Kabelfertigung In acht Schritten zur perfekten Leitung

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Im Oktober 2016 hat die Lapp Gruppe mit Ceam Cavi Speciali einen führenden Hersteller von Datenleitungen für industrielles Ethernet und Feldbus übernommen. Jetzt gewährt das Unternehmen einen Einblick in die aufwändige Herstellung dieser Leitungen.

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Beim Flechten werden dünne Drähte aus Kupfer oder verzinntem Kupfer um die Adern geflochten. Das macht die Leitungen immun gegen elektromagnetische Interferenzen.
Beim Flechten werden dünne Drähte aus Kupfer oder verzinntem Kupfer um die Adern geflochten. Das macht die Leitungen immun gegen elektromagnetische Interferenzen.
(Bild: Lapp)

Ceam Cavi Speciali ist der neue Spezialist für Datenkabel in der Lapp Gruppe.Die Übernahme des Technologieführers im Veneto, Italien, stärkt die Position der Stuttgarter Kabelspezialisten im wachsenden Markt für Industrie-Datenkabel – die Nervenbahnen für Industrie 4.0.

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Am Ceam-Standort in Monselice bei Padua entwickeln und fertigen 110 Mitarbeiter Unitronic- und Etherline-Leitungen für industrielle Ethernet und Feldbusse – nach hohen Qualitätsstandards. Datenverbindungen sind ein Schlüsselbaustein in der Wachstumsstrategie des Unternehmens.

Ceam-Leitungen gelten im Markt als besonders zuverlässig bei den Datenübertragungseigenschaften und bei der Langlebigkeit – nicht zuletzt dank eines ausgeklügelten und hochautomatisierten Herstellungsprozesses und vielen Jahren Erfahrung. Das neue Lapp-Unternehmen hat nun die Türen geöffnet und gewährt Einblick in die Fertigung seiner industriellen Datenleitungen. Die erfolgt in acht Schritten:

Schritt 1 – Verlitzen

Die einzelnen Leiter bestehen aus dünnen Kupfer-Einzeldrähten, die zu einer Litze verseilt werden. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Drähte, auch deren Zahl variiert je nach Flexibilität und erforderlichem Querschnitt.

Ceam verarbeitet Kupferdrähte der Litzenleiterklasse 6 für dünne, leistungsfähige Ethernet-Leitungen und bevorzugt eine Struktur aus konzentrisch verseilten Drähten. Das heißt, es befindet sich ein Draht in der Mitte und die anderen drum herum was zu einem über die ganze Leitungslänge runden Bündel führt.

Wichtig auch: Ceam verseilt die Litzen selbst, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu garantieren. Denn geringste Abweichungen bei der Rundheit führen sofort zu Einbußen bei der Übertragungsqualität, insbesondere auf längeren Distanzen.

Schritt 2 – Isolation

Kunststoff – üblicherweise Polyolefin – wird um das Bündel extrudiert, dieser sorgt für die Isolation der Adern untereinander. Für besonders leistungsfähige Leitungen, wie sie Ceam herstellt, gibt es ein Verfahren, bei dem drei Schichten aus drei Extrudern simultan aufgebracht werden.

Die Extruder 1 und 3 erzeugen innen an der Litze sowie außen auf dem Isolator eine glatte Haut, die dazwischen liegende Schicht wird im Moment des Extrudierens mit Stickstoff aufgeschäumt. Das hat zwei Wirkungen: Zum einen bringt dies hohe Übertragungsgeschwindigkeiten auch über größere Distanzen.

Zum anderen erlaubt der besonders leistungsfähige Isolator eine dünnere Isolation und reduziert den Durchmesser der Leitung. Essenziell ist es dabei, die richtige Größe und die gleichmäßige Verteilung der Stickstoffblasen zu erzielen. Das dafür erforderliche Prozesswissen hat sich Ceam über viele Jahrzehnte erarbeitet.

Neben dieser physikalischen Methode gibt es noch einen anderen, kostengünstigeren Weg, um die Skin-Foam-Skin-Isolation zu erzeugen: eine chemische Methode, bei der Additive in das Rohmaterial beigemischt werden und die ausgasen, wenn man sie während des Extrusionsvorgangs erhitzt.

Allerdings können Größe und Verteilung der Blasen nicht so gut kontrolliert werden wie bei der physikalischen Methode. Die Experten von Ceam haben festgestellt, dass darunter die Langlebigkeit leidet. Mit der physikalischen Methode ist der Prozentsatz der möglichen Expansion höher, weshalb Ceam nur diese Variante nutzt.

Schritt 3 – Verseilen

In dieser Station werden die isolierten Leiter verseilt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Schlaglänge – die Distanz für eine volle Umdrehung der ineinander verschlungenen Adern – stets gleich bleibt.

Wichtig ist außerdem, dass die Adern selbst keine Torsion erfahren, also nicht in sich verdrillt werden, weil sonst auf Dauer die Isolation brüchig werden könnte. Üblicherweise werden die Adern zu Paaren verseilt, die dann mit einem anderen oder drei anderen Paaren verseilt werden (siehe Schritt 4).

