Interview mit Lapp So werden Energie und Daten in Zukunft transportiert

Damit die Revolution in den Fabrikhallen Wirklichkeit werden kann, sind noch einige Hausaufgaben zu erledigen. Lapp ist für die Veränderungen gewappnet, erfahren wir im Interview mit Guido Ege, Leiter Produktmanagement und Entwicklung bei Lapp.

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In der Industrie 4.0 sind Daten der Rohstoff des 21. Jahrhunderts. Damit sie in Bewegung bleiben, braucht es eine leistungsfähige Infrastruktur. Die sollen Anwender von Lapp – maßgeschneidert und mit der richtigen Beratung – bekommen. Doch da ist noch etwas. Eine weitere Revolution in den Fabriken könnte die Energieversorgung betreffen.

elektrotechnik: Herr Ege, welche Anforderungen gibt es an die Kabeltechnologie der Zukunft?

Guido Ege: Die wichtigsten Trends in der elektrischen Verbindungstechnik sind sicherlich Miniaturisierung, Gewichtsersparnis, Kostenreduktion und einfache Verkabelung. Für die Ethernet-Technology geht der Trend in Richtung Cat 8, aber mittelfristig nur in Rechenzentren. Dort läuft die wachsende Menge an Daten zusammen. Die Übertragungsdistanzen sind innerhalb des Rechenzentrums zudem gering, da ist es zu verschmerzen, dass die hohen Übertragungsraten nur auf kurze Entfernung möglich sind. Für Lapp ist dieser Bereich allerdings kein Geschäftsfeld, und in der Industrie gibt es für solch hohe Anforderungen bisher keine Anwendungen. Dort ist Cat.7 noch nicht wirklich angekommen, Standard ist noch Cat.5. Ein weiterer Trend ist die DC-Technologie, also hin zu Energieverteilung per Gleichstrom in einzelnen Fertigungslinien in Fabriken.

Gleichstrom: neue Anforderungen an Technik und Leitungen

elektrotechnik: Bietet DC so viele Vorteile, dass sich die Umstellung lohnt?

Ege: Wir bei Lapp sind überzeugt, dass sich in den nächsten Jahren ein Wandel in der Energieübertragung und Nutzung vollziehen wird – weg von der reinen Wechselstromtopologie hin zu mehr Gleichstrom. Denn die Effizienzgewinne sind sehr groß, das lohnt sich aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht. Dass wir heute auf eine Wechselstromtopologie schauen, liegt schlicht daran, dass die Übertragung von Strom über große Distanzen mit Wechselstrom früher technisch eher machbar war, weil Transformatoren mit Wechselstrom arbeiten und es ermöglicht haben, die Spannungsstärke zu variieren. Durch die heutige Leistungselektronik kann aber auch Gleichstrom kostengünstig in der Spannungshöhe verändert und so über große Distanzen übertragen werden. Deswegen gibt es in Deutschland die Diskussion um die sogenannten HGÜs, die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetze. Denn die sind die Grundlage, um Gleichstrom, der über erneuerbare Energien erzeugt wird, auch über große Strecken zu transportieren.

elektrotechnik: Können Sie eine Hausnummer nennen, was bei einer Umstellung von Wechsel- auf Gleichstrom eingespart werden könnte?

Ege: Würde unser komplettes Stromnetz auf Gleichstrom umgestellt, dann wäre dadurch eine Einsparung von 35 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland möglich. Bei einer Einsparung von zehn Prozent könnten die beiden größten Kraftwerke in Deutschland, die übrigens Braunkohle verfeuern, abgeschaltet werden. Das würde deutschlandweit den CO2-Ausstoß um 12 Prozent reduzieren und den Stickoxid-Ausstoß sogar um 29 Prozent. 48 Prozent unseres gesamten Stromverbrauchs heute gehen übrigens auf das Konto der Industrie, davon fast 70 auf elektrische Antriebe. 10 Prozent Einsparung halten wir daher für nicht unrealistisch. Es gibt allerdings einen Haken: Gleichstrom stellt neue Anforderungen an die Technik und die Leitungen.

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elektrotechnik: Gibt es denn spezielle Leitungen für Gleichstrom?

