Im Office-LAN und im RZ arbeiten Netze in ver­gleichsweise kontrollierten Umgebungen. In der Industrie sind die Umweltbedingungen sehr viel anspruchsvoller. Doch dazwischen existiert ein großer „etwas rauerer“ Bereich, in dem die heute allgegenwärtige Vernetzung ebenfalls eine verlässliche Verkabelung benötigt. Standards helfen bei der Auswahl.

Nahezu der gesamte Alltag – beruflich wie privat – hat heute mit dem Netzwerk zu tun, etwa wenn es darum geht, E-Mails zu schreiben, einzukaufen oder aber auch sich im Freizeitpark zu vergnügen. Der massive Einzug von digitalen Informationen, mobilen Geräten und Ethernet-Technik in jeden Winkel des Lebens hat zur Konsequenz, dass Netzwerkverbindungen an weitaus mehr Orten verfügbar sein müssen als je zuvor. Für den Geschäftserfolg eines Unternehmens ist es daher unerlässlich, Netzwerke auch in Bereichen zu installieren, die in der Vergangenheit ohne solche Verbindungen und WLAN-Services auskamen. Diese Bereiche liegen oft zwischen dem, was typischerweise als „normale Büroumgebung“ oder als „industrielles Umfeld“ eingestuft ist. Solche Installationen haben dabei ihre eigenen, ganz spezifischen Ansprüche an Kabel und Verbindungstechnik.
Kaffees, Laboratorien, Fußballstadien und Verkehrsmittel können zum Beispiel Feuchtigkeit, Verschmutzung, Vibration und anderen Belastungen durch verschiedene Umgebungsfaktoren ausgesetzt sein. Für diese Bereiche ist eine robustere Ausführung der Kabel und Verbindungstechnik nötig als für gewöhnliche Büroumgebungen. Gefordert sind folglich Komponenten, die so ausgelegt sind, dass sie die Netzwerkverbindungen vor Beschädigung und Korrosion durch eine Reihe von besonderen Eigenschaften schützen.
Entstehen Netzwerke in solchen Bereichen, ist im ersten Schritt zu ermitteln, welcher Kabeltyp und welche Verbindungstechnik für die spezifische Umgebung erforderlich sind, um einen optimalen Schutz zu erzielen. Dabei fungieren spezielle Industriestandards und industriebasierende Klassifizierungen als Richtschnur.

Industriestandards

Die Industrie ist in ihrem Einsatzumfeld recht schnell zum Industrial Ethernet übergegangen und verzeichnet einen ständig wachsenden Bedarf an Kabeln und Verbindungstechnik für extremere Bedingungen. Die gleichen Standards, die für industriell genutzte Standorte gelten, können dabei auch zur Bestimmung des erforderlichen Robustheitsgrads von Kabeltyp und Verbindungstechnik dienen, die sich für etwas rauere Umgebungen eignen – also solche, die weder eindeutig als Büroumgebung noch als industrielle Umgebung einzustufen sind.
Der internationale Standard ISO/IEC 24702 definiert anwendungsunabhängige Anforderungen an symmetrische Kupfer- und Glasfaser-Verkabelungssysteme für eine Ethernet-basierende Datenkommunikation in industriellen Umgebungen. Er beschreibt die Einsatzmöglichkeiten und Anforderungen für Kabel und Verbindungstechnik, die auf die Betriebsbedingungen im industriellen Umfeld zugeschnitten sind.

MICE-Schutz

Spezielle RJ45-Steckverbinder lassen sich auch in Umgebungen mit hohen Umweltan-forderungen einsetzen. Bild: Siemon

