Kriterien für die Auswahl von Kabeln und Leitungen

Die Auslegung von Kabeln und Leitungen ist heute weit mehr als eine reine Komponentenentscheidung. Zentral ist der Systemgedanke, welcher die Verlegungsart – statisch oder dynamisch –, elektrische und mechanische Belastungen sowie Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit vereint. Wer das ignoriert, riskiert Ausfälle, Energieverluste und unnötig hohe Kosten.

In Zeiten von Elektrifizierung, steigender Datenübertragung und wachsendem Nachhaltigkeitsdruck wird das Kabel schnell zur kritischen Komponente, denn nicht nur Parameter auf dem Datenblatt entscheiden über Ausfälle, Leistung und Lebensdauer. Fehlende Systembetrachtung kann auch dazu führen, dass neue technische Errungenschaften der Hersteller ungenutzt bleiben. Renommierte Unternehmen wie Lapp, Igus, Helukabel und Belden haben ihre Geschäftsmodelle mittlerweile darauf ausgerichtet, Kabel und Leitungen als integralen Bestandteil des Gesamtsystems zu betrachten – unter Berücksichtigung der aktuellen technologischen Trends.

Neue Einsatzfelder, neue Anforderungen

##Eine zentrale Entwicklung, die Kabel und Leitungen betrifft, ist die fortlaufende Elektrifizierung in industriellen Anwendungen – von der Produktion über die Infralogistik bis hin zur Ladeinfrastruktur. Damit steigen die Anforderungen an Stromtragfähigkeit, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer deutlich. Parallel gewinnen Gleichstromanwendungen an Bedeutung, etwa in industriellen DC-Netzen oder bei leistungsstarken Lade- und Antriebskonzepten.

##Ein weiterer Trend ist die zunehmend funktionale Verdichtung: Kabel übernehmen heute häufig mehrere Aufgaben gleichzeitig. Dazu zählen die kombinierte Übertragung von Energie und Daten in Hybridleitungen. Hinzu kommt der Bedarf nach einer einfacheren Installation und höheren Anlagenverfügbarkeit.

##Gleichzeitig steigen die Anforderungen insbesondere in dynamischen Anwendungen: höhere Geschwindigkeiten, mehr Beschleunigung, engere Biegeradien und längere Verfahrwege führen dazu, dass die Auslegung von Leitungen in bewegten Systemen immer anspruchsvoller wird. Parallel dazu nimmt auch hier der Anteil datenintensiver Leitungen zu. Bussysteme wie Ethernet oder Profinet sind längst in Energieketten angekommen.

##Nicht zuletzt wird das Thema Nachhaltigkeit relevant. Immer mehr Anwender und Einkäufer suchen bewusst nach Kabeln mit langer Lebensdauer, transparenter CO2-Bilanzierung und Produkten aus recycelten Materialien. Das bedeutet, dass Kabel und Leitungen nicht mehr nur nach Normkonformität bewertet werden, sondern auch nach Faktoren wie dem Beitrag zur Effizienz und Nachhaltigkeit des Gesamtsystems.

Um das passende Kabel zu finden, muss der Kunde auf mehrere Auswahlkriterien achten: die Verlegungsart – statisch oder dynamisch –, den Leiterquerschnitt, die Anzahl der Biegezyklen, den Litzenaufbau versus Massivleiter, das Isolationsmaterial sowie das Mantelmaterial. Auch Aspekte wie EMV-Verhalten, Spannungsart (AC/DC) und Datenübertragungsanforderungen spielen in den Entscheidungsprozess hinein. Dabei gilt es nicht nur, isoliert die einzelnen Parameter abzuarbeiten, sondern eine Gesamtbetrachtung anzustellen.

