Kabel und Leitungen
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Elektrotechnik
LWL-Steckverbinder im industriellen Einsatz
ep5/2009, 2 Seiten
Verschiedene Fasertypen-und -durchmesser Bei der Entscheidung für ein industrielles Kommunikationssystem stehen heutzutage Feldbussysteme wie Interbus sowie Industrial Ethernet-Systeme wie Profinet im Fokus. Sie bieten die Möglichkeit, Lichtwellenleiter als Übertragungsmedium zu nutzen. Im Industriebereich spielen aber zusätzliche Rahmenbedingungen eine wichtige Rolle. Das System soll sich komfortabel installieren, in Betrieb nehmen, warten, diagnostizieren und im Fehlerfall reparieren lassen. Erst auf diese Weise kann die Anlage wirtschaftlich und hochverfügbar betrieben werden. Entscheidende Komponenten sind hier die LWL-Steckverbinder (Bild ). Im Gegensatz zum Büroumfeld - mit seiner Dominanz der Glasfaser - werden im Industrieumfeld je nach Streckenlänge (Tafel ) verschiedene Fasertypen eingesetzt, die sich am deutlichsten beim Faserdurchmesser unterscheiden. Er beträgt bei Glasfasern 125 m, bei PCF-Fasern 230 m und bei POF-Fasern 1000 m. Der Faserdurchmesser beeinflusst entscheidend die Wahl des Steckverbinders, den Präzisionsanspruch sowie den Installationsaufwand. Neben dieser grundsätzlichen Entscheidung sind eine Reihe weiterer Kriterien zu betrachten. Drei Sichtweisen einer vorteilhaften Verbindung Auf der Geräteseite sind Transceiver erforderlich, die die elektrischen Signale in optische Signale wandeln. Daher sollten solche Steckverbinder eingesetzt werden, für die Transceiver für alle gewünschten Wellenlängen und Fasern erhältlich sind (Bild ). Gemeinsam mit der Eignung des Steckverbinders für alle Fasertypen ist dann eine mechanisch identische Geräteausführung für verschiedene LWL-Varianten möglich. Da Geräte nicht nur immer Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 5 413 LWL-Steckverbinder im industriellen Einsatz Der Datenübertragung über Lichtwellenleiter (LWL) in der Automatisierungstechnik steht nichts mehr im Wege. Unter Beachtung einiger wichtiger Aspekte und bei Wahl geeigneter Komponenten ist eine wirtschaftliche und zuverlässige Lösung problemlos möglich. Entscheidende Komponenten bei der optischen Datenübertragung: die LWL-Steckverbinder Tafel Mögliche Datenübertragungs-Strecken für verschiedene LWL-Fasertypen im Feldbussystem Interbus und im Industrial Ethernet-System Profinet Interbus Profinet POF 70 m 50 m PCF (HCS) 400 m 100 m Glasfaser-Multimode 3000 m 2000 m Glasfaser-Singlemode 15000 m 14000 m Jetzt bestellen! EIB-Basiswissen Firma/Name, Vorname Branche/Position z. Hd. Telefon Fax E-Mail Straße, Nr. Postfach Land/PLZ/Ort Datum Unterschrift ep0905 Ich bestelle zur Lieferung gegen Rechnung zzgl. Versandspesen zu den mir bekannten Geschäftsbedingungen beim huss-shop HUSS-MEDIEN Gmb H 10400 Berlin KUNDEN-NR. (siehe Adressaufkleber oder letzte Warenrechnung) Expl. Bestell-Nr. 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Der Betreiber einer Anlage wiederum strebt in erster Linie ein durchgängiges LWL-Verbindungssystem an - möglichst einheitlich über die gesamte Industrieanlage hinweg und noch darüber hinaus. Dazu benötigt er Steckverbinder, die vom Büroumfeld bis ins raue Industrie-Umfeld gleichermaßen einsetzbar sind. Sind die Komponenten zudem genormt und bei mehreren Herstellern erhältlich, bekommt der Anwender eine wirtschaftliche und zukunftssichere Lösung. Qualität der Verbindung Für den Betreiber bedeutet Wirtschaftlichkeit auch, mit einer möglichst einfach zu installierenden Technik die gewünschte Übertragungsstrecke zu realisieren. Neben der Dämpfung in der Faser ist in diesem Zusammenhang auch der Dämpfungsverlust in der Steckverbindung zu betrachten. Erst mit einer exakten Zentrierung der Faseroberflächen in radialer und axialer Richtung zueinander sowie einer glatten Oberfläche der Faserendflächen lässt sich eine geringe Dämpfung erreichen. Zum Ausgleich von Toleranzen ist hierfür eine gefederte Lagerung der Faserenden in Ferrulen notwendig. Im Wartungsfall wird die Übertragungsstrecke mit marktüblichen Messgeräten diagnostiziert, deren Anschlüsse auf den Standard der Büroumgebung - den SC-Steckverbinder - ausgelegt sind. Damit umständliche Adapterlösungen