Lichtwellenleiter für Energieketten revolutionieren den Maschinen- und Anlagenbau

Daten störungsfrei übermitteln

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Im Nachrichten- und Netzwerkumfeld sind Lichtwellenleiter aus Glas seit langem Stand der Technik. Sie überwinden nicht nur große Distanzen, sondern sind auch absolut unempfindlich gegen die gefürchteten elektromagnetischen Störungen. Im Kranbau und in der Fördertechnik dominieren sie aufgrund ihrer Sicherheit bei der Datenübertragung. Auch im Maschinen- und Anlagenbau können sie ihre Vorteile ausspielen, da hier vermehrt schnelle Bussysteme wie Industrial Ethernet, Firewire oder USB eingesetzt werden.

Im Maschinen- und Anlagenbau wird die Datenübertragung immer noch zu einem großen Teil über konventionelle Kupferdaten- bzw. unterschiedliche Busleitungen realisiert. Hier gibt es allerdings eine Reihe von Nachteilen:

  • die Datenübertragungsraten und -längen sind relativ gering,
  • die EMV-Sicherheit ist nicht immer gewährleistet, und
  • für jeden Feldbus wird eine spezielle Kupferbusleitung benötigt, die nur die jeweiligen Anforderungen des speziellen Bustyps erfüllt.
Glaslichtwellenleiter für Energiezuführungen schaffen hier nachhaltig Abhilfe.
LWL für alle Systeme
Die ständig wachsenden Anforderungen wie hohe Taktzahlen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, anspruchsvolle Umgebungsbedingungen sowie immer schnellere Datenübertragungssysteme erfordern im Bereich der Energie- und Datenzuführung dauerhaft funktionssichere Lösungen. Das Unternehmen igus in Köln setzt hier verstärkt auf Chainflex-Lichtwellen-Leitungen, die erheblich höhere Datenraten bei gleichzeitig steigenden Leitungslängen zulassen und Maschinen und Anlagen zukunftssicher versorgen. Darüber hinaus ist die EMV-Sicherheit auch bei besonders hoher Energiedichte wie bei starken Servomotoren, Umrichtern oder anderen hohen Stromlasten absolut am höchsten, wenn Licht als Daten übertragendes Medium verwendet wird. Licht lässt sich nämlich von den in der Industrie häufig vorkommenden elektromagnetischen Störfeldern nicht von seiner Aufgabe abbringen, sicher Daten von A nach B zu transportieren.
Glas-LWL-Leitungen von igus, geliefert als Meterware oder konfektioniert mit Steckverbindungen, sind bereits seit über zehn Jahren in Energiezuführungs-Systemen erfolgreich im Einsatz. Im Kranbau und in der Fördertechnik dominieren sie aufgrund der sicheren Datenübertragung auf langen Distanzen. Robust und funktionssicher kann auch der Maschinen- und Anlagenbau verstärkt von ihren technischen Vorteilen profitieren.
Mit einer modularen LWL-Kupferschnittstelle wird beispielsweise die sichere Datenübertragung bei gängigen Feldbussystemen aber auch schnellen Datenstrecken wie Ethernet, USB und Firewire einfach und günstig möglich. Der Anwender kommt mit seiner herkömmlichen Kupferdatenleitung bis zur Schnittstelle, wo die Übertragung dann systemunabhängig auf LWL realisiert wird. Spezielles Fachwissen und aufwendige Anschlusstechnik sind nicht erforderlich, da die LWL-Leitungen passgenau mit den jeweils notwendigen Steckern konfektioniert ausgeliefert werden.
Bei häufig gebogenen Lichtwellenleitern, wie sie in Anwendungen mit Energiezuführungen üblich sind, sind Verschleißfaktoren wie Materialermüdung, Eintrübung der Werkstoffe, Mikrorisse bis hin zum Faserbruch beim potenziellen Anwender gefürchtet. Ihr Einfluss auf die Dämpfung muss getestet werden, und genau diese Tests werden von igus kontinuierlich durchgeführt.
Testreihen und Datenpool
Als Hersteller von Energiezuführungen und speziellen Leitungen nutzt das Unternehmen die Möglichkeit, seine Systeme praxisnah zu testen. Im eigenen Technikum werden unter schwierigsten Einsatzbedingungen zahlreiche Testreihen parallel durchgeführt. Zurzeit sind es über 35 Aufbauten, deren Versuchsergebnisse in Datenbanken zusammengefasst werden. Dieser umfangreiche und aktuelle Datenpool liefert präzise und verlässliche Angaben über die tatsächliche Lebensdauer und ist gleichzeitig Basis für die Entwicklung neuer Produkte.
60 000 Kilometer und 30 Mio. Bewegungen
Die Produktfamilie CFLG.2HG der Chainflex-Lichtwellen-Leitungen etwa ist über zwei Jahre lang aufwendig getestet worden. Und die Untersuchungen gehen unter Praxisbedingungen ständig weiter. Die Ergebnisse sprechen eine klare Sprache: 60 000 Test-Kilometer, das entspricht 30 Millionen Bewegungen in der Energiekette, sind bereits absolut störungsfrei absolviert worden, und ein Testende ist noch nicht in Sicht. Dabei wurde ein Verfahrweg von 2 m bei einem Biegeradius von 100 mm und bei einer Geschwindigkeit von 2,5 m/s ausgewählt. Die kontinuierliche Dämpfungsmessung hat dabei eine Dämpfungserhöhung von nur 0,1 bis 0,15 dB ergeben. Betrachtet man die Dämpfungswerte von LWL-Steckern, ist eine Dämpfungserhöhung der Leitung kaum messbar und für die Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau irrelevant. Die Lichtwellenleiter aus Glas funktionieren also unabhängig von den Bussystemen einwandfrei. Riesige Datenmengen überwinden lange Distanzen, ohne Leistungsabfall infolge von Alterungsprozessen der Leitungen.
