Anschlusstechnik Wie die Kabelkonfektionierung gelingt

Redakteur: Sariana Kunze

Die zunehmende Vernetzung verlangt nach einer zuverlässigen Konnektivität. Wichtig dabei: die Kabelkonfektionierung. Wir zeigen auf, was es dabei zu beachten gilt.

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Die Gefahr eines Leiterbruches durch Biegung ist bei Litzenleitungen wesentlich geringer als bei Massivdrahtleitern mit gleichem Querschnitt.
Die Gefahr eines Leiterbruches durch Biegung ist bei Litzenleitungen wesentlich geringer als bei Massivdrahtleitern mit gleichem Querschnitt.
(Bild: Fischer Connectors)

Kabelkonfektionslösungen verbinden Steckverbinder und Kabel. Sie stellen zuverlässige Signal- und Stromverbindungen zwischen den Geräten her. Dabei müssen Umgebungsbedingungen, Flexibilität, Gewichtsreduzierung, elektromagnetische Abschirmung und viele weitere Faktoren je Anwendung berücksichtigt werden. Zudem spielen die Größe der Lösung, das Material und die Konfiguration der Leiter, die Form des Steckverbinders, die Kabelkonfiguration einschließlich des Mantelmaterials sowie die Festigkeitselemente eine Rolle. Auch die Art der Verbindung hat einen Einfluss auf die Kabelkonfektionierung.

Achtung vor überdimensionierten Lösungen

Alle Komponenten müssen optimal auf die Anwendung abgestimmt sein, um eine zuverlässige Datenübertragung sicherzustellen. Hier ist große Sorgfalt gefragt, denn neben der mangelhaften Funktionalität besteht die Gefahr, dass die Lösung unnötig teuer und technisch überdimensioniert wird. Auch die Schutzart ist wichtig und der Kabelanschluss muss resistent gegenüber äußeren Einflüssen wie Flüssigkeiten oder Staub sein.

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Elektrische Anforderungen für die Kabelkonfektionierung

Im ersten Schritt bei der Kabelkonfektionierung muss die richtige Größe des Leiters bestimmt werden. Entscheidend sind hier die elektrischen Anforderungen. Grundlage für die Auswahl des Leiterquerschnitts ist die für die Anwendung erforderliche Stromlast. Darüber hinaus muss auch die Umgebungstemperatur für den Kabelquerschnitt berücksichtigt werden. Ein zu dünner Leiter hält den Temperaturen, die beim Leiten von Strom entstehen sowie etwa durch die Abwärme von Maschinen von außen auf die Kabel wirken, nicht stand. Ein zu dicker Leiter hingegen verursacht unnötige Kosten. Ebenfalls berücksichtigt werden muss die benötigte Anzahl an Leitern im Kabel.

Klassische Ethernet-Verbindungen benötigen beispielsweise bis zu acht Leiter, um eine High-Speed-Datenübertragung zu gewährleisten. Moderne Single-Pair-Ethernet-Systemen kommen hingegen mit zwei Litzen aus. Auf Basis von mathematischen Berechnungen lässt sich der ideale Leiterquerschnitt bestimmen. Die Formel berücksichtigt die Anzahl der Drähte anhand eines festen Faktors, die Außentemperatur sowie die zu erwartende Maximaltemperatur beim Leiten.

Auch bei der Auswahl des Materials des Leiters gibt es verschiedene Optionen, die entsprechend der Anwendung auszuwählen sind. Im Normalfall besteht dieser aus Kupfer. Es stehen allerdings auch eine Vielzahl an verschiedenen Kupferlegierungen zur Auswahl, die eine höhere Härte, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen aufweisen. Bei den Legierungen muss man allerdings meist einen kleinen Verlust an elektrischer Leitfähigkeit in Kauf nehmen. Legierungen sind besonders für Anwendungen mit kleinen Querschnitten geeignet, da sie mehr Stabilität bieten als herkömmliches Kupfer. In bestimmten Anwendungen sollte man bei der Konfektionierung auch eine Beschichtung in Betracht ziehen: Bei Baugruppen, die beispielsweise in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit eingesetzt werden, oxidiert Kupfer schnell. Diesem Prozess wirkt der Einsatz von Zinn-, Silber- und Nickelbeschichtungen entgegen. Zinn- und Silberbeschichtungen verhindern die Oxidation und Korrosion von Kupfer und verbessern außerdem die Lötbarkeit und den Anschluss der Leiter. Dadurch lässt sich die Lebensdauer verlängern und Ausfälle vermeiden.