sowie mögliche Fehlerquellen vermieden werden, ist eine zu den Messgeräten kompatible Steckverbinder-Lösung von Vorteil. Eine weitere Anforderung an LWL-Steckverbinder besteht hinsichtlich ihrer Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen. Diese sind im industriellen Umfeld ausgeprägter als im Bürobereich. Schock, Vibration und Temperaturunterschiede verursachen eine axiale oder radiale Verschiebung zur optischen Achse, sodass die Übertragung des Lichtstrahls am Übergang der optischen Medien gestört wird. Diese Störung wiederum bedingt eine unzulässige Dämpfungserhöhung an der Steckverbindung, sodass die übertragene Lichtleistung sinkt (Bild ). Bei Überschreitung des Dämpfungsbudgets der Übertragungsstrecke wird die Datenübertragung unterbrochen. Dieser Effekt lässt sich sinngemäß vergleichen mit einer Erhöhung des Übergangswiderstands sowie einer Kontaktunterbrechung bei einer elektrischen Verbindung. Mechanische Belastungen werden jedoch nicht nur durch den Produktionsprozess verursacht. Beispielsweise kann während einer Wartung am Gerät ein Steckverbinder bedient und dabei unbeabsichtigt ein benachbarter Steckverbinder mit bestehender Datenübertragung zur Seite bewegt werden. Auch in diesem Fall tritt eine mechanische Belastung auf, gegebenenfalls mit den soeben beschriebenen Konsequenzen. Ein kleiner Effekt mit großer Wirkung, der oft Ausfälle verursacht. Vom Büro ins Feld Steckverbinder aus dem Büroumfeld werden den spezifischen Anforderungen der Industrieumgebung nicht gerecht. Hier müssen vielmehr robuste LWL-Steckverbinder eingesetzt werden, beispielsweise der SCRJ von Phoenix Contact. Mit seiner kompakten Bauweise als SFF-Steckverbinder hat er sich neben dem Büroumfeld auch in der Industrie-Applikation bewährt. Die federnd gelagerten Ferrulen mit einem Durchmesser von 2,5 mm können die LWL-Fasern bequem aufnehmen. Da die Möglichkeit einer schnellen und komfortablen Konfektionierung im Feld oft von entscheidendem Vorteil ist, gibt es für jeden Fasertyp eine entsprechende Schnellanschlusstechnik. Beispielsweise sind bei der POF-Faser lediglich das Schneiden der Faser sowie die Fixierung in einer Schnellspannhülse erforderlich. Nützlich bei der Inbetriebnahme und Diagnose ist außerdem die Kompatibilität des genormten SCRJ-Steckverbinders zum weit verbreiteten SC. Für den Einsatz im rauen Industrieumfeld stehen entsprechende Komponenten in Schutzart IP67 wie das Push-Pull-Steckverbindersystem für Profinet zur Verfügung. Ebenso wie im Schutzbereich IP20 wird der Steckverbinder als optisches Interface eingesetzt, sodass das Push-Pull-Konzept kompatibel zur IP20-Lösung ist. Auf diese Weise wird das gewünschte durchgängige System erreicht. Mit der zunehmenden Dezentralisierung der Automation steigt die Kommunikation zwischen den Geräten, die sich sowohl in der geschützten Umgebung eines Schaltschranks als auch mehr und mehr im rauen Feld befinden. Neben den üblichen Umweltbelastungen wird die Kommunikation immer häufiger über große Distanzen hohen Belastungen ausgesetzt - Einsatzbedingungen, für die sich Lichtwellenleiter-Technik anbietet. B. Horrmeyer Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 5 414 AUS DER PRAXIS Die optische Datenübertragung kann über unterschiedliche Wellenlängen erfolgen Die mechanische Belastung eines LWL-Steckverbinders verursacht eine axiale oder radiale Verschiebung zur optischen Achse, die die Dämpfung erhöht Quellen: Phoenix Contact Glossar Ferrule: Führungsröhrchen, das im LWL-Stecker die Faser aufnimmt HCS: siehe PCF PCF: Polymer Cladded Fiber, auch Hard Clad Silica (HCS), Lichtwellenleiter mit einem Kern aus Quarzglas und einem Kunststoffmantel POF: Polymer-optische Faser (engl.: Polymeric Optical Fiber) Lichtwellenleiter aus Kunststoff - meist Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas, Acrylglas) SC: Subscriber Connector. SC-Stecker haben ein rechtwinkliges Format und verriegeln sich automatisch beim Einstecken; standardisiert nach IEC 60874-14 Teil 1 bis 3 SFF: Small Form Factor. SFF-Stecker haben deutlich kleinere Abmessungen als herkömmliche LWL-Stecker
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Autor
- B. Horrmeyer
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