Verbindungstechnik So eignen sich Glasfasern auch in rauer Umgebung

Von Jule Zimmermann

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Weder Hitze, Druck, Staub, noch Wasser, Öl & Co. sprechen gegen Glasfaserlösungen in rauen Industrieumgebungen. Vorausgesetzt, die Kabelkonfektion stimmt. Und da kommt es nicht nur auf das Material der Kabelmäntel, sondern auf viele Faktoren an.

Harsh Environment: Wenn die Kabelkonfektion stimmt, lässt sich die schnelle Datenübertragung von Glasfasern auch outdoor nutzen.
Harsh Environment: Wenn die Kabelkonfektion stimmt, lässt sich die schnelle Datenübertragung von Glasfasern auch outdoor nutzen.
(Bild: LWL-Sachsenkabel GmbH)

Glasfaserlösungen gewinnen in der Industrie an Bedeutung. Vor allem bei datenintensiven Anwendungen wie etwa bei Smart Manufacturing ersetzen Lichtwellenleiter (LWL) aus standardisierten Glasfaserkabeln und ​-steckern zunehmend klassische Kupferkabel. Gleichzeitig gibt es insbesondere bei den sogenannten Harsh-Environment-Anwendungen immer noch Vorbehalte gegenüber LWL-Lösungen – sind die Kabelkonfektionen hier doch rauen Umgebungsbedingungen wie Hitze, Druck, Staub, Öl oder Wasser ausgesetzt. Das schließt eine Umsetzung mit standardisierten Glasfaserkabeln aus.

Generelle Bedenken gegen die Glasfasertechnik sind jedoch unbegründet, da es auch fürs raue Industrieumfeld längst spezielle Kabelummantelungen, Steckverbinder und IP-Schutzgehäuse gibt, mit deren Hilfe sich die Konfektion genau an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Umgebung anpassen lässt.

Ergänzendes zum Thema

Bei industriellen Anwendungen herrschen oft raue Umgebungsbedingungen – innen ebenso wie draußen.

Hitze, Druck, Staub, Öl, Wasser & Co. schließen eine Umsetzung mit standardisierten Glasfaserkabeln aus.

Generelle Bedenken gegen die Glasfasertechnik sind jedoch unbegründet. Fürs Harsh Environment gibt es längst spezielle Kabelummantelungen, Steckverbinder und IP-Schutzgehäuse.

Es kommt auf die Auswahl der Komponenten an

Gerade bei Harsh-Environment-Anwendungen ist eine sorgfältige Planung der Projekte essenziell. Nur die auf den jeweiligen Einzelfall abgestimmten Infrastrukturkomponenten garantieren die optimale Datenübertragungsqualität. Daher gilt es, bereits im Vorfeld grundlegende Aspekte abzuklopfen.

Die Wahl der richtigen Glasfaser und Faseranzahl ist dabei eine Grundvoraussetzung für die Umsetzung einer LWL-Lösung. So ist beispielsweise die angestrebte Kabellänge der Installation ein potenziell limitierender Faktor für Multimode-Fasern, nicht jedoch für Singlemode-Fasern. Je nach benötigter Datenübertragungsrate eignen sich zudem unterschiedliche Fasertypen. Nicht zuletzt beeinflussen auch Parameter wie Biegeverluste die Eignung eines Lichtwellenleiters für bestimmte Anwendungsfelder.

Spezielle Kabelmäntel schützen die Glasfaser vor Umwelteinflüssen wie Wasser und Staub. Je nach Anwendung passen unterschiedliche Materialien.
Spezielle Kabelmäntel schützen die Glasfaser vor Umwelteinflüssen wie Wasser und Staub. Je nach Anwendung passen unterschiedliche Materialien.
(Bild: LWL-Sachsenkabel GmbH)

Von Wasser bis Feuer: Welcher Kabelmantel kann was?

Das sogenannte Jacket, die äußere Kabelummantelung, schützt den Glasfaserkern vor Umwelteinflüssen. Passend zum jeweiligen Anwendungsbereich stehen dazu unterschiedliche Materialien zur Verfügung. So eignen sich einige Materialien wie PE (Polyethylen), PVC (Polyvinylchlorid) und PUR (Polyurethan) für den Außeneinsatz, andere nur für Innenbereiche. Manche sind beständig gegen Öle, während sich andere dort anwenden lassen, wo ätzende Dämpfe auftreten. Auch eine Installation, die sowohl innen wie außen verläuft, ist mit Hilfe unterschiedlicher Schutzhüllen realisierbar. Und individuelle Spezifikationen wie Querdruckfestigkeit oder Nagetierschutz können Planer ebenfalls berücksichtigen.

Wie groß das Anwendungsspektrum von Glasfaserlösungen ist, lässt sich anhand einiger Szenarien verdeutlichen:

  • In Offshore-Windanlagen ist eine wasserdichte Ummantelung meist unabdingbar. Hier kommen PE oder PVC in Frage, nicht jedoch PUR. Auch zusätzliche spezifische Anforderungen wie Abriebfestigkeit, Elastizität oder Beständigkeit gegen Öle, die vom jeweiligen konkreten Einsatzbereich innerhalb der Windkraftanlage abhängen, sind mit einem geeigneten Schutzmantel erfüllbar.
  • In einer Werft muss das LWL-Kabel gegebenenfalls zusätzlich zur Wasserbeständigkeit auch unempfindlich gegenüber Ölen oder sogar Funkenflug sein. Für diesen Fall wäre eine spezielle flammwidrige PE-Rezeptur die beste Wahl.
  • In einer Chemiefabrik wiederum kann der Einsatz eines FRNC Jackets (flame retardant non corrosive = flammwidrig nicht korrodierend) sinnvoll sein. FRNC ist nicht nur feuerfest und halogenfrei, sondern hält darüber hinaus auch Säuren und Laugen stand.