Ege: Wir haben uns als einer der ersten Hersteller von Verbindungssystemen intensiv mit diesen Herausforderungen befasst und haben auf der SPS 2018 ein erstes Serienprodukt vorgestellt: Die Ölflex DC 100, die eigens entwickelt wurde für die Versorgung von Motoren und Anlagen mit Gleichstrom. Und auf der Hannover Messe 2019 werden weitere Serienprodukte dazu kommen. Sie sind das Ergebnis umfangreicher Untersuchungen. Denn obwohl die Gleichstromtechnik schon im 19. Jahrhundert erfunden wurde, gibt es bezüglich der Lebensdauer von Kabeln und Leitungen im Niederspannungsbereich erstaunlich wenig gesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse. Mittlerweile gibt es Hinweise, dass Gleichfelder den Kunststoff des Isolators anders beanspruchen als Wechselfelder. Es ist daher wichtig, diesen Zusammenhang genau zu kennen. Die ersten Erkenntnisse sind daher in die Entwicklung unserer neuen Ölflex DC Produkte eingeflossen.

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Fabrik-Vernetzung: Standards setzen sich durch

elektrotechnik: Ethernet ist im Büroumfeld heute Standard, doch auch in der Produktionsumgebung verdrängt Ethernet die klassischen Feldbusse immer mehr: Bei Knoten in der Fabrikautomation hat Ethernet im vergangenen Jahr erstmals die traditionellen Feldbusse überholt…

Ege: …ja, das ging schneller als von vielen Experten erwartet. Industrial Ethernet wächst mit 22 Prozent, Feldbusknoten nahmen letztes Jahr um sechs Prozent zu. Und durch den Trend zur Digitalen Fabrik wird das starke Wachstum von Ethernet sicherlich anhalten.

elektrotechnik: Gibt es noch Anwendungen, wo man sagt, da kann man den Feldbus nicht durch Ethernet ersetzen?

Ege: Überall dort, wo zum Beispiel Motion Control ins Spiel kommt, also Echtzeit-Datenübertragung notwendig ist, sind die klassischen Bussysteme gegenüber herkömmlichem Industrial Ethernet bisher im Vorteil. Doch mit Time Sensitive Networking (TSN) steht auch für das Ethernet eine Echtzeitkomponente bereit, und früher oder später wird IE auch in diesem Bereich die Feldbusse ablösen. Mit TSN stehen neue Mechanismen zur Verfügung, die Echtzeitverhalten bei sehr hoher Zuverlässigkeit auch für kritische Anwendungen ermöglichen. Es wird aber sicherlich noch einige Jahre dauern, bis TSN in der Breite Eingang gefunden hat.

Kabel & Stecker

Quo vadis Ethernet?

elektrotechnik: Bei Ethernet im Büroumfeld gibt es nur einen Standard, beim Industrial Ethernet gibt es dagegen eine Vielzahl wie Profinet, Powerlink, Ethernet/IP und Ethercat. Noch verwirrender sieht es dann bei den Steckverbindungen aus. Der Anwender kann sich da bei der Auswahl der Steckverbindungen also nicht nur am jeweiligen Standard orientieren?

Ege: Mit der Auswahl des Steuerungsherstellers sind auch die jeweiligen Komponenten für die Datenübertragung weitgehend definiert. Da spielen zum Beispiel Umgebungseinflüsse eine Rolle – also Vibrationen, Wärme, Chemikalien. Ebenso muss er entscheiden, welche Schutzart für die Anwendung ausreichend ist – genügt IP 20 an der Anlage, weil die Maschine im Trockenen steht, der Stecker abgedeckt und geschützt ist? Oder benötige ich nicht doch IP 69, weil die Maschine täglich mit dem Dampfstrahler gereinigt wird? Der Konstrukteur muss nur die passende Variante für seine Anwendung auswählen. Dann muss dem Maschinenkonstrukteur klar sein, ob für die Applikation die klassische RJ45-Verbindung eingesetzt wird, oder ein M12-Steckverbinder, er dann aber Einschränkungen bei der Datenübertragung in Kauf nimmt.

elektrotechnik: Lapp hat ja die italienische CEAM, einen Hersteller von Datenleitungen, 2017 übernommen. Worin besteht denn das spezielle Know-how, das CEAM einbrachte, und gibt es seitdem gemeinsame Entwicklungen?

