Kabelfabrikation - was wird benötigt?

Immer wieder gibt es Kunden, die eine Kabelfertigung komplett neu beginnen wollen. Oft liegt nicht mehr als ein Stück Referenz-Kabel vor, für das dann "die Maschine" bereitgestellt werden soll, die dafür benötigt wird. Aus diesem Grund möchten wir hier eine Übersicht darüber geben, welche Maschinen und Voraussetzungen für eine einfache Kabelproduktion erforderlich sind.

Arbeitsschritte

Die Produktion eines Kabel geschieht in vielen Schritten. Dabei werden die Halbzeuge nach deren Fertigstellung jeweils in die nächste Produktionsanlage übergeben und dort weiter verarbeitet. Normalerweise sind Produktionen daher so aufgebaut, dass die einzelnen Fertigungsschritte räumlich nacheinander erfolgen, so dass nur kurze Transportwege für die Halbzeuge erforderlich sind. Mehr dazu unten unter "Anforderungen an Infrastruktur". Grob erfolgt die Herstellung eines (einfachen) Kabels in folgenden Schritten:

  • Drahtzug (optional, wenn man fertigen Draht zukauft)
  • Aderisolation
  • Kabelkonstruktion
  • Schirmung oder Panzerung (optional)
  • Mantelextrusion

Nachfolgend möchten wir die einzelnen Schritte etwas detaillierter erläutern und an einem konkreten Beispiel eines einfachen Kabels zeigen, welche Maschinen dazu verwendet würden.

Drahtzug

Der Drahtzug ist eigentlich eine komplette eigene Fabrikation für sich - es gibt viele Unternehmen, die sich ausschließlich dem Drahtzug widmen, und nur Drähte oder Drahtprodukte (Litzen, Seile) verkaufen.

Aderisolation

Zuerst müssen die für das Kabel erforderlichen einzelnen Leiter, dieses können massive Drähte oder flexible Litzen (ein Bündel von zusammengedrehten sehr dünnen Drähten) sein, isoliert werden. Dazu verwendet man eine sogenannte Extrusionslinie. Typischerweise besteht eine solche Produktionslinie aus den folgenden Elementen:

  • Abwickler: eine Maschine, die den blanken Draht von einer Spule oder einem anderen Behälter aus kontrolliert in die Anlage abgibt.
  • Vorheizgerät (optional): je nach Kabeltyp ist es erfoderlich, den Leiter vorzuheizen, bevor im nächsten Schritt die Isolation aufgebracht wird, damit diese besser haftet.
  • Extruder: die Maschine, welche den Kunststoff um den Leiter spritzt. Prinzipiell ein langer Zylinder, welcher beheizt (oder bei manchen Materialien auch gekühlt) wird, und in dem meistens über eine rotierende Schnecke das Material zum sogenannten Spritzkopf oder Querspritzkopf gefördert wird. Dabei wird der bei Einfüllung in den Extruder meist granulatförmige Kunststoff flüssig, so dass er dann, durch die entsprechenden Werkzeuge (Nippel und Mundstück) geformt, um den Leiter fliessen kann und diesen bedeckt. Der Leiter wird dabei kontinuierlich durch den Spitzkopf gezogen, so dass er der Länge nach mit Kunststoff umschlossen wird. Bei gewissen Adern ist es weiterhin erforderlich 2 Extruder einzusetzen, um unterschiedliche Farben gleichzeitig auf den Leiter aufbringen zu können (grün / gelber Erdleiter). In diesem Fall werden 2 Extruder an einen Spritzkopf angeschlossen, wobei diese unterschiedlich hohe Förderleistungen (und damit auch Größen) haben.
  • Kühlbecken: da der Kunststoff nach dem Aufspritzen heiß und weich ist, muss er zunächst gekühlt werden, damit er wieder fest wird. Dies geschieht meistens in einem langen Wasserbecken, welches die gerade entstandene Ader unter Umständen mehrfach durchläuft, bis sie so weit herunter gekühlt ist, dass der Kunststoff wieder fest ist.
  • Abzug: der Leiter muss sich kontinuierlich durch den Spritzkopf des Extruders (und die gesamte Extrusionslinie) bewegen. Diesen Vorschub des Materials erzeugt ein Abzug. Es gibt verschiedene Bauformen, z.B. Bandabzüge und Scheibenabzüge.
  • Prüfgeräte: bevor die fertige Ader am Ende wieder aufgewickelt werden kann, wird sie geprüft. Geprüft wird, ob Isolationsfehler vorhanden sind und ob der Durchmesser und die Wandstärke der Isolation maßhaltig sind.
  • Aufwickler: die fertige Ader wird am Ende wieder aufgewickelt. Meistens auf eine Spule. Dazu gibt es viele verschiedene Typen von Aufwicklern, von einfachen Wicklern für eine Spule bis hin zu vollautomatischen Doppelwicklern für 2 Spulen, welche vollautomatisch von der einen Spule auf die andere wechseln, wenn diese voll ist.

