Helukabel Helucom Connecting Systems: Highway to Industrie 4.0

kein Text (Bild: Adobe Stock)

Die Coperion GmbH aus Stuttgart ist Markt- und Technologieführer bei Extrusions- und Compoundiersystemen sowie Schüttgutanlagen, die in der Kunststoff-, Chemie-, Nahrungsmittel- und Aluminiumindustrie eingesetzt werden. Hauptprodukte sind Doppelschneckenextruder zur Kunststoffherstellung. Sie erreichen einen Durchsatz von bis zu 100 Tonnen pro Stunde. Die gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder ZSK von Coperion sind die weltweit am häufigsten eingesetzten Extruder für die Produktion von technischen Kunststoffen. In den Extrudern findet die Compoundierung statt. Darunter versteht man die Aufbereitung des Kunststoffs durch Beimischung von Zuschlagstoffen, um bestimmte Eigenschaften gezielt zu optimieren.

Beim Verbinden von Fasern mittels Steck- und Spleißverbindungen können erhebliche Einfüge- bzw. Koppelverluste entstehen. Daher zahlt es sich aus, das Konfektionieren vom Experten machen zu lassen.

Reichweiten-Vorteil bei LWL

Neben dem Extruder als Herzstück umfasst die gesamte Anlage – angefangen beim vorgelagerten Reaktor zur Polymerisation der Kunststoffe bis zu den Silos zur sortenreinen Lagerung der Compounds – ein ganzes Areal mit mehrstöckigen Fabrikhallen. Leitungslängen von 1,5 km und mehr sind demnach keine Seltenheit bei den Datenkabeln. Das prädestiniert die Anlagen für den Einsatz von Lichtwellenleitern. Denn je länger die Strecke ist, die ein Datenkabel zu überbrücken hat, desto eher kann ein Lichtwellenleiter (LWL) seinen Reichweiten-Vorteil ausspielen. Bei der Datenübertragung via Kupfer ist bei einer maximalen Segmentlänge von 100 m Schluss – danach muss wegen der Dämpfung ein Repeater zwischengeschaltet werden.

Allein die räumliche Ausdehnung einer Maschine determiniert somit bereits die Wahl zwischen Kupfer und Glasfaser, besonders dann, wenn weitere Anlagenkomponenten wie Weiterverarbeitungen, Förderung oder Sortierung hinzukommen. Als Grundregel für Datenkabel im Maschinen- und Anlagenbau gilt daher: Dort, wo große Distanzen für die Buskommunikation überbrückt werden müssen, sind LWL das Medium der Wahl für eine schnelle und störresistente Datenübertragung. Bei LWL spielen auch Potentialunterschiede keine Rolle, was gerade im Anlagenbau von Vorteil ist. Da Coperion mit den Extrudern nur einen Teil der Gesamtanlage liefert, kann es zu Potentialunterschieden mit anderen Teilen der Anlage kommen. Für die Datenkommunikation über LWL stellt dies kein Hindernis dar.

Detailansicht des vergossenen Aufteilkörpers. Dieser ist mit einer kompatiblen Verschraubung zum Einbau in Spleißboxen von Helukabel ausgestattet.

Glasfaser – die Diva unter den Datenkabeln

Die Glasfaser besitzt, verglichen mit der elektrischen Übertragung durch Kupfer, das herausragende Merkmal einer weitaus höheren Übertragungsrate bei gleichzeitig sehr hoher Reichweite. Zudem findet keine Signalstreuung auf benachbarte Fasern statt. Die Glasfaser wird als optischer Leiter nicht elektromagnetisch beeinflusst und kann elektromagnetisch verträglich (EMV) gemeinsam mit Leistungskabeln verlegt werden, solange der LWL-Leiter ohne metallische Bewährung ausgeführt ist.

Das hochreine Glas der Fasern ermöglicht eine unübertroffen klare Signalübertragung. Doch so klar die Übertragung ist, so anspruchsvoll ist die „Diva“ unter den Datenkabeln in der Handhabung: In Abhängigkeit vom Biegeradius entstehen schnell hohe Biegeverluste durch das Abstrahlen von Lichtleistung aus dem Kern in den Mantel, der einen geringeren Brechungsindex aufweist. Speziell die Konfektionierung durch wenig geübtes Personal bezahlt man mit einer starken Zunahme der Signaldämpfung der Glasfasern. Beim Verbinden von Fasern mittels Steck- und Spleißverbindungen können erhebliche Einfüge- bzw. Koppelverluste entstehen.

Ein typischer Aufbau einer Compoundieranlage zur Herstellung hochgefüllter und verstärkter Compounds.

Fertig konfektionierte LWL vom Experten

Während Kupferkabel schnell und einfach mit Steckern für die jeweilige Anwendung angepasst werden können, gehört zur Konfektionierung von LWL teures Equipment, Know-how und Erfahrung. Allein Anschaffungskosten von mehreren Zehntausend Euro für das Werkzeug zum Spleißen und Messen macht es attraktiv, bereits fertig konfektionierte LWL vom Spezialisten zu beziehen.

