Neuer LWL-Steckverbinder bringt hohe Bandbreiten auch unter Tage
In Tunnelbohrprojekten und im Bergbau hält die Digitalisierung genauso Einzug wie in der Industrieautomation oder dem Consumerbereich. Aber im Unterschied zu den letzten beiden, sind die Anforderungen unter der Erde und in anderen rauen Umfeldern um ein Vielfaches höher. Große Entfernungen und gleichzeitig hohe, notwendige Bandbreiten machen Lichtwellenleiter (LWL) zum unumgänglichen Leitmedium.
Bild: Harting KGaADa optische Schnittstellen bekanntermaßen sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen sind, musste man sich für Minen- und Tunnelbaubetriebe eine Lösung einfallen lassen. Bei Harting heißt die Lösung für hohe Datenraten unter extremen Bedingungen Expanded Beam Cable Assembly. So sind HD-TV an Maschinen und Anlagen, wie auch die Ortung von Personal für Notfälle bis in die letzten Winkel einer Grube kein Problem mehr.
Bild: Harting KGaADigitalisierung hält Einzug im Bergbau
Eine Öllampe, Schlägel und Eisen, manchmal auch noch ein Kanarienvogel. Dies sind die Utensilien, die der Bergmann Gezähe nennt, und die für den Abbau untertage vor 200 Jahren notwendig waren. Heutige Minen und Bergbaubetriebe erinnern wenig an diese Zeit, wenn man Maschinen, Förderanlagen und die ausgefeilte Technik hinter Tunnelbau oder Rohstoffgewinnung betrachtet. Auch hier hält die Digitalisierung Einzug und verbessert Wirtschaftlichkeit und Sicherheit durch immer mehr Transparenz in Echtzeit. Bohrwagen, Radlader, Walzenlader und Sprengwagen sind nur einige Geräte eines großen Bergbaubetriebes, die man in Zukunft besser überwachen möchte. Neben wirtschaftlichen Interessen wie Fördermengenmessung in Echtzeit oder die Menge des eingesetzten Sprengstoffes, gilt es auch die Sicherheit zu erhöhen. Durch moderne Überwachungssysteme können live Maschinen und Personen geortet und im Notfall schneller gefunden und gerettet werden. Aber wie finden all diese Daten ihren weiten Weg an die Erdoberfläche? Nimmt man den Bau des Gotthardt-Tunnels als Beispiel, waren dies zum Ende der Bauphase je Seite gute 25km, die es zu überbrücken galt. Eine Ethernetübertragung über Kupferkabel schließt sich damit aus, LWL bzw. deren Schnittstellen sind nicht für den Einsatz in derartigem Terrain geeignet. Sie überbrücken lange Distanzen mit großer Bandbreite, aber sind letztendlich doch zu empfindlich. Bis jetzt.
Endlich robust
Optische Steckverbinder, die auf keramischen Ferrulen, wie ST, SC, LC und E2000 basieren, verbinden die Glasfasern mit Hilfe eines physikalischen Kontakts der polierten Faserendflächen. Weit verbreitet ist diese Art von Steckverbindern bereits in LANs, WANs und in Rechenzentren. Besonders beliebt für diese Bereiche sind sie deshalb, da die trockenen, sauberen und klimatisierten Bedingungen eine zuverlässige Umgebung in der optischen Verkabelung zur Verfügung stellen. Jedoch müssen diese IP20-Steckverbinder für den Einsatz im Außenbereich mit unterschiedlichen Gehäusen konfiguriert werden, um Schutzgrade bis IP65/IP67 zu erlangen. Nur so können sie für den Außeneinsatz verwendet werden. Zumindest solange sie gesteckt sind. Wird die Schnittstelle geöffnet, ist eine Kontamination unter den extrem rauen Bedingungen untertage unvermeidbar. Denn in Bereichen, in denen optische Verbindungen oft auf- und abgebaut oder wo Anlagen und Anlagenteile regelmäßig örtlich verändert werden, ist eine Beschädigung dieser Ferrulen nicht zu verhindern. Dabei spielt es keine Rolle, ob sie mit einem zusätzlichen IP65/67 Gehäuse geschützt werden oder nicht. Kritisch ist eine Öffnung der optischen Verbindung immer. Minimale Mengen Staub, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen gelangen schnell auf die Ferrulen und verhindern eine erfolgreiche Übertragung. Trotz schwerer äußerer Bedingungen und Schwierigkeiten im Bergbau, steigt die Nachfrage und der Bedarf an Datenkommunikation sowie an einer Anbindung an das Firmennetzwerk. Für weite Übertragungsstrecken und gleichzeitig hohes Datenaufkommen bleibt also doch nur der Weg über Lichtwellenleiter. Allerdings mit einem neuartigen und robusten Steckverbinder, dem Schmutz und Wasser nichts anhaben können und der einfach zu reinigen ist.
Mögliche Aufgaben im Bergbau sind:
- • Fernsteuerung der Maschinen aus einer Leitstelle
- • HD-Videoüberwachung der Anlagen und Maschinen
- • Netzwerkanbindung an das Firmennetz zur Abfrage von Daten, Leistung und Ertrag
- • Anbindung der WLAN Router innerhalb der Anlagen für Telefonie, Ortung von Fahrzeugen, Gegenständen und Personen
- • Übermittlung von Aufträgen an Arbeitsmaschinen oder Transportfahrzeuge
Ein wichtiger Grund dafür ist, dass die Mitarbeiter im Bergbau oder Tunnelbau weder die Zeit noch das notwendige Material für eine ordentliche und Standard-Fiber-Optik-Steckverbinder konforme Reinigung haben. Maschinenstillstand und Förderausfälle kosten Firmen in diesen Bereichen enorme Summen und müssen zwingend vermieden werden.
