Kommentar

Alles drahtlos, oder was?

| Autor / Redakteur: Georg Stawowy / Sebastian Human

Auch in einer zunehmend drahtlos werdenden Welt hat das klassische Kabel eine Zukunft.
Auch in einer zunehmend drahtlos werdenden Welt hat das klassische Kabel eine Zukunft. (Bild: LAPP Holding AG)

Eine Scheindebatte erregt die Gemüter: Daten - und eines Tages auch Energie - würden in der Fabrik der Zukunft nur noch drahtlos übertragen. Sogenannte Experten sagen das Ende von Kabeln und Leitungen voraus; das ist Unsinn.

Eines vorweg: Eine Gegnerschaft beider Technologien gibt es nicht. Beide haben ihre Vor- und Nachteile und beide werden in den kommenden Jahren erhebliche Zuwächse verzeichnen.

Manchmal schauen mich Gesprächspartner ungläubig an, wenn ich optimistisch von der Zukunft des Kabelmarktes spreche. Auf Zukunftsforen gewinnt man den Eindruck, dass die Welt morgen ganz anders ist. Überall Flugtaxen, superintelligente Roboter, Linienverkehr zum Mars und vor allem: Die Welt wird vollkommen drahtlos. Den letzten Punk halte ich für Unsinn, zu den anderen will ich mich nicht äußern. Viele Technologien sind Theorie, bleiben Science-Fiction oder stecken noch in den Kinderschuhen. Zwischen Schlagzeilen über die Träume von Zukunftsforschern und dem machbaren technischen Fortschritt klafften schon immer große Lücken. Auch wenn es manche nicht wahrhaben wollen: Neue Technologien verdrängen nicht zwangsläufig alte, bewährte Technologien.

Kein Entweder-oder

Kabel sind eine alte Technologie in dem Sinne, dass es sie schon über hundert Jahre gibt. Aber sie sind nicht veraltet, technologisch ausgereizt oder gar überflüssig. Drahtlos-Technologie ist neuer, das stimmt, aber kein Ersatz für das Kabel, denn beide Technologien haben unterschiedliche Stärken und sind damit für unterschiedliche Anwendungen geeignet. Eine neuere Technologie ist eben nicht unbedingt der junge Revolverheld, der den alternden Sheriff über den Haufen schießt. Marktwirtschaft ist nicht wilder Westen. Wir sehen für beide Technologien große Wachstumschancen und werden auch beides anbieten, glauben aber, dass für die große Mehrheit der Anwendungen auch langfristig das Kabel die bevorzugte Lösung sein wird. Um das zu verstehen, genügt es nicht, nur Technologien zu vergleichen. Man muss den größeren Zusammenhang und globale Megatrends in Betracht ziehen.

Megatrends bringen mehr Vernetzung

Was sind also die Megatrends, die für das Wachstum der Zahl der Verbindungen eine Rolle spielen? Einer ist das weiter ungebremste Wachstum der Weltbevölkerung und das Streben nach Wohlstand auch in den Entwicklungs- und Schwellenländern, was praktisch gleichbedeutend ist mit einer zunehmenden Elektrifizierung. Die Versorgung mit elektrischer Energie, modernen Haushalts- und Unterhaltungsgeräten und Mobilfunk großer Teile der Bevölkerung, die heute noch an kein Strom- oder gar Datennetz angeschlossen sind, erfordert mehr Verbindungen.

Unklar ist, wie sich der Trend zur Dezentralisierung bei der Energieversorgung auf die Nachfrage nach Stromkabeln auswirken wird. Wenn Erzeugung und Verbrauch näher zusammenrücken, etwa weil mehr Häuser Strom aus einer eigenen Photovoltaikanlage oder einem kleinen Blockheizkraftwerk im Keller beziehen, schrumpfen die Verteilnetze. Andererseits wird man wiederum mehr Verbindungen innerhalb der einzelnen Häuser brauchen.

