Kabel und Drähte – worin besteht der Unterschied?

Diese Begriffe werden häufig verwechselt, da ihre Bedeutung im Alltag ähnlich ist. Sie synonym zu verwenden, ist kein schwerwiegender Fehler; jedoch besteht aus technischer Sicht ein Unterschied:

• Drähte – können isoliert oder unisoliert sein, sind in der Regel für niedrigere Spannungen ausgelegt und werden überwiegend in Inneninstallationen eingesetzt (z. B. in Kabelkanälen).
• Kabel – bestehen aus einem oder mehreren isolierten Leitern mit zusätzlichem Schutzmantel und können auch unter anspruchsvollen Bedingungen, beispielsweise im Erdreich oder im Wasser, verlegt werden.

Arten von Drähten und Kabeln in der Automatisierungstechnik

Zu den grundlegenden Kabeltypen, die in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden, zählen Strom‑ und Steuerkabel. Diese dienen zur Stromversorgung eines Geräts aus dem Stromnetz oder zur Signal‑ bzw. Steuerübertragung.

Beispiele hierfür sind temperaturbeständige Steuerkabel, Servokabel, Motorsteuerkabel für den Einsatz an Frequenzumrichtern sowie halogenfreie Kabel bzw. halogenfreie Steuerkabel – feuerbeständige Kabel, die im Brandfall den Sauerstoffzufluss reduzieren und so die Flammenausbreitung begrenzen.

Mit der Weiterentwicklung der Digitaltechnik, einschließlich Ethernet‑Anwendungen, haben Datenkabel und Glasfaserkabel zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Es wäre schwierig, alle Arten von Kabeln und Leitungen, die in der industriellen Automatisierung eingesetzt werden, in einem Artikel zu beschreiben. Daher wird im Folgenden eine allgemeine Einteilung nach Typ, Zweck und Bauart vorgenommen:

Aderanzahl:

• einadrig
• mehradrig

Typ:

• mit Aluminiumleitern
• mit Kupferleitern

Abschirmung:

• abgeschirmt
• ungeschirmt

Verdrillung:

• verdrillt (verdrilltes Adernpaar)
• unverdrillt

Anwendungsart:

• für feste Anwendungen
• für mobile Anwendungen

Material:

• Kabel aus Polyvinylchlorid (PVC)
• Kabel aus Polyurethan (PUR)
• POC-Kabel

Steuerkabel

Steuerkabel dienen zum Anschluss elektrischer Betriebsmittel in Schaltanlagen bei Wechselspannung bis zu 600 V und einer Frequenz von bis zu 100 Hz sowie bei Gleichspannung bis zu 1000 V und einer Umgebungstemperatur von −50 bis +50 °C.

Sie werden zur Übertragung elektrischer Signale in Steuer‑, Signal‑, Regel‑ und Schutzkreisen sowie in Messsystemen eingesetzt.

Steuerkabel können Leiter mit einem Querschnitt von 0,75 bis 10 mm² aus Kupfer oder Aluminium enthalten. Die Anzahl der Leiter beträgt beispielsweise 4, 5, 7, 10, 14, 19, 27 oder 37.

Die Leiter können mit Gummi isoliert, mit PVC ummantelt oder mit Polyethylen isoliert sein. Zusätzlich können die Kabel mit einer Armierung aus zwei Stahlbändern sowie einer äußeren Schutzhülle versehen sein.

Steuerleitungen – Farbcodierung der Kabel

Steuerkabel werden nach folgender Struktur gekennzeichnet: X0X1X2X3X4 – X5X6

X0 – Leitermaterial:

• A – Aluminium, Kupfer wird nicht gekennzeichnet
• K – Test

X1 – Isolationsmaterial der Ader:

• R – Gummi
• V – Polyvinylchlorid
• P – Polyethylen
• Ps – selbstverlöschendes Polyethylen

X2 – Mantel:

• V – Polyvinylchlorid
• VGE – Polyvinylchlorid über gemeinsamer Abschirmung aus Aluminium‑ oder Kupferfolie
• H – nicht brennbarer Gummi (Neurit)
• S – Blei

X3 – Armierung:

• B – zwei Stahlbänder
• Bb – ein profiliertes Stahlband
• K – verzinkte Rundstahldrähte mit Gummisolierung der Leiter
• Pb – auch mit PVC‑ oder PE‑Isolation der Leiter

X4 – Schutzmantel:

• G – keiner
• H – ungeschützt
• Shv – PVC‑Schlauch

X5 und X6 – Anzahl und Querschnitt der Leiter (mm²)

Jedes Steuerkabel verfügt über isolierte Litzenleiter. Jede Litze besitzt eine Gegenader in Blau oder in Blau mit einer Richtungsader in Rot oder Rosa daneben.