LWL-Leitungen: technische Parameter
Die 2-Fasern-LWL-Leitung der Produktfamilie CFLG.2HG werden mit dem Faserdurchmesser 50/125 oder 62,5/125 µm geliefert und gehören zu den sogenannten Gradienten-Glasfaserleitungen. Neu hinzugekommen ist die CFLG.2HS.200/230-Type, die mit den seit Jahren bewährten 200/230-µm-Fasern gefertigt werden. Alle Fasern bieten neben den guten Übertragungseigenschaften von Glas-Lichtwellenleitern weitere technische und auch wirtschaftliche Vorteile. Zu einer maximalen EMV-Sicherheit mit glastechnisch hohen Übertragungsqualitäten kommen der Mindestbiegeradius von nur 12,5 x d sowie der kleine Außendurchmesser von 9 mm. Sie können für kurze und lange Verfahrwege bis 50 m zum Einsatz kommen, wobei hier nicht die gewählte Faser die Längenbegrenzung ergibt, sondern der mechanische Aufbau der Leitung. Eine nahezu uneingeschränkte Öl- und UV-Beständigkeit sind weitere Hinweise auf ihre Einsatzmöglichkeiten. Darüber hinaus ist sie preiswert konfektionierbar. Diese Glasfaserleitung kann in Regalbediengeräten sowohl in Längs- und Hubachse sowie beim Handling oder in Bearbeitungsmaschinen ihre Stärke ausspielen.
Die Produktfamilie wird ergänzt durch CFLG.G.T Lichtwellenleiter, die besonders für sehr lange Verfahrwege von bis zu 500 m konstruiert wurde. Es handelt sich ebenfalls um eine Gradienten-Glasfaserleitung für höchste mechanische Beanspruchungen. Zum integrierten Torsionsschutz kommen Gel gefüllte Faserumhüllungen sowie umseilte GFK-Stäbe. Sie wird in den typischen Zahlen von 6, 12 oder 18 Fasern geliefert. Zu den bereits genannten Einsatzmöglichkeiten in Regalbediengeräten kommen Krananwendungen, Fördertechnik sowie Ship-to-Shore-Bereiche.
Bei der CFLK-Lichtwellenleiter handelt es sich um eine so genannte 980/1000µm POF-Leitung (Kunststofffaserleitung) für störungsfreie Datenübertragung über kurze Distanzen bis zu einem Verfahrweg von 15 m. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Konfektionierung mit einfachen Mitteln kostengünstig realisiert werden kann. Bei allen verständlichen Forderungen nach kostengünstigen Lösungen setzt igus aber auch hier nur die hochwertigsten Fasertypen ein, um den immer wieder beobachteten Faserbruch bzw. Dämpfungserhöhung bei Bewegung zu vermeiden. Anwendungen sind typischerweise im Werkzeugmaschinenbereich, da durch die Verwendung eines besonders hochwertigen PUR-Mantels eine hohe Medienbeständigkeit sichergestellt werden kann.
Die anwendungsspezifischen Pluspunkte von Chainflex-LWL-Leitungen – eine schnelle und sichere Datenübertragung – zeigen sich schon heute in einer Vielzahl von Einsätzen. In einem Apothekenlager zum Beispiel spielen seit annähernd zehn Jahren nicht nur fertig konfektionierte Energiezuführungssysteme, von igus unter dem Namen Readychain vertrieben, ihre technischen und wirtschaft-lichen Vorteile aus. Auch hat der Anwender hat zur Datenübertragung von Anfang an erfolgreich auf Lichtwellenleiter gesetzt.
LWL im Apothekenlager
Das Unternehmen Mach4 Automatisierungstechnik in Bochum entwickelt, produziert und vertreibt automatisierte Medikamentenlager für Apotheken und Krankenhäuser. In allen Anlagen sind von Anfang an LWL-Leitungen in den Energiezuführungen eingesetzt worden. Mittlerweile verrichtet die CFLG.2HG.MF seit acht Jahren völlig problemlos in weit über 300 Anlagen ihren Dienst.
Laut Dirk Beils, dem Geschäftsführer des Unternehmens, spielen die Störfestigkeit der LWL-Leitung gegenüber elektromagnetischen Einflüssen sowie die absolut sichere Datenübertragung und hohe Datenübertragungsrate eine entscheidende Rolle. Hinzu kommt die höhere Standfestigkeit der LWL- gegenüber den Kupferleitungen. Kupfer altert, die Dämpfung steigt und der Datenfluss wird dadurch nachhaltig gestört. Ein weiterer Effekt ist der geringere Platzbedarf, was im individuellen Einsatzfall ebenfalls ein wichtiges Kriterium darstellen kann. Ähnlich die Firma Durst Phototechnik AG, weltweit führend im Bereich Fotodrucker sowie Großformat-Inkjet-drucker. Im österreichischen Werk in Lienz kommen ebenfalls konfektionierte igus-LWL-Leitungen zum Einsatz. Reinhard Schneeberger von der Abteilung Konstruktion ist mit dieser Lösung sehr zufrieden. Denn so realisiert das Unternehmen die hohen Übertragungsraten bzw. Bilddaten hin zu den jeweiligen Druckköpfen.
Sichere Investitionen
Automation muss heute weltweit funktionieren. Lichtwellenleiter sorgen für zukunftssichere Investitionen im Maschinen- und Anlagenbau. Alterungsbeständig sowie unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen können die jeweiligen Datenmengen die geforderten Distanzen überwinden – absolut unabhängig vom Bussystem. Dazu kommen der reduzierte Platzbedarf sowie der robuste Aufbau. Daher werden Lichtwellenleiter, so ist sich igus sicher, im Maschinen- und Anlagenbau für mehr Datensicherheit sorgen.
eA 470