Häufige Fehler bei der Kabelauswahl

Eine der häufigsten Stolperfallen bei der Kabelauswahl besteht laut den Experten von Lapp darin, dass das Kabel erst spät im Entwicklungsprozess betrachtet wird. Häufig wird dabei lediglich der normativ zulässige Mindestquerschnitt gewählt – ohne die tatsächlichen Betriebsbedingungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu berücksichtigen. Das kann schwerwiegende Folgen haben. Um bei der Auslegung des Kabels von Beginn an Risiken zu vermeiden, empfiehlt es sich, konsequent von der Anwendung her zu denken. Folgende Fragen sind ein guter Ausgangspunkt: Wie hoch ist die reale Strombelastung, wie lange läuft die Anlage, wie beweglich ist die Leitung und welche Umgebungsbedingungen wirken dauerhaft ein? Auch ein Blick auf Energieverluste und Erwärmung ist wichtig, um eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Entscheidung treffen zu können. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass ein etwas größer dimensionierter Leiterquerschnitt durch geringere ohmsche Verluste und reduzierte Erwärmung wirtschaftliche Vorteile bieten kann. Über die Lebensdauer der Anlage hinweg amortisiert sich die Mehrinvestition häufig. Umgekehrt kann ein knapp bemessenes Kabel zwar kurzfristig Kosten sparen, langfristig jedoch zu höheren Energieverlusten und steigenden Betriebskosten führen.

Zudem wird beobachtet, dass bewährte Lösungen mitunter unkritisch auf neue Einsatzfelder übertragen werden. Das zeigt sich etwa dann, wenn Erfahrungen aus Wechselstrom-(AC-)Anwendungen ungeprüft auf Gleichstrom-(DC-)Systeme angewandt werden. Eine frühzeitige und anwendungsspezifische Auslegung hilft, solche Fehler zu vermeiden.

Charakteristisch für die Produkte von Lapp ist beispielsweise, dass diese nicht isoliert gedacht werden. Gerade bei leistungsstarken Anwendungen zeigt sich, dass Kombinationen aus Leitung und Steckverbinder eine dauerhaft stabilere Verbindung ermöglichen. Dieses systemische Verständnis erlaubt es dem Unternehmen zudem, elektrische, mechanische und thermische Anforderungen besser zu verstehen. Davon profitiert unter anderem die Entwicklung hochflexibler Energie- und Datenleitungen.

Insbesondere bei Anwendungen in der Automatisierung, Robotik und Intralogistik gilt es, hohe Stromlasten, enge Biegeradien und eine lange Lebensdauer miteinander zu vereinen. Dahinter stehen konkrete Kundenwünsche: Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb, kompakte Bauweise und einfache Integration. Ein konkretes Beispiel aus dem Produktportfolio von Lapp ist die Motoranschlussleitung „ÖLFLEX FD Servo“ mit integrierter zeroCM-Technologie, die durch ihren innovativen Aufbau Störströme reduziert. Eine weitere Innovation ist die Single-Pair-Ethernet-Leitung „ETHERLINE T1 FD“. Sie verfügt über nur ein verdrilltes Adernpaar und ermöglicht eine durchgängige Netzinfrastruktur bis in die Feldebene.

Abbildung 1: Ein Beispiel aus dem Glasfaserportfolio von Lapp. (Bildquelle: Lapp)

Besondere Herausforderung: Bewegte Leitungen in Energieketten

Die passenden Leitungen für Energieketten zu finden, ist besonders komplex und stellt Kunden vor große Herausforderungen, wie Experten von Igus berichten. Das liegt vor allem daran, dass Leitungen, die für die Dauerbewegung in Energieketten ausgelegt sind, keinen spezifischen Normvorgaben unterliegen. Normen können nur für Produkte erstellt werden, deren Anwendungen klar definiert und eingeschränkt sind, etwa bei Kabeln für PV-Anlagen. Hier sind die Anforderungen klar und spezifisch. Für Leitungen in Energieketten hingegen ist eine Norm unmöglich, denn die Anwendungsbereiche sind so vielfältig, dass keine einheitliche Beschreibung existiert. Ebenso wenig gibt es „die eine Leitung“ für Energieanwendungen.

Das Problem für den Kunden liegt darin, dass eine große Auswahl an sogenannten „kettenfähigen“ Produkten erhältlich ist. Doch ein direkter Vergleich dieser Produkte ist schwierig bis unmöglich.

Bei der Auswahl von bewegten Leitungen in Energieketten stoßen Kunden häufig auf typische Fallstricke, die unnötig Kosten und Probleme verursachen.