Da in einem Kabel sehr viel Länge an Adern benötigt wird (in einem fertigen Stromkabel mit 5 Adern, von 100 m Länge braucht man eben schon 500 m Ader) und die Produktion von normalen Kabeln in Kilometern erfolgt, laufen Aderlinien meistens mit sehr hohen Geschwindigkeiten. Je nachdem wie modern die Maschinen sind, beginnt eine wirtschaftliche Aderproduktion bei einer Geschwindigkeit von 300 m/min und erreicht bei modernsten Anlagen heutzutage Geschwindigkeiten von 2200 m/min.

Kabelkonstruktion

Nachdem die einzelnen Adern für das Kabel konstruiert sind, müssen diese irgendwie "zusammengesetzt" werden, so dass man die unterschiedlichen Aufbauten der einzelnen Kabeltypen erhält. In der Kabelei gibt es viele Begriffe für diesen Vorgang. Am gebräuchlichsten hierfür scheint aus unserer Sicht das Wort "Verseilen". Für das Verseilen gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinentypen, jede spezialisert auf eine bestimmte Verseilart. Die gängigsten sind:

  • Einfach- und Doppelschlagverseilmaschinen
  • Korbverseilmaschinen mit und ohne Rückdrehung
  • S/Z Verseilungen
  • Drumtwister bzw. Rotierende Aufwickler
  • Rohrverseilmaschinen

Je nach Anzahl und Durchmesser der zu verseilenden Adern, der gewünschten Konstruktion, also die Art wie die Adern nebeneinander im Kabel liegen, sowie der Anforderung, ob das Meterial drallfrei sein muss oder nicht, kommt eine andere Maschine zum Einsatz. Dabei kann man sagen, dass, je größer und dicker die fertige Konstruktion, desto größer die Spule, auf die am Ende gewickelt werden muss und desto langsamer der Prozess. Während ein dünnes 2-adriges Kabelpaar noch mit 100 m/min und mehr auf einer Spule mit einem Flanschdurchmesser von 400 mm hergestellt werden kann, bekommt man von einem 10 cm oder mehr durchmessenden Starkstromkabel, welches auf eine 3 m oder sogar noch viel größere Spule gewickelt wird, nur noch wenige Meter pro Minute verseilt.

Mantelextrusion

Abschließend wird das fertig konstruierte Kabel noch mit einer Außenhaut, dem Mantel, umschlossen. Da hier typischerweise mehr Material gebraucht wird als bei der Aderextrusion, sind Mantelextrusinslinien üblicherweise größer als Aderextrusionslinien. Das bedeutet, die Extruder haben eine Schnecke mit einem größeren Durchmesser und Länge und damit mehr Ausstoßleistung. Auch die Abzüge und Ab- und Aufwickler sind größer, da größere Spulen verwendet werden und das Kabel selbst ja viel mehr Masse hat als die einzelne Ader. Bei speziellen Kabeln, die im Einsatz starkem physischen Stress ausgesetzt sind, wird manchmal noch eine Armierung oder Panzerung um die Konstruktion gelegt, bevor der Mantel aufgespritzt wird.

