Ungeplante Anlagenstopps zählen zu den teuersten Risiken in der industriellen Produktion. Besonders sensibel sind Anwendungen mit dauerhaft bewegten Leitungen: Energieführungsketten in Werkzeugmaschinen, Roboterachsen in der Automobilfertigung oder Linearantriebe in Intralogistikanlagen. Hier wirken permanent Biege-, Torsions- und Zugbelastungen auf die Verbindungstechnik. Fällt eine Energie- oder Steuerleitung aus, steht unter Umständen nicht nur eine Maschine, sondern eine komplette Produktionslinie still.
In der Praxis dominieren bislang zwei Wartungsstrategien: Entweder werden Leitungen erst im Schadensfall ersetzt, oder sie werden vorsorglich in festen Intervallen ausgetauscht – unabhängig von ihrem tatsächlichen Zustand. LAPP, Weltmarktführer für integrierte Lösungen im Bereich Kabel- und Verbindungstechnologie, arbeitet deshalb an einem Konzept für eine zustandsabhängige Wartung von Energie- und Steuerleitungen – bevor es zu spät ist. Unter dem Projektnamen Predictive Maintenance for ÖLFLEX® (PdM4ÖLFLEX) entsteht eine Lösung für Predictive Maintenance von Energie- und Steuerleitungen der Marke ÖLFLEX®. Ziel ist es, ein Condition Monitoring im laufenden Betrieb zu realisieren und so einen bedarfsgerechten Austausch zu ermöglichen.
Die Grundlage für diesen Ansatz entstand aus dem Entwicklungsprojekt rund um das seit 2021 bestehende Zustandsüberwachungsgerät ETHERLINE® GUARD. Die Erfahrungen aus diesem Projekt haben eine Lücke offenbart: Während sich Datenleitungen vergleichsweise einfach überwachen lassen, fehlt bislang eine Lösung für klassische Energie- und Steuerleitungen im laufenden Betrieb.
„Wir haben früh gemerkt, dass der größere Hebel nicht bei der Datenleitung liegt, sondern bei der Energieleitung“, sagt Tobias Heuft, Research Engineer Advanced Technology bei LAPP und federführend bei dem Entwicklungsprojekt PdM4ÖLFLEX. „Stromführende Leitungen sind die Lebensadern vieler Anlagen. Hier entstehen die teuren Stillstände, und genau da ist die messtechnische Herausforderung am größten.“
Messung unter Spannung: Der technologische Kern
Die Zustandsüberwachung bei PdM4ÖLFLEX basiert auf der Zeitbereichsreflektometrie (Time Domain Reflectometry, TDR). Dabei wird ein kurzer elektrischer Impuls in eine Leitung eingespeist. Trifft dieser auf eine Impedanzänderung – etwa durch mechanischen Verschleiß oder eine beginnende Schädigung – wird ein Teil des Signals reflektiert. Aus Laufzeit und Amplitude der Reflexion lassen sich Ort und Art der Veränderung ableiten.
„Die eigentliche Innovation liegt nicht in der TDR-Messung selbst“, erklärt Tobias Heuft. „Die Messung ist seit Jahrzehnten bekannt. Entscheidend ist, dass wir sie so einkoppeln, dass die Leitung unter voller Betriebsspannung weiterarbeitet. Wir brauchen keine zusätzliche Sensorader oder speziell aufgebaute Leitung.“ Die Anwendung der TDR-Messung für Energieleitungen im laufenden Betrieb hat LAPP patentieren lassen.
Das Messsignal wird potentialfrei auf eine stromführende Leitung aufgeprägt, wobei spezielle Filter dafür sorgen, dass das niederfrequente Nutzsignal stabil bleibt. Gleichzeitig wird das hochfrequente Messsignal in die Leitung eingespeist, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen. Während des Betriebs sendet das System regelmäßig kurze Messimpulse im Nanosekundenbereich. Die reflektierten Signale werden präzise erfasst, zeitlich hochauflösend analysiert und digital ausgewertet. Bereits bei der Inbetriebnahme speichert das System das Referenzprofil einer intakten Leitung. Dieses Ausgangsprofil dient später als Vergleichsbasis: Die Elektronik überprüft kontinuierlich die Reflexionsprofile und gleicht sie mit dem ursprünglichen Zustand ab. Aus der quadrierten Abweichungen entlang der Leitungslänge wird ein Kennwert berechnet – der sogenannte Kabelstatus. „Wir sehen nicht nur, dass sich etwas verändert, sondern auch, wo es sich verändert“, so Tobias Heuft. „So können wir zwischen einer gleichmäßigen Alterung und einer lokalen Schädigung unterscheiden.“
Konkreter Nutzen im Anlagenalltag
Der praktische Mehrwert zeigt sich vor allem in hochdynamischen Anwendungen. Dort können Energieleitungen frühzeitig überwacht werden, bevor ein Leiterbruch oder Isolationsschaden auftritt. Der Austausch kann in geplante Wartungsfenster verlegt werden, um ungeplante Stillstände zu vermeiden.
