Mit neuen Steckverbindern lässt sich Glasfaser auch dort einsetzen, wo Staub, Feuchtigkeit und Vibrationen die Datenübertragung erschweren. Expanded-Beam-Technik soll hohe Bandbreiten und geringe Latenzen mit der geforderten industriellen Zuverlässigkeit verbinden.
Harry JacobHarryJacobfreier Journalist aus Augsburg
3 min
Robuste EBM-Steckverbinder ermöglichen eine zuverlässige Glasfaserübertragung auch unter rauen Bedingungen mit Schmutz, Feuchtigkeit, Vibrationen und mechanischen Belastungen.Rosenberger
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Das Wachstum der Datenübertragung nimmt weiter rasant Fahrt auf. Gründe hierfür sind unter anderem die verstärkte Nutzung von Bild- und Videodaten, der zunehmende Einsatz von KI-Anwendungen und Cloud-Diensten sowie die fortschreitende Digitalisierung allgemein.
Eine maßgebliche Kennzahl für die Entwicklung des internationalen Datenaustausches liefert die jährliche Statistik des deutschen Internetknotens DE-CIX mit seinen weltweit verteilten Datenaustauschpunkten. Dieser verzeichnete im Jahr 2024 einen globalen Datenverkehr von 68 Exabyte, das ist ein Zuwachs von 15 % gegenüber 2023 (59 Exabyte). Beim Tagesrekord gab es einen Anstieg von 22,36 auf 24,92 Terabit pro Sekunde, ein Plus von 11,4 %.
Glasfaser: ja, aber…?
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Dieses enorme Wachstum ist nur möglich durch den zunehmenden Einsatz von Glasfaser-Verbindungen, die hohe Bandbreiten bei niedriger Latenz zur Verfügung stellen. Fortschritte bei Übertragungsstandards und Steckverbindern ermöglichen zudem eine effizientere Nutzung der einzelnen Fasern sowie einer einfacheren Bündelung bei begrenztem Platzbedarf.
In Rechenzentren ist Glasfaser bereits Standard, und auch die Erschließung von Haushalten und Unternehmensstandorten wird zunehmend von Kupfer auf Lichtwellenleiter (LWL) umgestellt. Es gibt jedoch nach wie vor Bereiche, in denen sich die leichte und schnelle Verbindungstechnik noch nicht etablieren konnte – denn sie gilt in manchen Situationen als schwer zu handhaben.
Der Übergang von einer Faser zur nächsten ist empfindlich gegenüber Verschmutzungen und Feuchtigkeit. Ebenso können mechanische Belastungen und Vibrationen die Datenübertragung beeinträchtigen oder sogar unterbrechen. Auch hohe Temperaturen und häufige Steckzyklen galten bislang als Argumente gegen den Einsatz von Lichtwellenleitern. In rauen Umgebungen setzen Anwender daher häufig auf die etablierte Kupferverkabelung. Dies ist beispielsweise in manchen Bereichen der produzierenden Industrie der Fall.
Ein erster Schritt hin zu unempfindlicheren LWL-Steckverbindungen gelang mit dem Prinzip der Strahlaufweitung. Dieses wurde mit dem EBO-Ferrulenkonzept (Expanded Beam Optical) weiter optimiert.
Das Prinzip der Strahlaufweitung
In rauen Umgebungen und im Outdoor-Einsatz stellt die Zuverlässigkeit der Glasfaser-Verbindungen eine besondere Herausforderung dar. Traditionell erfolgt die Signalübertragung von einer Glasfaser zur nächsten mittels physischem Kontakt (Physical Contact, PC). Die beiden Fasern müssen dabei genau ausgerichtet sein, das heißt mittig und in einer gemeinsamen Achse. Zudem muss die Kontaktfläche extrem sauber sein, Staub und Schmutz würden die Signalübertragung stark beeinträchtigen. Zudem besteht die Gefahr, dass die Glasfaser-Enden verkratzen, was die optischen Eigenschaften beeinträchtigen würde. Solche Verbindungen sind außerdem empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen und Vibrationen.
