Vorteile der LWL-Technik

Entfernung
Lichtwellenleiter arbeiten zuverlässig bis zu 3 km (Kupferkaben nur bis etwa 90 m), mit speziellen Fasern sind Abstände bis zu 600 km ohne Verstärkung überbrückbar.

Störungen
Lichtwellenleiter lassen sich nicht durch elektomagnetische Felder beeinflussen. Sie fangen keine Spannungsspitzen ein und stören selbst nicht die Umgebung.

Beispiel für eine kritische Anwendung: die Messdaten-Übermittlung in KFZ Werkstätten. Hier werden oft während der Messung am laufenden Explosionsmotor die ermittelten Messdaten quer durch die Werkstatt zu einem Auswerteraum übermittelt. Bei Verwendung von Kupferkabeln würden die Mess-Signale durch den Störhintergrund der Werkstatt (Spannungsspitzen durch den Betrieb anderer Motore, Schweisstrafos etc.) überlagert.

Potenzialtrennung
Lichtwellenleiter sind Isolatoren. Erdschleifen müssen nicht beseitigt werden, weil sie nicht entstehen können. Während unterschiedliches Erdpotential beim Verbinden verschiedener Häuser oder Stockwerke selbst bei etwas aufwendigeren elektrischen Kabeln (z.B. shielded Twisted Pair beidseitig geerdet) leicht zu Störungen führen kann, sind derartige Probleme bei Lichtwellenleitern völlig ausgeschlossen.

Überspannungsschutz
Ob durch Überspannung im Netz oder Blitzschlag in ein Datenkabel, das Kabel bleibt betriebsbereit. LWL-Netze zeichnen sich durch rauschfreie, verzerrungsfreie und störungsfreie Übertragung aus.

Ex-Schutz
Bei Trennung oder Kabelbruch ist keine Funkenbildung zu befürchten. Selbst die Steckerkonfektion wird ohne Strom vorgenommen. Wichtig ist dies z.B. bei der Füllstandkontrolle oder dem Prüfen der Zusammensetzung von Gasen oder Flüssigkeiten in Chemischen Betrieben.

Größe
LWL besitzen kleine Durchmesser und geringes Gewicht. Daraus resultieren kleine Wanddurchbrüche und kleine Kabellasten für abgehängte Decken.

Verlegung
Während der Installation sollte der Biegeradius das 10fache des Kabeldurchmessers nicht unterschreiten, für den Dauerbetrieb setzt man als unteren Grenzwert das 20-50fache des Kabeldurchmessers an.

Da LWL-Kabel bei gleicher Übertragungsleistung wesentlich dünner sein könne als Kupferkabel, fällt diese Einschränkung selten ins Gewicht. Durch ihr geringes Gewicht lassen sich LWL-Kabel hervorragend in der personalsparenden „Einblastechnik" verlegen. Dabei müssen die Kabel nicht mehr in Kabelkanäle gelegt werden, sondern werden in einem Bruchteil der Zeit in Rohre eingeblasen.

Zukunftssicher
LWL Netze arbeiten protokolltransparent. Bereits installierte Ethernet Segmente können problemlos durch Einsatz einer anderen Elektronik auf Übertragungsprotokolle mit höherer Geschwindigkeit umgerüstet werden. Die Verkabelung bleibt dabei unverändert, z.B. Änderung von Ethernet auf ATM. Die Stecker (Sende- und Empfangsteile) müssen eventuell geändert werden, das LWL-Kabel bleibt.

Stecker in der Glasfasertechnik

Das Anklemmen bzw. Abklemmen von LWL geschieht anders als bei Kupferkabeln. Eine Faserverbindung mittels Lüsterklemme oder in Schneidklemmtechnik ist nicht möglich.

Auch eine Vampyrklemme ist nicht einsetzbar. Zur Kontrolle der Faserendfläche benötigt man ein Mikroskop mit 200 oder 400 facher Vergrößerung.

Eine Faser wird üblicherweise mit Steckern abgeschlossen. Diese Stecker können bei Kunststoff-fasern durch Klemmen befestigt werden. Für die meisten Glasfasern ist jedoch Einkleben die bessere Lösung. Systeme bei denen die Glasfaser sauber gebrochen und ohne weitere Bearbeitung in einen Stecker eingesteckt wird, benutzen häufig ein sogenanntes "Indexgel": eine Masse, die den Sprung im Brechungsindex auf dem Weg von einer Faser zur anderen Faser verringert. Alternativ wird die anzuschliessende Faser mit einem ca. 2 m langes LWL-Kabel mit Stecker (sog. „Pigtail") thermisch verbunden („gespleisst"). Ein Spleiß wird immer dann eingesetzt, wenn die Stecker eine Montage auf der Baustelle nicht zulassen, z.B. E2000 APC, DIN APC...Eine Übersicht über derartige LWL Stecker finden Sie im Internet z.B. unter www.fiber-optics.de.

LWL-Fasern für die Multimodetechnik (niedrigere Anforderungen) besitzen meist einen Durchmesser von 50/125 µm oder 62,5/125 µm. Dabei bedeutet die erste Zahl (50) den Durchmesser der Faser in der das Licht geführt wird, während die zweite Zahl (125) den Durchmesser der gesamten Glasfaser angibt. In der Singlemodetechnik (höhere Anforderungen) werden Fasern von 8-10/125 µm eingesetzt.

In jedem Fall muß das Ende der Glasfaser eine saubere Endfläche aufweisen, die präzise gebrochen oder poliert ist. Eine schlecht gebrochene Faser streut das Licht erheblich und führt dadurch zu Verlusten, die einen Betrieb unmöglich machen.

