Optische Polymer Fasern (POF) - Frage. Optische Polymerfasern - in Kraftfahrzeugen bald serienmäßig?

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1 Frage Optische Polymerfasern - in Kraftfahrzeugen bald serienmäßig? Optische Polymerfasern - in Kraftfahrzeugen bald serienmäßig? W. Niedziella Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE (DKE) Fachbereich 6 Bauelemente und Bauteile der Nachrichtentechnik und Elektronik

2 Datenübertragung heute Datenübertragung mit Kupferkabeln Vorteil: niedrige Kosten, einfache Verarbeitbarkeit Nachteil: Kapazität auf mittlere Datenraten und Entfernungen eingeschränkt, Empfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen Datenübertragung mit Glasfaserkabeln Vorteil: annähernd unbegrenzte Bandbreite und Reichweite Nachteil: hohe Kosten für die Herstellung, hohe Kosten für die Verbindungstechniken Einsatz Fernkommunikation hochwertige lokale Netze Für die Datenübertragung wurden bisher überwiegend Kupferkabel und Glasfaserkabel verwendet. Kupferkabel zeichnen sich durch niedrige Kosten bei der Herstellung, für die Herstellung notwendiger Komponenten sowie durch einfache Verarbeitbarkeit aus. Dafür ist ihre Kapazität auf mittlere Datenraten und Entfernungen eingeschränkt. Weiterhin kann die Empfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen bzw. die eigene Abstrahlung zu Problemen führen. Die optischen Glasfaserkabel zeichnen sich durch annähernd unbegrenzte Bandbreite und Reichweite aus. Die hohen Kosten für die Herstellung und insbesondere die Kosten für die Verbindungstechniken haben den Einsatz bisher auf die Fernkommunikation bzw. hochwertige lokale Netze beschränkt. Eine weitere Möglichkeit Daten zu übertragen besteht durch Verwendung von optischen Fasern aus Polymeren (POF - Plastic Optical Fiber), deren Herstellung seit Ende der 60er Jahre möglich ist.

3 Grundsätzliches Materialien Kern: Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat Mantel: fluorierte Polymere Unterschiede zu Glasfaserkabeln viel größerer Kerndurchmesser (z. B. 1 mm) relativ großer Brechungsindexunterschied und damit großen Akzeptanzwinkel recht hohe Dämpfung (bester bisher erreichter Wert liegt bei 40dB/km) Wie jede optische Faser ist eine POF aus einem transparenten Kern und einem Mantel mit etwas niedrigerem Brechungsindex aufgebaut. Im Gegensatz zu Glasfasern, bei denen der Kern aus Quarzglas besteht, besteht der Kern einer POF aus Polymeren wie z. B. Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat. Als Material für den Mantel werden üblicherweise fluorierte Polymere verwendet. Ein wesentlicher Unterschied zwischen POF und Glasfaser ist der viel größere Kern-durchmesser der POF. Der relativ große Brechungsindexunterschied führt zu einem großen Akzeptanzwinkel, was trotzdem einen akzeptablen Biegeradius erlaubt.

4 Vor- und Nachteile Vorteile großer Durchmesser leichte Verarbeitbarkeit der Polymeroberfläche einfache Ankopplung von Sende- und Empfangselementen einfachere Konstruktion von Steckverbindern (Spritzgußtechnik) kostengünstiger Einsatz Nachteile hohe Dämpfung, die eine Datenübertragung mit hoher Datenrate derzeit nur auf Strecken bis ca. 50 m interessant macht Der große Durchmesser der POF, verbunden mit einer leichten Verarbeitbarkeit der Polymeroberfläche, insbesondere bei der Ankopplung von Sende- und Empfangselementen sowie der einfachere Konstruktion von Steckverbindern - in der Regeln reichen preiswerte Komponenten in Spritzgußtechnik aus - machen die POF für einen kostengünstigen Einsatz interessant. Jedoch wird das Einsatzgebiet der POF durch deren recht hohe Dämpfung einge-schränkt. Der beste bisher erreichte Wert liegt bei 40dB/km, was eine Datenübertragung mit hoher Datenrate derzeit nur auf Strecken bis ca. 50 m interessant macht.

5 Einsatzgebiete Im wesentlichen gibt es drei Haupteinsatzgebiete: Kommunikation (z. B. digitale Geräte im Heim- und Bürobereich) Board-to-Board und Chip-to-Chip Verbindungen (z. B. zunehmende Taktgeschwindigkeiten und immer größer werdende Busbreiten) Automotive-Bereich (z. B. hunderte von Datenverbindungen) Aber gerade hier könnte das Haupteinsatzgebiet der POF liegen. Drei Anwendungsbereiche zeichnen sich jetzt schon ab: 1) Kommunikation, denn die Anzahl von digitalen Geräten im Heimund Bürobereich nimmt ständig zu; 2) Board-to-Board und Chip-to-Chip Verbindungen, denn mit zunehmenden Taktgeschwindigkeiten und immer größer werdenden Busbreiten sind die POF den bisher verwendeten Leitungen auf Kupferbasis weit überlegen; 3) Automotive-Bereich, denn in modernen Kraftfahrzeugen, Schienen-fahrzeugen und Flugzeugen werden schon heute hunderte von Daten-verbindungen eingesetzt (z. B. Netze mit CD-Wechsler, Lautsprecher, Radio, Navigationssysteme). Der Einsatz von POF in diesen drei Anwendungsbereiche verspricht Einsparungen beim Gewicht, Verringerung von Kosten und Verringerung von EMV-Problemen. Jedoch wirft der Einsatz von POF auch noch Probleme auf. So ist neben der hohen Dämpfung noch der Temperaturbereich, in denen POF betrieben werden können, zu verbessern. Derzeit werden aber schon zulässige Temperaturen von C erreicht und die Entwicklungen gehen weiter.

6 Ausblick Normung Verschiedene Ingenieurvereinigungen weltweit VDE: ITG Fachgruppe "Optische Polymerfasern DKE: Voranfragen zur Aufnahme von neuen Normungsprojekten zu POF Produkte POF werden mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Erfolg neuer multimedialer Techniken für den privaten Anwender beitragen Derzeit beschäftigen sich verschiedene Ingenieurvereinigungen mit der POF-Technologie. Auch die ITG Fachgruppe "Optische Polymerfasern" im VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationtionstechnik ist auf diesem Gebiet sehr aktiv. Von Mitgliedern der ITG gibt es auch erste Voranfragen zur Aufnahme von neuen Normungsprojekten zu POF. Sollten die derzeit laufenden Entwicklungen sowie die Normung der POF erfolgreich sein, wird die POF mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Erfolg neuer Multimedialer Techniken für den privaten Anwender beitragen.

7 Auflösung der Frage Sie werden schon serienmäßig eingesetzt!

8 Schlußbemerkung... ich habe fertig. (Trapatoni, Fußballtrainer) Mit freundlicher Unterstützung: VDE/VDI-GMM