Das MICE-Konzept zur Klassifizierung der Parameter für die Materialien, die zur Errichtung industrieller Netzwerke nötig sind, ist in den europäischen Standards EN  50173-3 wie auch in der ISO/IEC 24702 verankert. MICE steht für Mechanical (mechanische Beanspruchungen), Ingress (Eindringen von Stoffen), Climatic (chemisch/klimatische Beanspruchung) und Electromagnetic (elektromagnetische Beeinflussung). Näheres dazu findet sich zum Beispiel im Artikel „Die MICE-Falle umgehen“ in LANline 12/2018 ab Seite 46.
Die MICE-Einteilung spezifiziert drei Stufen der Umgebungsanforderungen: Stufe 1 für die normale Büroumgebung, Stufe 2 für die gewöhnliche Industrieumgebung und Stufe 3 für die raue Industrieumgebung. Damit erfordern beispielsweise M3I3C3E3-Umgebungen Netzwerkinfra­struktur-Komponenten, die in der Lage sind, den stärksten Belastungen durch Stoß, Vibration, Zug-, Schlag- und Biegebeanspruchung standzuhalten.
Wichtig zu beachten ist dabei, dass eine Umgebung selten einer einzigen MICE-Klassifikation zuzuordnen ist, da eine Verkabelungsstrecke von Punkt A zu Punkt B durch verschiedene Umgebungsklassifikationen führen kann. Für die Planung von Verkabelungssystemen in rauen Umgebungen ist daher eine genaue Kenntnis der jeweiligen Umgebungsbedingungen notwendig und ebenso der jeweiligen Stufen von 1 bis 3 für jeden Parameter. Bei der Auswahl der Komponenten sollten stets das Worst-Case-Szenario und der schlechtest mögliche Wert für den einzelnen Parameter berücksichtigt werden – und zwar unabhängig von den anderen Parametern. So kann zum Beispiel eine Umgebung, die Flüssigkeiten ausgesetzt ist, als M1I3C1E1 klassifiziert sein. Sind nur Komponenten verfügbar, die der höheren Klassifikation M3I3C3E3 entsprechen, können auch nur diese zum Einsatz kommen, obwohl dieser Schutzgrad eventuell gar nicht für alle Parameter gefordert ist.

IP-Schutzarten

Eine weitere normierte Klassifizierung für raue Umgebungen ist die IP-Schutzart (Ingress Protection), die das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (Cenelec) ausgearbeitet hat und die den Schutz vor dem Eindringen fester und flüssiger Stoffe angibt. Die erste Kennziffer nach den Buchstaben IP klassifiziert den Schutzgrad gegen Festkörper (Staub oder größere Fremdkörper). Die zweite Kennziffer gibt den Schutzgrad gegen Flüssigkeiten (Wasser) an. Ein IP-Grad von IP22 bedeutet zum Beispiel Schutz gegen fingergroße Objekte und senkrecht fallendes Wasser.
Eine der gängigen IP-Schutzarten für die industriegerechte Verbindungstechnik ist IP66/IP67, was einen vollständigen Schutz gegen das Eindringen von Staub und Wasser anzeigt. Während die IP-Schutzart speziell zur Bestimmung des benötigten Schutzgrades für feuchte und staubige Umgebungen dient, ist es unerlässlich, ebenso die übrigen MICE-Parameter einzubeziehen. Dazu zählt die Fähigkeit, erweiterten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereichen standzuhalten oder die Übertragungsleistung trotz höherer Belastung durch elek-trostatische Entladung oder hochfrequente Störungen abzusichern.

Auswahl geeigneter Kabel und Verbindungstechnik

EMV-Beeinträchtigungen bestehen bei LWL-Kabeln nicht. Für andere Anforderungen an die Robustheit ist eine passende Konstruktion notwendig. Bild: Siemon

Die Auswahl von Kabeln und Verbindungstechnik für die die etwas rauere Umgebung sollte auf geeignete Komponenten mit den erforderlichen Eigenschaften fallen, um einen maximalen Schutz zu gewährleisten. Dazu gehören:

  • Chemikalienbeständiges Thermoplast-Gehäuse der Verbindungstechnik – Verwendung von Materialien für Stecker und Buchsen, die den breitestmöglichen Schutz gegen die meisten Lösungsmittel und gängigen industriellen Chemikalien bieten,
  • Staubschutzkappen für Anschlussbuchsen, sie können ungenutzte Buchsen bei Reinigungsvorgängen schützen und abdichten,
  • Kupfer- und Glasfaser-Verbindungstechnik mit IP67-Schutzart, denn robuste Anschlussbuchsen und modulare Patch-Kabel mit einer IP66/IP67-Abdichtung bieten Schutz vor Staub und Wasser,
  • geschirmte Twisted-Pair-Verkabelung für Kupfer, denn geschirmte Varianten wie F/UTP und S/FTP bieten wesentlich bessere EMV-Eigenschaften,
  • beständigere Materialien für den Kabelmantel, denn Polyurethan und thermoplastische Elastomere bieten eine höhere Zugfestigkeit und Kälteflexibilität sowie tiefere Kältesprödigkeitswerte, einen höheren Verschleiß- und Abriebwiderstand wie auch eine bessere Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Feuchtigkeit, und
  • Zentralplatten mit IP44-Schutzart, denn Zentralplatten aus rostfreiem Stahl mit rückseitigem Dichtungsring bieten Schutz gegen Spritzwasser und Fremdkörper ab einem Millimeter Größe.