Die richtige Abschirmungsart auswählen

Zudem ist die Abschirmungsart bei der Kabelkonfektionierung zu beachten. Bei der Abschirmung handelt es sich um eine leitende Barriere, die die isolierten Drähte innerhalb eines Kabels umgibt. Sie unterdrückt das Rauschen, das von benachbarten Drähten innerhalb eines Kabels, anderen Kabeln oder auch elektronischen Geräten in der Nähe ausgeht. Auf diese Weise wird eine unterbrechungsfreie Signalübertragung sichergestellt. Ferner verhindern abgeschirmte Kabel das Herausstrahlen von elektromagnetischen Störungen (EMI). Um eine gute Gesamtschirmwirkung zu erreichen, muss die Abschirmung an beiden Enden des Kabels ordnungsgemäß an den Steckverbinder angeschlossen sein. Dafür gibt es verschiedene Lösungen, unter anderem spezielle Folien oder Geflechte. Besonders effizient ist eine Kombination aus Geflecht und Folie. Dabei wird die hohe Abschirmwirkung des Folienschirms mit dem Geflecht kombiniert.

Die richtigen Litzen einsetzen

Die Gefahr eines Leiterbruches durch Biegung ist bei Litzenleitungen wesentlich geringer als bei Massivdrahtleitern mit gleichem Querschnitt. Diese werden vorrangig dort angewendet, wo eine häufige Bewegung oder Rüttelbeanspruchung stattfindet, beispielsweise bei Maschinen und Robotern. Dabei werden je nach erforderlicher Flexibilität und Beanspruchungsgrad fein- oder feinstdrähtige Litzenleitungen verwendet.

Die verschiedenen Arten von Litzen haben diverse Vorteile. Die Bündellitze ist die am häufigsten eingesetzte Variante, da sie beim Kabeldesign eine gute Flexibilität bietet. Es handelt sich um eine beliebige Anzahl von Litzen in einem zufälligen Muster. Alle Litzen haben dabei die gleiche Schlagrichtung und die gleiche Schlaglänge. Sogenannte konzentrische Litzen oder Unilay haben einen ähnlichen Aufbau. Hier wird ein zentraler Draht von einer oder mehreren Lagen schraubenförmig verlegter Drähte in einem geometrischen Muster umgeben. Diese haben, ähnlich wie bei Bündellitzen, die gleiche Schlagrichtung und gleiche Schlaglänge. Unilay-Leiter sind die zweithäufigste Variante nach den Bündeln, da sie eine ähnlich hohe Flexibilität bei etwas niedrigeren Kosten bieten.

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Herausforderung Kabelkonfektionierung

Kabel ist nicht gleich Kabel. Je nach Anwendungsgebiet müssen Ingenieure eine Vielzahl an Entscheidungen treffen, um die optimale Lösung zu finden. Angefangen bei Material, Kupfer oder Kupferlegierung, beschichtet oder unbeschichtet, über den Durchmesser der Drähte und die beste Abschirmungsart bis hin zur Entscheidung, ob Litze oder nicht, und wenn ja welche. Einige Steckverbinderhersteller wie Fischer Connectors bieten deshalb Steckverbinder und Kabelkonfektionierung aus einer Hand an. Dadurch können Anwender die Gefahr einer überdimensionierten Lösung eliminieren.

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