Kabeltechnik – Serie Tipps zur Auswahl des richtigen Kabelsystems

Redakteur: Kristin Rinortner

Im ersten Teil dieser Serie erläutern wir, welche Aspekte bei der Auswahl eines Kabelsystems eine Rolle spielen und wie sich Umweltfaktoren beziehungsweise Werkstoffe auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit eines Kabels auswirken.

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Tabelle 1: Vor- und Nachteile von Kabelmaterialien im Überblick (Bild: KrRinort)
Tabelle 1: Vor- und Nachteile von Kabelmaterialien im Überblick (Bild: KrRinort)

Heute sind Kabel extremen Temperaturen, Chemikalien, Abrieb, starken Biegungen etc. ausgesetzt. Derart raue Umgebungen können die Zuverlässigkeit sowie das elektr(on)ische Verhalten des Kabelsystems beeinträchtigen.

Für Entwickler sind bei der Auswahl des Kabels die Antworten auf drei Fragenkomplexe besonders wichtig: Welche elektrischen, mechanischen, umwelttechnischen und anwendungsspezifischen Faktoren könnten die Leistungsfähigkeit des Kabels beeinträchtigen? Liefert das favorisierte Kabel auch in der individuellen Kundenumgebung die angestrebte Funktionalität, und gibt es hierfür entsprechende Tests beziehungsweise Datenanalysen? Wie hoch sind die Gesamtkosten und wie hoch sind die Kosten eines Ausfalls?

Kabel werden oft zuletzt berücksichtigt

Kabel sind oft die letzten Komponenten, die Entwickler während ihres Systemdesigns auswählen. In vielen Situationen sind Kabel förmlich die Lebensader des Systems: Wenn ein Kabel ausfällt, dann kann das gesamte System funktionsuntüchtig werden. Wenn beispielsweise das für die Datenübertragung in einer Weltraumrakete genutzte Kabel ausfällt, könnte die Kommunikation zwischen dem Raumfahrzeug und der Boden-Crew abbrechen.

Die Zuverlässigkeit eines Kabels basiert sowohl auf seiner Robustheit und Haltbarkeit als auch auf seiner Signalintegrität. Das ideale Kabelsystem sollte so konstruiert sein, dass es in jeder beliebigen Umgebung während der gesamten Lebensdauer des Produkts ordnungsgemäß funktioniert.

Einschränkungen in der Applikation erkennen

Zunächst müssen die elektrischen, mechanischen und Umweltbedingungen berücksichtigt werden, denen das Kabel in der Applikationen ausgesetzt ist. Darüber hinaus sollte man zusätzliche spezifische Aspekte erkennen, die zu Belastungen des Kabelsystems führen können. Beispiele hierfür sind die Sterilisierung in medizinischen Anwendungen oder die extremen Temperaturen in geophysikalischen Applikationen.

Ohne besondere Umwelteinflüsse ist das elektrische Verhalten des Kabels in der Regel sehr zuverlässig, aber wenn mechanische, umweltbedingte oder anwendungsspezifische Beanspruchungen hinzu kommen, kann es sehr schwierig werden, die elektrische Leistungsfähigkeit zuverlässig aufrechtzuerhalten. Zudem gibt es viele Faktoren, die sich potenziell schlecht auf die Signalintegrität auswirken können:

  • Elektromagnetische Interferenzen, deren Ursprung sowohl innerhalb des Kabels als auch externen Quellen sein können;
  • Übersprechen, das durch die unerwünschte Kopplung beziehungsweise Einstreuung von Signalen zwischen zwei Übertragungsleitungen entsteht;
  • Pegelabsenkung – ein Faktor, der letztendlich die maximale Länge eines Signalkabels bestimmt, sowie
  • der elektrische Widerstand, der einen Spannungsabfall über einer Versorgungsleitung zur Folge hat.

Mechanische Beanspruchung in Form von zufälligen und rollenden sowie von Torsions-Bewegungen setzen kinetische Energien innerhalb des Kabels frei, die großen Schaden anrichten können, wenn sie nicht richtig abgeleitet werden. Außerdem kann die äußere Haftreibung zu einem Abrieb der Ummantelung führen.

Mögliche Einflüsse: mechanisch, chemisch, thermisch

Eine der häufigsten Ursachen von mechanischen Fehlbeanspruchungen bei Kabeln ist das Bedienpersonal, denn es kann ein Kabel knicken, einklemmen oder quetschen. Auch die Zugfestigkeit ist von wesentlicher Bedeutung.

Extreme Temperaturen wirken sich auf die Kabelmaterialien aus, wobei niedrige Temperaturen die Kabel spröde machen, während hohe Temperaturen dafür sorgen, dass die Kabel sehr weich werden.

Vakuum wiederum sorgt dafür, dass Öle und Additive aus Kabeln herausdiffundieren und damit beispielsweise in Reinräumen die Umgebung kontaminieren. Andererseits hat hydrostatischer Druck, wie er zum Beispiel bei geophysikalischen Untersuchungen auftritt, zur Folge, dass Gase oder Flüssigkeiten die Isolationen oder die Ummantelungen der Kabel durchdringen.

Gase und Flüssigkeiten (Reinigungsflüssigkeiten, Treibstoffe, Schmierstoffe, Chemikalien und Dampf etc.) zerstören einige Kabelmaterialien. Strahlung kann je nach Art und Dosis sowohl die Isolation als auch die Ummantelung zerstören. Haftreibung, die sich durch die Bewegung des Kabels ergibt, kann die Umhüllungen des Kabels durch Partikel-Abrieb beeinträchtigen, während Verschmutzungen durch Schlamm, Chemikalien oder Metallspäne die Ummantelung des Kabels schädigen können.

Umweltbedingte Beanspruchung kann die Lebensdauer eines Kabels beachtlich verkürzen, sodass diese Aspekte bei der Entwicklung eines Kabelsystems unbedingt berücksichtigt werden müssen.

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