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Kabel und Leitungen Wie die Industrie künftig Daten überträgt

Ist die industrielle Datenübertragung künftig kabellos oder kabelgebunden? Wir haben mit Experten gesprochen und uns einige vielversprechende Technologien angesehen.

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Experten raten, in Zukunft Übertragungstechnologien clever miteinander zu kombinieren.
Experten raten, in Zukunft Übertragungstechnologien clever miteinander zu kombinieren.
(Bild: © Dmitry – stock.adobe.com)

Die kabellose Datenübertragung ist im privaten Bereich nahezu allgegenwärtig. Wer hat nicht schon Fotos oder Musik via Bluetooth von Gerät zu Gerät übertragen? Doch in der Industrie sind solche Funktechnologien noch nicht ganz angekommen, gewinnen aber zunehmend an Bedeutung. Denn Funktechnik bietet Flexibilität – zum Beispiel, wenn Anlagen verändert werden müssen. „Neue Wege der Drahtlostechnologie wird die 5G-Technologie bieten“, prophezeit Alexander Bentkus, Senior Porect-/Technical Manager im ZVEI-Fachverband Automation. 5G soll die Nachfolgetechnik der aktuellen LTE-Mobilfunknetze werden. Laut ZVEI erfüllt sie die hohen Anforderungen für den industriellen Einsatz – vor allem was die Echtzeitfähigkeit angeht. Industrielles 5G wird allerdings derzeit erst standardisiert, vielzählige Anforderungen müssen konsolidiert in die Normung eingebracht und über Erprobungen validiert werden. Es kann also noch dauern, bis 5G in der Fabrikhalle ankommt.

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Kabellose Datenübertragung via Licht

An konkreteren Technologien zur kontaktlosen Datenübertragung arbeitet derzeit das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS. Und zwar an der Li-Fi-Technologie. Sie nutzt das Spektrum des Lichts, um Daten zu übermitteln und stellt somit eine Alternative zu WLAN und Bluetooth dar. Größter Vorteil: Die Technologie ist echtzeitfähig, was bei industriellen Anwendungen oft im Mittelpunkt der Datenübertragung steht. Allerdings wird für die Übertragung eine Sichtverbindung benötigt, was das Einsatzspektrum wiederum einschränkt. „Kupfer- oder Lichtwellenleiter wird die optische Übertragung also nicht ersetzen können“, erklärt Dr. Alexander Noack vom Fraunhofer IPMS. Dennoch kennt Noack viele weitere Vorteile der Technologie: „Im Grunde kombiniert Li-Fi die Vorteile einer Kabel-Steck-Verbindung mit denen der drahtlosen Übertragung. Hohe Flexibilität, hohe Datensicherheit im Vergleich zu Funk aufgrund der notwendigen Sichtverbindung, hohe Bandbreite, keine elektromagnetischen Interferenzen, echtzeitfähige Kommunikation und die Nutzung eines nicht regulierten und damit nicht lizensierten Spektrums, nämlich des Lichts.“

Auch Wieland Electric hat diese Vorteile bereits erkannt und setzt die Datenübertragung via Licht in der eigenen Produktion ein. Konkret kommt die Technologie an einer Fertigungslinie für Elektronikbauteile zum Einsatz. Dabei werden Daten zur Steuerung der Anlage sowie zur Betriebsdatenerfassung zwischen Li-Fi-Sender und –Empfänger übertragen. Konfigurationsdaten gehen an die Maschine, während Informationen zu Output oder Störungen an das Betriebsdatenerfassungssystem von Wieland zurückkommen. Die Anbindung an das Datennetz erfolgt über die optische Kommunikationslösung Trulifi 6013 von Signify, die eine sichere Punkt-zu-Punkt-Verbindung herstellt und Übertragungsraten von 250 Mbit/s unidirektional und 2 x 250 Mbit/s bidirektional ermöglicht.

Die Experten der Kabelhersteller, Forschungsinstitute und des ZVEI sind sich einig, dass es künftig darauf ankommen wird, alle Übertragungstechnologien und -medien clever miteinander zu kombinieren.

Neue Kabeltechnologien

Denn auch Kabel und Leitungen stehen ganz und gar nicht vor dem Ende. Im Gegenteil: mit neuen Kabeltechnologien – mechanisch wie auch elektrisch – bieten sie nach wie vor die breitesten Anwendungsmöglichkeiten in der industriellen Datenübertragung. Kupferkabel werden dabei weiterhin die größte Rolle spielen, ist sich Rainer Rössel, Leiter des Geschäftsbereichs Chainflex-Leitungen bei der Igus GmbH, sicher: „Die Datenvolumen müssen steigen, bis die Entscheider entdecken, dass die kupferbasierte Datenübertragung im industriellen Umfeld auf Dauer nicht ausreichen wird.“

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Die Hersteller sind dafür gerüstet und haben Lichtwellenleiter für den industriellen Einsatz bereits im Portfolio. Sie übertragen enorme Datenmengen, die schnellsten – laut Kabelhersteller Lapp – mehr als 250 Terabit/s. Außerdem würde die Technologie vor allem in „EMV-verseuchten“ Umgebungen ihre Vorteile ausspielen. Lapp setzt allerdings bei großen Datenmengen auch auf herkömmliche Kupfer-Verkabelung mit neuester Technik – sogenannte Cat.7-Industrial-Ethernet-Leitungen. Was die Übertragungsleistung angeht, sind sie robust gegen Schäden und Alterung. Dadurch erreichen sie auch dann noch die volle Übertragungsrate von 10 Gbit/s, wo bei Leitungen niedriger Kategorie (Cat.5 oder Cat.6) die Leistung schon abfällt. Um einzelne Sensoren oder E/A-Systeme dezentral in der Maschine in das Ethernet-Netzwerk zu integrieren, seien Cat.6- oder gar Cat.7-Leitungen allerdings überdimensioniert, warnt der Kabelspezialist.

Single-Pair-Ethernet wird kommen

Hier kommt eine weitere Technologie ins Spiel, die die industrielle Datenübertragung künftig optimieren kann. Und zwar geht es um Single-Pair-Ethernet-Leitungen. Statt vier Aderpaaren haben sie nur eines, das spart beim Anschluss Zeit, in der Herstellung Geld und bei beengten Platzverhältnissen Bauraum. „Die Technologie wird kommen. In der Vergangenheit sind solche Entwicklungen immer schneller umgesetzt worden, als man es für möglich gehalten hat“, sagt Stefan Eker, Produktmanager bei Weidmüller. Das Unternehmen treibt in Technologiepartnerschaften mit anderen Unternehmen die Normung voran. Dabei entstehen IP20- und IP65/67-Steckgesichter für die ein- und vierpaarige Datenübertragung in Single-Pair-Ethernet-Anwendungen. Denn für die zuverlässige Datenübertragung – egal bei welcher kabelgebunden Technologie – ist es essentiell, dass der Kontakt zwischen Kabel und Steckverbinder optimal passt.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht