Anders als in Büroumgebungen sind Ethernet-Verkabelungssysteme in einem Industrieumfeld erheblich höheren Belastungen ausgesetzt. Belden hat umfassende Tests durchgeführt, um die physikalische und elektrische Performance von kommerziellen Standardkabeln und Industriekabeln miteinander zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, warum kommerzielle Kabel niemals für das breite Spektrum anspruchsvoller Einsatzbedingungen einer Industrieumgebung geeignet sind.
Abriebtest mit Sandpapier und Trommel
Für den Abriebtest haben Testingenieure kommerzielle Kabel und Industriekabel über eine feststehende, mit Sandpapier umhüllte Trommel um einen Teil ihres Umfangs gedehnt und dann 25 Mal zyklisch hin und her bewegt. Bei den kommerziellen Kabeln waren danach die Leiter durch Risse im Mantel sichtbar. Dadurch kann die mechanische und elektrische Integrität verloren gehen. Die Leiterpaare der armierten Industriekabel hingegen hielten dem Test ohne Schäden stand.
Beim Test gemäß UL 444 wurden Kabelmuster eine Zeit lang in einer Kammer mit kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit (Cold Box) aufbewahrt. Die Kabelmuster verblieben bis eine Stunde vor dem Test in dieser Box. Anschließend haben Testingenieure die Kabel bei -80°C, -60°C und -40°C getestet. Dabei wurden die Kabel teilweise um einen horizontalen Dorn mit einem Durchmesser von zirka 3 Zoll gewickelt, während ein Aluminiumgewicht das andere Ende unter Spannung hielt. Dann wurden die Kabel abgewickelt und anhand einer Sichtprüfung auf Risse im Mantel untersucht. Die kommerziellen Kabel wurden brüchig und wiesen sichtbare Risse auf. Das industrielle Hoch-/Niedertemperaturkabel hingegen zeigte keine sichtbaren Schäden.
Kaltschlagfestigkeit bis -70°C
Bei einem weiteren Test nach UL 444 haben die Ingenieure ein Aluminiumgewicht auf ein hohles Führungsrohr fallen lassen, das gegen ein Segment des getesteten Kabels prallte. Die Aufprallkraft auf die zuvor gekühlten Kabel betrug dabei 24 in-lbs, die Energie 2,7 Joule. Insgesamt zehn Muster wurden bei jeweils abnehmenden Temperaturen auf einen beschädigten Kabelmantel hin untersucht. Ist ein Kabelmantel beschädigt, können Feuchtigkeit und Chemikalien in das Kabel eindringen und einen Kurzschluss oder sogar einen Totalausfall verursachen. Heraus kam, dass das ummantelte kommerzielle Standardkabel bei -20 °C ausfiel. Die Industriekabel mit einem Schutzmantel gegen hohe und niedrige Temperaturen brachen erst bei -70 °C.
Mit einem Instron-Maschinenkopf wurde eine zirka 5 × 5 cm große Platte auf ein Kabelsegment abgesenkt, um es zu quetschen – als Ausfall galt dabei der Punkt, an dem das Ethernet-Kabel die Cat-5e-Performance nicht mehr zuverlässig erbringen kann. Während des gesamten Tests wurden die elektrischen Eigenschaften der einzelnen Kabel gemessen. Bei einer Kraftanwendung mit etwa 180 kg scheiterte das kommerzielle Datenkabel mit PVC-Mantel – es wurde flachgedrückt und ging nach der Entfernung der Belastung nicht wieder in die ursprüngliche Form zurück. Das armierte, schwarz ummantelte Industriekabel fiel erst bei rund 1020 kg aus – also bei mehr als einer Tonne.
Basierend auf dem CSA-Standard # 22.2 haben die Tester den Meißelpunktdorn einer Instron-Maschine auf ein Kabelsegment abgesenkt, um die Empfindlichkeit gegenüber einem Einschnitt zu testen, der den Leiter offenlegt. Verschiedene Kabelarten wurden mit dem Dorn so lange eingeschnitten, bis ein Kurzschluss an den Leitern entstand, also eine potenziell gefährliche Situation. Beim kommerziellen Kabel trat bei einer Kraftanwendung mit rund 42 kg ein Kurzschluss auf. Die Armierung des Industriekabels zeigte bei zirka 157 kg erste Risse. Ein Kurzschluss trat aber erst bei etwa 475 kg auf.