Die Datentechnik setzt mittlerweile verstärkt Stecker mit bis zu 12 Fasern ein (MP) oder benutzt Stecker, die eine wesentlich kleinere Bauform (LC, MU) und präzisere Steckung ermöglichen. Die Packungsdichte ist dadurch gegenüber SMA Steckern bis zum 12fachen angestiegen.

Wichtig ist der Schutz des Steckers vor Verschmutzung, da ein plattgedrücktes Staubkorn im Extremfall die Verbindung abschneidet.

Aber auch dort wo sich An- und Abstecken unter widrigen Bedingungen kaum vermeiden läßt (Bergbau, Videoübertragung von Rennveranstaltungen, Open Air-Konzerten etc.) sind Glasfaserlösungen möglich. Dabei wird das Licht durch eine Linse aufgeweitet und ein eventl. vorhandenes Schmutzpartikel auf der Linse führt nicht zum Ausfall der Verbindung.

Diese Stecker haben manchmal neben mehreren Glasfasern auch elektrische Kontakte. So sind alle Verbindungen mit einer Steckung herzustellen. Bei Live-Veranstaltungen müssen häufig mehrere Kabel hintereinander geschlossen werden und so werden an Kabel und Stecker hohe Ansprüche an Abrieb, Trittfestigkeit, Temperaturverhalten usw. gestellt.

Die Abzweigung einer Faser in der Mitte einer Strecke ist technisch machbar, auch wenn in den meisten Fällen die Verlegung eines neuen Kabels wirtschaftlicher ist. Durch neue Techniken ist es jetzt möglich ein Kabel zwischen 2 Punkten so zu trennen, daß ungenutzte Fasern für eine Abzweigung benutzt werden können. Der Einsatz von Kopplern ermöglicht den Anschluß von mehreren Fasern an eine Faser. Physikalisch bedingt dämpfen Koppler das Signal. Ihre Anwendung ist deshalb technisch nicht immer möglich (ganz abgesehen von den höheren Kosten).

Beim Profibus und einigen anderen Bussystemen werden KWL und Glasfasern auch für Steuer- und Regelungsaufgaben eingesetzt.

Auch die Tontechnik bemüht seit einigen Jahren KWL in ihren Studios. Die optischen Schnittstellen finden so Eingang in „normale" Musikanlagen, bei denen Musik vom Digitalrecorder rauschfrei zum Verstärker geschickt wird.

Quarzglasfaser
In der Spektroskopie werden zunehmen weniger Küvetten zum Spektroskop gebracht. Heute überwacht ein Spektroskop sehr viele verschiedene Substanzen direkt am Ort der Erzeugung oder Verarbeitung. Dazu werden hochreine Quarzglasfasern mit 100/200/400/600 oder sogar 1000µm Durchmesser benutzt.

Messung und Fehlersuche

Zur Prüfung von LWL Verbindungen wird die Dämpfung eines Signals auf der Messstrecke gemessen. Benötigt werden ein Sender und ein Empfänger. Das Ergebnis der Messung ist die Dämpfung, die das Signal durch alle Stecker, Spleiße, Fasern bis zum Empfänger erfährt. Die Ursache für eine zu starke Dämpfung kann allerdings mit dieser Methode meist nicht gefunden werden.

Erst mit Hilfe eines OTDR-Messgeräts lassen sich Knicke in Kabel, Kabelbruch und defekte Stecker lokalisieren. Ein solches OTDR ( Optical Time Domain Reflektometer) sendet einen Lichtimpuls aus, der von jeder kleinen Inhomogenität und jedem Stecker und Spleiß reflektiert wird. Aus den Laufzeiten der reflektierten Signale lässt sich die Reflexionsstelle mit hoher Ortsauflösung ermitteln.

Eine Neuinstallation wird meist mit OTDR Protokollen abgeschlossen um die korrekte Übergabe zu dokumentieren. Für die fachgerechte Messung der verlegten Fasern werden sogenannte Vor- und Nachlauffasern benötigt. Die Vorschaltfaser der Firma Fiber-Optics entstand aus der Praxis heraus. Das sieht man ihr an, denn im Detail fallen die gut durchdachten Eigenschaften auf:

- farblich gekennzeichnete Fasern gelb = 9/125 µm,
  grün=50/125 µm, blau=62,5/125 µm - leicht und klein
- Zugentlastung und Knickschutz durch PG Verschraubung
- Spezialschlauch zum Schutz vor Druck und Knick der
  Messenden
- Platz für Meßkupplung und Reinigungstücher
- mit Klettband am OTDR bzw. im Systemkoffer zu befestigen - Steckeranschluß nach Kundenwunsch

Planung für die Installation von Lichtwellenleitern

Zur Planung eines Übertragungssystems mit Lichtwellenleitern muß man sich in erster Linie Gedanken um die zu übertragenden Daten machen. Im Bereich bis 100 m Überbrückungsdistanz bietet sich bei geringen Datenmengen der Einsatz der preiswerten 1 mm Kunststoff-Faser an. Bei Entfernungen bis zu 3 km werden Multimode-Glasfasern verwendet. Bei größeren Entfernungen und / oder höheren Datenraten kommen Monomode-Glasfasern zur Anwendung.

Dipl.-Ing. Rudolf Herres ist Inhaber der Firma Fiber-Optics Rudolf Herres in Mönchengladbach.

Seit über 10 Jahren entwickelt, produziert und vertreibt er Lichtwellenleitertechnik: solide Planung, saubere Konfektionierung und verlässliche Messung. Daneben führt er Schulungen für LWL-Einsteiger durch.