PRAXIS PLUS
Die USB-Leitung von igus, die für Anwendungen in der industriellen Qualitäts- und Prozessüberwachung entwickelt wurde, ist für Radien von nur 75 mm mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s einsetzbar. Tests haben ergeben, dass auch bei hohen Zyklenzahlen von über 6 Mio. Hüben keinerlei Dämpfungserhöhung feststellbar ist. Das Buspaar und die Versorgungsadern der USB-Leitung werden mit optimierter kurzer Schlaglänge gemeinsam verseilt. Der biegefeste Geflecht-Kupferschirm ist zu etwa 70 % linear und zu 90 % optisch bedeckt und realisiert auch bei hohen Zyklenzahlen eine gute Dämpfungsstabilität. Der mit hohem Druck extrudierte, abriebfeste und flammwidrige TPE-Außenmantel bietet dabei den notwen-digen Schutz der Leitung, um Aderbrüche zu vermeiden.

eA-INFO-TIPP
Die Datenübertragung mittels Lichtwellenleiter zeichnet sich durch viele Vorteile aus. Dazu gehören die geringe Dämpfung, die hohe EMV-Festigkeit und Unbedenklichkeit des Einsatzes in explosionsgefährdeter Umgebung. Umfassende Informa-tionen über Theorie und Einsatz von LWLs gibt das Dokument.
wwwrn.inf.tu-dresden.de/ ~hoch/sperr/omk.pdf

Die USB-Leitung von igus, die für Anwendungen in der industriellen Qualitäts- und Prozessüberwachung entwickelt wurde, ist für Radien von nur 75 mm mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s einsetzbar. Tests haben ergeben, dass auch bei hohen Zyklenzahlen von über 6 Mio. Hüben keinerlei Dämpfungserhöhung feststellbar ist. Das Buspaar und die Versorgungsadern der USB-Leitung werden mit optimierter kurzer Schlaglänge gemeinsam verseilt. Der biegefeste Geflecht-Kupferschirm ist zu etwa 70 % linear und zu 90 % optisch bedeckt und realisiert auch bei hohen Zyklenzahlen eine hohe Dämpfungsstabilität. Der mit hohem Druck extrudierte, hoch abriebfeste und flammwidrige TPE-Außenmantel bietet dabei den notwendigen Schutz der Leitung, um Aderbrüche zu vermeiden.
Die Datenübertragung mittels Lichtwellenleiter zeichnet sich durch viele Vorteile aus. Dazu gehören die geringe Dämpfung, die hohe EMV-Festigkeit und Unbedenklichkeit des Einsatzes in explosionsgefährdeter Umgebung.
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