In den wenigsten Fabrikhallen steht das Wasser bis zum Dach und selbst im Winter sind immer noch Plusgrade zu verzeichnen. Doch es gibt Anwendungsgebiete, in denen es deutlich ungemütlicher zugeht. Obin Nutz- und Sonderfahrzeugen, die auf Baustellen oder Mülldeponien unterwegs sind, in U-Booten, in Schwertransportern oder in der Öl- und Gasindustrie: Hier kommt es vor allem darauf an, gegen Wasser, Druck und hohe Temperaturunterschiede gut gerüstet zu sein. Wir haben bei den Experten nachgefragt und sie aus dem Alltag berichten lassen.
* Wago (Bomag)
* Lapp Muller
* Molex
* mikeuk
Immun gegen Vibrationen
Es staubt, rüttelt und schüttelt – das sind die Bedingungen, denen Verbindungstechnik standhalten muss, wenn sie in Nutz- und Sonderfahrzeugen eingesetzt werden soll. Auf solch strapazierfähige Verbindungen angewiesen ist zum Beispiel der Hersteller Bomag aus Boppard, Spezialist für die Entwicklung und Fertigung von Fahrzeugen, die im Erd- und Straßenbau sowie im Müllsektor für Verdichtungsaufgaben vorgesehen sind. Bei diesen Walzfahrzeugen für den Einsatz unter härtesten Bedingungen handelt es sich um Multifunktionsgeräte mit hydrostatischen Antrieben. Deren Bandage – derFachausdruck für den an der Vorderachse bzw. an beiden Achsen angebrachten Stahlzylinder, der die Verdichtungsarbeit übernimmt – vibriert mit bis zu 20 g über den Boden und stellt damit das verbaute Material, insbesondere auch die Verbindungen der Elektrik, vor ganz spezielle Herausforderungen. Treten Kontaktprobleme auf, können diese die Fahrzeuge, die mit zahlreicher moderner Elektronik, etwa einer elektronischen Antischlupfregelung ausgestattet sind, lahm legen. Um diesen Fall auszuschließen, verwendet Bomag in seinen Maschinen das X-Com-System von Wago, Anbieter von elektrischer Verbindungs- und Automatisierungstechnik.
Die Basis dieses Systems bilden spezielle Reihenklemmen, die auf der einen Seite einen klassischen Federklemmenanschluss und auf der anderen steckbare Abgänge in Form eines Stiftes besitzen. Diese Basisklemmen bieten alle Funktionen einer Reihenklemme, werden aber auf einer Seite der Klemme über Steckverbinder kontaktiert. Verfügbar sind Stecker stufenlos von 1- bis 15-polig, was die Projektierung einfacher macht. Bomag nutzt für seine Fahrzeuge eine abgewinkelte Steckerversion, häufig in Kombination mit einer Doppelstockklemme. Beide hat Wago eigens für diese Sonderfahzeuge entwickelt.
Den Ausschlag für den Einsatz des Wago-Systems gaben folgende Punkte: Die Reihenklemmen mit Cage-Clamp-Anschluss sind vibrationssicher; die geforderte Dauerfestigkeit bis 5 g bei 30 Hz meistern sie problemlos. Neben dieser mechanischen Belastbarkeit spielt ebenso die elektrische Belastbarkeit eine große Rolle. Das System erfüllt auch diese Bedingung, denn es ist für eine Bemessungsspannung von 500 V und einen Nennstrom von 32 A bei 4 mm2 Nennquerschnitt ausgelegt. Darüber hinaus sind die Klemmen flexibel, so dass sich Zusatzoptionen leicht jederzeit noch nachträglich nachrüsten lassen – dafür ist es lediglich notwendig, ein wenig Platz auf der Tragschiene frei zu lassen. Selbst kleine Maschinen mit geringem Bauraum bleiben übersichtlich. Außerdem sparen die Klemmen – allein schon bauartbedingt – Platz und Verdrahtung. Mehrleiter-Klemmen, zum Beispiel 2-polige Federleisten, und Brücker als Zubehör des Systems ermöglichen eine Potentialvervielfachung auch außerhalb der Klemme. Des Weiteren ersparen Sonderklemmen für Kfz-Sicherungen einen separaten Sicherungskasten samt Verdrahtung. Last but not least weist das System auch im Wartungsfall Pluspunkte auf: Dann nämlich lässt es einfach und ohne den Einsatz von Spezialwerkzeug handhaben. Prüfen ist im gesteckten Zustand möglich, und bei Bedarf kann ein Einzelleiter gelöst, umgeklemmt und ausgewechselt werden. Die einfache Handhabung ist für den Sonderfahrzeug-Herstelller Bomag deshalb sehr wichtig, da das Unternehmen seine Maschinen weltweit vertreibt und dies den Einsatz von externen Servicedienstleistern unter zum Teil erschwerten Bedingungen nötig macht, etwa beim Straßenbau im südamerikanischen Dschungel oder in der heißen und staubigen Umgebung von Wüstengegenden.
