In der geschützten Umgebung eines Rechenzentrums oder eines Bürokomplexes sind Lichtwellenleiter inzwischen Standard. Anders sieht es hingegen in raueren Umgebungen aus, in denen Staub, stark schwankende oder extreme Temperaturen, korrosive Flüssigkeiten und Dämpfe, Vibrationen und ähnliche Belastungen auftreten. Zudem stellt der Einsatz im Feld häufig höhere Anforderungen an die Zahl der Steck-zyklen – alles andere als ideal für den Einsatz von LWL mit ihren empfindlichen Kontakten. Der schnell wachsende Bandbreitenbedarf macht aber vor Industriezweigen mit rauen Umgebungen nicht halt:

Industrie 4.0: Eine hochautomatisierte industrielle Produktion benötigt uneingeschränkte Verfügbarkeit von Daten aus vielfältigen Quellen – von Sensoren, Steuerungen und Kameras zur optischen Kontrolle, bis zu Edge-Servern mit KI-Anwendungen, die große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten.

Luft- und Raumfahrt: Eine große Anzahl hochempfindlicher Sensoren und Remote-Anwendungen sowie optische Anwendungen mit hoher Auflösung und Radarsysteme liefern eine Unmenge an Daten, die verarbeitet, gespeichert und übertragen werden müssen. Hinzu kommen extreme Anforderungen an Zuverlässigkeit und geringen Wartungsbedarf.

Medizintechnik: Bilddaten aus digitalem Röntgen, Magnet-resonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT), Patienten-Monitoring und Datenübertragung zwischen verschiedenen Gebäuden oder an den behandelnden Arzt, Überwachung und Steuerung der IT-Infrastruktur in Operationssälen – all dies benötigt enorme Bandbreiten. Darüber hinaus verlangt ein Krankenhausnetzwerk als kritische Infrastruktur absolute Zuverlässigkeit.

Transportwesen: In der Verkehrs- und Bahntechnik haben Lichtwellenleiter nicht nur eine hohe Bedeutung wegen der damit erzielbaren Bandbreite. Auch die mit Glasfasern erzielte galvanische Trennung sowie die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einstreuungen, die bei Kupferkabeln auftreten, sprechen für den Einsatz von LWL in dieser Branche.

Bergbau, Öl- und Gasförderung: Beim Abbau von Rohstoffen unter Tage und auch bei der Öl- und Gasgewinnung auf Förderplattformen kommen hochkomplexe technische Systeme zum Einsatz, die ferngesteuert und mittels umfangreicher Sensorik und zahlreichen Kameras in Echtzeit überwacht werden. Dem hohen Bandbreitenbedarf stehen die extremen Umgebungsbedingungen mit Schmutz und Staub, extremen Temperaturen und Vibrationen gegenüber.

Broadcast: Nicht nur im Studio, sondern auch bei der Übertragung von Live-Events sind immense Datenmengen zu verarbeiten. Fernsehbilder in 4k- und 8k-Auflösung mit komplexem Ton, von zahlreichen Kameras und Mikrofonen aufgenommen, liefern einen breiten Datenstrom. Dieser muss wiederum auf Regie-Monitore, Reporterkabinen und Abnahmepunkte der Sendeanstalten verteilt werden. Gerade im Eventbereich werden unzählige Auf- und Umbauten, sprich: eine enorme Zahl an Steckzyklen, absolviert.

Defense: Auch militärische Verteidigungs- und Kommunikationssysteme mit optischen und akustischen Systemen sowie Remote-Steuerungen haben einen hohen Bandbreitenbedarf.

Verbindungen für besondere Anforderungen

Der Linsensteckkontakt Size 12 von Rosenberger OSI in Pin- und Buchsen-Ausführung eignet sich für den Gebrauch in Rundsteckern, kann aber auch in hybriden Systemen eingesetzt werden, wie sie etwa im Außenbereich und in Industrieumgebungen üblich sind, wo die Kontakte gegen äußere Einflüsse abgedichtet werden müssen.