Signal‑ und Verriegelungskabel sind für Eisenbahnstromkreise, Brandmeldeanlagen, Telegrafie sowie andere Systeme für 300 V Wechselspannung und 700 V Gleichspannung bei Umgebungstemperaturen von −50 bis +60 °C ausgelegt.

Einleiterkabel

Einleiterkabel bestehen aus einem einzelnen Drahtleiter (für feste Anwendungen) oder aus mehreren verdrillten Drähten (für mobile Anwendungen). Aufgrund ihrer Festigkeit, Duktilität und hohen elektrischen Leitfähigkeit werden sie meist aus Kupfer gefertigt.

Beispiele für Einleiterkabel-Anwendungen:

• Schaltschränke
• tragbare Schweißgeräte
• Kabelbäume

Mehrleiterkabel

Mehrleiterkabel bestehen aus mehreren einadrigen Leitern, die durch eine gemeinsame Außenisolation verbunden sind. In der Praxis sind Kabel mit bis zu 50 Leitern verfügbar.

Beispiele für Mehrleiterkabel-Anwendungen:

• Aufputzinstallation in trockenen Räumen
• Unterputzinstallation in trockenen Räumen

Abgeschirmte Kabel

Abgeschirmte Kabel, beispielsweise verdrillte Adernpaare (Twisted Pair), schützen übertragene Signale vor elektromagnetischen Störungen, die von benachbarten elektronischen Geräten verursacht werden können.

Die Abschirmung besteht in der Regel aus:

• Aluminiumfolie
• Kupfergeflecht
• Aluminiumgeflecht

Sie kann einfach oder doppelt ausgeführt sein.

Anwendungsbeispiele für abgeschirmte Kabel

• fortschrittliche Steuerungs- und Signalsysteme
• Anschluss von Messgeräten
• Krankenhäuser, Tankstellen, Industriehallen und andere Orte, an denen elektromagnetische Emissionen außerhalb des Netzwerks minimiert werden müssen

Ungeschirmte Kabel

Ungeschirmte Kabel verfügen weder über eine Gesamtschirmung noch über eine Abschirmung einzelner Leiter.

Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen keine erhöhte Beständigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen erforderlich ist.

Verdrillte Doppelkabel (Twisted Pair)

Verdrillte Doppelkabel bestehen aus einem oder mehreren miteinander verdrillten Adernpaaren. Dieses Verfahren dient dazu, elektromagnetische Störungen sowie gegenseitige Beeinflussungen der Signale (Übersprechen) zu reduzieren.

Ein wichtiger Parameter bei verdrillten Doppelkabeln ist der sogenannte Verseilungsabstand. Je kleiner dieser ist, desto besser ist die Unterdrückung elektromagnetischer Störungen.

Unverdrillte (lineare) Kabel

Unverdrillte Leiter bestehen aus parallel angeordneten Leitern ohne gegenseitige Verseilung.

Beispiele für Anwendungen:

• feste Installationen
• stationäre elektrische Verbraucher

Servokabel

Servokabel werden zur Ansteuerung von Servoantrieben eingesetzt – Systeme, die aus einem Elektromotor, einer Elektronik und einem Getriebe bestehen und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

Servokabel überbrücken häufig größere Entfernungen zwischen Schaltschrank und Antrieb und zeichnen sich daher durch folgende Eigenschaften aus:

• geringe Kapazität
• geringe Dämpfung
• Ölbeständigkeit
• Feuerbeständigkeit
• Beständigkeit gegenüber UV‑Strahlung

Weitere Arten von Steuerkabeln:

• halogenfreie Steuerkabel
• Kabel für mobile Anwendungen
• Kabel für ortsfeste Anwendungen
• Kabel für invertergesteuerte Motoren

Signal- und Stellwerkskabel

Signal‑ und Stellwerkskabel werden ausschließlich mit Kupferleitern mit einem Drahtdurchmesser von 1,0 mm hergestellt. Die Adern sowie der Mantel sind mit Polyethylen oder Weich‑PVC isoliert. Zusätzlich können die Kabel mit zwei Stahlbändern armiert sein.

Die Bezeichnung ähnelt der von Steuerkabeln, wobei die ersten Buchstaben „SB“ stehen – für Signal‑ und Stellwerkskabel. Die isolierten Leiter oder Leiterpaare sind verdrillt.

Bei Kabeln mit mehr als sieben Leitern sind jeweils zwei benachbarte Leiter farblich gekennzeichnet, um sie voneinander und von anderen Leitern zu unterscheiden.

Die Anzahl der Leiterpaare beträgt beispielsweise 1, 3, 4, 10, 12, 14, 19, 24, 27 oder 30. Die Anzahl der Leiter reicht von 2 bis 61.