Mit allen Wassern gewaschen
Sonderleitungen und Spezialkabel für den Unterwassereinsatz zu fertigen ist die Spezialität von Lapp Muller. Der Hersteller von Kabeln und Leitungen für besonders schwierige Anwendungsfälle gehört zur Lapp-Gruppe und hat in Südfrankreich seinen Sitz. Besonders stark ist Lapp Muller im Off-Shore-Bereich, etwa mit Sonderleitungen für ferngesteuerte Tiefseefahrzeuge, auch als Remotely Operated Vehicles (ROV) bezeichnet. Zum Einsatz kommen hier beispielsweise Steuerleitungen in Kombination mit Koaxial-Kabeln für die Videoüberwachung, schwimmende ROV-Kontroll-Leitungen oder Kontroll-Leitungen zum Steuern der Bagger auf dem Meeresgrund. Für die französischen Unternehmen Comex und Comanex, beide entwickeln bemannte und unbemannte Gefährte für Tiefseeeinsätze, hat Lapp Muller Versorgungssysteme entwickelt, die auch in 1.500 Metern Tiefe noch einwandfrei funktionieren. So werden in einer druckgeschützten Leitung mit einem Durchmesser von rund 90 mm zusätzlich zum Beatmungssystem bis zu zwanzig verschiedene Anschluss- und Steuerleitungen sowie Datenleitungen durchgeführt. Ähnliche Systeme wurden auch für das italienische Unternehmen Saipem entworfen. Diese Firma hat sich spezialisiert auf die Herstellung und das Installieren von Maschinen, Plattformen und weiteren Produkten für die Erdölgewinnung, das Legen von Pipelines und das Bohren nach Gas- und Ölvorkommen.
Ein weiteres Einsatzgebiet der Sonderleitungen von Lapp Muller sind U-Boote. Dort finden zum Beispiel schwimmende Unterwasser-Antennenkabel oder ein mit Stahl ummanteltes Unterwasser-Sonarkabel Verwendung. Letzteres hält einem Druck von bis 60 bar stand. Auch eine Kontrollleitung, die bis zu 700 bar widersteht, hilft bei der Unterwasserfahrt. Andere See-Applikationen, in denen Kabel verbaut sind, die ebenfalls solche hohen Drücke aushalten, sind Unterwasserfahrzeuge wie zum Beispiel ferngesteuerte Roboter. Diese können in 7.000 Metern Meerestiefe Löcher bohren, um nach Gasvorkommen zu forschen. Ebenso für die Weltmeere entwickelt hat Lapp Muller spezielle Steuerleitungen für Mooring-Systeme. Solche Systeme baut und installiert zum Beispiel die SBMGruppe aus Monaco. Es handelt sich dabei um verankerte Bojen, die am Meeresboden mittels einer Pipeline verbunden sind. Von dort aus können die Tanker mit Öl beladen werden. Lapps Leitungen, die auf besonders extreme Bedingungen ausgelegt sind, sorgen bei dieser Anwendung dafür, dass die Ventile auf dem Meeresboden immer zuverlässig öffnen und schließen. Für die Unterwasser-Bohranlagen des norwegischen Konzerns Aker Solutions wurden BUS-Leitungen entwickelt, die gegen Schlamm, Öl und Salze resistent und gerade mal so dünn wie ein kleiner Finger sind. Lapp Mullers Produkte verrichten aber nicht nur unter Wasser ihren Dienst, sondern auch auf der Meeresoberfläche. So arbeitet zum Beispiel vor der portugiesischen Westküste ein Wellenkraftwerk des schottischen Unternehmens Pelamis Wave Power mit Sonderleitungen des südfranzösischen Herstellers. Die 180 Meter langen "Seeschlangen" erzeugen jeweils eine maximale Leistung von 750 Kilowatt und können damit rund 500 Haushalte im Jahr mit Strom versorgen. Eine komplette Wellenfarm aus 30 "Seeschlangen" erzeugt mehr als 22 Megawatt Strom. Im Detail lieferte Lapp Muller in Zusammenarbeit mit Lapp Systems in Deutschland für dieses Projekt 210 Kabelbäume mit speziell entwickelten pneumatischen Steuer- und Datenleitungen für die Verbindung zu jedem Motor sowie Datenleitungen für die Sensoren und Messgeräte. Die mechanischen Tests wurden bei Lapp Muller mithilfe von Robotern simuliert.