Hochtemperatur- und Ölbeständigkeit
Für diesen Test brachten die Ingenieure drei Kabelspulen in einen Hochtemperaturofen und testeten die Kabel zunächst bei einer Umgebungstemperatur von +20 °C. Anschließend wurden sie eine Zeit lang einer Temperatur von +60 °C ausgesetzt und dann erneut getestet. Das kommerzielle Kabel zeigte bei +20 °C annehmbare Werte, im weiteren Verlauf stieg die Dämpfung aber bei +60 °C so hoch an, dass es nicht mehr für Distanzen von 100 m genutzt werden konnte. Die Industriekabel unterstützten auch dann noch die maximale Distanz, nachdem sie längere Zeit einer Temperatur von +60 °C ausgesetzt waren.
Gemäß dem Ölbeständigkeitstest UL1277 lagen die Kabel 60 Tage lang in Ölbehältern, die sich wiederum in einem Wasserbad in einer Kammer mit einer Temperatur von +125 °C befanden. Nach Ablauf des Testzeitraums wurden die Kabelsegmente entnommen und ihre Mäntel auf Zug- und Dehnungseigenschaften untersucht. Öl und Schmiermittel können den Mantel selbst bei Zimmertemperatur brüchig werden lassen, wodurch die mechanischen Eigenschaften verlorengehen und die Lebensdauer sinkt. Das kommerzielle Kabel zeigte Anzeichen einer solchen Qualitätsverschlechterung. Der Mantel des Industriekabels wies keine Verschlechterung auf, da die Materialien und die Mantelstärke für den Kontakt mit Öl und andere Substanzen auch bei erhöhten Temperaturen ausgelegt sind.
UV-Beständigkeit und Wasserimmersion
Bei diesem verfahrensbasierten ASTM-G-154-Test – Standardpraxis für den Betrieb von Leuchtstoffbeleuchtungsgeräten für UV-Expositionen von Nichtmetallen – wurden Segmente verschiedener Kabel an Paneelen befestigt und direkt von einer Leuchtstoffquelle bestrahlt. Der Ausgangsbereich entsprach dabei der Sonneneinstrahlung. Insgesamt 720 Stunden lang, das ist ein ganzer Monat, waren die Kabel dem Licht ausgesetzt. Anschließend wurden die Mäntel anhand einer Sichtprüfung auf Verfärbungen und Beeinträchtigungen der Zug- und Dehnfestigkeit untersucht. Das kommerzielle Kabel war nicht resistent gegen Sonnenlicht: Der Mantel wies Verfärbungen auf, die auf eine Verschlechterung der Materialqualität hindeuteten. Die Industriekabel waren dagegen resistent gegen Sonnenlicht und andere UV-Strahlen und zeigten keinerlei Beschädigungen des Mantels.
Zu Beginn dieses Tests wurden die elektrischen Eigenschaften der Kabel gemessen, insbesondere die Dämpfung. Aufgewickelt und in einem Behälter mit Wasser liegend, haben Testingenieure die Kabel regelmäßig über einen Zeitraum von sechs Monaten getestet. Die Dämpfung des kommerziellen Kabels stieg an, sobald es in Wasser getaucht wurde. Dieser Zustand verschlechterte sich weiter im Laufe des halbjährigen Testzeitraums. Nach sechs Monaten im Wasser stieg die Dämpfung des Industriekabels nur leicht an – es übererfüllte aber weiterhin sämtliche Cat-5e-Anforderungen.
Kabel für höchste Ansprüche
Raue Einsatzbedingungen erfordern robuste Kabel. Wie die Tests gezeigt haben, gibt es erhebliche Unterschiede zwischen kommerziellen Standard-Ethernet-Kabeln und speziell für den Industrieeinsatz entwickelten Leitungen. Letztere sind so spezifiziert und hergestellt, dass sie den Gefährdungen und Risiken widerstehen, denen sie Tag für Tag in der Produktion ausgesetzt sind.
Nur solche Industrial Ethernet-Kabel und Verdrahtungslösungen können dauerhaft Zuverlässigkeit, Qualität und Performance gewährleisten. Daher bietet Belden ein umfassendes Portfolio von Data-Tuff-Kabeln, die speziell für den Einsatz in Produktionsumgebungen entwickelt wurden.