Die Kabel können über eine Abschirmung aus Aluminiumband oder metallisiertem Papier sowie über einen zusätzlich längs verlegten Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5–0,6 mm verfügen, der über seine gesamte Länge mit der Abschirmung in Kontakt steht und zu deren Erdung dient.

Datenkommunikationskabel

Im Zeitalter von Industrie 4.0, das auf der Verarbeitung und Übertragung verschiedenster Daten basiert, haben Datenkabel zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie unterscheiden sich von Steuerkabeln hauptsächlich durch ihre geringeren Leiterquerschnitte.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen den verschiedenen Kabeltypen liegt in der Geschwindigkeit der Datenübertragung. Bezeichnungen wie UTP, FTP oder SFTP geben Auskunft über den Aufbau der Abschirmung und damit über die Störfestigkeit der Datenübertragung.

Datenkabel sollten:

• Daten schnell und zuverlässig übertragen
• gegenüber elektromagnetischen Störungen beständig sein
• über ausreichende Übertragungseigenschaften für die serielle Kommunikation über Bus‑Systeme wie RS‑232, RS‑422 oder RS‑485 verfügen

Kupferkabel für LANs

Für den Aufbau von LAN‑Netzwerken werden verdrillte Kupferkabel verwendet. In solchen Netzwerken kommen sowohl geschirmte Twisted‑Pair‑Kabel, z. B. U/FTP, F/UTP, SF/FTP oder F/FTP, als auch ungeschirmte Twisted‑Pair‑Kabel wie U/UTP zum Einsatz. Letztere werden aufgrund ihrer geringeren Kosten häufiger verwendet.

Kabel für BUS-Systemverbindungen

BUS‑Kabel werden zur Steuerung industrieller Prozesse eingesetzt. Der Kommunikationsbus überträgt Daten zwischen Geräten in mikroprozessorgesteuerten Systemen.

Zu den gängigsten industriellen Bussystemen zählen:

• Profibus
• Interbus
• Profinet
• CAN‑Bus
• DeviceNet
• AS‑Interface
• Ethernet

Glasfaserkabel

Glasfaserkabel, auch als Lichtwellenleiter (LWL) bezeichnet, übertragen Informationen in Form von Lichtimpulsen entlang einer Glas‑ oder Kunststofffaser.

Ein Glasfaserkabel kann unterschiedlich viele Fasern enthalten – von wenigen bis zu mehreren hundert. Eine zusätzliche Schicht, die sogenannte Ummantelung, umgibt den Faserkern. Eine Pufferschicht schützt die Ummantelung, während die äußere Mantelschicht als mechanischer Schutz dient.

Glasfaserkabel sind aufgrund ihrer Vorteile gegenüber Kupferkabeln weit verbreitet. Dazu zählen insbesondere eine höhere Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit.

Ethernet-Kabel

Ethernet‑Kabel verbinden einzelne LAN‑Netzwerke und ermöglichen die Kommunikation zwischen Geräten mithilfe standardisierter Netzwerkprotokolle.

Früher wurden für Ethernet‑Verbindungen häufig Koaxialkabel verwendet, beispielsweise 10BASE5‑Kabel mit einer Wellenimpedanz von 50 Ω. Heute kommen überwiegend abgeschirmte oder ungeschirmte Twisted‑Pair‑Kabel mit acht Leitern (vier Adernpaaren) zum Einsatz.

Kabel-Farben in der industriellen Automatisierung

Die Farben der Kabel können je nach Hersteller variieren. Basierend auf den Normen PN-90/E-05023, PN-EN 60204-1 und unseren eigenen Erfahrungen können wir jedoch bestimmte Regelmäßigkeiten feststellen:

Für Gleichstrom (DC):

• Rot – positives Potenzial

• Blau oder Schwarz – negatives Potential

Für Wechselstrom (AC):

• Schwarz, Braun, Grau, Weiß, Violett, Rot – eine dieser Farben kennzeichnet den Phasenleiter. Die Wahl der Farbe ist beliebig und hängt vom Hersteller ab.

• Blau – Neutralleiter

• grün-gelb – PE- und PEN-Schutzleiter, der Schutz vor Stromschlägen bietet

Kennzeichnung von Drähten und Kabeln

Zur Kennzeichnung von Drähten und Kabeln wird nicht nur ein Farbsystem verwendet, sondern auch eine alphanumerische Kennzeichnung. Diese bezieht sich in der angegebenen Reihenfolge auf folgende Eigenschaften:

• Identifizierung
• Nennspannung
• Isolationsmaterial
• Material der äußeren Ummantelung
• zusätzliche Informationen
• Leiterart
• Anzahl der Leiter
• Angabe, ob das Kabel über einen Schutzleiter verfügt
• Nennquerschnitt der Leiter in mm²