In Tunnelbohrprojekten und im Bergbau hält die Digitalisierung Einzug. Aufgrund rauer Umgebungen sind die Anforderungen an eine sichere Datenübertragung hoch. Da optische Schnittstellen jedoch empfindlich gegenüber Verschmutzungen sind, benötigen Minen- und Tunnelbaubetriebe eine besondere Lösung.

Hohe Datenraten – extreme Bedingungen

Große Entfernungen und die gleichzeitig erforderlichen hohen Bandbreiten machen Lichtwellenleiter, kurz LWL, zum essenziellen Leitmedium für die Datenübertragung. Die Lösung für hohe Datenraten unter extremen Bedingungen nennt sich bei der Verbindungstechnik-Sparte des Herstellers Harting „Expanded Beam Cable Assembly“. Mit den robusten Steckverbindern sind sowohl HD-TV an Maschinen und Anlagen, als auch die Ortung von Personal in Notfällen bis in die letzten Winkel einer Grube kein Problem mehr. LWL sicher verpackt in einem Steckverbinder, dem weder Staub noch Wasser oder rustikale Bedienung etwas anhaben können: für eine sichere Datenverbindung bis an jede Maschine.

Digitalisierung bis in den letzten Winkel

Eine Öllampe, Schlägel und Eisen, manchmal noch ein Kanarienvogel. Das sind die Utensilien, die der Bergmann Gezähe nennt, und die für den Abbau untertage vor 200 Jahren notwendig waren. Heutige Minen und Bergbaubetriebe erinnern wenig an diese Zeit, wenn man Maschinen, Förderanlagen und die ausgefeilte Technik hinter Tunnelbau oder Rohstoffgewinnung betrachtet. Auch hier hält die Digitalisierung ihren Einzug und verbessert Wirtschaftlichkeit und Sicherheit durch immer mehr Transparenz in Echtzeit.
Bohrwagen, Radlader, Walzenlader und Sprengwagen sind nur einige Geräte eines großen Bergbaubetriebes, die man in Zukunft besser überwachen möchte. Neben wirtschaftlichen Interessen wie Fördermengenmessung in Echtzeit oder die Menge des eingesetzten Sprengstoffes, gilt es auch die Sicherheit zu erhöhen. Durch moderne Überwachungssysteme können live Maschinen und Personen geortet und im Notfall schneller gefunden und gerettet werden. Aber wie finden alle diese Daten ihren Weg an die Erdoberfläche?

Mit optischen Steckverbindern an die Oberfläche

Nimmt man den Bau des Gotthardt-Tunnels als Beispiel, galt es zum Ende der Bauphase je Seite gut 25 Kilometer zu überbrücken. Eine Ethernet-Übertragung über Kupferkabel schließt sich damit aus, Lichtwellenleiter, beziehungsweise deren Schnittstellen, sind nicht für den Einsatz in derartigem Terrain geeignet. Sie überbrücken lange Distanzen mit großer Bandbreite, sind jedoch letztlich zu empfindlich. Zumindest war das bisher so.

Endlich robust

Optische Steckverbinder, die auf keramischen Ferrulen, wie ST, SC, LC und E2000 basieren, verbinden die Glasfasern mit Hilfe eines physikalischen Kontakts der polierten Faserendflächen. Weit verbreitet ist diese Art von Steckverbindern bereits in LANs, WANs und Rechenzentren. Besonders beliebt für diese Bereiche sind sie, weil die trockenen, sauberen und klimatisierten Bedingungen eine zuverlässige Umgebung in der optischen Verkabelung bieten. Für den Einsatz im Außenbereich müssen diese IP20-Steckverbinder allerdings mit unterschiedlichen Gehäusen konfiguriert werden, um Schutzgrade bis IP65/ IP67 zu erlangen. Nur so können sie sicher für den Einsatz unter rauen Bedingungen verwendet werden - zumindest solange sie gesteckt sind.
Wird die Schnittstelle geöffnet, ist eine Kontamination unter den extrem rauen Bedingungen untertage unvermeidbar. Denn in Bereichen, in denen optische Verbindungen oft auf- und abgebaut oder dort, wo Anlagen und Anlagenteile regelmäßig örtlich verändert werden, ist eine Beschädigung der Ferrulen nicht zu verhindern. Dabei spielt es keine Rolle, ob sie mit einem zusätzlichen IP65/ IP67 Gehäuse geschützt werden oder nicht. Kritisch ist eine Öffnung der optischen Verbindung immer. Minimale Mengen Staub, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen gelangen schnell auf die Ferrulen und verhindern eine erfolgreiche Übertragung.
Trotz schwieriger äußerer Bedingungen und Herausforderungen im Bergbau steigen die Nachfrage und der Bedarf an Datenkommunikation sowie an der Anbindung ans Firmennetzwerk. Für weite Übertragungsstrecken und gleichzeitig hohes Datenaufkommen bleibt also doch nur der Lichtwellenleiter – jedoch mit einem neuartigen, robusten Steckverbinder, dem Schmutz und Wasser nichts anhaben können, und der einfach zu reinigen ist.

