Die vierte industrielle Revolution wird ausgerufen – nach der Dampfmaschine und der mit ihr einhergehenden Mechanisierung, der Massenproduktion und zuletzt der Automatisierung erwarten Experten nun einen erneuten Umbruch: Die „Industrie 4.0“, eines der zehn Zukunftsprojekte innerhalb der Hightech-Strategie der Bundesregierung, steht für die zunehmende digitale Vernetzung der industriellen Fertigung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erachtet den Bereich der intelligenten Produktionssysteme gar als essenziell für die Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Produktionsstandortes hinsichtlich Wertschöpfung und Arbeitsplätze.

Die hochflexiblen Etherline-Cat.6_A-Leitungen zeigen ein sehr gutes Nahnebensprechverhältnis. Selbst nach dem Dauertest liegen die Messwerte weit unter dem Grenzwert.

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Die zu übertragenden Datenvolumen in die Höhe treibt beispielsweise der vermehrte Einsatz hochauflösender Kameras in der Produktion. Diese kommen oft direkt am Werkzeug zum Einsatz, um die Qualität der gefertigten Ware in Echtzeit zu überprüfen. Notwendig sind für bewegte Anwendungen allerdings hochflexible Leitungen, die es bisher nur mit einer maximalen Übertragungsrate bis zu 1 Gbit/s gab, während starre und flexible Leitungen bereits die Eigenschaften und elektrischen Parameter der Kategorie Cat. 6A nach ISO/IEC 11801, EN 50288-2-2, IEC 61156-1, IEC 61156-6 und DIN EN 50173-1 erfüllen – also eine Datenübermittlungsrate bis 10 Gbit/s ermöglichen.

Um diese Lücke zu schließen hat Lapp nun spezielle hochflexible und Profinet-konforme Ethernet-Leitungen für den Einsatz in Energieführungsketten sowie mit Torsionsfähigkeit auf den Markt gebracht, die eine Datenübertragung mit bis zu 10 Gbit/s erlauben: die „Etherline Cat. 6A FD“ und die „Etherline Cat. 6A Tor­sion“. Die größte Herausforderung, die die Entwickler meistern mussten, lag im Bereich der Schirmung. Das heißt, es musste eine Lösung für die Abschirmung der einzelnen Aderpärchen sowie für die Gesamtschirmung gefunden werden, die der besonderen Belastung bei dauerbewegtem Einsatz in einer industriellen Umgebung standhält. Eine weitere Hürde war es, Einkopplungen zwischen den Aderpärchen zu verhindern, ohne dass das Schutzmaterial die Beweglichkeit der Leitung einschränkt.

Hochflexible Anwendung ohne Datenverlust

Die neuen Leitungen erfüllen die Anforderungen an die Dämpfung auch bei einer Länge von 100 m und einer Frequenz von 500 MHz.

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Die Abschirmung innerhalb einer datenübermittelnden Leitung ist ebenso wichtig wie der Schutz gegen äußere Einflüsse. Denn bei der differenziellen Datenübertragung über zwei sendende Adern können sich auch die Adern gegenseitig stören. Man kann diesem Phänomen über die Verdrillung der Aderpärchen als so genannte „twisted pairs“ entgegenwirken. Indem die Signalleiter permanent von links nach rechts vertauscht werden, ändern sich die Vorzeichen der in einem Schlag induzierten Spannung. Auf diese Weise wird eine über zwei Schlaglängen eingekoppelte Störung subtrahiert, so dass am Ende nur noch eine kleine Restgröße übrig bleibt.

Bei hohen Übermittlungsraten reicht die Aderverdrillung jedoch nicht mehr aus, um die Störungen komplett abzufangen, so dass zusätzlich eine Einzelpaarschirmung nötig ist. Bei der neuen Ethernet-Leitung geschieht dies durch einen Folienschirm, der um die Aderpaare gewickelt wird. Der optimale Winkel für die Bewicklung wurde in ausführlichen Tests ermittelt. Normalerweise würde man die Folie längseinlaufend um die Aderpaare legen. Bei einer hochflexiblen Leitung ist das jedoch nicht möglich, da sich die Folie nicht der Bewegung anpasst.

Als Gesamtschirmung dient ein Kupferabschirmgeflecht, das zusätzlich durch ein alukaschiertes Vlies verstärkt wird. Das Kupfergeflecht schirmt den Aderverbund vor EMV-Einflüssen ab, wie sie beispielsweise im Umfeld von Motoren oder stromführenden Leitungen entstehen, die ein elektrisches oder magnetisches Feld aufbauen. Diese Signale stören die Datenübertragung und können im Extremfall gar die Vernichtung der gesendeten Daten zur Folge haben. Passiert dies, werden die Daten erneut gesendet, womit in einer Echtzeit-Anwendung Zeiteinbußen sowie eine geminderte Übertragungsrate einhergehen. Aus diesem Grund ist im Industrie-Einsatz im Gegensatz zur Büro-Umgebung, in der EMV-Einflüsse vernachlässigbar klein sind, der hohe Bedeckungsgrad des Abschirmgeflechts essenziell.

Auch für den Einsatz in Energieführungsketten sowie Torsionsanwendungen muss die Leitung spezielle Charakteristika aufweisen. Die zusätzliche Belastung des Schirms wird durch den Einsatz des aluminierten Vlieses ausgeglichen. Bricht das Kupfergeflecht, hält das Vlies die Schirmung weiterhin aufrecht.

Autorin: Jennifer Lehmann ist Produktmanagerin im Bereich Automation & Networks bei Lapp Kabel