Mittels Strahlaufweitung (Expanded Beam) konnten Verbindungen geschaffen werden, die weniger empfindlich auf Verschmutzung reagieren. Taillierte Kugellinsen am Ende der Glasfasern weiten den gebündelten Lichtstrahl auf eine größere Fläche auf und fokussieren ihn auf der anderen Seite wieder. Statt eines direkten Kontaktes der Glasfasern wird das Licht über eine Freifeldzone zwischen den Linsen übertragen – allerdings immer noch parallel zur Ausrichtung der Glasfaser, so dass nach wie vor die Gefahr besteht, dass das Signal geschwächt wird, wenn die Zentrierung oder der Ausrichtwinkel nicht exakt eingehalten wird.
Das EBO-Steckkonzept (Expanded Beam Optical) bietet einen entscheidenden Fortschritt. Die Expanded-Beam-Verbindung weitet beim Übergang von einer Faser auf die andere den Lichtstrahl ebenfalls auf und fokussiert ihn dann wieder. Jedoch nicht in der Achse der Glasfaser, sondern über Linsen mit einem elliptischen Schliff, die wie ein Kollimations-Umlenkspiegel wirken und dadurch den Toleranzbereich vergrößern. So werden die Lichtstrahlen immer korrekt ausgerichtet, auch wenn die Glasfaser aufgrund von Vibrationen oder mechanischen Belastungen nicht immer exakt ausgerichtet sind. Zugleich wird die Störung durch Partikel minimiert, da Pollen oder eingedrungener Schmutz nur einen kleinen Teil der vergrößerten Lichtfläche blockieren. Der Lichtstrahl wird so nicht mehr vollständig oder weitgehend blockiert, sondern lediglich geringfügig abgeschwächt. Damit bleibt die Fähigkeit zur Datenübertragung vollständig erhalten.
Als Nächstes folgen robuste Steckverbindersysteme der EBM-Serie (Expaned Beam Multifiber). Die nach gängigen Industrienormen entwickelten Steckverbinder S-RMC sowie MIL13 sind eine 'Ruggedized'-Steckverbinder-Eigenentwicklung von Rosenberger Hochfrequenztechnik. Sie vereinen die robuste Signalübertragung EBO mit unempfindlichen und stabilen Gehäusen. Im Inneren befinden sich Ferrulen, die je nach Bedarf zwischen 2 und 16 Singlemode- oder Multimode-Fasern aufnehmen können. Aufgrund ihrer Eigenschaften werden viele der bestehenden Bedenken gegenüber dem Glasfaser-Einsatz in rauen Umgebungen hinfällig:
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Hohe Widerstandsfähigkeit: Die robusten EBM-Steckverbinder sind für raue Bedingungen ausgelegt und halten bis zu 5.000 Steckzyklen stand.
Stabile Verbindung: Sie gewährleisten eine zuverlässige, verlustarme Konnektivität mit standardisierten Formaten (SC Footprint).
Plug-and-Play: Sie ermöglichen eine schnelle, intuitive Installation ohne hohen Schulungsaufwand.
Leicht und kompakt: Das Steckerdesign ist auf hohe Leistung bei geringem Platzbedarf und Gewicht optimiert.
Geringer Wartungsaufwand: Die EBM-Steckverbinder sind einfach zu reinigen und benötigen dazu kein Spezialwerkzeug.
Herausforderung in der produzierenden Industrie
In der Produktion sind Netzwerkkomponenten unterschiedlichen Herausforderungen ausgesetzt: extreme oder stark schwankende Temperaturen, Staub und Schmutz, Flüssigkeiten und Chemikalien, dazu Vibrationen und mechanische Belastungen. Zugleich gibt es hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit. Denn ungeplante Ausfälle beziehungsweise Stillstände der Anlagen ziehen hohe Kosten nach sich. Das Plug-and-Play-Design der EBM-Steckverbinder in kompakten Formfaktoren (S-RMC, MIL13) vereinfacht die Installation und minimiert die Wartung, was die Ausfallzeiten des Systems reduziert. Den beengten Verhältnissen im Schaltschrank und auf Schalttafeln trägt die platzsparende Konzeption mit 2 bis 16 Single- oder Multimode-Fasern in einem einzigen Stecker Rechnung.
