der Kurzschlussfestigkeit und den thermischen Bedingungen des Kabelbündels entsprechen. Ein auf einem Prüfstand korrekt dimensionierter Leiter kann bei der Installation in einem beengten Kabelkanal oder in einer heißen Umgebung Temperaturen über dem erwarteten Wert erreichen.

In Regelschaltungen besteht der häufigste Fehler darin, den Querschnitt übermäßig zu verringern, um Material zu sparen. Spulen, Magnetventile und Aktuatoren können Spannungsabfälle aufweisen, die die Betätigung beeinträchtigen, insbesondere über lange Wege. Bei Signalen geringer Intensität ist die Stabilität der Messung möglicherweise wichtiger als die Strombelastbarkeit.

Für die Messtechnik ist der Bedarf an verdrillten Adernpaaren oder -dreifachen sowie die Kapazität und der elektrische Widerstand der Leitung zu prüfen. Analoge Signale, Thermoelemente, Messumformer und Regelkreise reagieren unterschiedlich auf elektrische Störungen. Die Kabelkonstruktion muss die Signalintegrität vom Feld bis zur Zentrale oder zum Überwachungssystem gewährleisten.

Abschirmung und elektromagnetische Verträglichkeit

Der Einsatz von Frequenzumrichtern, Servoantrieben, Schaltnetzteilen und elektronischen Antrieben hat die Bedeutung der elektromagnetischen Verträglichkeit in Industrieanlagen erhöht. In diesen Umgebungen ist die bloße Betrachtung der Abschirmung als „optional“ oft eine riskante Entscheidung.

Die Wahl zwischen kollektiver Abschirmung, individueller Abschirmung pro Adernpaar oder einer Kombination aus beidem hängt von der Signalempfindlichkeit und dem Ausmaß der Umgebungsstörungen ab. Kollektive Abschirmung kann mehrere Steuerschaltungen abschirmen. Bei Messgeräten mit mehreren Adernpaaren und unabhängigen Signalen reduziert die individuelle Abschirmung die Störungen zwischen den Schaltungen selbst, während die kollektive Abschirmung den externen Schutz verstärkt.

Es ist außerdem wichtig, das Material und die Abdeckung der Abschirmung zu berücksichtigen. Kupfergeflecht bietet guten Schutz und elektrische Leitfähigkeit, während Metallband bestimmte Konstruktionsanforderungen erfüllen kann. Die Entscheidung sollte mit der Erdungsplanung abgestimmt sein. Eine Abschirmung ohne ordnungsgemäße Anschlüsse verliert einen Großteil ihrer Funktion und kann sogar unerwünschte Streuströme verursachen.

Bei Kabeln für Wechselrichter und Servomotoren ist besondere Sorgfalt geboten. Das Kabel muss den elektrischen Belastungen durch hochfrequente Impulse standhalten, elektromagnetische Emissionen minimieren und die Verbindung zwischen Antrieb und Motor gewährleisten. Der Einsatz eines herkömmlichen Stromkabels kann in diesem Bereich zu Isolationsfehlern, Störungen in benachbarten Geräten und einer geringen Systemzuverlässigkeit führen.

Bewegung, Biegung und Drehung definieren den Maschinenbau.

Ein an einer stationären Maschine installiertes Kabel sollte nicht automatisch auf eine Kabeltraverse aufgesetzt werden . Kontinuierliches Biegen führt zu wiederholten Belastungen von Leitern, Isolierung, Schirmung und Mantel. Daher muss die Konstruktion eine geeignete Verseilung, flexible Materialien, eine stabile innere Geometrie und einen abriebfesten Mantel berücksichtigen.

Der Biegeradius ist ein weiterer entscheidender Faktor. Erfordert die Konstruktion enge Biegungen, muss das Kabel entsprechend ausgelegt sein. Ein zu kleiner Radius als empfohlen beschleunigt die Materialermüdung, selbst wenn Stromstärke und Spannung innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegen.