Für besonders kompakte Leitungen mit Datenraten bis 100 Mbit/s ist der Sternvierer der beste Aufbau. Dort beträgt der Durchmesser nur das 2,4-fache der einzelnen Adern im Inneren, was die Leitung 40 Prozent dünner macht als Leitungen mit zwei separaten Leiterpaaren.

In Sternvierern bilden gegenüberliegende Leiter die beiden Paare. Was einfach klingt, benötigt spezielle Maschinen und eine ausgeklügelte Ausrüstung sowie Software, Engineering und Materialzusammensetzungen. Nicht jeder Hersteller ist in der Lage, diesen Aufbau zu erzielen.

Schritt 4 – Paare verseilen

Wenn 100 Mbit/s nicht schnell genug sind – etwa bei Leitungen mit Cat.6A oder Cat.7 mit 10 Gbit/s – reichen zwei Leiterpaare nicht aus. Dann werden vier Aderpaare verseilt, wodurch ein kompaktes und flexibles Bündel entsteht.

Schritt 5 – Flechterei

Hier entscheidet sich, wie gut eine Leitung gegen elektromagnetische Störungen gewappnet ist. Dünne Drähte aus (verzinntem) Kupfer werden um das Aderbündel geflochten, ähnlich einer Strickspule. Die Drähte laufen von Rollen, die sich schnell umeinander bewegen und so das charakteristische feine Muster erzeugen. Für besonders EMV-kritische Anwendungen kann noch eine Alufolie unter das Geflecht eingebracht werden. Die Flechterei ist bei Ceam hochautomatisiert mit einer hohen Zahl an Flechtmaschinen.

Eine wichtige Variable ist der Flechtwinkel zwischen Ausrichtung des Flechtdrahts und Kabelachse. Bei großem Winkel wird mehr Drahtmaterial pro Länge aufgebracht. Das erhöht die Kosten, ist aber in bewegten Anwendungen mit engen Biegeradien von Vorteil, weil solche Leitungen besonders elastisch sind.

Schritt 6 – Ummanteln

Verschiedene Mantel-Arten schützen gegen mechanische und chemische Beanspruchung, wie Öle, Wetter und UV-Licht. In diesem Schritt spritzt ein Extruder erwärmtes und durchmischtes Kunststoffgranulat in einen Spritzkopf, dort legt sich der Kunststoff wie ein enger Schlauch um das Abschirmgeflecht. Nach dem Erkalten ist der Mantel glatt und gleichmäßig und hat vor allem die gewünschte Dicke. Sensoren überwachen den gesamten Vorgang und stellen sicher, dass die Menge des zugeführten Kunststoffs und die Durchlaufgeschwindigkeit immer zusammenpassen. Ebenso überwachen sie, dass die Leitung exakt zentriert in der Mitte des Spritzwerkzeugs läuft und auch aus der Mitte des Mundstücks herauskommt.

Unmittelbar nach dem Extruder läuft die rund 200°C heiße Leitung mit hoher Geschwindigkeit durch ein Wasserbad. Hinter der Kühlstrecke entfernt ein Gebläse die Feuchtigkeit, die Ader ist dann völlig trocken, wenn sie auf die Trommel gewickelt wird.

Für Industrieleitungen gibt es variantenreiche Mantelmaterialien, die großen Einfluss auf die Lebensdauer haben. Für Hochleistungsleitungen in bewegten Anwendungen oder wenn Leitungen hoher mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind, verwendet Ceam Mäntel aus Polyurethan. Eine weitere Option für harte Einsatzbedingungen ist Lapps patentiertes Robust-Material: Es widersteht sehr hohen und niedrigen Temperaturen, mechanischer Beanspruchung, Bioölen und aggressiven Reinigungsmitteln. Schmutz kann sich kaum darauf festsetzen, wichtig für Anwendungen etwa in der Lebensmittelindustrie, wo die Anlagen regelmäßig gereinigt werden.

Übrigens: Der Mantel einer robusten Industrieleitung ist nie ganz glatt und glänzend, vielmehr fühlt er sich immer etwas matt an. Das bringt Vorteile für die Haltbarkeit, insbesondere verhindert es, dass Leitungen zusammenkleben oder beim Gegeneinanderreiben quietschen.

Schritt 7 – Kennzeichnung

Die abgekühlte Leitung läuft unter einem Druckkopf durch, der die Bezeichnung der Leitung aufbringt, ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker im Büro, nur erheblich schneller und robuster. Die Beschriftung gibt der Operator an einem Terminal ein. Während einige Wettbewerber die Kennzeichnung direkt nach dem Extrudieren und dem Kühlen aufbringen, ist das bei Ceam ein eigener Arbeitsschritt.

Schritt 8 – Verpackung

Schließlich werden die Leitungen auf Spulen aufgewickelt und diese mit einer Folie umhüllt, die als Schutz und Kennzeichnung des Produkts dient, außerdem kommen Kappen auf die beiden Kabelenden.

Der Artikel wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal elektrotechnik.de veröffentlicht.

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