Ein Fehler in geschirmten Kabeln führt selten zu einem kompletten Systemausfall. Meist äußert er sich zunächst durch intermittierendes Rauschen in analogen Signalen, Kommunikationsverlust, instabile Messwerte, Alarme ohne erkennbare Ursache oder Fehlfunktionen von Geräten. In Industrieanlagen können diese Symptome mit Defekten an Sensoren, Wechselrichtern, SPSen oder der Erdung verwechselt werden. Die Fehlerursache kann jedoch im Kabel selbst liegen – insbesondere, wenn die Schirmung unzureichend spezifiziert, bei der Installation beschädigt oder unsachgemäß angeschlossen wurde.

Die Abschirmung ist kein bloßes Konstruktionsdetail. Sie ist integraler Bestandteil der EMV-Strategie des Systems und trägt – je nach Anwendung – dazu bei, externe Störungen zu kontrollieren, elektromagnetische Emissionen zu reduzieren und die Übertragungssicherheit zu gewährleisten. Um die Ursache eines Fehlers zu ermitteln, muss das gesamte System bewertet werden: Umgebung, Signalart, Erdungsmethode, Installation, Handhabung sowie die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kabels.

Was kennzeichnet einen Fehler in geschirmten Kabeln?

Ein geschirmtes Kabel kann elektrisch einwandfreie Leiter aufweisen und dennoch in seiner Funktion beeinträchtigt sein. Dies geschieht, wenn die Schirmung die Durchgängigkeit verliert, teilweise beschädigt ist, für die jeweilige Störungsstärke nicht ausreichend Schutz bietet oder aufgrund fehlerhafter Anschlüsse ihre Funktion nicht erfüllt.

In Messschaltungen kann beispielsweise eine Verschlechterung der Schirmung zu Störungen in Niederspannungs- und Niedrigstromsignalen führen. In industriellen Netzwerken kann dies vermehrte Kommunikationsfehler, Paketverluste oder Geräteinstabilität zur Folge haben. Bei Kabeln für Servomotoren und Frequenzumrichter kann eine unzureichende Schirmung die Auswirkungen hochfrequenter Störungen auf benachbarte Systeme verstärken.

Der Ausfall kann auch mechanisch bedingt sein. Wiederholtes Biegen, übermäßige Zugkraft, Quetschen, Vibrationen, Biegen unterhalb des empfohlenen Radius und die Bewegung auf Förderbändern können Drahtgeflechte beschädigen oder das Metallband beeinträchtigen. Selbst ohne vollständige Unterbrechung des Stromkreises verringert diese Beschädigung die Wirksamkeit des elektromagnetischen Schutzes und verschlimmert sich tendenziell im Betrieb.

Hauptursachen für Ausfälle bei geschirmten Kabeln.

Spezifikation nicht mit der Anwendung kompatibel.

Die alleinige Wahl eines geschirmten Kabels aufgrund seines Metallgeflechts garantiert keine einwandfreie Funktion im praktischen Einsatz. Schirmungsart, Ummantelung, vorhandenes Isolierband, Erdungsdraht, Adernpaaraufbau sowie Frequenz- und Umgebungsbedingungen müssen der jeweiligen Anwendung entsprechen.

Instrumentenkabel in Bereichen mit einer hohen Dichte an Motoren, Schützen und Wechselrichtern erfordern eine andere Analyse als Datenkabel in einem Schaltschrank. Ebenso muss ein Kabel, das Öl, Abrieb, Feuchtigkeit, Chemikalien, Hitze oder ständiger Bewegung ausgesetzt ist, neben einem elektromagnetischen Schutz auch über geeignete Isolier- und Mantelmaterialien verfügen.

Bei kritischen Anwendungen müssen in der Spezifikation Nennspannung, Signalart, Impedanz (falls zutreffend), Stromstärke, Temperatur, Biegeklasse, Flammschutzanforderungen und Projektnormen berücksichtigt werden. Die Abschirmung ist Bestandteil dieser Konstruktion und kein isoliertes Merkmal.

