Alternative zu Rechtecksteckverbindern

Die Autoren: Sebastian Güse, B.A., Produktmanager; und Dipl.-Ing. (FH) Frank Kölske, Entwicklungsingenieur; Field Device Connectors, bei Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg

Da mit dem Automatisierungsgrad auch die erforderlichen Datenmengen und Übertragungsgeschwindigkeiten zunehmen, sind der kupferbasierten Datenverkabelung Grenzen gesetzt. Auf der Basis von Lichtwellenleitern (LWL) vereint der M12 Optic hohe Datenübertragungsraten mit dem Schutz vor mechanischen, elektromagnetischen und umweltbedingten Einflüssen.

Im Industrieumfeld werden häufig drei unterschiedliche Fasertypen parallel in der sogenannten Multimode-Übertragung eingesetzt. Diese ist für Automatisierungsprozesse mit unterschiedlichen Datenmengen erforderlich. Seit Jahren sind in den LWL-Kabeln des rauen Industrieumfeldes neben der weit verbreiteten POF (Polymer Optical Fiber) auch PCF (Polymer Cladded Fiber) sowie die reine GOF (Glass Optical Fiber) zu finden.

Die Produktfamilie M12 Optic umfasst daher unterschiedliche Anschlusskabel mit diesen Faserarten. Den größten Faserdurchmesser im Industrie-Umfeld haben die POF-Lichtwellenleiter mit Fasern von 980/1000 µm Durchmesser. Diese Lichtwellenleiter aus Kunststoff werden für kurze Übertragungsstrecken bis 50 m sowie für geringe Datenraten bis zu 100 Mbit/s eingesetzt. In der Produktfamilie M12 Optic wird diese Faser im weit verbreiteten Rundkabel Profinet Typ B verbaut. Dieses Kabel aus Polyurethan (PUR) ist halogenfrei sowie Ozon- und UV-beständig.

Für Datenraten bis zu 100 Mbit/s und Übertragungsstrecken bis 300 m ist die PCF-GI-Faser – früher HCS-GI genannt – mit einem Gradientenindex-Profil von 200/230 µm optimal geeignet. Die PCF-GI-Faser wird im Leitungstyp Profinet Typ C verwendet – einem hochflexiblen Rundkabel, das sich beispielsweise für den Einsatz in Schleppketten eignet.

Für höhere Datenraten ab 1 Gbit/s kommen Patchkabel mit GOF-Faser-Multimode und einem Faserdurchmesser von G50/125 µm ins Spiel. Die OM2-Faser eignet sich für Übertragungsstrecken bis zu 550 m bei einer Wellenlänge von 1300 nm. Die Rundkabel können in Indoor- und Outdoor-Anwendungen eingesetzt werden, sie erlauben daher sichere Datenverkabelungslösungen in Industrie-Anlagen oder Infrastruktur-Anwendungen.

Die Patchkabel der Serie M12 Optic umfassen unterschiedliche Leitungslängen von M12 auf M12, von M12 auf den für Profinet typischen SC-RJ-Standard (für POF und PCF-GI) sowie für LC-Duplex (bei GOF). Die IP20-Steckverbindertypen SC-RJ und LC-Duplex ermöglichen den direkten Einsatz bei bereits vorhandenen Switchen, Steuerungen oder Medienkonvertern. Als Aktivkomponenten sind spezielle M12-Transceiver für Datenraten von 125 Mbit/s erhältlich. Die Transceiver sind für die Wellenlängen von 650 und 1300 nm erhältlich, verfügen jeweils über eine I²-Schnittstelle und können auch als IP-geschützte Wanddurchführungen eingesetzt werden. Zum Produktprogramm gehören auch Standardkupplungen für die Patchkabel, die ebenfalls als IP-geschützte Wanddurchführungen genutzt werden können.

Gegenüber herkömmlichen optischen Rechtecksteckverbindern bietet der M12 Optic einige Vorteile: Dank seiner kleineren Design-in-Kontur eignet sich die M12-Bauform auch für Geräte mit kompakten Abmessungen. Die weltweit etablierte Schraubverbindung ermöglicht zudem auch unter mechanischer Belastung eine stabile Verbindung zwischen Gerät und Feldverkabelung. Dank seiner zurückstehenden Ferrulen sind die Faserendflächen des M12 Optic auch bei der Handhabung vor Beschädigungen geschützt. Vorteilhaft ist zudem, dass die optischen M12-Steckverbinder den Anforderungen der Schutzklasse IP65/67 genügen und so zuverlässig vor dem Eindringen von Staub und Wasser geschützt sind.

Bei der Auslieferung der Patch-Kabel sind die Steckverbinder mit Verschlusskappen abgedichtet, die die Sauberkeit des Steckgesichts sicherstellen. Die gefederten 2,5 mm-Ferrulen der PCF- und GOF-Varianten sind für eine hohe Stirnflächenqualität aus Keramik gefertigt.

Das individuelle Messprotokoll für alle Patchkabel mit den drei wählbaren Faserarten dokumentiert die Qualität der Produkte – nur Artikel mit guten Dämpfungswerten verlassen die LWL-Fertigung. Die hohe Rückflussdämpfung der GOF-Patchkabel von ≥ 45 dB spricht für eine hohe Qualität der Datenübertragung mit geringen Reflexionen.

Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen – Temperaturschwankungen, Staub, Feuchtigkeit, Schwingungen, Chemikalien – müssen die Komponenten in der Industrie-Umgebung robuster sein als im Büro- oder Wohngebäude oder auch im Rechenzentrum. Im Freigabelabor werden sämtliche Steckverbinder und Verkabelungslösungen aus dem Programm M12 Optic darauf hin geprüft, ob sie den Anforderungen der übertragungstechnischen, klimatischen, mechanischen und umweltbeeinflussenden Faktoren in Anlehnung an IEC 61753-1 Kategorie U (uncontrolled environment) standhalten.

Ein Beispiel dafür ist die Temperaturwechselprüfung. Sie gilt als besonders kritische Prüfung für die LWL-Anschlusstechnik-Qualifizierung und zugleich als wichtigste Umweltprüfung. Die Prüfung liefert Erkenntnisse darüber, inwieweit verschiedene Temperaturen über mehrere Zyklen die Funktionalität der LWL-Steckverbindung beeinflussen. Hierzu wird die Dämpfung vor, während und nach der Prüfung gemessen.

Neben den Umweltprüfungen durchlaufen die Komponenten auch mechanische Prüfungen – wie beispielsweise die Vibrationsprüfung. Mit dieser Prüfung wird nachgewiesen, dass Schwingungen und Vibrationen die Funktion der Steckverbindung nicht einschränken. Alle Komponenten der Serie M12 Optic haben diese Prüfungen in Anlehnung an die Norm IEC 61753-1 Kategorie U erfolgreich bestanden – dem Einsatz im rauen industriellen Anwendungsumfeld steht somit nichts mehr entgegen. ge

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