Industrie 4.0 fordert Kabeltechnik

Industrie 4.0 ist ein cleverer Schachzug der deutschen Industrie. In einem Hochlohnland wie Deutschland müssen wir clever automatisieren, Prozesse optimieren und damit beste Qualität liefern. Nur so können wir langfristig produktiv im globalen Wettbewerb bestehen. Immer höhere Taktzahlen, minimale Nebenzeiten und einwandfreier Output benötigen horizontal und vertikal vernetzte Produktionsstrukturen, intelligente Waren und Werkzeuge sowie die Mensch-Maschine-Kommunikation und direkte Interaktion zwischen den Maschinen selbst. Zum Kommunizieren aller am Produktionsprozess Beteiligten braucht es Verbindungsglieder. Und das sind die Kabel, die diese faszinierende neue Welt erst möglich machen.

Horst Messerer, Produktmanager der Daten-, Netzwerk- und Bustechnik von Helukabel: „Das Kabel wird zum Rückgrat der Industrie 4.0. Ohne das feinmaschige Verbindungsnetz zwischen den unzähligen Komponenten in einer automatisierten Fabrik geht gar nichts.“ Helukabel

Horst Messerer bringt es auf den Punkt: „das Kabel wird zum Rückgrat der Industrie 4.0. Ohne das feinmaschige Verbindungsnetz zwischen den unzähligen Komponenten in einer automatisierten Fabrik geht gar nichts“, erläutert der Produktmanager der Daten-, Netzwerk- und Bustechnik von Helukabel. Auch wenn Messerer das große Wort „Revolution“ im Zusammenhang mit Industrie 4.0 für überzogen hält und lieber auf dem Boden der Tatsachen bleibt, sieht er: „dass sich die Fertigung nachhaltig verändern wird und die Chancen der heute verfügbaren Technologien genutzt werden müssen“. Das Internet der Dinge wird diese Prozesse sicher begleiten.

Entwicklung der Kabelbranche

Die Entwicklung in der Kabelbranche lässt sich in drei Phasen einteilen: Vor mehr als drei Dekaden benötigten kapazitätsarme Steuerleitungen für jede Funktion eine eigene Leitung. Sprich: Wer 20 Sensoren adressierte, brauchte ein 20-paariges Kabel. Seit gut 25 Jahren haben sich Bussysteme etabliert, bei denen ein Kabel viele Teilnehmer ansprechen kann, weil Adressen hinterlegt sind. Heute mit Industrie 4.0 stößt der Feldbus an seine Grenzen. „Keineswegs aber ist der Feldbus am Ende“, ist sich Messerer sicher. Er bekomme nur seine Grenzen aufgezeigt. In der Buswelt redet man von Datenraten im Bereich von 1 bis 20 MBit und bestenfalls Reaktionszeiten von 20 ms. Echtzeitkommunikation aber braucht ein reaktionsfreudigeres Medium mit Antwortzeiten kleiner 100 μs sowie Datenraten im Bereich von 100 Mbit und mehr.

Bezogen auf die Kabeltechnologie ist das Industrial Ethernet diesen hohen Anforderungen gewachsen. Egal ob Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT, Powerlink oder Sercos: Die in der IT schon lange etablierten Protokolle halten in der Fabrik Einzug. Leider zeichnet sich dabei wie im Feldbuskrieg der achtziger Jahre bis dato kein Standard ab. Fast ein Dutzend Lösungen konkurrieren derzeit um das Attribut Marktstandard.

Kabel in den Vordergrund rücken

„In manchen Fällen lösen die Protokolle den Feldbus ab, aber nicht unbedingt und auch nicht künftig“, erläutert er. „Geht es um schnelle Taktung, ist das Industrial Ethernet dank seiner Leistungsdaten im Vorteil. Aber wer braucht schon in einer Raffinerie mit lang andauernden Prozessen Millisekunden genaue Echtzeitkommunikation?“, gibt Messerer zu bedenken. In vielen Fällen hat der Feldbus nach wie vor eine Zukunft und diverse Bussysteme werden noch weitere Zuwächse verzeichnen. Das Industrial Ethernet ist die Antwort auf die Anforderungen der Echtzeitkommunikation, auch wenn es nicht ganz neu ist. Ein Blick auf die Marktentwicklung zeige, dass erst im Jahr 2014 die Feldbus-Applikationen einen Dämpfer erhalten haben und parallel dazu das Industrial Ethernet überproportional wächst. „Also sind wir erst im vergangenen Jahr an einem Wendepunkt angelangt“, verdeutlicht Messerer und merkt weiter an: „Für uns hat das Konsequenzen. Wir brauchen bei Helukabel für jedes Protokoll das passende Kabel. Leider sind Kabel im Blickwinkel des Anwenders ein C-Teil, von der Funktion in der Automatisierungstechnik her allerdings ein A-Teil.“