Ein weiterer Megatrend ist die Digitalisierung. Dort sind mit Blick auf Verbindungssysteme vor allem das Internet der Dinge und Industrie 4.0 zu nennen. Wenn jedes Ding – in Fabriken zum Beispiel Maschinen und Sensoren – mit anderen Dingen vernetzt und mit dem Internet verbunden ist, nimmt die Zahl der Verbindungen exponentiell zu. Die enorme Zunahme der Verbindungsstrecken wirkt sich auf das Wachstum von Drahtlos- und kabelgebundenen Lösungen aus.

Zunächst einmal die Vorteile von Wireless: wenn Mobilität wichtig ist oder wenn Komponenten physisch schwer erreichbar sind, haben drahtlose Technologien offensichtliche Vorteile. In den Fabriken zum Beispiel werden sich fahrerlose Transportsysteme immer mehr durchsetzen, Sensoren werden auch an sehr großen Anlagen und an unzugänglichen Stellen omnipräsent sein, und insgesamt wird sich immer mehr bewegen. Daher wird das starke Wachstum von Drahtlostechnologien anhalten.

Etliche Einschränkungen

Andererseits haben WLAN und Co. einige Einschränkungen, die in manchen industriellen Anwendungen gegen ihren Einsatz sprechen. Bei der drahtlosen Übertragung von Daten spielt die Latenz immer eine Rolle, also die Verzögerung, bis eine am Ort A ausgelöste Aktion am Ort B ausgeführt wird. Relevant ist das zum Beispiel bei der Kopplung von Sensoren und Aktoren in einem Produktionsablauf, wo es oft auf Millisekunden, wenn nicht sogar Mikrosekunden ankommt. Kommen Daten nicht rechtzeitig an, kann das sicherheitskritisch sein, etwa wenn eine Person den Not-Aus-Knopf drückt – dann muss die Maschine wirklich sofort stoppen. Eine solche Echtzeitkommunikation können Funktechnologien bislang nicht garantieren. Der kommende 5G-Standard verspricht 1ms Latenz, doch dies wird derzeit nur unter Laborbedingungen erreicht. Ob es den hohen Ansprüchen der Industrie genügt, wird man sehen.

Ein weiterer Aspekt ist die Störsicherheit: Funksignale können Störungen in empfindlicher Elektronik bewirken oder selbst durch andere Signale überlagert werden. Der Aufbau eines Drahtlosnetzwerkes mit ausreichender Abdeckung und Störsicherheit etwa in einer Fabrik mit ihren zahlreichen Störquellen ist daher oft extrem aufwändig. Ebenfalls bedenken sollte man das Thema Datensicherheit. Hacker in der Nähe können in Funknetzwerke eindringen und sensible Daten absaugen. Das kann geschäftskritisch sein, denn sie können Informationen über geschütztes Know-how enthalten oder Abläufe in der Produktion verraten – Daten sind der Treibstoff der smarten Industrie und entsprechend wichtig ist es, sie zu schützen.