Bild: Harting KGaAHartings Lösung
Hartings Expanded Beam Kabelkonfektion ist die Lösung für den Einsatz von Glasfasern untertage und innerhalb rauer Industriefelder. Diese Lösung wurde designed, um in den härtesten, rauesten und schmutzigsten Situationen jeglicher Anwendung eine zuverlässige optische Verbindung zu gewährleisten. Zudem ist ein regelmäßiges Auf- und Abbauen der Verkabelung in diesen rauen Zonen problemlos realisierbar. Sogar eine Verlängerung der optischen Verbindung ist einfach durch den Anschluss eines weiteren Kabels möglich, ohne hierbei auf die Verlege-Richtung achten zu müssen. Durch das hermaphroditische Steckgesicht, ist ein zusätzlicher Adapter ebenfalls nicht von Nöten, womit nur zwei von mehreren Vorteilen dieser Technik aufgezeigt werden. Hartings Lösung ist daher in Bereichen anwendbar, die extremen äußeren Bedingungen ausgesetzt sind. Bergbau und Tunnelbohrmaschinen sind nur zwei der vielen möglichen Anwendungen.
Der direkte Vergleich
Bei ferrulenbasierten Steckverbindern wird die Glasfaser in die Ferrule eines Standard Fiber Optik Steckverbinders eingeklebt. Wichtig für die Faserendfläche ist, dass diese geschliffen und poliert sein muss. So können dann die zu verbindenden Stecker die Faserendflächen in Kontakt bringen, womit Licht von einer Faser in die andere eingekoppelt wird. Die lichtführenden Bereiche der Fasern haben je nach Fasertyp einen Durchmesser von 0,009mm bis 0,065mm. Folglich lässt bereits die kleinste Verschmutzung in genau diesem minimalen Bereich die Dämpfung des optischen Signals sehr schnell wachsen, wodurch die Verbindung getrennt wird. Wie schon der Name sagt, erweitert Hartings Expanded Beam Connector den Durchmesser des Lichtstrahls mit dem Einsatz einer Linse um den Faktor 40. Der erweiterte Lichtstrahl kann nun in den gegenüberliegenden Stecker eingekoppelt und mit der Linse des zweiten Steckers wieder zurück auf den Faserdurchmesser kollimiert (in gerader Linie geführt) werden. Dieser Vorgang wird in der Optik als Kollimation bezeichnet und ermöglicht so, dass die Lichtstrahlen wieder von der Faser aufgenommen werden können. Der daraus resultierende Vorteil ist klar ersichtlich: da nun zwischen den Steckern der übertragene Lichtstrahldurchmesser um das 40-fache erweitert wurde, ist eine Staubverschmutzung mit einer Größe von 0,020mm keine Störung mehr. In einer IP20 Lösung hätte eine Staubverschmutzung dieser Größenordnung zu einer Verbindungstrennung geführt. Der Expanded Beam Steckverbinder besitzt die Schutzklasse IP68 und ist zudem deutlich einfacher zu reinigen. Zwar wird er standardmäßig mit einer Schutzkappe ausgeliefert, die im ungesteckten Zustand die Linsen und Gewinde schützen soll, aber auch ungeschützt sind Staub und Wasser kein Problem. Einfach die Kontaktfläche abspülen, mit einem Tuch oder an der Kleidung grob abwischen und verbinden, fertig. So sorgen Digitalisierung und I4.0 für eine bessere Prozessüberwachung und mehr Sicherheit im Bergbau. GLÜCK AUF!
Vorteile im Überblick
Aus der ganzen Lösung, die Harting seinen Kunden bietet, ergeben sich noch weitere Vorteile, die den Einsatz in rauen, industriellen Zonen erleichtert:
- • Aluminium Gehäuse, gummiertes Gehäuse, Kappe und Knickschutz (mechanische Schutzeinrichtungen)
- • Kabel und Stecker in RAL 1021 - erleichtert die Unterscheidung zu anderen Kabeln
- • Kabeleigenschaften: T= -40 °C bis +85 °C; F= 600N;
- • 2 und 4 Fasern in single- und multimode Ausführung
- • Einfaches Verlängern der Verbindung durch Verwendung mehrerer Kabel
- • Kein Vertauschen von Tx und Rx möglich (bei der Verlängerung)
- • Design: hermaphroditisch, das heißt kein male oder female - ermöglicht so immer die richtige Zuordnung beim Stecken.
- • Durch die stets richtige Zuordnung des Steckgesichts werden Beschädigungen vermieden.
In Tunnelbohrprojekten und im Bergbau hält die Digitalisierung genauso Einzug wie in der Industrieautomation oder dem Consumerbereich. Aber im Unterschied zu den letzten beiden, sind die Anforderungen unter der Erde und in anderen rauen Umfeldern um ein Vielfaches höher. Große Entfernungen und gleichzeitig hohe, notwendige Bandbreiten machen Lichtwellenleiter (LWL) zum unumgänglichen Leitmedium.
Bild: Harting KGaADa optische Schnittstellen bekanntermaßen sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen sind, musste man sich für Minen- und Tunnelbaubetriebe eine Lösung einfallen lassen. Bei Harting heißt die Lösung für hohe Datenraten unter extremen Bedingungen Expanded Beam Cable Assembly. So sind HD-TV an Maschinen und Anlagen, wie auch die Ortung von Personal für Notfälle bis in die letzten Winkel einer Grube kein Problem mehr.
Harting Technologiegruppe
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 2 2018 - 15.05.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