Der erste Fehler liegt hier oft in der Auswahl des falschen Mantelmaterials. Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass PUR generell das beste Mantelmaterial für Leitungen in Energieketten ist. Tatsächlich ist PUR eine hervorragende Wahl in Umgebungen mit hohem Ölanteil oder Schmierstoffen. In trockenen Anwendungen zeigt PUR jedoch oft einen deutlich höheren Abrieb als beispielsweise PVC-Mischungen, die speziell für Dauerbewegungen ausgelegt sind. Zusätzlich kommt hier ein ökonomischer Aspekt zum Tragen: PUR ist als Rohstoff etwa drei- bis viermal teurer als hochwertige PVC-Varianten. Das bedeutet, dass hier eine weit verbreitete Fehleinschätzung nicht nur technische Probleme mit sich bringt, sondern auch unnötig hohe Kosten verursacht. Die Wahl des Mantelmaterials sollte daher immer auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung abgestimmt sein. Für ölhaltige Umgebungen ist PUR ideal. Wenn jedoch nur geringe oder keine Ölbelastung vorliegt, ist PVC oft eine bessere und kostengünstigere Alternative.

Ein zweites – oft unterschätztes – Problem ist die Auswahl von Leitungen ohne nachweisbare Testergebnisse. Zu oft wird auf Datenblätter vertraut, die beispielsweise eine Lebensdauer von „bis zu 5 Mio. Zyklen“ versprechen. Doch eine solche Formulierung ist nicht aussagekräftig: Sind es 1 Mio. Zyklen oder 3,5 Mio.? Außerdem fehlt oft eine klare Angabe, unter welchen Bedingungen diese Lebensdauer getestet wurde. Bewegte Anwendungen in Energieketten sind extrem vielfältig – und Leitungen funktionieren nicht unter jeder Bedingung gleich lange. Deshalb ist es wichtig, darauf zu achten, belastbare und nachvollziehbare Angaben zur Lebensdauer zu erhalten.

Igus kann nach über 30 Jahren kontinuierlicher Forschung und Entwicklung sowie umfangreichen Tests von Leitungskonstruktionen und Materialien heute eine garantierte Lebensdaueraussage für bewegte Kabel und Leitungen treffen. Das Besondere: Diese Garantie kann das Unternehmen anwendungsspezifisch berechnen und bestätigen.

Zu den technisch wichtigsten Produkten des Unternehmens gehören die Leitungen der chainflex-Serie „CFCLEAN“, die sich für hochdynamische Anwendungen in besonders platzsparenden Bauräumen eignet. Diese Serie überzeugt durch ihr geringes Gewicht und durch ihre kompakte Bauweise. Konkret ist die „CFCLEAN“-Serie um 30 Prozent leichter, mit einem um 35 Prozent kleineren Durchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Mantelleitungen. Tests im Labor von Igus haben eine Laufzeit von 20 Mio. Zyklen nachgewiesen – eine Lebensdauer, die das Unternehmen garantiert.

Abbildung 2: Ein Beispiel der Igus Chainflex-Serie. (Bildquelle: Igus)

Der Systemansatz macht es einfacher

Ein wesentlicher Trend, den viele Hersteller bestätigen, ist die klare Verschiebung vom reinen Komponenteneinkauf hin zu integrierten, funktionsfertigen Lösungen. Insbesondere Kunden aus dem Maschinen- und Anlagenbau streben heute nach weniger Schnittstellen, geringerem Abstimmungsaufwand und damit vor allem nach reduziertem Projekt- und Betriebsrisiko. Die Vielzahl der Einflussfaktoren, die beispielsweise in Energieführungsketten gleichzeitig berücksichtigt werden müssen, erhöht die Komplexität der Auslegung erheblich.

Die Experten von Helukabel empfehlen daher ein strukturiertes Vorgehen, um zu ermitteln, ob eine Gesamtlösung wirtschaftlich sinnvoll ist. Zunächst sollte die Anwendung eindeutig eingeordnet werden – statisch oder bewegt. Darauf aufbauend folgen die Analyse des Bewegungsprofils mit Biegeradius, Verfahrweg und Dynamik, die Bewertung der Umgebungsbedingungen sowie die Definition der elektrischen Anforderungen hinsichtlich Energie-, Signal- und Datenübertragung. Abschließend sind die relevanten Normen und Zielmärkte zu prüfen. Eine solche systematische Vorgehensweise zeigt schnell, ob ein reiner Komponentenansatz ausreicht oder ob eine integrierte Systemlösung sowohl Aufwand als auch Risiko reduziert.