Auch im Umgang mit Leitungspaketen eröffnet dieser Ansatz neue Möglichkeiten. In vielen Anlagen verlaufen Daten-, Steuer- und Energieleitungen gemeinsam in einem sogenannten Dresspack. Wird eine einzelne Leitung auffällig, wird häufig das gesamte Paket ersetzt. Kombiniert man eine Überwachung von Datenleitungen mit ETHERLINE® GUARD und Energieleitungen mit PdM4ÖLFLEX, könnten künftig nur die tatsächlich verschlissenen Komponenten getauscht werden.
Das wirkt sich auch auf den Ressourceneinsatz aus: Leitungen werden nicht vorsorglich entsorgt, sondern bis zum tatsächlichen Verschleißende genutzt. „Wenn ich den realen Zustand kenne, kann ich eine Leitung länger nutzen und gezielter tauschen“, sagt Heuft. „Das reduziert Materialeinsatz und vermeidet unnötigen Austausch.“
Technisch validiert – nun folgt die Erprobung im Markt
Erstmals vorgestellt wurde das Konzept 2025 auf der SPS für Automatisierungstechnologie in Nürnberg. Wie bereits bei ETHERLINE® GUARD präsentiert LAPP auch PdM4ÖLFLEX in einem frühen Entwicklungsstadium, um Rückmeldungen aus der Praxis zu erhalten und das Marktinteresse realistisch zu bewerten. „Wir entwickeln kein Produkt im stillen Kämmerlein“, betont Tobias Heuft. „Wir wollen früh verstehen, wie der Markt den Mehrwert einschätzt. Erst dann entscheiden wir über die nächsten Schritte.“
Die Resonanz auf PdM4ÖLFLEX fällt bisher differenziert aus: Das Interesse ist aktuell nicht flächendeckend. Jedoch zeigt sich dort, wo Unternehmen bereits mit Condition Monitoring-Systemen arbeiten oder konkrete Ausfallprobleme haben, eine deutliche Nachfrage. „Wir sehen vor allem zwei Gruppen“, beschreibt Tobias Heuft. „Zum einen Unternehmen mit akutem Leidensdruck, bei denen Leitungen regelmäßig ausfallen. Zum anderen Betriebe, die bereits Zustandsdaten aus vielen Sensoren erfassen und passive Komponenten wie Leitungen systematisch integrieren wollen.“ PdM4ÖLFLEX zielt damit nicht auf Standardanwendungen ab, sondern auf Szenarien mit hohem Schadenspotenzial und entsprechendem wirtschaftlichem Hebel.
Auf die technische Erprobung folgt nun die Phase der Industrialisierung. „Die Messphysik funktioniert“, betont Heuft. „Die eigentliche Entwicklungsarbeit besteht jetzt darin, das System zu miniaturisieren und in ein industrietaugliches Gerät zu überführen.“ Allerdings gibt es einen Faktor, der die Entwicklung etwas verlangsamt, fügt Heuft mit einem Schmunzeln hinzu: Die zu Testzwecken eingesetzten Leitungen von LAPP erweisen sich als ausgesprochen langlebig. Bis sich reale Verschleißprozesse zeigen und belastbare Vergleichsdaten entstehen, vergeht entsprechend Zeit.
Entscheidend sind letztlich die wirtschaftlichen Auswirkungen. Energie- und Motorleitungen in anspruchsvollen Umgebungen erreichen schnell vierstellige Kosten pro hundert Meter. Noch schwerer wiegen die Kosten ungeplanter Produktionsausfälle. „Wenn das Projekt PdMÖLFLEX nur einen einzigen ungeplanten Produktionsausfall verhindert, kann sich ein solches System auf einen Schlag amortisieren“, unterstreicht Tobias Heuft.