Das richtige Jacket schützt die Glasfaser vor Umwelteinflüssen wie Chemikalien, Funkenflug oder Wasser.
Das richtige Jacket schützt die Glasfaser vor Umwelteinflüssen wie Chemikalien, Funkenflug oder Wasser.
(Bild: LWL-Sachsenkabel GmbH)

Kontaktsteckverbinder und IP-Schutzgehäuse

Steckverbinder und IP-Schutzgehäuse komplettieren die Kabelkonfektion. Bei der Auswahl kommt es beispielsweise darauf an, ob die geplante Installation dauerhaft oder kurzfristig bzw. mobil sein soll. Auch die Höhe der erforderlichen Datenübertragungsraten sowie der zulässigen Maximaldämpfung zählen zu den relevanten Faktoren beim Steckverbinder.

Bei datenintensiven Anwendungen mit niedrigen Toleranzbereichen hinsichtlich der Dämpfungswerte sind Kontaktsteckverbinder mit einer Dämpfung von maximal 0,2-0,3 dB zumeist die sinnvollste Wahl. Speziell für mobile 5G-Anwendungen werden solche Steckverbinder übrigens regelmäßig benutzt, da es in Abhängigkeit von der verwendeten Aktivtechnik andernfalls zu Störungen in der Verbindung kommen kann. Je nachdem, ob die Stecker besonders leicht oder robust sein müssen, wird mit Kunststoff- oder Metallgehäuse geplant. Viele gängige Steckverbinder sind zudem mit Bajonett-Verschlüssen ausgestattet, die beispielsweise ein Lösen der Steckverbindung durch Vibration verhindern. Die Entwicklung in diesem Segment ist noch nicht abgeschlossen. Perspektivisch sollen etwa wasserdichte LC-Stecker wie der IP68 Rated Waterproof LC von Senko auf den Markt kommen, die sogar ohne zusätzliches Gehäuse dauerhaft unter Wasser liegen können.

Der IPLC-Stecker von Fisher Connector kann je nach Applikation die richtige Komponenten im Glasfaser-Konzept sein.
Der IPLC-Stecker von Fisher Connector kann je nach Applikation die richtige Komponenten im Glasfaser-Konzept sein.
(Bild: LWL-Sachsenkabel GmbH)

Ein auf die jeweiligen anwendungsspezifischen Anforderungen abgestimmtes IP-Schutzgehäuse schirmt die Steckverbinder zusätzlich vor Umwelteinflüssen ab. Unabhängig von der gewählten Ausführung der Steckverbinder, wie etwa LC für bis zu zwei Fasern oder MPO für bis zu 24 Fasern, schützen sie die Kabelkonfektionen zuverlässig vor Berührung, Staub und Wasser. Die Gehäuse bekannter Hersteller wie Phoenix Contact oder Harting sind in gängigen IP-Schutzklassen wie IP 55 (vollständiger Schutz gegen Berührung sowie Strahlwasser aus beliebigem Winkel) und IP 67 (staubdicht sowie Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen) erhältlich.

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Expanded-Beam-Stecker bei extremem Schmutz

In Umgebungen mit extrem hoher Schmutzbelastung, wo Kabelverbindungen regelmäßig getrennt, gereinigt und neu gesteckt werden müssen, sind Expanded-Beam-Stecker teilweise besser geeignet als Kontaktsteckverbinder. Namhafte Hersteller wie Amphenol bieten hier ein breites Portfolio an Steckverbindern für verschiedenste Anwendungsbereiche. Klassische Beispiele hierfür sind der Tunnel- und Bergbau.

Grund für die bessere Eignung ist die Funktionsweise der Stecker: Bei der Expanded-Beam-Technologie erfolgt die Weiterleitung der Daten kontaktlos, also ohne dass die Faserenden im Innern der Steckverbinder miteinander in Berührung kommen. Dazu wird der Lichtstrahl im Steckerpaar zunächst mithilfe zweier Linsen aufgeweitet und anschließend wieder kollimiert (gebündelt). Durch diese Verbindungstechnik fällt eine punktuelle Verschmutzung im Bereich der Stecker – beispielsweise durch ein Staubkorn – weniger ins Gewicht, weil nur ein prozentual sehr kleiner Teil des (erweiterten) Lichtstrahldurchmessers verdeckt wird.

Allerdings liegt die Maximaldämpfung bei diesem Steckertyp bei 1,5-2,5 dB, was ihn für Anwendungen mit hohen Übertragungsraten und geringem Dämpfungsbudget unbrauchbar macht. Darüber hinaus sind Expanded-Beam-Stecker aufgrund der aufwendigeren Bauart deutlich teurer als Kontaktsteckverbinder.

Für Indoor- und Outdoor-Anwendungen gibt es verschiedene gängige Steckertypen wie LC, HMA und HAN.
Für Indoor- und Outdoor-Anwendungen gibt es verschiedene gängige Steckertypen wie LC, HMA und HAN.
(Bild: LWL-Sachsenkabel GmbH)

Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anforderungen rauer Umgebungen bedarf die Umsetzung von Glasfaseranwendungen eine sorgfältiger Planung. Gleichzeitig sind LWL-Systemen dank vielfältiger Kabelummantelungen, Steckverbinder und IP-Schutzgehäuse jedoch kaum noch Grenzen gesetzt.

 

* Jule Zimmermann, Produktmanagerin bei LWL-Sachsenkabel GmbH

(ID:48541993)