Es kann notwendig sein, sowohl Kupfer- als auch Glasfaserlösungen in Erwägung zu ziehen, insbesondere da auch Bereiche außerhalb von Rechenzentren und Verteilerräumen zunehmend mit Glasfaser verkabelt werden, um eine höhere Bandbreite bis zum Arbeitsbereich bereitzustellen oder um größere Distanzen zu überbrücken. Nicht alle MICE-Parameter treffen gleichermaßen auf Kupfer und Glasfaser zu, da Glasfaser unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Interferenz ist. Die Schutzart IP66/IP67 für die Verbindungstechnik lässt sich jedoch auf Kupfer und Glasfaser anwenden, ebenso auch andere mechanische, klimatische und chemische Parameter.
Ein weiterer Aspekt ist die Breite des Angebots an Kupfer- und Glasfaser-Kabeltypen in verschiedenen Leistungsklassen. Die meisten Hersteller von robusten und industriegerechten Komponenten bieten für Kupfer bestenfalls die Kategorie 6, viele sogar nur die Kategorie 5e. Darüber hinaus bieten nur wenige die neuesten Glasfaser-Kabel und -Verbindungstechnik in robuster Ausführung.
Dies könnte daran liegen, dass viele industrielle Systeme nicht die höhere Bandbreite benötigen, die durch die Kategorie 6A und durch Glasfaser verfügbar ist. Da jedoch immer mehr LANs auch in etwas raueren Umgebungen installiert werden, sind die Planer bemüht, dort die gleiche Übertragungsleistung abzusichern wie im restlichen Unternehmens-LAN. Dabei ist es wichtig, sich an einen Hersteller zu wenden, der robuste Kupfer- und Glasfaser-Verbindungstechnik mit der gleichen Leistungsfähigkeit verfügbar hat wie für das übrige LAN. Dies macht Kompromisse bei Verbindungen in etwas raueren Umgebungen bezüglich Bandbreite und Leistung unnötig. Für die etwas raueren Umgebungen spielt Erfahrung in der Planung eine immens wichtige Rolle. Während Planer, die mit der Errichtung von Netzwerken in industriellen Umgebungen vertraut sind, sehr wahrscheinlich über die jeweils anzuwendenden MICE-Parameter und geforderten Produkteigenschaften gut Bescheid wissen, muss dies für Planer und Installateure aus kommerziellen Bereichen nicht zwingend zutreffen. Sie sind daher gut beraten, eng mit solchen Kabel- und Komponentenherstellern zu arbeiten, die auch die neuesten robusten Komponenten aus Kupfer und Glasfaser anbieten, die eingehende Kenntnisse zu den Standards und Spezifikationen und die nötige Erfahrung aufweisen können, um den erforderlichen Kabeltyp und die entsprechende Verbindungstechnik anhand einer Vielzahl von Umgebungsfaktoren zu bestimmen.

Fazit

Mit der zunehmenden Digitalisierung der Welt in immer mehr Lebensbereichen wächst auch die Nachfrage nach Netzwerkkabeln, Patch-Kabeln und Steckverbindern, die in der Lage sind, härteren Umgebungsbedingungen standzuhalten. Kabel und Verbindungstechnik in robuster Ausführung sind auf dem Markt verfügbar. Ebenso wichtig sind jedoch ausreichende Kenntnisse über die anzuwendenden Standards und die Auswahl der geeigneten Typen robuster Komponenten. Nur so lässt sich die zuverlässige Funktion des Netzwerks langfristig gewährleisten und verhindern, dass Komponenten aufgrund von Korrosion und Beschädigung ausfallen.

Lee Funnell ist technischer Manager bei Siemon, www.siemon.com.