Aufbau der HMCB500S-Ethernet-Hybridleitung: Sie ist für bewegte Anwendungen in Schleppketten mit geringer Zyklenzahl und Reichweiten bis zu 100 m ohne Repeater ausgelegt. Helukabel

Diese Tatsache lässt sich an Beispielen ganz gut festmachen: Ethernet-Hybridleitungen wie die HMCB500S transportieren in zwei separaten Adern Strom und Daten. Das stellt höchste Anforderungen an Schirmung, elektromechanische Verträglichkeit und Konfektionierung. Schließlich darf der Datenfluss in keinem Fall gestört werden. So kommen immer höhere Anforderungen auf die Kabelhersteller zu. Das Ganze wird tangiert durch Themen wie Rückflussdämpfung als Qualitätsmerkmal oder das Verhältnis von Kabeldämpfung zur Nebensprechdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz. „Wir Kabelhersteller bewegen uns im Bereich der Hochfrequenztechnik. Das fordert insbesondere unsere Produktion. Immer genauer und feinjustierter müssen unsere Produkte werden“, gibt der Kabelexperte zu bedenken. „Ethernet-Hybridleitungen markieren derzeit die Spitze der Entwicklung.“

Helukabel stellt Kabel für die aktuellen digitalen Gebersysteme in der Antriebstechnik bereit: Im Bild ist ein Beispiel für die Einkabellösung zu sehen. Helukabel

Ein zweites Beispiel sind Kabelsysteme für die neuen Digitalgebersysteme mit der Schnittstelle Hyperface DSL. Bisher wurden Servomotoren und Umrichter mit je einer Leitung für die Leistungsübertragung und für die Übertragung der Lageinformationen verbunden. Die neuen Gebersysteme ermöglichen künftig Einkabellösungen. Die Servoleitung „Topserv Hybrid“ in den Ausführungen PUR für hochdynamische Schleppkettenanwendungen und PVC für bedingt schleppkettenfähige Anwendungen sind dafür ausgelegt. „Da das Paar für die Datenübertragung in die Servoleitung integriert wird, ist die Haltbarkeit des Datenschirms von besonderer Bedeutung. Tests an neuen Leitungen sind nur bedingt aussagekräftig, da die Qualität des Schirms im Laufe des Einsatzes in einer Schleppkette nachlässt. Besonderes Augenmerk haben wir deshalb auf Qualität und Lebensdauer des Kupferschirms gelegt, der das Datenpaar vor den Störungen der Leis­tungsadern schützt“, erklärt Messerer.

Empirische Ermittlung durch Kabelfolter

Um die Dauerhaltbarkeit sicherzustellen, gibt es am mittelfränkischen Standort Windsbach die so genannte Folterkammer. Im Testzentrum mit Schleppketten- und Torsionsprüfanlagen erfolgt die Stressbelastung. Beispielsweise werden dort Hybridleitungen in einem hochdynamischen Schleppkettentest mit über 5 Mio. Zyklen auf die Probe gestellt. Weil die Beanspruchung der Leitungen von Parametern wie Verfahrweg, Biegeradius, Geschwindigkeit und Beschleunigung abhängt, werden diese Daten vom Kunden benötigt. Je präziser die Angaben sind, desto detaillierter lässt sich die maßgeschneiderte Leitung auslegen. Berechnen lässt sich das nicht, sondern nur empirisch ermitteln. „Auch wenn wir umfangreiche Erfahrungswerte in einer Datenbank haben, braucht es immer den Test. Der Praxiseinsatz bestätigt dann die Haltbarkeit der Leitungen“, betont Messerer.

Industrie 4.0 stellt die Kabel- und Leistungshersteller also vor die größten Herausforderungen – vor allem in der Robotik und im Schleppketteneinsatz. Da kommen dann hohe elektrischen Anforderungen auf unsere Produkte zu wie Abriebfestigkeit, Biegefähigkeit, Medienbeständigkeit und Torsionsfähigkeit. „Zudem steigt der ‚IQ-Wert‘ der Produkte, denn sie werden immer intelligenter“, resümiert der Experte.

(mrc)