Unzureichender Anschluss und unzureichende Erdung

Eine wirksame Abschirmung kann in der Endphase der Installation ihre Leistungsfähigkeit verlieren. Lange Anschlussleitungen, Verbindungen mit geringer Kontaktfläche, provisorische Spleißstellen und unterbrochene Abschirmungen sind wiederkehrende Störquellen.

Bei hohen Frequenzen bietet ein 360°-Umfangskontakt in der Regel eine bessere Leistung als eine Verbindung über einen langen Ableitungsdraht. Es gibt jedoch keine allgemeingültige Regel für alle Schaltungen. Die Erdung an einem oder beiden Enden hängt von der Art des Signals, der Frequenz, der Potenzialausgleichsarchitektur, dem Risiko von Ausgleichsströmen und den EMV-Kriterien des Systems ab.

Anstatt gängige Verfahren zu übernehmen, sollte das Ingenieurteam die Anschlussmethode auf Basis der elektrischen Auslegung festlegen. Bei Kabeln, die mit Frequenzumrichtern verbunden sind, erfordert die Kontrolle hochfrequenter Störungen beispielsweise besondere Sorgfalt sowohl beim Kabel selbst als auch bei den Feldanschlüssen und der Schalttafel.

Beschädigungen während des Starts und der Installation

Viele Probleme beginnen bereits vor der Inbetriebnahme. Das Ziehen über raue Oberflächen, die Verwendung ungeeigneter Rollen, eine Überschreitung der Auslegungsgrenzen der Zugfestigkeit und eine zu starke Klemmung der Kabelverschraubungen können interne Bauteile verformen oder beschädigen.

Ein weiterer kritischer Punkt ist der minimale Biegeradius. Wird das Kabel über den zulässigen Wert hinaus gebogen, kann es zu Verschiebungen der Abschirmung, Öffnungen des Geflechts oder lokaler Materialermüdung kommen. Dieses Risiko erhöht sich in beengten Kabelkanälen, Schaltschrankeingängen und Installationen mit begrenztem Platzangebot.

Auch die physische Trennung von Strom- und Signalkabeln ist wichtig. Eine Abschirmung ersetzt keine fachgerecht geplante Verlegeroute. Längerer Kontakt mit Hochstromleitern, Stromschienen, Wechselrichtern und Störquellen kann die Störfestigkeit der Leitungen überschreiten, insbesondere bei Erdungs- oder Anschlussfehlern.

Raue Umgebungsbedingungen und Materialermüdung

Feuchtigkeit, Salznebel, Kohlenwasserstoffe, Chemikalien und Temperaturschwankungen beschleunigen die Alterungsprozesse. Eindringendes Wasser durch unzureichend abgedichtete Enden kann die Abschirmung erreichen und Korrosion verursachen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigt wird. Bei Offshore-, Marine- , Bergbau- sowie Öl- und Gasanlagen muss dieses Risiko von der Auswahl des Kabeldesigns bis zur Abdichtung von Gehäusen, Steckverbindern und Kabelverschraubungen berücksichtigt werden.

Bei mobilen Anwendungen ist die Kombination aus Vibration und Biegung gleichermaßen entscheidend. Eine geflochtene Abschirmung muss beispielsweise die elektrische Leistungsfähigkeit gewährleisten, ohne die für den Betriebszyklus erforderliche mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen. Daher benötigen Kabel für Robotik , Förderbänder, Hebezeuge und mobile Geräte eine spezielle Konstruktion, die für die zu erwartenden Bewegungsabläufe validiert ist.

Anzeichen, die bei der Lokalisierung des Problems helfen.

Die Untersuchung sollte mit den Symptomen beginnen, sich dann aber auf Messungen und eine gründliche Inspektion erstrecken. Einige wiederkehrende Anzeichen verdienen besondere Beachtung:

• Rauschen oder Schwingungen in 4-20 mA-Schleifen und Niederspannungssignalen;
• Zeitweise auftretende Kommunikationsausfälle, die sich mit dem Motorstart verstärken;
• Alarme in Encodern, Servos, Sensoren und Instrumenten ohne erkennbaren Defekt am Gerät;
• Sichtbare Erhitzung, Korrosion, Quetschung oder Bruch in der Nähe der Anschlüsse;
• Verhaltensunterschiede zwischen stationären und dynamisch betriebenen Geräten.

