Dadurch ergeben sich besondere Anforderungen an die Verkabelung. Lapp zeigt, worauf es bei einer hochflexiblen Ethernet-Leitung der Cat. 6A ankommt, wenn sie gleichzeitig den hohen Belastungen in der Produktion standhalten soll.

Ein Fall für zwei

Hochflexible Leitungen, die dennoch mit einer maximalen Übertragungsrate von 10 GBit/s aufwarten können, waren bisher eher Zukunftsmusik. Inzwischen gibt es hochflexible Etherline-Leitungen nach Cat. 6A in zweierlei Ausführungen: für den Einsatz in Energie­führungsketten mit mindestens einer Million Biegezyklen und für Torsionsanwen­dungen bei 180 °/m.

In der Verkabelung von Rechenzentren ist Ethernet mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 10 GBit/s bereits seit Jahren Standard. Doch findet man das Ethernet-Protokoll nun auch zunehmend in der industriellen Produktion, denn viele moderne und zeitgemäße Automatisierungsanwendungen überfordern die bisherigen proprietären Feldbussysteme wie PROFIBUS oder CANopen aufgrund ihrer datenintensiven Systemanforderungen.

Bisher gab es auf dem Markt allerdings nur starre oder flexible Leitungen mit den Eigenschaften und elektrischen Parametern der Kategorie Cat. 6A nach ISO/IEC 11801, EN 50288-2-2, IEC 61156-1, IEC 61156-6 und DIN EN 50173-1, also einer Datenübermittlungsrate von bis zu 10 GBit/s.

Das Etherline FD Cat. 6<sub>A</sub>-Kabel übermittelt Daten mit einer Rate bis zu 10 GBit/s.

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Dagegen war mit hochflexiblen Leitungen nur eine maximale Übertragungsrate bis zu 1 GBit/s möglich. Noch lassen sich zwar viele Anwendungen auch durch Ethernet-basierte Feldbussysteme mit einer maximalen Datenübermittlungsrate von 100 MBit/s abbilden und realisieren, langfristig wird jedoch ein höherer Standard von bis zu 10 GBit/s gefordert.

Lapp hat nun mit der Etherline Cat. 6A hochflexible Ethernet-Leitungen für den Einsatz in Energieführungsketten oder mit Torsionsfähigkeit entwickelt, die eine Datenübertragung mit bis zu 10 GBit/s erlauben.
Ralf Weine ist bei Lapp in Stuttgart für die Kabelentwicklung und Normung zuständig. Er erläuterte, dass die Etherline-Entwicklung das produktive Arbeitsergebnis auf die Frage sei, warum es kein Kabel für solche hohen Datenraten gebe, das für dauerbewegte Anwendungen konzipiert sei.

Doppelt hält besser

Die flexiblen Leitungen zeigen ein gutes Nahnebensprechverhältnis. Auch nach dem Dauertest liegen die Messwerte unter dem Grenzwert.

Die flexiblen Leitungen zeigen ein gutes Nahnebensprechverhältnis. Auch nach dem Dauertest liegen die Messwerte unter dem Grenzwert.Lapp

Die Schwierigkeit bei der Entwicklung bestand darin, eine Lösung für die Abschirmung der einzelnen Aderpärchen sowie für die Gesamtschirmung zu finden, um auch der besonderen Belastung bei dauerbewegtem Einsatz standzuhalten, welche in einer industriellen Umgebung besteht.

Jennifer Lehmann ist Produktmanagerin im Bereich Automation und Netzwerk. Sie betonte: „Die technische Herausforderung bestand für uns darin, eine Schirmung zu finden, die reißfest genug gestaltet ist um dauerbewegtem Einsatz zu widerstehen und darüber hinaus zuverlässig vor EMV-Einflüssen schützt.“ Das sei wichtig, damit keine Störungen auftreten.

Die Etherline Cat. 6<sub>A</sub> erfüllt die Anforderungen an die Dämpfung auch bei einer Länge von 100 m und einer Frequenz von 500 MHz.