Infrastruktur

Wir erleben es oft, dass Kunden, die noch keine laufende Kabelproduktion haben, uns ein Stück Kabel präsentieren und sagen "Ich möchte die Maschine, mit der man dieses Kabel machen kann". Dann müssen wir den Kunden immer desillusionieren und ihm sagen, dass es man dafür nicht "die eine Maschine" braucht, sondern eine ganze Fabrik. Im Laufe unserer Geschäftstätigkeit haben wir unzählige Kabelfabrikationen besichtigt. Die absoluten minimalen Anforderungen, die erfüllt sein müssen, um ein einfachstes Haushaltskabel herstellen zu können, wollen wir hier - aus unserer Sicht - einmal auflisten:

  • Gebäude: Die Produktionshalle sollte eine Fläche von mindestens 30 x 15 m haben, darunter wird es sehr schnell schwierig, alle Produktionslinien in einer Strecke aufzustellen, ohne umlenken zu müssen. Auch sollte zwischen den Produktionsschritten genug Lagerplatz für Vormaterialien vorhanden sein, damit alle Maschinen effizient beschickt werden können.
  • Kühl-Wasser: Da viele Prozesse in der Kabelei Kühlung erfordern, besonders die Kühlstrecken der Extrusionslinien, sollte eine Einrichtung zur Kühlwasserversorgung vorhanden sein.
  • Stromversorgung: Es sollte eine ausreichend ausgelegte und stabile Stromversorgung vorhanden sein. Ein Stromausfall beeinträchtigt nicht nur ein einzelnes Werkstück, sondern im ungünstigsten Fall die Mitte eines mehrere Kilometer langen Kabels, welches dann aufwändig repariert werden muss.
  • Kran / Gabelstapler: Da Kupfer typischerweise schwer ist, sollten Gabelstapler und Kräne zum Bewegen der Spulen und zum Be- und Entladen der Maschinen vorhanden sein.
  • Personal: Da die Kabelproduktion ein kontinuierlicher Prozess ist, d.h. eine Linie muss laufen um ein den Anforderungen entsprechendes Produkt herzustellen, sollte man Personal haben, welches sich damit bereits auskennt. Man kann in der Kabelei nicht "ein Stück" herstellen, es kontrollieren und dann ggf. Produktionsparameter verändern, um es neu zu probieren. Eine Extrusionslinie oder Verseilmaschine läuft, und produziert Schrott, bis man alle Einstellungen im Griff hat. Eine Fertigung ohne entsprechende Know-How Träger zu beginnen ist also aussichtslos.
  • Kapital: Das Kupfer (oder auch Aluminium), welches in für die Kabel verwendet wird, ist teuer. Auch andere verwendete Rohstoffe haben zum Teil stattliche Preise. Wenn man eine Produktion beginnt, dauert es - selbst wenn es optimal läuft - 3 Monate bis Erlöse aus verkauften Produkten erzielt werden können. Daraus ergibt sich, allein für Rohstoffe, ein hoher Bedarf an Vorfinanzierungs-Kapital.

Anmerkung zum Ende

Diese Zusammenfassung soll eine grobe Übersicht geben, und erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit oder 100%ige Richtigkeit. Wir bitten dies zu bedenken. Sie sollte aber einen guten ersten Einstieg in die Thematik ermöglichen. Für einen tieferen Einsteig möchten wir an dieser Stelle das folgende, sehr umfangreiche Buch empfehlen: Power Cables Theory and their Manufacturing Procedures von Dr. Eng. Sotiros Balafutas (ISBN 978-960-89803-7-2).