Ungeplante Anlagenstillstände zählen in der industriellen Fertigung zu den größten Kostenrisiken. Besonders anfällig sind Anwendungen, in denen Leitungen dauerhaft mechanischen Bewegungen ausgesetzt sind, wie Energieführungsketten in Werkzeugmaschinen, Roboterachsen in der Automobilindustrie oder Linearsysteme in der Intralogistik. Dort wirken kontinuierlich Biege-, Zug- und Torsionskräfte auf die Verbindungstechnik. Fällt eine Energie- oder Steuerleitung aus, kann dies weitreichende Folgen haben und schlimmstenfalls komplette Produktionsprozesse unterbrechen.

Bei der Wartung solcher Leitungen dominieren bislang zwei Vorgehensweisen: Entweder werden Komponenten erst im Schadensfall ersetzt oder vorsorglich in festen Wartungsintervallen ausgetauscht, unabhängig vom tatsächlichen Zustand. Mit dem Projekt ‚PdM4Ölflex‘ verfolgt Lapp deshalb einen zustandsbasierten Ansatz. Ziel ist eine Instandhaltungsstrategie für Energie- und Steuerleitungen der Marke ‚Ölflex‘, bei der Verschleiß im laufenden Betrieb erkannt und der Austausch bedarfsgerecht geplant werden kann.

TDR-Messtechnik für stromführende Leitungen

Lapp entwickelt eine zustandsabhängige Überwachung für Energie- und Steuerleitungen, inspiriert von der ‚Etherline Guard‘-Lösung für Datenleitungen. © Lapp

Die Grundlage dafür entstand im Umfeld von ‚Etherline Guard. Seit 2021 bietet Lapp damit eine Lösung zur Überwachung von Datenleitungen. Im Verlauf dieses Projekts zeigte sich jedoch, dass für klassische Energie- und Steuerleitungen bislang keine vergleichbare Methode existiert, um ihren Zustand zuverlässig während des Betriebs zu analysieren. Schnell wurde klar, dass der größere Hebel nicht bei der Daten-, sondern bei der Energieleitung liegt, da stromführenden Leitungen die Lebensadern vieler Anlagen darstellen. Hier entstehen teure Stillstände, und hier ist auch die messtechnische Herausforderung am größten.

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.

Dabei liegt die eigentliche Innovation nicht in der TDR-Messung selbst, die seit Jahrzehnten bekannt ist. Entscheidend ist, sie so einzukoppeln, dass die Leitung unter voller Betriebsspannung weiterarbeitet. Lapp benötigt dazu weder eine zusätzliche Sensorader noch eine speziell aufgebaute Leitung. Die Anwendung der TDR-Messung für Energieleitungen im laufenden Betrieb wurde patentiert.

Das Messsignal wird potentialfrei auf eine stromführende Leitung aufgeprägt. Spezielle Filter sorgen dafür, dass das niederfrequente Nutzsignal stabil bleibt, während das hochfrequente Messsignal in die Leitung eingespeist wird. Im Betrieb sendet das System regelmäßig kurze Mess- impulse im µs-Bereich. Die reflektierten Signale werden zeitlich hochauflösend erfasst und digital ausgewertet.

Bei Inbetriebnahme speichert das System das Referenz-profil einer intakten Leitung. Im Betrieb vergleicht die Elektronik aktuelle Reflexionsprofile mit diesem Ausgangszustand. Aus der quadrierten Abweichung über die Leitungslänge wird ein Kennwert berechnet: der Kabelstatus. So lässt sich nicht nur erkennen, dass sich etwas verändert, sondern auch, wo es sich verändert. Auf diese Weise ist eine Unterscheidung zwischen einer gleichmäßigen Alterung und einer lokalen Schädigung möglich.

Nur tauschen, was tatsächlich verschlissen ist

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 der 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 tatsächlich verschlissene Komponenten getauscht werden. Dies wirkt sich auch auf den Ressourceneinsatz aus, wenn Leitungen bis zum tatsächlichen Verschleißende genutzt werden.

Industriefeedback steuert Weiterentwicklung

Die erste öffentliche Präsentation von PdM4Ölflex erfolgte im Jahr 2025 auf der SPS in Nürnberg. Lapp entschied sich bewusst dafür, den Entwicklungsstand bereits in einer frühen Phase vorzustellen. Ziel war es, Erfahrungen und Einschätzungen aus der industriellen Praxis frühzeitig in die weitere Entwicklung einzubeziehen und zugleich das tatsächliche Marktpotenzial realistisch bewerten zu können. So wird kein Produkt ‚im stillen Kämmerlein‘ entwickelt, sondern es ist schon früh eine Einschätzung dessen möglich, wie der Markt den Mehrwert einschätzt. Erst dann entscheidet das Unternehmen über die nächsten Schritte.

Die bisherigen Rückmeldungen aus der Industrie zeichnen ein differenziertes Bild. Zwar ist das Interesse nicht in allen Bereichen gleichermaßen ausgeprägt, in bestimmten Anwendungen stößt das Konzept jedoch auf klare Nachfrage. Besonders Unternehmen mit bereits etablierten Condition-Monitoring-Systemen sowie Betriebe mit wiederkehrenden Leitungsausfällen beschäftigen sich intensiv mit dem Ansatz. Lapp sieht vor allem zwei Gruppen: 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. Damit adressiert PdM4Ölflex vor allem Anwendungen, in denen Leitungsausfälle erhebliche wirtschaftliche Folgen verursachen können.

Der Autor: Tobias Heuft ist Research Engineer Advanced Technology bei Lapp. © Lapp

Nach den bisherigen technischen Validierungen steht nun die Überführung in ein industrietaugliches System im Mittelpunkt. Die grundlegende Messtechnik wurde bereits erfolgreich erprobt. Im nächsten Schritt geht es vor allem darum, die Technologie zu miniaturisieren und für den industriellen Einsatz zu optimieren. Verzögert wird dieser Prozess ausgerechnet durch die Robustheit der eingesetzten Lapp-Leitungen: Da sich Verschleiß unter realen Bedingungen nur langsam zeigt, entstehen belastbare Langzeitdaten entsprechend zeitaufwendig.

Letztlich entscheidet vor allem der wirtschaftliche Nutzen über den späteren Einsatz der Technologie. Da bereits Energie- und Motorleitungen mit einer Länge von 100 m in anspruchsvollen Anwendungen Kosten im vierstelligen Bereich verursachen können und ungeplante Produktionsunterbrechungen noch weit schwerer wiegen, amortisiert sich ein solches Condition-Management-System auf einen Schlag, wenn nur ein einziger ungeplanter Produktionsausfall damit verhindert wird. 

Redaktion: Inka Krischke