In Roboteranwendungen kann neben Biegung auch kontinuierliche Torsion auftreten . Hierbei sind die interne Anordnung der Elemente und das Verhalten der Baugruppe während der Rotation entscheidend. Ein ungeeignetes Kabel kann zu Verschiebungen interner Komponenten, Ablösung der Abschirmung und vorzeitigem Bruch führen. Die Lebensdauer sollte anhand von Betriebszyklen, die den Anforderungen der Maschine entsprechen, und nicht nur anhand des äußeren Erscheinungsbildes des Produkts bewertet werden.

Schutz und Isolierung für die reale Umgebung.

PVC, Gummimischungen, Polyurethan und Spezialmaterialien bieten unterschiedliche Leistungsmerkmale bei Einwirkung von Öl, Fett, Kühlschmierstoffen, Abrieb, Witterungseinflüssen, Ozon, Flammen und Temperatur. Es gibt keine universell überlegene Beschichtung. Für jede spezifische Einsatzbedingung existiert die passende Beschichtung.

Im Außenbereich muss beispielsweise die Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung und Feuchtigkeit berücksichtigt werden. In Umgebungen mit Öl und Chemikalien muss die Verträglichkeit des Produkts mit den jeweiligen Flüssigkeiten nachgewiesen werden. In der Stahlindustrie, im Bergbau, in Häfen und in Bereichen mit starker Beanspruchung können Abrieb und Stöße Lösungen mit erhöhtem mechanischem Schutz erfordern.

Wenn Brandschutzanforderungen bestehen, muss das erwartete Verhalten klar definiert werden: keine Flammenausbreitung, geringe Rauchentwicklung, Halogenfreiheit, Aufrechterhaltung des Stromkreises im Brandfall oder eine Kombination dieser Kriterien. Es handelt sich dabei um unterschiedliche Eigenschaften, die je nach Risikoanalyse und Projektnormen relevant sind.

Standards, Rückverfolgbarkeit und Leistungsvalidierung

Nationale und internationale Normen ersetzen nicht die Anwendungsanalyse, sondern legen objektive Kriterien für Konstruktion, Prüfung und Leistung fest. Projekte können je nach Branche und Auftraggeber die Einhaltung von ABNT-, IEC- oder amerikanischen Normen, Marinevorschriften oder Referenzen wie NEK-606 erfordern.

In der Einkaufsphase muss die Beschreibung die geltende Norm, Spannung, Leiterzusammensetzung, Isolierung, Ummantelung, Schirmung, Flexibilitätsklasse, Farben oder Kennzeichnung, Länge und Prüfanforderungen enthalten. Je kritischer der Prozess, desto umfassender müssen Dokumentation und Rückverfolgbarkeit pro Charge sein.

Es empfiehlt sich außerdem, die Lösung vor einer großflächigen Installation zu validieren. Bei einer neuen Maschine oder einem regelmäßigen Austausch ermöglicht ein kontrollierter Feldtest die Beobachtung des Biegeradius, der Förderbandanpassung, des Abschirmverhaltens und des stationären Betriebs. Diese Vorsichtsmaßnahme verringert das Risiko, dass die Inbetriebnahme zu einem unbeabsichtigten Materialtest wird.

In diesem Sinne agiert Innovcable als Entwicklungspartner und entwickelt bedarfsgerechte Spezialkabel für spezifische elektrische, mechanische und umweltbedingte Anforderungen. Wenn das Projekt bewährte Leistung, hauseigene Fertigung und Qualitätskontrolle erfordert, muss die Spezifikation von Anfang an die realen Anwendungsanforderungen widerspiegeln.

Das beste Kabel für die Automatisierung ist nicht das mit den meisten Funktionen, sondern dasjenige, dessen Leistung mit dem Schaltkreis, der Umgebung und dem Betriebszyklus kompatibel ist. Beziehen Sie Felddaten in die Spezifikation ein, konsultieren Sie die Entwicklungsabteilung vor dem Kauf und betrachten Sie jeden Meter Kabel als Teil Ihrer Prozessverfügbarkeit.