Ein kritischer Punkt ist die Einbausituation: Selbst eine hochwertige Schleppkettenleitung kann Schaden nehmen, wenn Biegeradien unterschritten, Leitungen ungünstig belegt oder Trennstege und Zugentlastungen nicht korrekt ausgelegt sind. Und auch die Konfektion wird unterschätzt – dabei können fehlerhafte Schirmanschlüsse, ungeeignete Steckverbinder oder eine nicht saubere Verarbeitung sehr schnell zu EMV-Problemen, Ausfällen oder Qualitätsmängeln führen. Umgehen kann man das, indem man nicht nur die passende Leitung auswählt, sondern das gesamte Energieführungssystem auslegt – oder gleich auf eine abgestimmte, geprüfte Systemlösung inklusive Konfektion setzt, bei der die Verantwortung und die Schnittstellen klar geregelt sind.

Ein konsequent als Systemlösung gedachtes Konzept von Helukabel ist „HELUCHAIN SYSTEM“. Es kombiniert Energieführungsketten, abgestimmte hochflexible Leitungen, Zubehör sowie optional vorkonfektionierte, anschlussfertige Varianten zu einem integrierten Gesamtpaket. Statt einzelne Komponenten separat zu beschaffen, erhalten Anwender eine planbare, funktional abgestimmte Lösung. Als Leitungsbeispiel innerhalb dieses Systems steht unter anderem die „HELUCHAIN MULTISPEED“-Serie für hochdynamische Schleppkettenanwendungen, die auf hohe Performance und lange Lebensdauer in bewegten Systemen ausgelegt ist. Damit wird der Trend zu mehr Performance und längerer Lebensdauer in bewegten Anwendungen direkt adressiert.

Abbildung 3: Ein Beispiel der Helupower-Serie von Helukabel. (Bildquelle: Helukabel)

Netzwerkinfrastruktur

Im Kontext steigender Datenraten und zunehmender Vernetzung industrieller Anlagen gewinnt darüber hinaus die physikalische Netzwerkinfrastruktur an Bedeutung. Auch Belden adressiert diese Entwicklung mit Industrial-Ethernet-Lösungen für moderne Automatisierungsarchitekturen. Echtzeitfähige Switches mit Unterstützung für TSN-Mechanismen ermöglichen deterministische Kommunikation in rauen Industrieumgebungen. Gerade dort, wo Energie- und Datenleitungen parallel in Energieketten oder engen Bauräumen geführt werden, zeigt sich die Bedeutung eines abgestimmten Zusammenspiels von Leitungstechnik und aktiver Netzwerktechnik.

Abbildung 4: Ein Beispiel für das Glasfaserkabelangebot von Belden. (Bildquelle: Belden)

Der neue „Belden Industrial Access Point“ bietet deterministisches Wi-Fi 7 mit geringer Latenz für die Robotik, Logistik und Automatisierung. Das 5 GHz/6 GHz Dualband-Design, schnelles Roaming und integrierte Diagnosefunktionen tragen dazu bei, dass unterschiedliche Systeme reibungslos zusammenarbeiten. Der Systemgedanke endet somit nicht beim Kabel, sondern schließt zunehmend auch die zugehörige Infrastruktur ein.

Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit ist am Markt spürbar wichtiger geworden. Die Kabelhersteller arbeiten an Transparenz und liefern Nachweise über Materialien und effiziente Produktionsprozesse. Der größte Nachhaltigkeitshebel ist aktuell jedoch noch die Lebensdauer: Je länger ein System stabil läuft und je weniger Austauschzyklen entstehen, desto besser fällt die Gesamtbilanz aus – ökonomisch und ökologisch. Darüber hinaus wird weiter an alternativen Materialien gearbeitet, etwa biobasierten oder teilweise recyclingfähigen Kunststoffen. Entscheidend ist auch hier: Nachhaltigkeit sollte man nicht isoliert am einzelnen Kabel bewerten, sondern im Zusammenspiel von Material, Einsatzdauer und Energieeffizienz des Gesamtsystems.