Wo Industrie und Auto zusammenkommen
Wenn es um große Dieselmotoren, Getriebe und Fahrgestelle geht, ist Kieran Wright bei Molex der richtige Mann. Als Industrie Marketing Manager für Schwerlast-Fahrzeuge kümmert er sich um LKWs, Busse, Landmaschinen, Baufahrzeuge, Minenfahrzeuge und Schiffe – und einiges mehr. Ähnlich vielfältig wie die Art der Fahrzeuge sind auch die Bereiche, in denen Steckverbinder zum Einsatz kommen. Dazu gehört beispielsweise der Antriebsstrang mit Motor, Benzinpumpe, Vergaser und zahlreichen weiteren Komponenten. Hier kommen fast ausschließlich abgedichtete Stecksysteme zum Einsatz, da sie besonderen Belastungen ausgesetzt werden. "In diesem Bereich befinden sich die Steckverbinder entweder in der Nähe des Motors oder an der Außenseite des Fahrzeugs", erklärt Kieran Wright. "Daher ist hier ein hoher IP-Schutz notwendig." Wichtig ist hier vor allem, dass die Steckverbinder gegen Vibrationen geschützt werden. Zudem muss eine bestimmte Spannung möglich sein. Ähnliches gilt für die Kategorie Chassis & Safety Systems. Dazu gehören unter anderem ABS, Geschwindigkeitsregler, die bei LKWs unerlässliche Gewichtskontrolle, aber auch Warnsysteme für die Sicherheit des Fahrers. Auch hier ist ein hoher IP-Schutz notwendig. Etwas weniger rau geht es in der Fahrerkabine zu. Aber auch hier ist der Bedarf an Steckverbindern enorm: Displays, Beleuchtung, Instrumenten-Cluster, Infotainment und Telematik-Systeme müssen verbunden werden. Laut Kieran Wright gewinnt gerade der Bereich der Telematik immer mehr an Bedeutung. "Telematik ist die drahtlose Verbindung des Fahrzeugs mit der Zentrale", erläutert er. "Sie bringt den Fuhrunternehmen deutlich mehr Effizienz, die weit über einfaches Flottenmanagement hinausgeht." Eine ebenfalls nicht unwichtige Rolle spielt die Hydraulik, allerdings überwiegend in Landmaschinen und Baufahrzeugen. Maßgeblich für den Einsatz in Schwerlast-Fahrzeugen sind insgesamt etwa zehn Steckverbinder, die über alle Bereiche hinweg Anwendung finden. Bei Molex sind es die abgedichteten Stecker MX150, MX150L, XRC, SRC, CMC und Splash Proof. Hinzu kommen, vor allem für die Kommunikation, HSAutoLink, M8/M12 und DIN 43650. Der große Vorteil: Es handelt sich bei nahezu allen Steckverbindern um Standard-Produkte, üblicherweise aus dem Automobilmarkt oder dem Industriesektor. Vereinfacht gesagt, stellen die Schwerlast-Fahrzeuge eine Kombination aus Automobil- und Industrieanwendungen dar. So werden auch Architekturen aus der Industrieelektronik im Schwerlastbereich genutzt, wie Kieran Wright erläutert. Eine besonders wichtige Rolle über das gesamte Fahrzeug hinweg spielen die Steuergeräte – und ihre Bedeutung wächst. Gerade bei den so genannten Commercial Vehicles, also LKWs und Bussen, nehmen die Regulierungen vor allem im Bezug auf Emissionen immer mehr zu. Um diesen Vorgaben gerecht zu werden, müssen die Steuergeräte mehr Aufgaben übernehmen. Das bedeutet auch, dass immer mehr Verbindungen – beispielsweise zu Sensoren – benötigt werden; natürlich inklusive Steckverbinder. Ähnliches gilt für Sicherheitsfunktionen, die in immer größerem Maße Einzug in die Fahrzeuge halten und sich nur mit Elektronik realisieren lassen.