Die Sichtprüfung ist nur der erste Schritt. Die Schirmungsdurchgängigkeit zwischen den vorgesehenen Anschlusspunkten muss überprüft werden, während die Isolation und die Leiterintegrität schaltungsspezifische Prüfungen erfordern. Bei Installationen mit komplexen Störungen kann die Analyse Rauschmessungen, eine Erdungsprüfung, eine Leitungsprüfung und einen Vergleich mit aktuellen Schaltplänen umfassen.

Wie man Fehler bereits ab der Spezifikationsphase vermeiden kann.

Prävention beginnt mit vollständigen Anwendungsinformationen. Die Angabe der Leiterbahnanzahl und des Nennquerschnitts allein genügt nicht. Der Lieferant muss die Art der angeschlossenen Geräte, die Signalart, das Vorhandensein von Wechselrichtern, den Leitungsverlauf, die Umgebungsbedingungen, die Belastung durch Chemikalien, die Anforderungen an die Biegefestigkeit und die geltenden Normen kennen.

In der Planungsphase ist es entscheidend, genau festzulegen, wo die Schirmung angeschlossen wird, welche Komponenten die metallische Kontinuität gewährleisten und wie die Trennung von Strom-, Steuer- und Datenleitungen realisiert wird. EMV-Kabelverschraubungen, geeignete Steckverbinder und Verteilerkästen mit fachgerecht ausgeführtem Potenzialausgleich sind Teil der Lösung. Selbst ein technisch einwandfreies Kabel kann versagen, wenn die umgebenden Komponenten ihre Funktion nicht erfüllen.

Es wird außerdem empfohlen, Abnahme- und Installationskriterien festzulegen. Die Überprüfung von Kennzeichnung, Konstruktion, technischer Dokumentation, Biegeradius, Zugfestigkeit und Endintegrität reduziert Nacharbeiten vor der Inbetriebnahme des Kabels. Bei Sonderprojekten ermöglicht die bedarfsgerechte Fertigung die Anpassung von Materialien, Schirmung, Ummantelung und regulatorischen Anforderungen an den jeweiligen Anwendungsfall.

Wann muss das Kabel ausgetauscht und wann die Installation korrigiert werden?

Nicht jeder Vorfall erfordert einen sofortigen Kabelaustausch. Wenn eine Analyse ergibt, dass der Fehler auf den Kabelanschluss, die Kabelverschraubung oder die Verlegestrecke beschränkt ist, kann eine kontrollierte Reparatur die Funktion wiederherstellen. Dies setzt voraus, dass die Schirmung, die Isolierung oder die Leiter entlang der Verlegestrecke nicht beschädigt sind.

Ein Austausch ist angezeigt bei innerer Korrosion, Biegeermüdung, signifikanter mechanischer Verformung, Unterbrechung der Durchgängigkeit in unzugänglichen Abschnitten oder konstruktiver Inkompatibilität mit der Anwendung. Der Einsatz eines ungeeigneten Kabels in kritischen Anlagen führt in der Regel zu Kostenverlagerungen auf Wartung, Verfügbarkeit und Prozesssicherheit.

Bei Anwendungen, die keine Instabilität tolerieren, muss die Entscheidung auf fundierten technischen Erkenntnissen und nicht auf Versuch und Irrtum beruhen. Innovcable entwickelt Spezialkabel mit Fokus auf elektrische Leistung, Betriebsfestigkeit und Projekteignung, denn Zuverlässigkeit lässt sich nicht erst am Ende der Installation hinzufügen: Sie muss im Kabel selbst, in der Montage und in der Kontrolle jedes einzelnen Details vor Ort definiert sein.