Um mit moderner Messtechnik zuverlässig genaue Ergebnisse zu erzielen, sind messtechnisches Know-how und qualitativ hochwertige Komponenten unerlässlich. Dass Aufnehmer, Messverstärker und messtechnische Software einem hohen Qualitätsanspruch genügen müssen, ist für die meisten Anwender selbstverständlich. Aber auch an die Messkabel zwischen Aufnehmer und Messverstärker werden hohe Anforderungen gestellt. Da die Messkette nur so gut wie ihr schlechtestes Glied sein kann, sollte man auch hier auf hochwertige Komponenten setzen.

Der Messung physikalischer Größen kommt in vielen Anwendungen eine große Bedeutung zu. Sowohl in der Entwicklung, wo beispielsweise in Prüfständen Messtechnik zum Einsatz kommt, als auch in der laufenden Produktion, wo Messtechnik bei der Qualitätssicherung eine entscheidende Rolle spielt, ist es wichtig, die jeweilige Messgröße zuverlässig und genau zu erfassen. Je nach Messgröße muss ein passender Aufnehmer die physikalische Größe in ein Messsignal umwandeln. Ein geeignetes Kabel überträgt dieses Signal dann an einen Messverstärker, der den Messwert für die nachfolgende Auswertesoftware oder einer übergeordneten Steuerungsarchitektur zur Verfügung stellt. Kleine Signale und elektromagnetische Störungen innerhalb des Umfelds sind die wesentlichen Herausforderungen, die ein solches Messkabel zu lösen hat.

Hohe Anforderungen

Verkabelungsprojekte in der Industrie, in Prüffeldern oder in Automationsumgebungen stellen enorme Anforderungen. Die Anlagenverfügbarkeit von Systemen ist besonders in der Fertigung sehr wichtig. Dementsprechend sind die Anforderungen deutlich höher als beispielsweise die in einer Büroumgebung. Für entsprechende Anwendungen müssen die Kabel und auch die passenden Steckverbinder nicht nur besonders robust sein, sie müssen auch hervorragende Übertragungseigenschaften aufweisen. Neben diesen mechanischen und messtechnischen Anforderungen müssen die Messkabel natürlich auch sämtliche einschlägige Richtlinien und Normen erfüllen. Neben der ROHS-Richtlinie (2011/65/EG) und der WEEE-Richtlinie (2012/19/EG) gibt es für spezielle Anwendungsfelder noch weitere Richtlinien. So spielt beispielsweise die ATEX-Richtlinie (94/9/EG) eine wichtige Rolle bei Anwendungen in explosionsgefährdeten Umgebungen.

Robuster mechanischer Aufbau

Ein wichtiger Punkt bei der Qualität von Kabeln und Steckverbindern ist die Mechanik. Denn nur ein mechanisch robuster Aufbau garantiert auch gute Übertragungseigenschaften. Bei den Steckverbindungen zählen eine hohe Kontaktkraft, sehr gute Leitfähigkeit und das richtige Grundmaterial zu den wichtigsten Faktoren. Wenn die Messtechnik variabel genutzt wird, ist außerdem die Zahl der angepeilten Steckzyklen zu berücksichtigen. Auch der Isolationswiderstand bzw. die Spannungsfestigkeit sowie eine mögliche statische Aufladung von nichtleitenden Bauteilen muss beachtet werden.

Je nach Umgebungsbedingung der geplanten Anwendung müssen die Kabel noch weitere Anforderungen erfüllen. Hierzu zählen zum Beispiel die Widerstandsfähigkeit gegenüber Öl und Wasser sowie eine hohe Witterungsbeständigkeit, wenn die Kabel im Außenbereich eingesetzt werden sollen. Bei Anwendungen, in denen der Aufnehmer an einem sich bewegenden Teil montiert ist, muss das Kabel außerdem schleppkettentauglich sein. Das heißt, dass sich die Eigenschaften des Kabels auch durch häufige Bewegungen und Biegen in einem vorgegebenen Radius nicht negativ verändern dürfen.

