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DER KONSTRUKTEUR 9/2018

DER KONSTRUKTEUR 9/2018

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE DIE ZUKUNFT GEHÖRT DEN LICHTWELLENLEITERN Autor: Mehmet Ergün Tokgöz, EKS Engel FOS GmbH & Co. KG, Wenden PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die Digitalisierung der Fabrik erfordert hochleistungsfähige Netzinfrastrukturen, die aus heutiger Sicht auf Lichtwellenleitern (LWL) und robuster optischer Übertragungstechnik basieren werden. Dadurch kommen auf Konstrukteure neue Anforderungen zu, die sie frühzeitig in die Entwicklung ihrer Produkte einbeziehen müssen. Durch intelligente Fertigungsprozesse können zahlreiche Maschinendaten erfasst und entweder vor Ort oder via Cloud in IT-Systemen ausgewertet werden, wodurch sich die Produktivität nachhaltig steigern lässt. Kupferkabel stoßen jedoch an Grenzen, wenn es darum geht, große Datenmengen mit geringer Latenz über Entfernungen von mehr als 100 m schnell zu übertragen. Deshalb werden die Anlagenbetreiber nach und nach auch die Feldebene mit Lichtwellenleitern (LWL) verkabeln, was in der Leit- und Managementebene bereits heute Stand der Technik ist. LWL bestehen aus einem Kern und einem Mantel, die fest miteinander verbunden sind. Im Vergleich zu Kupferkabeln ermöglichen sie nicht nur ein deutlich besseres Bandbreiten-Längen-Produkt (Relation zwischen maximaler Datenrate und Entfernung), sondern die Übertragung wird auch weder durch elektrische noch magnetische Störungen beeinflusst. Deshalb können LWL anders als Kupferkabel in unmittelbarer Nähe von Energieleitungen verlegt werden, wodurch die Kabelführung vereinfacht wird. LWL SORGEN FÜR GRÖSSTMÖGLICHE SICHERHEIT Weil LWL aus elektrisch nicht leitfähigem Material sind, werden die Daten immer über einen galvanisch getrennten elektrischen Isolator übertragen. Dadurch ist ausgeschlossen, dass es zu Potenzialausgleichsströmen, Hochfrequenzstörungen oder Übersprechverhalten kommt. Selbst bei einem Blitzeinschlag in die Verkabelung besteht kein Zerstörungsrisiko für die angeschlossenen Geräte. Ferner bestehen bei LWL keine Gefahren durch Erdschleifen, starke Stöße OPTISCHE INFRASTRUKTUREN ERMÖGLICHEN EINE HOCHLEISTUNGS- FÄHIGE DATENÜBERTRAGUNG oder Funkenbildung. Auch hinsichtlich Torsion sind sie deutlich widerstandsfähiger und damit langlebiger als Kupferkabel. Dagegen gibt es etwa beim Einsatz in rauen und feuchten Umgebungen oder bei großen Temperaturschwankungen keine mechanischen Unterschiede. Oft wird argumentiert, LWL seien schwer anzuschließen. Das ist bei Multimode- und Singlemode-Fasern sicher richtig, auch wenn die Anschlusstechniken immer einfacher werden. Beide bestehen aus Quarzglas, haben einen Kerndurchmesser von 9 oder 50 bzw. 50 DER KONSTRUKTEUR 9/2018

KONSTRUKTIONSELEMENTE 01 01 Querschnitt eines LWL-Breakoutkabels: Die beiden Fasern (rechts) und deren Mäntel (grün) sind von einem Geflecht für die Zugentlastung (gelb) umgeben und haben einen äußeren Mantel sowie eine gemeinsame Umhüllung (rot) für einen besseren Schutz; um die Stecker anzuschließen, lässt sich die Umhüllung mit einem Reißfaden (silbern) leicht trennen 62,5 µm und ermöglichen Datenraten von über 40 Gbit/s und Übertragungsentfernungen von 100 km und mehr. Bei Distanzen von wenigen 100 m und Bandbreiten von bis zu 1 Gbit/s können auch HCS- oder POF-Fasern eingesetzt werden, die die gleichen physikalischen Eigenschaften wie die beiden klassischen LWL haben, sich aber vergleichsweise leicht im Feld anschließen lassen. HCS (Hard Clad Silica) ist eine Hybridfaser mit einem 200 µm starken Glaskern und einem Mantelglas, das einen Durchmesser von 230 µm hat. Der Unterschied zu Single- und Multimode-Fasern liegt in dem Material des optischen Mantels, der aus einem wenige µm dünnen, äußerst harten Kunststoff besteht. POF (Polymere Optical Fiber) ist dagegen eine reine Kunststofffaser, die einen Kerndurchmesser von 980 µm hat. KÜNFTIGE ANFORDERUNGEN IM BLICK HABEN Optische Infrastrukturen ermöglichen eine hochleistungsfähige Datenübertragung. Jedoch sollte darauf geachtet werden, dass von vornherein genügend Fasern vorhanden sind. Auch wenn beispielsweise derzeit nur zwei oder vier Fasern erforderlich sind, sollten gleich zwölf oder besser noch 24 verlegt werden, um auf künftige Anforderungen vorbereitet zu sein. Für die Nachrüstung von Anlagen, in denen es nur noch wenige oder gar keine freien Fasern gibt, ermöglicht die BiDi-Technik eine Kommunikation in zwei Richtungen über nur eine Faser, wozu normalerweise zwei erforderlich sind. Allerdings müssen die aktiven Netzkomponenten diese Technik unterstützen. Aktive Netzkomponenten, die optischen Signale in elektrische wandeln und umgekehrt, stellen ein Budget (Differenz aus Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit) zur Verfügung, mit dem die auf der jeweiligen LWL-Strecke vorhandene Dämpfung überbrückt werden kann. Weil in der Automatisierung künftig vor allem Ethernet und Ethernet-basierte Protokolle wie Profinet und Ethernet/IP eingesetzt werden, spielen Switches eine zentrale Rolle. Optische Ethernet-Switches, die speziell für den Einsatz in rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt sind, werden mittlerweile von NEU CTP meets MGB – die schlanke Schutztür- absicherung mGbS Transpondercodierter Sicherheitsschalter, Riegel und Türschließsystem in einem Für beengte Platzverhältnisse, z. B. bei Ecklösungen Merkmale einer MGB – Multifunctional-Gate-Box Kombinierbar mit allen Schaltern der CTP-Baureihe Kategorie 4/PLenach EN ISO 13849-1 Amb Stuttgart ·18.- 22.9.‘18 Eingang Ost/Stand EO229 motEK Stuttgart ·8. -11. 10.‘18 Halle 6/Stand 6101 EUCHNER GmbH +Co. KG 70771 Leinfelden-Echterdingen SiCHERHEitStECHNiK füR mENSCH U Nd mASCHiNE www.EUCHNER.dE

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