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EMV-Abschirmung

Als Gesamtschirmung dient ein Kupferabschirmgeflecht, das zusätzlich durch ein alukaschiertes Vlies verstärkt wird. Das Kupfergeflecht dient der Abschirmung des Aderverbunds, etwa vor EMV-Einflüssen. Diese entstehen etwa im Umfeld von Motoren oder stromführenden Leitungen, die ein elektrisches oder magnetisches Feld aufbauen. Sie können zu einer Störung der Datenübertragung führen. Daher ist im Industrieeinsatz im Gegensatz zur Büroumgebung, in der EMV-Einflüsse vernachlässigbar klein sind, der hohe Bedeckungsgrad des Abschirmgeflechts essenziell.

Zusätzlich wird die Leitung beim Einsatz in Energieführungsketten häufig bewegt und gebogen. In Roboteranwendungen wiederrum wird das Kabel einer Torsion ausgesetzt. Diese zusätzliche Belastung des Schirms gleicht das aluminierte Vlies aus. Kommt es zu einem Bruch des Kupfergeflechts, hält das Vlies die Schirmung bis zu einem bestimmten Grade aufrecht.

Optimierter Störungsschutz

Anwendungen wie die kameragestützte Qualitäts­überwachung bei Robotern machen flexible und torsions­fähige Datenleitungen für  hohe Bandbreiten notwendig.

Anwendungen wie die kameragestützte Qualitäts­überwachung bei Robotern machen flexible und torsions­fähige Datenleitungen für hohe Bandbreiten notwendig.Lapp

Doch nicht nur die Abschirmung gegen äußere Einflüsse ist wichtig. Denn bei der differenziellen Datenübertragung über zwei sendende Adern können sich auch die Adern gegenseitig stören. Über die Verdrillung der Aderpärchen, als sogenannte twisted pairs, kann man diesem Phänomen entgegenwirken. Durch die permanent vertauschte Anordnung der Signalleiter von links nach rechts ändern sich die Vorzeichen der in einem Schlag induzierten Spannung. Auf diese Weise lässt sich eine über zwei Schlaglängen eingekoppelte Störung subtrahieren, so dass am Ende in der Praxis nur noch eine kleine Restgröße verbleibt.

Bei hohen Übermittlungsraten kann die Aderverdrillung die Einkopplungen jedoch nicht mehr komplett abfangen, so dass zusätzlich eine Einzelpaarschirmung nötig ist. Hier entschied sich Lapp für einen Folienschirm, den man um die Aderpaare wickelt. Mit Hilfe von Tests bestimmte man den optimalen Winkel für die Bewicklung. Noch besser ist es zwar im Normalfall, die Folie längseinlaufend um die Aderpaare zu legen, doch ist dies bei einer bewegten Anwendung nicht möglich, da sich die Folie nicht der Bewegung anpasst. Für den Außenmantel fanden abriebfeste Materialien wie PVC und PUR Verwendung, die ebenfalls für den Einsatz in bewegten Anwendungen optimiert sind.

Datenbeschleunigung in der Industrieproduktion

Jennifer Lehmann ist Produktmanagerin im Bereich Automation und Netzwerk. Ralf Weine ist zuständig für Kabelentwicklung und Normung. Gemeinsam zeigen sie, dass das Kabel hohen Belastungen standhält.

Jennifer Lehmann ist Produktmanagerin im Bereich Automation und Netzwerk. Ralf Weine ist zuständig für Kabelentwicklung und Normung. Gemeinsam zeigen sie, dass das Kabel hohen Belastungen standhält.Lapp

Mit der Einführung der Etherline Cat. 6A reagiert Lapp auf Anfragen von Kunden, die das Kabel beispielsweise bei der Roboterüberwachung oder bei der Kontrolle von Fertigungserzeugnissen durch Kamerasysteme einsetzen können.

Bislang waren die Leitungen nach der Kategorie Cat. 6A nur für die Anwendung in festen Installationen und für bedingt bewegte Applikationen geeignet, da die bisher üblichen Abschirmungsmaterialien weder torsionsbeständig waren noch einem hochflexiblen Einsatz, etwa in Energieführungsketten, standhielten. Durch das Material und die besondere Bewicklungstechnik lassen sich nun hohe Datenübermittlungsraten auch in bewegten Anwendungen erreichen.

(Der Text basiert auf Unterlagen von Lapp).