Mögliche Aufgaben im Bergbau sind:

• Die Fernsteuerung der Maschinen aus einer Leitstelle
• Die HD-Videoüberwachung der Anlagen und Maschinen
• Die Netzwerkanbindung an das Firmennetz zur Abfrage von Daten, Leistung und Ertrag
• Die Anbindung der WLAN-Router innerhalb der Anlagen für Telefonie, Ortung von Fahrzeugen, Gegenständen und Personen
• Die Übermittlung von Aufträgen an Arbeitsmaschinen oder Transportfahrzeuge

Die Mitarbeiter im Berg- oder Tunnelbau verfügen weder die Zeit noch das notwendige Material für eine ordnungsgemäße und Standard-Faseroptik-Steckverbinder-konforme Reinigung. Maschinenstillstand und Förderausfälle kosten Unternehmen enorme Summen und müssen zwingend vermieden werden.

Zuverlässige optische Verbindung

Hartings Expanded Beam-Kabelkonfektion ist die Lösung für den Einsatz von Glasfasern untertage und innerhalb rauer Industriefelder. Die Lösung wurde entwickelt, um in sehr harten, rauen und schmutzigen Situationen eine zuverlässige optische Verbindung zu gewährleisten. Zudem ist ein regelmäßiges Auf- und Abbauen der Verkabelung in entsprechenden rauen Zonen problemlos umzusetzen. Sogar eine Verlängerung der optischen Verbindung ist einfach durch den Anschluss eines weiteren Kabels möglich, ohne hierbei auf die Verlege-Richtung achten zu müssen. Durch das hermaphroditische Steckgesicht, ist des Weiteren kein zusätzlicher Adapter von Nöten. Die Lösung ist deshalb insbesondere für Bereiche geeignet, die extremen äußeren Bedingungen ausgesetzt sind. Bergbau und Tunnelbohrmaschinen sind nur zwei der vielen möglichen Anwendungen.

Neue versus bisherige Lösung

Bei Ferrulen-basierten Steckverbindern wird die Glasfaser in die Ferrule eines Standard-Faseroptik-Steckverbinders eingeklebt. Wichtig für die Faserendfläche ist, dass diese geschliffen und poliert sein muss. So können dann die zu verbindenden Stecker die Faserendflächen in Kontakt bringen, womit Licht von einer Faser in die andere eingekoppelt wird. Die lichtführenden Bereiche der Fasern haben je nach Fasertyp einen Durchmesser von 0,009 mm bis 0,065 mm. Folglich lässt bereits die kleinste Verschmutzung in genau diesem minimalen Bereich die Dämpfung des optischen Signals sehr schnell wachsen, wodurch letztlich die Verbindung getrennt wird.

Der neue Steckverbinder erweitert den Durchmesser des Lichtstrahls durch den Einsatz einer Linse um den Faktor 40. Der erweiterte Lichtstrahl kann nun in den gegenüberliegenden Stecker eingekoppelt und mit der Linse des zweiten Steckers wieder zurück auf den Faserdurchmesser kollimiert, das bedeutet in gerader Linie geführt, werden. Die Kollimation ermöglicht es, dass die Lichtstrahlen wieder von der Faser aufgenommen werden können. Der Vorteil liegt auf der Hand: da der zwischen den Steckern übertragene Lichtstrahldurchmesser um das Vierzigfache erweitert wird, stellt eine Staubverschmutzung mit einer Größe von 0,020 mm keine Störung mehr dar. In einer IP20-Lösung hätte eine Staubverschmutzung dieser Größenordnung zur Trennung der Verbindung geführt. Der Expanded Beam-Steckverbinder besitzt die Schutzklasse IP68 und ist einfach zu reinigen. Zwar wird er standardmäßig mit einer Schutzkappe ausgeliefert, die im ungesteckten Zustand die Linsen und Gewinde schützen soll, aber auch ungeschützt sind Staub und Wasser kein Problem. Dazu wird einfach die Kontaktfläche abgespült, mit einem Tuch oder an der Kleidung grob abgewischt und verbunden. Insgesamt eine einfache und wirksame Lösung für Gigabit-Ethernet bis in die entlegensten Winkel von Tunneln, Bergwerken oder anderen Großindustrieanlagen. So sorgt die Digitalisierung für eine verbesserte Prozessüberwachung und mehr Sicherheit im Bergbau.