EMV und Schirmung

Neben den mechanischen Eigenschaften sind natürlich vor allem die elektrischen Eigenschaften des Messkabels von zentraler Bedeutung. Das Kabel muss das tatsächlich vom Aufnehmer erzeugte Signal an den Messverstärker übertragen. Da solche Signale häufig sehr klein sind – zum Beispiel im Bereich von wenigen µV –, ist die Störsicherheit der Übertragung besonders wichtig. Gerade in industriellen Umgebungen können die elektromagnetischen Störungen, die von leistungselektronischen Komponenten wie elektrischen Antrieben, Frequenzumrichtern oder Netzteilen erzeugt werden, beträchtlich sein. Dies gilt auch dann, wenn sämtliche Geräte die EMV-Richtlinie (2004/108/EG) erfüllen, da bei den kleinen Signalen auch schon kleine Störungen einen Einfluss haben können. Ein Messkabel, das in einer solchen Umgebung Signale ohne Störungen übertragen soll, muss eine entsprechend gute Abschirmung aufweisen.

Um die notwendige Unempfindlichkeit gegenüber Störungen zu erreichen, weisen Kabel in der Regel eine Schirmung auf. Der dazu verwendete Leitungsschirm besteht meistens aus nicht magnetischen Materialien, wie Kupfer oder Aluminium. Die Konstruktion eines Leitungsschirms sieht dabei üblicherweise so aus, dass zwei im Gegensinn laufende Sätze von Drähten miteinander verwoben sind. Das so gebildete Geflecht hat den Vorteil, dass es elektromagnetische Strahlung abschirmt und trotzdem noch eine sehr hohe Flexibilität des Kabels ermöglicht. Die Dichte und die Stärke des Geflechts ist dabei das Qualitätsmerkmal des Schirms. Es kommt darauf an, dass der Schirm eine möglichst große Fläche des zu schützenden Leiters oder Leiterpaares bedeckt und somit den Durchgriff minimiert. Die Bedeckung sollte um 95% liegen, um eine gute Schirmung zu erzielen. Unter 90% ist der sichere Störschutz in der üblichen Messtechnik nicht mehr gewährleistet und damit für sehr kleine Signale nicht einsetzbar.

Messkabel vom Spezialisten

Im Gegensatz zur Netzwerkverkabelung im Bürobereich gibt es für Messkabel keine einschlägigen Normen, die wichtige Eigenschaften wie die Schirmung einheitlich festlegen. Der Messtechnikspezialist HBM bietet für die unterschiedlichsten Anwendungen Messkabel an, die den speziellen Bedürfnissen der Messtechnik gerecht werden. So wurde beispielsweise das 6-Leiter-Kabel der Serie 7.5/00-2/2/2 speziell für Anwendungen mit dem Trägerfrequenzverfahren entwickelt. Das Kabel zeichnet sich durch eine sehr geringe Kapazität zwischen Adern und Schirm sowie den Adern untereinander aus. Sowohl der Außenmantel als auch die Zwischenmäntel bestehen aus Polyurethan, wodurch eine hohe Beweglichkeit des gesamten Kabels gewährleistet wird. Während der Entwicklung wurden erfolgreich so genannte Schleppkettentests durchgeführt, bei denen das Kabel seine Leistungsfähigkeit auch unter ständiger Bewegung bei einem Biegeradius von 75 mm demonstrieren konnte. Die Adern sind jeweils paarweise verseilt und geschirmt. Eine zusätzliche Schirmung umgibt alle Adern und sorgt so für eine sehr hohe Störsicherheit. Durch den robusten, abriebfesten und witterungsbeständigen Außenmantel ist auch eine Verwendung im Außenbereich problemlos möglich.

Fazit

Zuverlässige und genaue Messergebnisse erhält man nur unter optimalen Bedingungen. Dabei muss die gesamte Messkette vom Aufnehmer über die Messkabel bis hin zum Messverstärker und der nachfolgenden Auswertesoftware hohen Qualitätsansprüchen genügen. Mit 60 Jahre Erfahrung in der Messtechnik bietet HBM auch im Bereich der Messkabel für jede Anwendung die am besten passende Lösung.

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