Lichtwellenleiter

Eine Diva erobert die Netze

| Autor / Redakteur: Jürgen Berger* / Ines Stotz

So klar die Signalübertragung per LWL ist, so anspruchsvoll sind die Datenkabel in der Handhabung.
So klar die Signalübertragung per LWL ist, so anspruchsvoll sind die Datenkabel in der Handhabung. (Bild: © Foto-Ruhrgebiet/Fotolia.com)

Datenkabel sind die heimlichen Stars von Industrie 4.0 und Digitalisierung. Ohne sie geht nichts, denn sie sind das Netz – nicht im übertragenen Sinn, sondern ganz konkret und physisch. Dennoch fristen sie ein ziemlich unspektakuläres Dasein als typisches C-Teil: kostengünstig im Einkauf, doch mit einem relativ hohen zeitlichen Bereitstellungsaufwand. Wird dies der Schlüsselrolle von Lichtwellenleitern auf dem Weg zur Smart Factory gerecht?

Doppelschneckenextruder zur Kunststoffherstellung erreichen einen Durchsatz von bis zu 100 t pro Stunde. Zu den weltweit am häufigsten eingesetzten Extruder für die Produktion von technischen Kunststoffen zählen die gleichsinnig drehenden Maschinen ZSK von Coperion. Das Unternehmen aus Stuttgart stellt Extrusions- und Compoundiersysteme sowie Schüttgutanlagen her, die in der Kunststoff-, Chemie-, Nahrungsmittel- und Aluminiumindustrie eingesetzt werden.

In den Extrudern findet die Compoundierung statt. Darunter versteht man die Aufbereitung des Kunststoffs durch Beimischung von Zuschlagstoffen, um bestimmte Eigenschaften gezielt zu optimieren. Ausgestattet sind die Fabrikhallen mit dem Extruder als Herzstück der Anlage, über den vorgelagerten Reaktor zur Polymerisation bis hin zu den Silos zur sortenreinen Lagerung der Compounds.

Hier ist es keine Seltenheit, wenn Datenkabel Leitungslängen von 1,5 km und mehr erreichen. Das prädestiniert die Anlagen für den Einsatz von Lichtwellenleitern. Je länger die Strecke ist, die ein Datenkabel zu überbrücken hat, desto eher kann ein Lichtwellenleiter (LWL) seinen Reichweiten-Vorteil ausspielen. Bei der Datenübertragung via Kupfer ist bei einer maximalen Segmentlänge von 100 m Schluss, danach muss wegen der Dämpfung ein Repeater zwischengeschaltet werden.

Allein die räumliche Ausdehnung einer Maschine determiniert somit häufig bereits die Wahl zwischen Kupfer und Glasfaser, besonders dann, wenn weitere Anlagenkomponenten wie Weiterverarbeitungen, Förderung oder Sortierung hinzukommen. Als Grundregel für Datenkabel im Maschinen- und Anlagenbau gilt daher: Dort, wo große Distanzen für die Buskommunikation überbrückt werden müssen, sind LWL das Medium der Wahl für eine schnelle und störresistente Datenübertragung. Dort spielen auch Potentialunterschiede keine Rolle, was gerade im Anlagenbau von Vorteil ist. Weil Coperion mit den Extrudern nur einen Teil der Gesamtanlage liefert, kann es zu Potentialunterschieden mit anderen Teilen der Anlage kommen. Für die Datenkommunikation über LWL stellt dies jedoch kein Hindernis dar.

Glasfaser – Die Diva unter den Datenkabeln

Die Glasfaser besitzt, verglichen mit der elektrischen Übertragung durch Kupfer, das herausragende Merkmal einer weitaus höheren Übertragungsrate bei gleichzeitig sehr hoher Reichweite. Zudem findet keine Signalstreuung auf benachbarte Fasern statt. Die Glasfaser wird als optischer Leiter nicht elektromagnetisch beeinflusst und kann elektromagnetisch verträglich (EMV) gemeinsam mit Leistungskabeln verlegt werden, solange der LWL-Leiter ohne metallische Bewährung ausgeführt ist.

Das hochreine Glas der Fasern ermöglicht eine unübertroffen klare Signalübertragung. Doch so klar die Übertragung ist, so anspruchsvoll ist die „Diva“ unter den Datenkabeln in der Handhabung: In Abhängigkeit vom Biegeradius entstehen schnell hohe Biegeverluste durch das Abstrahlen von Lichtleistung aus dem Kern in den Mantel, der einen geringeren Brechungsindex aufweist. Speziell die Konfektionierung durch wenig geübtes Personal bezahlt man mit einer starken Zunahme der Signaldämpfung der Glasfasern. Beim Verbinden von Fasern mittels Steck- und Spleißverbindungen können erhebliche Einfüge- bzw. Koppelverluste entstehen.

Während sich Kupferkabel schnell und einfach mit Steckern für die jeweilige Anwendung anpassen lassen, gehört zur Konfektionierung von LWL teures Equipment, Know-how und Erfahrung. Allein Anschaffungskosten von mehreren Zehntausend Euro für das Werkzeug zum Spleißen und Messen macht es attraktiv, bereits fertig konfektionierte LWL vom Spezialisten zu beziehen.

Ergänzendes zum Thema
 
Maschinenverfügbarkeit: Redundanter optischer Ring

Hier kommt Helukabel ins Spiel. Der Hersteller von Kabel, Leitungen und Kabelzubehör liefert nach Wunsch LWL ready to use inklusive der Anschlusstechnik aus dem Programm von Helucom Connecting Systems. Je nach Anwendung werden die Kabel mit einem passenden Aufteilkörper verbunden, der die Fasern aus dem Bündeladerkabel ohne Spleißungen in einzelne Simplexkabel führt, die wiederum mit werkskonfektionierten Steckern abgeschlossen sind. Zuletzt wird der Übergang vom Kabelmantel zum Aufteilkörper mit Polyamid vergossen, was die typische Kabelschwachstelle deutlich robuster macht als ein ansonsten häufig benutzter Schrumpfschlauch. Das mitgelieferte Messprotokoll gibt Auskunft über die Übergangsdämpfung des fertig konfektionierten Kabels.

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