Ege: CEAM ist ein Spezialist für Entwicklung und Produktion industrieller Datenleitungen und spezialisiert auf Themen wie Sensor-Aktor- und Industrial Ethernet-Leitungen, und ist unser Kompetenzzentrum für Datenleitungen. Auf der Hannover-Messe hatten wir zum Beispiel eine 10-Gigabit Fast Connect Leitung nach Cat.7 vorgestellt, die gemeinsam mit CEAM entwickelt worden ist. Weitere Entwicklungen folgen.

elektrotechnik: Ist die stark steigende Nachfrage nach Industrial-Ethernet-Leitungen auch ein Indikator dafür, dass die Digitalisierung der Fabriken zunimmt?

Ege: Ja, das sehe ich auf jeden Fall so. Und wir treiben diese Entwicklung auch mit entsprechenden Produktlösungen. Auf der anderen Seite geht die Nachfrage nach Busleitungen entsprechend zurück. Aufgrund der installierten Basis an Busleitungen ist die Nachfrage nach Retrofit oder Ersatz aber nach wie vor entsprechend hoch.

elektrotechnik: Wie groß ist der Anteil an Ethernet-Leitungen bei Ihnen?

Ege: Im Moment sind das rund 30 Prozent des Datenleitungsvolumens, aber durch das hohe Wachstum von über 20 Prozent ist der Trend klar. Neben den Leitungen komplettieren die entsprechenden Steckverbinder und Switches das System und wachsen entsprechend.

elektrotechnik: Könnte denn eine bereits installierte Feldbusleitung zu einem Ethernet-Netzwerk umfunktioniert werden?

Ege: Über entsprechende Gateways können Feldbussysteme an das Ethernet-Netzwerk angebunden werden und so bestehende Installationen Industrie 4.0 fähig gemacht werden.

Kabel & Stecker

Quo vadis Ethernet?

Hybride Kabel & Power over Ethernet (PoE)

elektrotechnik: Hybride Kabel ist ein weiteres Buzzword, mit dem Anwender nicht viel anfangen können. Was sind hybride Kabel und was sind die Vorteile für den Anwender?

Ege: Hybridleitungen kombinieren einerseits Anschluss-und Steuerelemente in einer Leitung, zum Beispiel für die Versorgung von Servomotoren. Der Anwender hat also nur noch eine Leitung zum Servo-Motor und das Kabel überträgt sowohl die Leistungen als auch die Daten. Das ist natürlich eine erhebliche Reduktion des Verkabelungsaufwandes. Der Maschinenbauer spart Platz und Kosten, denn es fallen ja auch weniger Stecker an. Außerdem sind die vorhandenen Stecker einfacher anzuschließen. Stichwort: Dezentrale Installation, dezentrale Automatisierung. Hybride Kabel bringen dem Maschinenbauer und dem Endanwender also eine ganze Reihe von Vorteilen.

elektrotechnik: Und auf der anderen Seite?

Ege: Auf der anderen Seite kann auch über Datenleitungen Energie übertragen werden – kleinere Leistungen bis 50 Watt, das sogenannte Power over Ethernet (PoE). Speziell codierte Steckverbinder ermöglichen den sicheren Anschluss. Auch hier ist der Vorteil für den Anwender, dass es nur eine Leitung für Daten und Energie gibt und damit die Verkabelung erheblich vereinfacht wird.

Intelligente Kabel?

elektrotechnik: In der Fertigung wird alles smarter: Sensoren, Motoren, Controller - werden auch Kabel intelligenter? Dahingehend zum Beispiel, dass sie sich selbst überwachen?

Ege: Wir arbeiten an dem Thema ‚Intelligentes Kabel‘ und ‚Predictive Maintenance in der Leitung‘ und werden sehr bald etwas vorstellen. Für kritische Anwendungen kann dies eine Lösung zur Früherkennung und Reduktion von Ausfallzeiten bedeuten, welche bisherige Sensorik nicht leisten kann. Notwendiger Leitungstausch, auch wenn nur selten notwendig, wird planbar, das hilft Ausfallzeiten und damit Kosten zu minimieren. Dies muss jedoch im Verhältnis zum Aufwand stehen. Bei Leitungen mit zusätzlichen Elementen muss dabei auch immer an die jeweiligen Anschlusselemente und die Analytik gedacht werden.

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