Schnittstellen Neukonzeption elektro-optischer Wandler

Als Übertragungskomponenten werden bei den elektro-optischen Wandlern sogenannte Small-Form-Factor-Transceiver, kurz SFF-Transceiver, eingesetzt.
Als Übertragungskomponenten werden bei den elektro-optischen Wandlern sogenannte Small-Form-Factor-Transceiver, kurz SFF-Transceiver, eingesetzt.

Die Harting-Technologiegruppe hat das Handling und die Kontaktsicherheit elektro-optischer Wandler neu konzipiert und dabei auf Anwendungen mit langen Übertragungstrecken angepasst. Der Effekt: einfaches Stecken bei effizienter Sicherung der Datenübertragung auch in rauen Umgebungen.

Der Ausbau maschineller Intelligenz in industriellen Anwendungen erhöht nicht nur die zu übertragenden Datenmengen, sondern zwingt die Entwickler auch dazu, belastbare Lösungen zu suchen, die in rauen Umgebungen betriebssicher eingesetzt werden können. Der Verbindungstechnik kommt dabei eine Schlüsselrolle zu – nicht zuletzt, da sich das Datennetz und die Netztechnologie immer stärker zu entscheidenden Komponenten in der industriellen Leittechnik entwickeln.

Neue Anwendungen mit langen Übertragungswegen

In der Industrie stellen weitläufige Produktionsanlagen, Gepäck- und Verteilsysteme, Windkraftanlagen, Bereiche im Bergbau, Verkehrsleitsysteme oder Tunnelsteuerungen spezifische Anforderungen an die Datenübertragung. Große Datenmengen, schnell wechselnde Zustände und die Notwendigkeit, in Echtzeit situativ und angemessen zu reagieren, prägen diese Großsysteme. Des weiteren sind durch die großen Übertragungsstrecken durchgängige kupferbasierte Lösungen, die bis 100 m eingesetzt werden können, nicht mehr möglich – respektive der strukturelle Aufwand wächst derart stark, dass sie unwirtschaftlich werden.

Lichtwellenleiter wiederum dienen dazu, weit entfernt liegende kupferbasierte Systeme (sogenannte CU-Inseln) effektiv und sicher miteinander zu verbinden: Die Datenübertragung soll gesichert und fehlerfrei möglich sein; des weiteren sollen große Datenpakete kontrolliert, also steuerungsrelevante Daten priorisiert, weitergegeben werden. Die Funktionsfähigkeit der industriellen Anlagen soll gesichert sein – für Anlagensteuerungen etwa für die Windenergie oder in Verteilsystemen, die extrem komplex sind und auf der Nutzerseite hohe Anforderungen an Präzision, Sicherheit und Betriebsbereitschaft stellen, ist dies von zentraler Bedeutung.

Das führt zu einer variablen Kombination von kupferbasierten Lösungen und Lichtwellenleitern mit verteilten, sich aber ergänzenden Rollen. Für die Datenübertragung über große Strecken innerhalb industrieller Systeme werden bevorzugt Lichtwellenleiter eingesetzt. Deren vergleichsweise höheren Anforderungen bei der Verarbeitung werden durch die Vorteile in der Strecke aufgewogen. Für die interne Verkabelung innerhalb der Teilsysteme werden jedoch weiterhin Kupferleitungen verwendet. Die unterschiedlichen Übertragungseigenschaften von Kupfer- und Lichtwellenleitern, Anschaffungs- und Konfektionskosten sprechen für den variablen Einsatz der Materialien.

Medienwandler zwischen Glasfaser und Kupfer

Allerdings entstehen auf diese Weise Schnittstellen zwischen der Kupferverkabelung und den Lichtwellenleitern, die technischen Aufwand nach sich ziehen. Als Übertragungskomponenten werden international bevorzugt „Small Form Factor“-Transceiver (SFF) eingesetzt – also elektro-optische Wandler (auch E/O-Wandler genannt, Bild), mit denen der sichere Datentransfer von Kupferkabel auf Lichtwellenleiter und umgekehrt gewährleistet werden kann.

Im industriellen Einsatz ist eine außerordentlich gute Performance Standard, zugleich sind mechanische und klimatische Belastungen größer als in der Büro-IT. Im Außenbereich kommen unter anderem extreme Temperaturschwankungen, mechanische Belastungen durch Zug, Schwingungen und Verdrillung oder hohe Verschmutzungs- und Feuchtigkeitsgrade hinzu.

Um die Datenübertragung in diesen Bereichen zu sichern, werden Transceiver deshalb häufig fest vergossen, um die Belastungen sicher kompensiert zu können. Als Nebeneffekt wird zugleich sichergestellt, dass keine ungeeigneten Trans-ceiver eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass der Einsatz der Transceiver limitiert ist. Das bedeutet, dass je nach Anwendung und Einsatzbedingungen spezifizierte Transceiver zum Einsatz kommen, die untereinander nicht getauscht werden können.

Die Produktvarianten sind als Folge hoch. Die jeweiligen Hersteller folgen keinem gemeinsamen Standard, so dass die Verbindungstechnik hier vor hohen Hürden steht. Insbesondere die Steckvarianzen, die auf der Y- wie der Z-Achse beträchtlich sein können, sind hier zu beachten. Eine von Harting durchgeführte Untersuchung von am Markt verfügbaren Transceivern dokumentierte Abweichungen auf der Y-Achse von mehr als 1 mm und auf der Z-Achse von über 2 mm.

Für Transceiver liegt derzeit noch keine internationale Norm vor – etwa von Seiten der IEC (International Electrotechnical Commission). Die Anforderungen werden lediglich in einem Multi-Source-Agreement beschrieben, womit naheliegenderweise die Umsetzungsvarianten beträchtlich sein können. Ein beliebiger Austausch der Transceiver sowie ein schnelles und sicheres Verbinden respektive Stecken wird hierdurch deutlich erschwert.

Um dieses Problem nachhaltig zu lösen, hat die Harting-Technologiegruppe das Konzept der E/O-Wandler neu entworfen und dabei eine Reihe von Lösungen entwickelt. Dazu gehört auch die Feldkonfektionierbarkeit von Lichtwellenleitern.