Vom Kabeldatenblatt zur Verbrauchsnorm: Wo das zusätzliche Kupfer bleibt

Ein Kunde bestellt 5 km Energiekabel 3 × 2,5 mm². Laut Konstruktion braucht ein Kilometer 68,3 kg Kupfer, also bucht der Planer 342 kg ein. Am Ende hat der Auftrag 369 kg verbraucht, und gestohlen hat niemand etwas. Die Differenz steckt in einem Teil der Verbrauchsnorm, den die meisten Tabellen gar nicht kennen: dem festen Anfahrausschuss, den jede Linie bei jedem Start produziert.

In der Kabelfertigung beschreiben drei Dokumente dasselbe Produkt. Das Datenblatt (TDS, Technical Data Sheet) hält fest, was dem Kunden zugesagt wird: Aufbau, Abmessungen, elektrische Werte, Norm. Die Verbrauchsnormen geben an, wie viel Kupfer, Isolier- und Mantelmischung in einen Kilometer gehen. Die Fertigungstechnologie (die Technologiekarte) beschreibt, wie jede Linie das Kabel herstellt: Arbeitsgänge, Geschwindigkeiten, Temperaturen, Schlaglängen, Prüfungen. Zusammen bilden sie Stückliste und Arbeitsplan des Kabelwerks.

Das Datenblatt: was dem Kunden zugesagt wird

Unser Beispiel ist ein Kabel 3 × 2,5 mm², 0,6/1 kV, mit PVC-Isolierung und PVC-Mantel nach IEC 60502-1. Die wichtigsten Zeilen des Datenblatts:

• Leiter: Kupfer blank, mehrdrähtig Klasse 2, 7 Drähte
• Max. Leiterwiderstand bei 20 °C: 7,41 Ω/km
• Isolierung: PVC, Nenndicke 0,8 mm, Aderfarben Braun, Schwarz, Grau
• Mantel: PVC, Nenndicke 1,8 mm, schwarz
• Außendurchmesser: ca. 11,4 mm
• Spannungsprüfung (Stückprüfung): 3,5 kV AC, 5 Minuten

Ein Datenblatt nennt Werte, die der Kunde prüfen kann. Wie viele Kilogramm von welchem Material hineingehen, steht dort nicht. Das ist Sache des Werks.

Mythos: „2,5 mm² heißt 2,5 mm² Kupfer“

Nein. Der Nennquerschnitt ist über den Widerstand definiert, nicht über die Geometrie. Unser Leiter besteht aus 7 Drähten mit 0,67 mm: 7 × π/4 × 0,67² = 2,468 mm² Kupfer. Sein Widerstand liegt bei etwa 7,13 Ω/km, klar unter dem Grenzwert von 7,41, also gilt er als 2,5 mm². Wer auf den Widerstand statt auf den Nennquerschnitt konstruiert, spart auf jedem Kilometer Kupfer, und bei den Kupferpreisen summiert sich das schnell.

Verbrauchsnormen: von der Konstruktion zu kg/km

In der Kabelkonstruktion gibt es eine praktische Faustregel: Fläche in mm² × Dichte in g/cm³ = kg pro km. So sieht die Norm für einen Kilometer Fertigkabel aus:

Kupfer. 2,468 mm² × 8,89 g/cm³ = 21,94 kg pro km Leiter. Die sechs Außendrähte sind um den Mitteldraht verseilt, jeder ist also rund 2 % länger als der Leiter. Das ergibt 1,7 % Zuschlag: 22,32 kg pro km Ader. Das Verseilen der drei Adern kostet noch einmal 2 % Aderlänge (3 × 1,02 = 3,06 km Ader pro km Kabel), das Kupfer liegt also bei 22,32 × 3,06 = 68,3 kg/km. Das ist die Kupferzahl dieses Kabels.

Isolierung. Die Ader wächst von 2,01 mm auf 3,61 mm Durchmesser. Die Ringfläche beträgt π/4 × (3,61² − 2,01²) = 7,06 mm². Mit PVC bei 1,45 g/cm³ sind das 10,24 kg pro km Ader, und × 3,06 ergibt 31,3 kg/km Kabel.

