Intelligenz im Kabel

Spezial - Industrieelektronik

Automatisierung – Kabelhersteller wie Helukabel machen sich Gedanken über die Zukunft ihrer Produkte. Im aufbrechenden Zeitalter von Industrie 4.0 ist das Industrial Ethernet mit seinen Möglichkeiten und Anforderungen ein wichtiger Baustein.

19. Februar 2016

Dem Hype um Schlagworte wie Industrie 4.0, Integrated Industry und dem Internet der Dinge kann sich heute keiner mehr entziehen. Das gilt auch und sogar insbesondere für die Kabelhersteller wie Helukabel. »Denn das Kabel wird zum Rückgrat der Industrie 4.0. Ohne das feinmaschige Verbindungsnetz zwischen den unzähligen Komponenten in einer automatisierten Fabrik geht gar nichts«, sagt Horst Messerer, Produktmanager der Daten-, Netzwerk- und Bustechnik am Helukabel-Standort Windsbach.

Prägend für die Industrie 4.0 sind immer höhere Taktzahlen, minimale Nebenzeiten und einwandfreier Output. Dazu bedarf es horizontal und vertikal vernetzter Produktionsstrukturen, intelligenter Waren und Werkzeuge sowie einer reibungslosen Kommunikation von Mensch und Maschine und den Maschinen selbst. Das geht nicht ohne Verbindungsglieder wie Kabel.

Auch wenn Messerer das große Wort »Revolution« im Zusammenhang mit Industrie 4.0 für überzogen hält, ist er überzeugt, dass sich die Fertigung nachhaltig verändern wird und die Chancen der heute verfügbaren Technologien genutzt werden müssen. Das Internet der Dinge wird diese Prozesse begleiten.

Eine kurze Historie

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. 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. »In der Buswelt redet man von Datenraten im Bereich von einem bis 20 Megabit und bestenfalls Reaktionszeiten von 20 Millisekunden. Echtzeitkommunikation aber braucht ein reaktionsfreudigeres Medium mit Antwortzeiten von weniger als 100 Mikrosekunden sowie Datenraten im Bereich von 100 Megabit und mehr«, sagt Messerer.

Bezogen auf die Kabeltechnologie ist das Industrial Ethernet diesen hohen Anforderungen gewachsen. In der IT schon lange etablierte Protokolle wie etwa Sercos, Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT oder Powerlink halten in der Fabrik Einzug. »Leider zeichnet sich dabei bis dato noch kein Standard ab.«

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 millisekundengenaue Echtzeitkommunikation?«, gibt Messerer zu bedenken. In vielen Fällen habe der Feldbus darum nach wie vor eine Zukunft, und diverse Bussysteme werden noch weitere Zuwächse verzeichnen.

Das Industrial Ethernet ist die Antwort auf die Anforderungen der Echtzeitkommunikation.

Aber erst seit 2014 wächst es überproportional. »Also sind wir erst im vergangenen Jahr an einem Wendepunkt angelangt«, erläutert Horst Messerer. »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, auf Funktion und Bedeutung in der Automatisierungstechnik bezogen allerdings auf jeden Fall ein A-Teil.«

Hohe Anforderungen

Diese Tatsache lässt sich an Beispielen festmachen: Ethernet-Hybridleitungen wie die HMCB500S transportieren in zwei separaten Adern Strom und Daten. Das stellt hohe 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 Messerer zu bedenken. »Ethernet-Hybridleitungen markieren derzeit die Spitze der Entwicklung«, sagt der Kabelexperte.

Einkabellösungen kommen

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 Horst Messerer.

Um die Dauerhaltbarkeit sicherzustellen, gibt es am mittelfränkischen Standort Windsbach die sogenannte Folterkammer. Im Testzentrum mit Schleppketten- und Torsionsprüfanlagen erfolgt die Stressbelastung.

Beispielsweise werden dort Hybridleitungen in einem hochdynamischen Schleppkettentest mit über fünf Millionen Zyklen kräftig 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.«

Immer intelligenter

Industrie 4.0 wird Kabel- und Leitungshersteller also vor sehr große Herausforderungen stellen – das gilt vor allem in der Robotik und im Schleppketteneinsatz. In Verbindung damit stehen hohe elektrische Anforderungen wie Abriebfestigkeit, Biegefähigkeit, Medienbeständigkeit und Torsionsfähigkeit. Zudem werden die Produkte immer intelligenter.

Erschienen in Ausgabe: 01/2016