Kabel und Leitungen Tauziehen zwischen Geschwindigkeit und Stärke

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In der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärsektor müssen Kabel und Leitungen oft unter härtesten Bedingungen – wie extremen Windgeschwindigkeiten, Temperaturen und Vibrationen – Signale und Daten zuverlässig übertragen. Die größte Herausforderung besteht darin, bei der Auswahl das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung und Belastbarkeit zu erreichen, weiß Jeff Wood, Sales Director bei WireMasters.

Ein ideales Kabeldesign hängt oft mit der Geschwindigkeit und der Bandbreite der Leitung zusammen. Beide Eigenschaften tragen zur Leistung bei, die Langlebigkeit wird dabei oft übersehen. Eine widerstandsfähige, langlebige Leitung, die robust ist und zuverlässig funktioniert, ist für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militär von entscheidender Bedeutung. Doch statt nur einen der beiden Aspekt zu maximieren, integrieren optimale Lösungen sowohl Leistung als auch Langlebigkeit auf intelligente Weise in ihre Konstruktionen.

Leistung versus Ausfallsicherheit

Leistung ist viel mehr als nur Geschwindigkeit. Die Leistung eines Kabels bezieht sich auf seine Fähigkeit, konsistente, zuverlässige Daten- oder Signalübertragung zu liefern. Hochleistungskabel, wie zum Beispiel Ethernet-Kabel der Kategorie 8, minimieren aufgrund ihrer geflochtenen Kupferabschirmung elektromagnetische Störungen (EMI). Für Anwendungen wie Switch-zu-Switch-Kommunikation in Rechenzentren eine wichtige Eigenschaft, denn eine derartige Abschirmung gewährleistet die Signalintegrität, die für eine konsistente Datenübermittlung erforderlich ist.

Bei der Ausfallsicherheit geht es eher darum, dass das Kabel durchgehend funktioniert, auch wenne s in schwierigen Umgebungen eingesetzt wird. Bei der Konstruktion eines robusten Kabels wird besonders auf die verwendeten Materialien geachtet. Polyurethan (PUR) in Ummantelungen bietet beispielsweise Beständigkeit gegenüber Abrieb, Flüssigkeitseinwirkung und chemischen Verschleiß. PUR-ummantelte Kabel erreichen in der Regel eine Schutzart von IP65 bis IP69.

Für bestimmte Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder im Militär ist hohe Leistung allein jedoch nicht ausreichend. Ein leichtes Ethernet-Kabel beispielsweise scheint eine geeignete Lösung für mobile Radar-Tracker im Militärbereich zu sein. Dafür spricht eine Bandbreite von 250 – 1000 MHz bei minimalem Signalverlust. Im Feld fallen solche Kabel jedoch oft innerhalb weniger Wochen nach Inbetriebnahme aus. Grund dafür ist die Belastung durch Hydraulikflüssigkeit, die in Radar-Trackern vorkommt. Trotz ihrer hohen Leistung sind diese Leitungen zu wenig robust und daher für solche Anwendungen ungeeignet.

Kabel und Leitungen

Durchstarten ohne Kupfer

Technische Kompromisse für eine sinnvolle Auslegung

Die Konstruktion einer Leitung, die Leistung und Widerstandsfähigkeit miteinander verbindet, erfordert kalkulierte Kompromisse. Um ein sinnvolles Gleichgewicht zu erreichen, müssen alle Faktoren berücksichtigt werden – von der Materialauswahl bis hin zu technischen Spezifikationen.

Kabel mit hoher Bandbreite werden hochpräzise gefertigt. Verlustarme Dielektrika, dicht gewickelte Folienabschirmung und leitfähige Kerne aus Kupferlegierungen führen zu äußerst leistungsfähigen und flexiblen Leitungen. Einschränkungen ergeben sich aus ihrer mangelnden Widerstandsfähigkeit. Beispielsweise sind Folienabschirmungen zwar eine effiziente Methode zum Abmildern elektromagnetischer Störungen, aber unter starken Vibrationen können sie knittern oder reißen. Besonders in Flugzeugen treten oft Vibrationen auf. Kabelsysteme müssen hier in der Lage sein, diesen Extrembelastungen standzuhalten, ohne auszufallen.

Anderseits muss man bei widerstandsfähigen Leitungen oft Abstriche bei der mechanischen Flexibilität machen. Dickere Ummantelungen und Isolatoren machen sie schwerer, weniger platzsparend und schwieriger zu verlegen. In Flugzeugen ist Flexibilität unerlässlich, um die Verlegung durch enge Biegungen und Räume zu ermöglichen. Robuste Kabel können zwar konstanten Vibrationen standhalten, aber sie sind für bestimmte Flugzeuganwendungen wie Avionikschächte oder vor Ort auswechselbare Einheiten (LRUs) nicht geeignet, da sie ohne Signalverlust nicht scharf gebogen werden können.

In Bezug auf Leistung und Belastbarkeit können Leitungen auf Papier viele Spezifikationen erfüllen und dennoch vor Ort versagen. Daher muss man bei der Auslegung immer den Anwendungskontext berücksichtigen:

• Wo wird das Kabel verwendet?

• Welchen externen Faktoren ist es ausgesetzt?

• Handelt es sich um einen kurz- oder langfristigen Einsatz?

• Welche Folgen sind bei Ausfall zu erwarten?

Schirmung und Ummantelung sorgen für robuste Leitungen

Bezüglich der Abschirmung können die gewählten Materialien oft sowohl elektromagnetische Störungen (EMI) als auch Hochfrequenzstörungen (RFI) abmindern. Die Beständigkeit gegenüber EMI und RFI spielt auch eine Rolle bei der mechanischen Struktur und der physikalischen Belastbarkeit eines Kabels. Beispielsweise nutzt eine Folienabschirmung aus Aluminium-Polyesterband in Kombination mit Verflechtung die Eigenschaften beider Merkmale, um Leistung und Haltbarkeit zu optimieren. Das Geflecht dient als zusätzliche Schicht, die die dünne Folie vor Vibrationsschäden schützt und dadurch Schutz vor elektromagnetischen Störungen sowie physische Belastbarkeit gewährleistet.

Zusätzlicher Schutz wird durch Ummantelungen aus PUR oder PFA (Perfluoralkoxylalkan) erreicht. PUR und PFA sind für dynamische Verteidigungsanwendungen wie Marineschiffsgalerien geeignet und sie bieten zudem eine raucharme Alternative zu Polyvinylchlorid (PVC). Während beide ähnliche Eigenschaften haben und eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Flüssigkeiten sowie chemische Reaktionsträgheit aufweisen, ist PFA temperaturbezogen überlegen und kann bis zu 260 °C verwendet werden. PUR bietet dagegen eine höhere Abriebfestigkeit, sodass viele PUR-ummantelte Kabel IP67 bis IP69K erfüllen.

Jede einzelne Eigenschaft lässt sich an die jeweilige Anwendung anpassen. Bei der Konfiguration von Kabellösungen für Luft- und Raumfahrt oder den Verteidigungssektor arbeitet WireMasters eng mit Ingenieuren zusammen, die leistungsstarke aber auch zuverlässige Kabellösungen benötigen. Durch ihr Verständnis realer Anwendungsfälle, egal ob es sich um unternehmenskritische Anwendungen oder eine statische Steuerschnittstelle handelt, wird ein realistisches Gleichgewicht erreicht. Als Kabelspezialist für militärische Spezifikationen nutzt WireMasters das Wissen und die Erfahrung des Unternehmens, um derartig komplexe Kompromisse zu finden.

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