Mantel. Drei verseilte Adern messen etwa 7,78 mm im Durchmesser; mit 1,8 mm Mantel ergibt das 11,38 mm. Der Mantel füllt auch die Zwickel zwischen den Adern, seine Fläche ist also der volle Kreis minus die drei Adern: π/4 × (11,38² − 3 × 3,61²) = 71,0 mm². Bei 1,50 g/cm³ sind das 106,5 kg/km.

Summe: rund 206 kg pro Kilometer, im Rahmen der üblichen veröffentlichten Gewichte für diesen Kabeltyp.

Der Teil der Norm, der nicht pro Kilometer gilt

Jede Linie verliert bei jedem Anfahren eine feste Länge: das Kabel, das entsteht, während sich der Extruder einpendelt, der Durchmesser eingestellt wird und die erste Funkenprüfung bestanden ist. In diesem Werk:

• Isolierlinie: 150 m Ader pro Farbe
• Verseilmaschine: 50 m Kabel
• Mantellinie: 200 m Kabel

Für den Auftrag über 5 km, rückwärts gerechnet: Ummantelung 5.000 + 200 = 5.200 m. Verseilen 5.200 + 50 = 5.250 m. Ader pro Farbe 5.250 × 1,02 + 150 = 5.505 m, bei drei Farben 16.515 m Ader.

Kupferverbrauch: 16,515 km × 22,32 kg = 368,6 kg, also 73,7 kg pro km Fertigkabel. Das sind 8 % über der Konstruktionsnorm. Bei einem Auftrag über 20 km verteilt sich derselbe feste Ausschuss auf mehr Meter: 1.393 kg Kupfer, 69,6 kg/km, nur 2 % darüber. Eine Norm hat also zwei Teile, einen je Kilometer und einen je Fertigungslauf, und die Auftragslänge entscheidet, welcher davon wehtut. Auch deshalb sind kurze Aufträge in der Planung der Kabelfertigung teuer.

Fertigungstechnologie: wie jede Linie das Kabel herstellt

Die Technologiekarte begleitet das Kabel durch das Werk:

1. Drahtziehen: Kupferwalzdraht mit 8 mm wird auf 0,67 mm gezogen und anschließend geglüht, damit er weich genug zum Verseilen ist.
2. Leiterverseilung: 7 Drähte werden zu einem Leiter der Klasse 2 verseilt, mit festgelegter Schlaglänge.
3. Isolierung: PVC wird mit 0,8 mm bei rund 600 m/min extrudiert, eine Farbe pro Lauf, mit Inline-Funkenprüfung.
4. Aderverseilung: Drei Adern werden bei rund 60 m/min miteinander verseilt.
5. Ummantelung: PVC wird mit 1,8 mm bei rund 50 m/min extrudiert, die Metrierung wird aufgedruckt.
6. Prüfung und Aufwickeln: Leiterwiderstand, Spannungsprüfung mit 3,5 kV, Ablängen auf 1.000 m auf fünf Trommeln.

Die Karte enthält außerdem das Temperaturprofil des Extruders, die Maße von Nippel und Matrize sowie die Schlaglängen, denn davon hängt ab, ob die Werte aus dem Datenblatt erreicht werden. Die Liniengeschwindigkeit bestimmt die Zeit: 5.200 m Ummantelung bei 50 m/min sind 104 Minuten Maschinenzeit. Und die Fertiglängen müssen auf die Trommeln passen, die tatsächlich verfügbar sind.

So sieht das in factory.online aus

In factory.online hat jede Kabelkonstruktion ihre eigenen Verbrauchsnormen pro Kilometer und ihre eigenen Arbeitsgänge, und die isolierte Ader je Farbe ist ein eigenes Halbfabrikat. Die Materialbedarfsplanung (MRP) löst 5 km in Adermeter und Kupferkilogramm auf, und Chargen und Behälter tragen die tatsächlichen Längen auf jeder Trommel. Sobald die Linie Menge und Ausschuss rückmeldet, sieht der Planer die tatsächlichen kg/km neben der Norm.

Wenn Ihr Datenblatt, Ihre Normen und Ihre Technologiekarten in drei verschiedenen Dateien liegen, vereinbaren Sie eine Demo und bringen Sie eine Kabelkonstruktion mit.