© Rosenberger OSI

Auf diesen Bedarf hat die Industrie mit der Entwicklung robuster Verbindungstechnologien reagiert. Ein Beispiel ist die Expanded Beam Optical Technologie (EBO), die mit der Strahlaufweitung ein einfaches Prinzip nutzt, um Fiber Optic-Steckverbindungen unempfindlicher gegen Verschmutzungen zu machen. Dazu wird das am Ende der Faser austretende Licht über eine Linsenoptik (zum Beispiel Kugellinse) zu einem parallelen Lichtstrahl mit einer vielfach vergrößerten Fläche aufgeweitet. Anschließend passiert es die kontaktlose Verbindungszone und wird auf der Gegenseite ebenfalls durch eine identische Linse auf den ursprünglichen Durchmesser in die Glasfaser gebündelt.

Verunreinigungen, etwa durch ein Staubkorn oder Pollen, die den gebündelten Strahl zu einem erheblichen Teil oder sogar vollständig blockieren würden, verschatten bei der Strahlaufweitung nur einen kleinen Teil der Lichtfläche, so dass die korrekte Signalübertragung nicht gefährdet wird. Während Standard-LWL-Stecker vor jeder Installation aufwendig und zum Teil je nach Verschmutzungsgrad mehrmals gereinigt werden müssen, damit es nicht zu Leistungseinbußen kommt, ist der Aufwand für die Reinigung der Kontakte bei der EBO-Technologie wesentlich reduziert, da die Störung durch Partikel minimiert wird. So wird der Lichtstrahl nicht mehr vollständig blockiert, sondern nur geringfügig schwächer. Damit bleibt die Fähigkeit zur Datenübertragung vollständig erhalten. So trägt die EBO-Technologie zur Verbreitung von LWL in rauen Umgebungen bei, in denen staubfreies Arbeiten oder eine Wartung der Kontakte in kurzen Intervallen nicht möglich oder nicht wirtschaftlich durchführbar ist.

Für ein flexibles Steckerdesign

Neben fertigen EBO-Steckverbindern gibt es Linsensteckkontakte, mit deren Hilfe sich die EBO-Technik in eigene Steckerdesigns integrieren lässt. Sie sind für die Anbindung an Multimode-Glasfasern konzipiert und nutzen ebenfalls das Prinzip der Strahlaufweitung für eine zuverlässige Datenübertragung. Da die Linsen nicht in direkten Kontakt kommen, gibt es auch keine mechanische Abnutzung, was die Lebensdauer des Steckkontaktes erhöht.

Der Autor: Max Komarow ist Produktmanager bei Rosenberger OSI in Augsburg.

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Für den Einsatz in Umgebungen wie dem Bergbau, der Luft- und Raumfahrt oder der Militärindustrie müssen jedoch weitere Voraussetzungen erfüllt werden. Dies gilt insbesondere für den zuverlässigen Halt der Steckverbindung, die über lange Zeit beispielsweise Vibrationen oder thermischen und mechanischen Belastungen standhalten muss. Als Qualitätsmerkmal hat sich die Zahl der Steckzyklen durchgesetzt, die der Hersteller für sein Produkt angibt. Während für einfache und mittlere Anforderungen Steckkontakte mit einer Lebensdauer von 1000 bis 5000 Steckzyklen ausreichend sind, gibt es Komponenten für eine wesentlich höhere Lebensdauer, die auch extremen Anforderungen an die Verbindungssicherheit gerecht werden. So lassen sich beispielsweise mit Size-12-Linsensteckkontakten von Rosenberger OSI auf EBO-Technologie-Basis Stecker realisieren, die bis zu 100.000 Steckzyklen überstehen. Dieser Linsensteckkontakt eignet sich unter anderem für den Einsatz in Rund- und Rechteck-Steckern nach MIL-DTL-38999, einem Standard für Steckverbinder in der Luft- und Raumfahrtindustrie.