Leitungsfertigung, Bild: Lapp

Der Aufbau als Sternvierer ist ideal für besonders kompakte Leitungen. Bild: Lapp

Ceam Cavi Speciali soll in der Lapp Gruppe zum Kompetenzzentrum für die industrielle Datentechnologie mit Forschung und Entwichlung sowie einem Testzentrum werden. Dort werden unter anderem Lösungen zur schnellen und industrietauglichen Datenübertragung für Industrie 4.0 vorangetrieben. Schon heute entwickeln und fertigen 110 Mitarbeiter am Standort im italienischen Monselice bei Padua Unitronic- und Etherline-Leitungen für alle gängigen Feldbusysteme und industrielles Ethernet wie Profinet.

Automatisierte Herstellung für Big-Data-Datenleitungen

Kupferdraht über Spule, Bild: Lapp
Die Leiter industrieller Datenleitungen bestehen aus dünnen Drähten aus Kupfer, die zu einem Leiterbündel verseilt werden. Bild: Lapp

Dahinter steckt ein ausgeklügelter und hochautomatisierter Herstellungsprozess. Die Fertigung der industriellen Datenleitungen erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst müssen die einzelnen Leiter, die aus dünnen Kupfer-Einzeldrähten bestehen, zu einer Litze verseilt werden. Während andere Hersteller die fertig verseilten Litzen von Zulieferern beziehen, übernimmt diesen Prozess Ceam selbst. Damit garantiert das Unternehmen eine gleichbleibend hohe Qualität, denn geringste Abweichungen bei der Rundheit würden sofort zu Einbußen bei der Übertragungsqualität, insbesondere auf längeren Distanzen, führen. Je nach Anforderung an Flexibilität und Querschnitt variieren beim Verlitzen die Anordnung und die Zahl der Drähte.

Ceam bevorzugt eine Struktur aus konzentrisch verseilten Drähten. Das heißt, es befindet sich ein Draht in der Mitte und die anderen drum herum. Dadurch wird das Bündel perfekt rund über die ganze Leitungslänge. Auch auf die Auswahl des Kupferleiters kommt es an. So werden für die dünnen, leistungs­fähigen Ethernet-Leitungen feindrähtige Kup­ferleiter der Klasse 6 verarbeitet.

Im nächsten Schritt werden die einzelnen Adern isoliert. Dabei wird Kunststoff, meist Polyolefin, um das Bündel extrudiert. Aus drei Extrudern werden simultan drei Schichten aufgebracht. 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 bringt nicht nur hohe Übertragungsgeschwindigkeiten auch über größere Distanzen, sondern erlaubt zudem eine dünnere Isolation. Das reduziert den Durchmesser der Leitung. Der italienische Hersteller hat für diese Methode über viele Jahre ein hohes Prozesswissen erarbeitet, denn die richtige Größe und die gleichmäßige Verteilung der Stickstoffblasen ist essenziell.

Alle isolierten Leiter werden verseilt

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

Anschließend werden die isolierten Leiter verseilt. Dabei ist auf zwei wichtige Punkte zu achten: So muss die Schlaglänge, also die Distanz für eine volle Umdrehung der ineinander verschlungenen Adern, stets gleich bleiben; und damit die Adern auf Dauer nicht brüchig werden, dürfen sie selbst keine Torsion erfahren. Üblicherweise werden die Adern zu Paaren verseilt, die dann mit einem anderen oder drei anderen Paaren verseilt werden. Wenn beispielsweise 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. Generell ist für besonders kompakte Leitungen mit Datenraten bis 100 Mbit/s der Sternvierer der beste Aufbau. Dort beträgt der Durchmesser nur das 2,4-Fache des Durchmessers der einzelnen Adern im Inneren, was die Leitung 30 Prozent dünner macht als Leitungen mit zwei separaten Leiterpaaren. In Sternvierern bilden gegenüberliegende Leiter die beiden Paare.

In der Flechterei wird definiert, wie gut eine Leitung gegen elektromagnetische Störungen geschützt ist. Bei diesem Prozess werden dünne Drähte aus Kupfer oder verzinntem Kupfer um das Aderbündel geflochten, das sogenannte Abschirmgeflecht. Die Drähte laufen von Rollen, die sich schnell umeinander bewegen und so das erforderte Flechtmuster zu erzeugen. Dabei kommt es insbesondere auf den Flechtwinkel an. Ist der Winkel groß, wird mehr Drahtmaterial pro Länge aufgebracht. Für besonders EMV-kritische Anwendungen kann noch eine Alufolie unter das Geflecht eingebracht werden.

Zuletzt wird alles ummantelt

Ummantelung am Bildschirm, Bild: Lapp
Der Isolationsprozess ist besonders wichtig, um beste Eigenschaften zu garantieren. Das Isolationsmaterial wird mit Stickstoff aufgeschäumt, das reduziert die dielektrische Konstante und erlaubt dünnere Leitungen mit höheren Datenraten. Bild: Lapp

Zuletzt wird ummantelt. In diesem Schritt spritzt ein Extruder erwärmtes und durchmischtes Kunststoffgranulat in einen Spritzkopf. Der Kunststoff legt sich wie ein enger Schlauch um das Abschirmgeflecht. Sensoren überwachen dabei, dass die Menge des zugeführten Kunststoffs und die Durchlaufgeschwindigkeit harmonieren und die Leitung exakt zentriert in der Mitte des Spritzwerkzeugs läuft. Gleich danach kommt die rund 200 Grad Celsius heiße Leitung zur Abkühlung in ein zehn Meter langes Wasserbad. Dahinter entfernt ein Gebläse die Feuchtigkeit, damit die fertige Leutung dann völlig trocken auf die Trommel gewickelt werden kann.

Für Industrie­leitungen gibt es eine große Variation von Mantelmaterialien, die großen Einfluss auf die Lebensdauer haben. Sie schützen gegen mechanische und chemische Beanspruchung wie verschiedene Öle, Wetter oder UV-Licht. Für Hochleistungsleitungen in bewegten Anwendungen wird Polyurethan als Mantelstoff verwendet. Eine weitere Option für harte Einsatzbedingungen ist Lapps eigenentwickeltes Robust-Material: Es wi­dersteht sehr hohen und niedrigen Temperaturen, mechanischer Beanspruchung, Bioölen und aggressiven Reinigungsmitteln, wie sie zum Beispiel in Maschi­nen zur Nahrungsmittelproduktion verwendet werden.

Zu guter Letzt läuft die abgekühlte Leitung unter einem Druckkopf durch, der die Bezeichnung der Leitung aufbringt. Die ensprechende Beschriftung gibt der Operator an einem Terminal ein. Danach werden die Leitungen auf Spulen aufgewickelt und mit einer Folie umhüllt, die als Schutz und Kennzeichnung des Produkts dient, außerdem kommen Kappen auf die beiden Kabelenden. Und so sind die Datenleitungen für Industrie 4.0 und Digitalisierung bereit. hei

Isolation von hochwertigen Datenleitungen (Quelle: Lapp Gruppe)