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Kollimationslinse zur Verbreiterung des Lichtstrahls und Reduzierung von Partikeleffekten.Rosenberger
Eine weitere Herausforderung stellt der steigende Bandbreitenhunger in den Fabriken dar. Die zunehmende Digitalisierung bedeutet auf der einen Seite, dass mehr Sensoren und Aktoren angebunden werden müssen, auch der Einsatz von Bild- und Video-Aufnahmen im Produktionsprozess steigt steil an. So müssen zunehmend größere Datenmengen, teils in Echtzeit, übertragen und verarbeitet werden. Damit einher geht eine wachsende Automatisierung, bis hin zu (teil-)autonomen Systemen, die wiederum zusätzliche Anstrengungen zur Wahrung von Safety und Security nach sich ziehen. Die daraus resultierenden Datenmengen lassen sich am besten mit LWL übertragen, die zudem einen Vorteil bei der Minimierung der Latenzzeiten bieten.
Fazit
Für Glasfaser sprechen unter anderem die hohen Bandbreiten, das geringe Gewicht und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Interferenzen (EMI). Ein Schwachpunkt war lange Zeit das Handling, insbesondere in rauen Umgebungen. Doch diese Einschränkungen gehören nun der Vergangenheit an. Mit widerstandsfähigen Steckern, die eine unempfindliche Signalübertragung mittels Expanded Beam Optical Technologie nutzen, bis zu zwölf Fasern platzsparend vereinen und dazu noch in standardisierten Formfaktoren zur Verfügung stehen, sind LWL-Verbindungen nun auch in rauen Umgebungen uneingeschränkt einsatzfähig und können auch hier ihre Vorteile ausspielen.
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Die Verbindung von Glasfaser und robusten Steckverbindern von Rosenberger erfüllt die spezifischen Anforderungen der produzierenden Industrie und bietet so eine zukunftsfähige Alternative, um die Leistungsfähigkeit der Datennetze auszubauen, gepaart mit einer 'Mission-Critical'-Zuverlässigkeit. Die Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit der Steckverbinder sowie deren unkompliziertes Handling eröffnen darüber hinaus Effizienzvorteile. Diese ergeben sich aus weniger ungeplanten Stillständen mit entsprechenden Folgekosten sowie einem geringeren Wartungsaufwand durch weniger Wartungsfälle und eine schnellere Behebung von Servicefällen.
Was Sie über robuste Glasfaserverbindungen in der Industrie wissen müssen
1. Warum gewinnt Glasfaser in der industriellen Datenübertragung an Bedeutung? Durch Digitalisierung, KI-Anwendungen, Cloud-Dienste sowie den zunehmenden Einsatz von Bild- und Videodaten steigen die zu übertragenden Datenmengen. Glasfaser bietet dafür hohe Bandbreiten bei niedrigen Latenzen und eignet sich besonders für datenintensive Anwendungen in automatisierten Produktionsumgebungen.
2. Warum war der Einsatz von Glasfaser in rauen Industrieumgebungen bislang schwierig? Klassische LWL-Verbindungen reagieren empfindlich auf Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen und mechanische Belastungen. Auch hohe Temperaturen und häufige Steckzyklen können die Verbindung beeinträchtigen. Deshalb wird in solchen Bereichen bislang häufig noch Kupferverkabelung eingesetzt.
3. Wie funktioniert die Expanded-Beam-Technologie? Bei der Strahlaufweitung wird der Lichtstrahl zwischen zwei Glasfasern vergrößert und anschließend wieder fokussiert. Beim EBO-Konzept sorgen speziell geschliffene Linsen dafür, dass die Lichtübertragung auch bei leichten Abweichungen durch Vibrationen oder mechanische Belastungen stabil bleibt. Verschmutzungen blockieren zudem nur einen kleinen Teil der vergrößerten Lichtfläche.
4. Welche Vorteile bieten die EBM-Steckverbinder für industrielle Anwendungen? Die Steckverbinder sind für raue Bedingungen ausgelegt, halten laut Hersteller bis zu 5.000 Steckzyklen stand und lassen sich ohne Spezialwerkzeug reinigen. Je nach Ausführung nehmen sie zwischen zwei und 16 Singlemode- oder Multimode-Fasern auf und verbinden kompakte Bauweise mit einfacher Plug-and-Play-Installation.
5. Welche Vorteile ergeben sich für Produktionsbetriebe? Robuste Glasfaserverbindungen können hohe Datenraten und geringe Latenzen mit hoher Betriebssicherheit verbinden. Die kompakte Bauweise erleichtert den Einsatz bei begrenztem Platz, während der geringe Wartungsaufwand und eine schnelle Installation dazu beitragen können, Ausfall- und Servicezeiten zu reduzieren.