Strom durch die Luft

Immer öfter rückt auch die drahtlose Übertragung nicht nur von Daten, sondern von Energie in den Fokus – allerdings werden dabei einige Einschränkungen oft übergangen. Induktiv ist die Energieübertragung nur über kurze Entfernungen wirtschaftlich und technisch sinnvoll, etwa bei der elektrischen Zahnbürste oder einem Smartphone; auch Elektrofahrzeuge lassen sich über eine Induktionsspule im Boden aufladen. Aber das ist unflexibel, man muss das zu ladende Gerät sehr genau an einem bestimmten Ort platzieren. Stromübertragung an Geräte, die sich nicht in unmittelbarer Nähe einer Induktionsschleife befinden, ist Stand heute unmöglich. In der Industrie, wo etwa Autokarosserien bewegt und geschweißt werden, fließen enorme Ströme für Antriebe, Schweißwerkzeuge, Laser und ähnliches – die drahtlose Übertragung der dafür notwendigen hohen Leistungen ist mit hohen Verlusten behaftet und deswegen kaum wirtschaftlich. Unklar ist im Moment auch noch die Frage der Bioverträglichkeit: Welche Auswirkungen auf Mensch und Tier haben die starken elektrischen Felder, die durch induktive Leistungsübertragung erzeugt werden? Man muss sich nur die kontroverse Diskussion über die Auswirkungen von Handystrahlung mit einer Leistung von wenigen Watt ins Gedächtnis rufen, um eine Ahnung zu bekommen, welche Fallstricke hier noch lauern. Die drahtlose Stromübertragung im großen Rahmen wird daher noch lange Science-Fiction bleiben. Auch Batterien sind keine Lösung. Sie eignen sich nur für Verbraucher mit geringer Leistung und sie müssen häufig getauscht werden. Oder man lädt sie wieder auf, wozu man aber wieder ein Kabel braucht. Selbst beim drahtlosen Laden, das wiederum nur über kurze Entfernung funktioniert, muss der Strom ja irgendwie zur Sendespule kommen.

„Alte“ Technologien wachsen weiter

Funktechnologien für die Datenübertragung haben sich wegen ihrer Vorteile vor allem für mobile Anwendungen im Fabrikeinsatz etabliert und wachsen mit mehr als 30 Prozent pro Jahr, allerdings bei einem immer noch niedrigen Marktanteil von sechs Prozent. Bei den „alten“ Technologien gibt es Verschiebungen, aber weiterhin anhaltendes Wachstum. So hat Industrial Ethernet in der Fabrikautomation die traditionellen Feldbusse überholt. Die Ethernet-basierten Verbindungen haben inzwischen einen Marktanteil von über 50 Prozent und aktuell eine jährliche Steigerung von 22 Prozent. Wesentliche Treiber für Industrial Ethernet sind die Notwendigkeit hoher Performance, die Integration von Fabrikinstallationen und IT/IoT-Systemen sowie generell das Industrial Internet of Things.

„5G ja, aber mit geblockten Frequenzbereichen für die Industrie“

Industrielle Kommunikation

„5G ja, aber mit geblockten Frequenzbereichen für die Industrie“

11.12.18 - Wenige Wochen ist die Entscheidung der Frequenzvergabe für den 5G-Mobilfunk nun her, doch der mediale Rummel um das Thema scheint nicht abzuebben. Braucht man 5G für die Industrie oder reichen nicht auch andere, traditionelle oder bewährte Kommunikationsverfahren? Auch auf der SPS IPC Drives 2018 in Nürnberg war das ein Thema. lesen

Der Hauptgrund für dieses anhaltende Wachstum der alten Technologien sind Sicherheit und Verlässlichkeit. Da sind Kabel im Vorteil und deshalb noch lange nicht ausgereizt. Eine Kupferlitze mit einer Kunststoffummantelung ist eine genial einfache und kostengünstige Methode, um Daten oder elektrische Energie von A nach B zu bringen. Die Laufzeit der Information lässt sich einfach aus der Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit berechnen. Ist das Kabel abgeschirmt, ist es auch gegen elektromagnetische Störungen von außen immun und stört außerdem andere Komponenten nicht.

Lösungen sind wichtiger als technologische Grabenkriege

Es gibt also keinen Verdrängungswettbewerb zwischen Kabel und Drahtlos, beide haben ihre Vor- und Nachteile und ergänzen sich hervorragend. Eine kabellose Fabrik wird noch lange Traum und Utopie bleiben. Was zum Einsatz kommt, entscheidet der Anwender nach seinen Anforderungen. Es geht um Verbindungslösungen für eine hochkomplexe, zunehmend automatisierte Fabrik-Infrastruktur. Und da zählen Flexibilität, Sicherheit und Performance – ermöglicht durch die bestmögliche Kombination verschiedener Technologien.

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