Verbindungen zu Wasser und zu Land
"Die Öl- und Gasindustrie ist auf der ganzen Welt aktiv – und das ist die große Herausforderung. Keine zwei Kabel sind gleich." So beschreibt Mark Charlesworth, Sales Engineer bei Teledyne Storm, einen der wichtigsten Märkte für sein Unternehmen. Die Kabel von Teledyne Storm werden sowohl in Unterwasseranwendungen eingesetzt als auch auf den Ölfeldern im Norden Kanadas – demensprechend fallen die Anforderungen an die Kabel und das Design immer völlig unterschiedlich aus, abhängig von den Bedürfnissen des Kunden. "Unsere Kabel sind natürlich deutlich komplizierter als das, was man in einem Elektronikmarkt kaufen kann", erklärt Mark Charlesworth. Mit Standardkabeln können die Kunden von Teledyne Storm ohnehin wenig anfangen: Etwa 75 Prozent der Kabel werden speziell auf Kundenwunsch gefertigt – und das natürlich exklusiv. Die Einsatzgebiete für Kabel sind in der Öl- und Gasindustrie vielfältig. Dazu gehören beispielsweise die Bohranlagen unter Wasser mit den Blowout-Preventern: Eine bis zu 15 Metern hohe und mehr als 200 Tonnen schwere Anordnung übereinanderliegender Ventile, die im Fall eines Überdrucks das Bohrloch schnell abschließen müssen. Hier unter Wasser in einigen Hundert oder sogar Tausend Metern Tiefe sind die Kabel natürlich einem extrem hohen Druck ausgesetzt; hinzu kommen die Belastung durch Salzwasser und niedrige Temperaturen. Bei den Unterwasser-Anwendungen konzentriert sich Teledyne Storm allerdings eher auf die "kleineren" Dinge wie kabelgeführte Unterwasserfahrzeuge oder Taucher. Beide müssen mit Kommunikation, Licht und oft auch Kameras ausgestattet werden, die entsprechend verkabelt werden müssen. Hier kommen vor allem Koax-Kabel und Glasfaser zum Einsatz. Niedrige Temperaturen sind unter Umständen auch an Land ein Problem, beispielsweise auf Ölfeldern in Kanada. Hier besteht zudem noch die Gefahr, dass die Kabel von tonnenschweren Fahrzeugen überrollt werden. Für die Ummantelung der meisten Kabel nutzt man bei Teledyne Storm Polyurethan – sowohl für den Einsatz unter Wasser als auch an Land. Das Material ist unempfindlich gegen Salz- als auch gegen Frischwassser, es ist nicht durchlässig und kommt vor allem mit den zahlreichen Chemikalien, die in einer Bohranlage verwendet werden, zurecht. Trotz der hohen Flexibilität ist das Material sehr robust. Es kann zwar beschädigt, aber nicht durchgeschnitten werden – im Gegensatz zu verschiedenen anderen Materialien. Diesen Vorteil macht sich die Branche zunutze: "In der Öl- und Gasindustrie wird viel repariert und wiederverwendet, weil das Equipment so teuer ist", erklärt Mark Charlesworth. Die hochwertigen Kabel haben eine längere Lebensdauer und werden auch bei Beschädigungen nicht weggeworfen. Oft werden defekte Teile entfernt und die Kabel in einem anderen Bereich weiter eingesetzt. Abhängig von der Elektronik werden in den Kabeln noch weitere Materialien verwendet, vor allem Polypropylen und Polyethylen – preiswerte Materialien mit sehr guten elektrischen Eigenschaften. "Es hängt immer davon ab, welche Elektronik der Kunde nutzt, für welche Anwendungen er es braucht und welche Materialien sonst noch im Kabel verwendet werden", beschreibt Mark Charlesworth das Auswahlverfahren für das richtige Material. "Letztlich ist es ein Zusammenspiel aus Elektronik und Elektromechanik, um für den Kunden das optimale Kabel nicht nur für seine Anwendung, sondern auch für die Umgebung, in der sich die Anwendung befindet, zu entwickeln", führt er weiter aus. Und genau das ist die Aufgabe, der man bei sich Teledyne Storm jeden Tag stellt: "Es ist eine große Herausforderung, auf dem neuesten technischen Stand zu sein und Kabel herzustellen, die das leisten können, was die Entwickler brauchen", fasst Mark Charlesworth zusammen.
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