Klassen-System für LWL-Komponenten

In den ersten Jahren des neuen Jahrtausends haben sich die zuständigen Normungsgremien dieser Problematik angenommen und es wurde ein System von Klassen geschaffen, das den Einsatz von LWL-Komponenten unter unterschiedlichen Umweltbedingungen abbildet (siehe Kasten). Beschrieben ist dies in der Norm IEC 61753-1. Basierend auf diesen Kategorien werden die Komponenten einer Reihe von Umweltprüfungen unterzogen und nach erfolgreicher Absolvierung als geeignet für diese Kategorie ausgewiesen. So kann der Anwender sich unter Kenntnis der Kategorie-Definitionen die für seine Applikation geeigneten Komponenten auswählen.

Steckverbinder in Belastungen

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In der Praxis hat sich allerdings he­rausgestellt, dass die vielen neuen Applikationen für Lichtwellenleiter nicht ideal auf die vorhandenen Kategorie-Definitionen abbildbar sind. Daher wurde vom zuständigen Gremium IEC TC 86 B ein Projekt zur Revision der Komponenten-Kategorien gestartet. Neben Themen wie die Berücksichtigung von Transport und Lagerung der Komponenten gibt es ein weiteres wichtiges Thema: die Identifizierung von Applikationen für Lichtwellenleiter-Technik und deren Abbildung in geänderten oder neuen Kategorien.

Insbesondere die Definition der neuen Klassen für Industriegebäude und wit-terungsbelastete Komponenten im Außenbereich stellen einen deutlichen Fortschritt für die Automatisierungstechnik dar.

Diese Weiterentwicklung der Komponenten-Kategorien befindet sich aktuell im Entwurfsstadium und kann noch geringfügig geändert werden. Nichtsdestotrotz finden diese Definitionen bereits heute breite Unterstützung in Expertenkreisen. Für Anwender in der Automatisierungstechnik bedeutet dies, dass in absehbarer Zeit markt-übliche Definitionen der Umwelt-Eignung für Lichtwellenleiter-Komponenten im rauen Industriebetrieb und im Außenbereich existieren.
In diesem Kontext werden an den Komponenten praxistypische Tests durchgeführt: Schock, Vibrationen, Kräfte auf den Steckverbinder, Bewegung der angeschlossenen Leitung, Temperatur und Feuchtigkeitswechsel, Beaufschlagung mit Flüssigkeiten und Fremdkörpern sowie Gasen.

Hierbei dürfen sich dann die optischen Übertragungseigenschaften nicht so stark verschlechtern, dass sie die Datenübertragung gefährden könnten. Dies stellt sicher, dass Steckverbinder und andere Komponenten für die optische Datenübertragung auch unter rauen Umweltbedingungen sicher einsetzbar sind und die automatisierungstechnische Anlage zuverlässig betrieben werden kann.

Datenübertragung nicht gefährden

Radiale und axiale Versatzerscheinungen sowie Feuchtigkeit und Fremdkörper zwischen den Faserendflächen erhöhen die Dämpfung der optischen Verbindung.

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Die konstruktive Gestaltung von LWL-Steckverbindern für den Industrie- und Außeneinsatz hat eine entscheidende Auswirkung auf die Eignung dieser Komponenten. Denn Schock, Vibrationen und Temperaturwechsel gefährden die optische Ausrichtung der Ferrule und Faser-Endflächen zueinander. So kann ein – auch nur kurzzeitiger – Versatz in axialer oder radialer Richtung die Dämpfung der optischen Übertragungsstrecke stark erhöhen. Wie bei Kontaktunterbrechung bei elektrischen Steckverbindern ist dann eine Datenübertragung nicht mehr möglich.

Von außen eindringende Feuchtigkeit und Staub können sich leicht zwischen die beiden Faser-Endflächen setzen. Dort sorgen sie dann ebenfalls für eine Dämpfungserhöhung, die unzulässige Werte einnimmt. Darüber hinaus können aggressive Stoffe, Gase und UV-Bestrahlungen das Gehäusematerial beschädigen. Dadurch wird die mechanische Stabilität gefährdet sowie das Eindringen von Flüssigkeiten und Fremdkörpern erleichtert. All diese Effekte können kurz oder längerfristig die zuverlässige Datenübertragung gefährden und sind entsprechend zu berücksichtigen.

Autor: Bernd Horrmeyer ist Fachreferent für Standardisierung bei Phoenix Contact.

Komponenten nach der aktuellen Norm

Viele Lichtwellenleiter-Komponenten kommen heute im klimatisierten Umfeld eines Büro-gebäudes oder Rechenzentrums zum Einsatz. Die hierfür verwendete Kategorie C definiert daher nur geringe Belastungen durch die Umwelt. Steckverbinder für den Außenbereich sind bislang nur innerhalb eines Gehäuses vorgesehen. Hierfür gilt die Kategorie U oder O für eine nicht klimatisierte Umgebung. Dasselbe gilt für Mobilfunkantennen, Straßenverteiler, Überwachungskameras und ähnliche Applika­tionen sowie für Steckverbinder innerhalb von Kabelmuffen im Erdreich. Im Rahmen der Vornorm IEC PAS 61753-1-3 ist vor kurzem der Industriebereich neu aufgenommen worden und zwar mit der Kategorie I. Hier sind die Komponenten – etwa die Steck­verbinder – so definiert, dass sie außerhalb eines Gehäuses im rauen Industrieumfeld einsetzbar sind.

Die künftigen Umweltkategorien berücksichtigen jetzt auch systematisch neue Applika­tionen im Innen- und Außenbereich mit ungeschützten Steckverbindern für die Lichtwellen­leiter­technik.

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Die vorgeschlagenen Umweltkategorien sind differenzierter (s. Tabelle, Seite 7). So sollen weiterhin Bürogebäude und Rechenzentren mit einer klimatisierten Umgebung in der Kategorie IC (Indoor Controlled) erfasst werden. Neu hinzu kommen Wohngebäude, die ebenfalls eine geschützte Umgebung bieten, aber nicht klimatisiert sind. Hierfür ist die Klasse IU (Indoor Uncontrolled) vorgesehen. Ebenfalls fest mit aufgenommen wird die Kategorie I für den Bereich innerhalb von Industriegebäuden. Hiermit werden Anwendungen im Fertigungsprozess erfasst, die einer hohen Umweltbelastung ausgesetzt sind. Für Komponenten wie Anschlussdosen oder Wandverteiler gelten die Kategorien I, IC und IU jetzt auch.

Steckverbinder und ähnliche Komponenten im Außenbereich werden vermutlich in der neuen Klasse Kategorie OU (Outdoor Unprotected) definiert. Dabei können diese Komponenten dann in jeder Höhe über dem Erdreich zum Einsatz kommen. Gleiches gilt für die Komponenten innerhalb von Gehäusen im Außen­bereich, die dann der Kategorie OU (Outdoor Unprotected) entsprechen sollen. Diese Kategorie gilt auch für Komponenten innerhalb vom Gehäuse bis zu einer Tiefe von 1 m im Erdreich. Gehäuse im Außenbereich werden als OA (Outdoor Aerial), OG (Outdoor Ground) und OS (Outdoor Subterrane) klassifiziert. Außerdem wird diskutiert, ob für bestimmte Komponenten der Temperaturbereich nach oben zu erweitern ist. Dabei geht es um Komponenten in einem Gehäuse, das mit Bauelementen, die Verlustleistung abgeben, bestückt ist. Dies trifft auf Leiterplatten mit aktiven Elektronik-Komponenten zu, sodass die Eigen­erwärmung mit berücksichtigt wird.