Ein industrielles Integrationsrahmenwerk auf Basis von QFD zur Auswahl optimaler Strommasten

Warum die Masten über unseren Straßen wichtig sind

Jedes Mal, wenn Sie unter Hochspannungsleitungen hindurchgehen oder an einer Reihe von Straßenlaternen vorbeifahren, sehen Sie das Ergebnis großer Entscheidungen darüber, welche Materialien für diese Versorgungsmasten verwendet werden. Diese Entscheidungen beeinflussen, wie häufig die Beleuchtung ausfällt, wie sicher die Straßen bei Stürmen sind, wie viel Wartung die Steuerzahler kostet und sogar wie groß unser Einfluss auf die Umwelt ist. Dieser Artikel erklärt eine neue, systematischere Methode zur Auswahl des besten Masttyps – Stahl, Aluminium oder moderne faserverstärkte Kunststoffe (FRP) – basierend auf dem, was Kunden und Gemeinden tatsächlich wichtig ist.

Von Holzpfählen zu High‑Tech‑Trägern

Versorgungsmasten haben sich über mehr als ein Jahrhundert entwickelt. Frühe Masten bestanden aus Holz, das leicht zu bearbeiten war, aber anfällig für Fäulnis, Insekten und raues Wetter. Mit der Ausbreitung von Strom- und Telefonnetzen wurden Stahl- und Aluminiummasten üblich, weil sie stärker waren und schwerere Lasten tragen konnten. Diese Metalle benötigen jedoch viel Energie in der Herstellung und können mit der Zeit korrodieren. In jüngerer Zeit haben sich leichte Verbundwerkstoffe wie glasfaserbasierte FRP etabliert. Diese neuen Masten sind auf eine längere Lebensdauer, Widerstand gegen Witterungseinflüsse und Korrosion sowie geringere Umweltbelastung ausgelegt, sind aber auch neu auf dem Markt, sodass Versorgungsunternehmen klare Bewertungswege benötigen, um zu entscheiden, ob sich die Investition lohnt.

Die Kundenwünsche in Designentscheidungen überführen

Die Forschenden verwendeten eine strukturierte Planungsmethode namens Quality Function Deployment (QFD), um das, was Kundinnen und Kunden wollen, mit der Gestaltung und Auswahl von Masten zu verknüpfen. Anstatt sich ausschließlich auf ingenieurtechnische Berechnungen oder kurzfristige Kosten zu stützen, sammelten sie die „Stimme des Kunden“ durch Marktumfragen, Fokusgruppen und Interviews mit 125 Fachleuten. Aus dieser Arbeit identifizierten sie zehn zentrale Leistungskennzahlen (KPIs), die in der Praxis am wichtigsten sind: Lebensdauer des Mastes, Sicherheit bei Unfällen, Gesamtkosten, Farbhaltevermögen, Widerstand gegen elektrische Leitfähigkeit, Gewicht, Fertigungszeit, Transportfreundlichkeit, Installationsmethode und Windbeständigkeit. Diese Kundenprioritäten bestimmten anschließend, welche technischen Merkmale der Masten besonders betont werden sollten.

Ein strukturiertes Bewertungsraster erstellen

Mithilfe von QFD übersetzte das Team die zehn Kundenanliegen in neun technische Anforderungen, wie etwa Nutzungsdauer, minimale Lebenszykluskosten, Korrosionsbeständigkeit, Handhabungsfreundlichkeit und Installationsvereinfachung. Sie ordneten all diese Informationen in einem Diagramm an, das als „House of Quality“ bekannt ist und jedes Kundenanliegen mit spezifischen Konstruktionsmerkmalen verknüpft. Die Beziehungen wurden als schwach, mittel oder stark bewertet, und jede Kundenanforderung erhielt eine Wichtigkeitsbewertung. Dadurch konnten die Forschenden berechnen, wie stark jedes technische Merkmal zur Gesamtzufriedenheit beiträgt und wie verschiedene Merkmale einander unterstützen oder in Konflikt stehen. Beispielsweise können Merkmale, die die Haltbarkeit erhöhen, auch Kosten oder Produktionszeit beeinflussen.

Vergleich von Stahl-, Aluminium- und FRP-Masten

Mit dem Bewertungsraster verglich das Team drei Masttypen – Stahl, Aluminium und FRP – über alle zehn KPIs hinweg. Für jede Kennzahl bewerteten sie, wie gut jedes Material auf einer einfachen Skala abschneidet, und kombinierten diese Bewertungen anschließend mit den Wichtigkeitsgewichten aus der QFD-Analyse. Visuelle Hilfsmittel wie Radardiagramme und Balkendiagramme erleichterten das Erkennen von Zielkonflikten: Stahl schnitt in bestimmten Bereichen gut ab, etwa bei traditionellen Installationsmethoden und Windwiderstand; Aluminium bot moderate Leistung bei geringerem Gewicht; und FRP führte durchgängig bei Lebensdauer, Sicherheit, Gesamtkosten über den Lebenszyklus, Korrosions- und Farbstandigkeit sowie Transportfreundlichkeit dank seines geringen Gewichts.

Was das für künftige Infrastruktur bedeutet

Wurden alle Faktoren kombiniert, erreichten FRP-Masten die höchste Gesamtbewertung – 4,12 von 5 – vor Aluminium (3,216) und Stahl (2,872). Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass FRP‑Masten unter Einbeziehung von Langzeitkosten, Sicherheit, Haltbarkeit und Handhabung für viele Anwendungen das insgesamt beste Paket bieten, auch wenn ihre Installation komplexer oder anders sein kann. Das vorgeschlagene Rahmenwerk leistet jedoch mehr, als nur einen Sieger zu bestimmen: Es bietet Ingenieurinnen und Ingenieuren, Versorgungsmanagern und Einkaufsteams eine transparente, wiederholbare Methode, Entscheidungen über Mastmaterialien anhand klarer, kundenorientierter Kriterien zu begründen. Ähnliche Methoden könnten auf andere Infrastrukturentscheidungen angewandt werden und Städte sowie Versorgungsunternehmen dabei unterstützen, Systeme zu bauen, die sicherer, langlebiger und stärker an den Erwartungen der Öffentlichkeit ausgerichtet sind.

Zitation: Awad, Y.A., EL-Fiky, A.M., Hegazy, H. et al. An industrial integration framework based on QFD for selecting the optimal electrical poles. Sci Rep 16, 6724 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-12510-9

Schlüsselwörter: Versorgungsmasten, Materialauswahl, faserverstärkter Kunststoff, Quality Function Deployment, Infrastrukturgestaltung