Helukabel liefert nach Wunsch LWL „ready to use“ inklusive der Anschlusstechnik aus dem umfangreichen Programm von Helucom Connecting Systems®. Je nach Anwendung werden die Kabel mit einem passenden Aufteilkörper verbunden, der die Fasern aus dem Bündeladerkabel ohne Spleißungen in einzelne Simplexkabel führt, die wiederum mit werkskonfektionierten Steckern abgeschlossen sind. Zuletzt wird der Übergang vom Kabelmantel zum Aufteilkörper mit Polyamid vergossen, was die typische Kabelschwachstelle deutlich robuster macht als ein ansonsten häufig benutzter Schrumpfschlauch. Das mitgelieferte Messprotokoll gibt Auskunft über die Übergangsdämpfung des fertig konfektionierten Kabels.

Ein Stationsausfall wird über den redundanten Ring überbrückt. Da in diesem Beispiel keine Switche zwischen Stationen und Netzwerk liegen, die den Ausfall direkt überbrücken, kann das der Ring mittels Reservering selbst übernehmen. Die Fehlertoleranz liegt ohne zusätzliche Switche jedoch bei 1. Ein weiterer Ausfall kann nicht durch das Netzwerk überbrückt werden.

Kabel-Know-how direkt vom Hersteller

Martin Wurz, Elektrokonstrukteur Large Extruders bei Coperion, schätzt die direkte Zusammenarbeit mit Helukabel. „Wo bekommen wir eine bessere Beratung als von der Fachabteilung des Kabelherstellers selbst? Natürlich müssen wir unsere Anforderungen an den LWL schon gut definieren können. Dann aber kann ich mich darauf verlassen, dass Helukabel die optimale Konfiguration vorschlägt und der Kundenbetreuer sich im Spezialfall direkt bei der eigenen Entwicklungsabteilung erkundigt“, weiß er aus Erfahrung.

Auf Spezialfälle ist Helukabel gut vorbereitet. Die LWL-Reihe Helucom Connecting Systems® besitzt ein breites Produktportfolio, das zwölf Typen von Aufteilkörpern umfasst. „Ich freue mich selbst immer wieder, wenn unser Sortiment auch für ungewöhnliche Fälle etwas bereit hält“, bekennt Horst Messerer, Produktmanager der Daten-, Netzwerk- & Bustechnik bei Helukabel: „Vor einiger Zeit benötigte Coperion einen LWL, der durch einen Auslass geführt werden musste, mit nur 18 mm Durchmesser. Hierfür konnten wir einen besonders schmalen Aufteilkörper anbieten und eine passende Zugentlastung realisieren“, erinnert sich der Helukabel-Produktmanager.

Unverwüstliche Netztopologie

Zur Anwendung kommen die LWL bei Coperion vorwiegend als Netzwerkkabel für eine möglichst ausfallsichere Rechner-Kommunikation (Visualisierung) innerhalb der Extruder. Von Anfang an war klar, dass sich die Steuerung sowohl über große Entfernungen erstreckt als auch dass die Netztopologie eine besonders hohe Maschinenverfügbarkeit sicherstellen muss. Die Maschinenkomponenten der Großextruder kommunizieren deswegen in einem redundant ausgelegten optischen Ring. „Wir wollen allen Ausfallszenarien eines Großextruders unbedingt vorbeugen. Gerade in einer Prozessindustrie wie der Petrochemie würde der Stillstand eines Extruders immense Ausfallkosten nach sich ziehen. Alles käme zum Erliegen. Deswegen setzen wir beim Netzwerk auf die Robustheit eines optischen Doppelrings“, erklärt Martin Wurz.

Redundanter Ring als letzter Rettungsanker

Zusätzlich zur architekturbedingten Ausfallsicherheit des Doppelrings sind die Netzteilnehmer über gemanagte Switche mit dem Netzwerk verbunden. Falls also ein Teilnehmer ausfällt, kann dieser direkt mit dem Switch überbrückt werden, sodass in diesem Fall überhaupt noch nicht auf den redundanten Reservering zurückgegriffen werden muss. Hierdurch steigt die Fehlertoleranz und das Doppelring-Netzwerk verkraftet mehr als einen Ausfall. Zudem erhält man damit eine Infrastruktur, in der sich alle Netzwerk-Komponenten im laufenden Betrieb warten und austauschen lassen. „Da die gemanagten Switche bereits die Netzwerksicherheit für den Ausfall einzelner Netzteilnehmer regeln, ist der redundante Ring wirklich als letzter Rettungsanker für den Extremfall gedacht – oder aber für den Fall, dass der LWL des Rings selber gebrochen ist. Das ist mir aber noch bei keinem unserer Großextruder zu Ohren gekommen. Das spricht schon sehr für die Robustheit der eingesetzten LWL“ resümiert Martin Wurz. Noch dazu wo die Großextruder sehr häufig in Schwellenländern mit extrem rauen industriellen Bedingungen stehen. Denn die Petrochemie beispielsweise siedelt sich oftmals gleich dort an, wo es entsprechende Vorkommen gibt.