Polymer Cladded Fiber
Abkürzung: HCS, PCF, PCS
Glaskern mit Kunststoffmantel: die Faser zwischen Polymer und Glas, mit der die Industrie Strecken überbrückt, für die POF zu kurz und Glasfaser zu aufwendig ist.
Definition
PCF (Polymer Cladded Fiber) ist ein Lichtwellenleiter mit einem Kern aus Quarzglas von 200 µm Durchmesser und einem Mantel aus Kunststoff, Außendurchmesser 230 µm. Gebräuchlich sind mehrere Namen für dieselbe Faser: PCF, HCS (Hard Clad Silica, eine Marke) und PCS (Polymer Clad Silica). Genormt ist sie in der Kategorie A3 der IEC-60793-Reihe.
Trotz der Nähe zu POF im Sprachgebrauch ist PCF keine Polymerfaser: Das Licht läuft im Glas, nicht im Kunststoff. Der Polymermantel bestimmt lediglich den Brechzahlsprung und macht die Faser mechanisch robuster und einfacher zu handhaben als eine Ganzglasfaser.
Einordnung zwischen POF und Glasfaser
| SI-POF | PCF / HCS | Multimode-Glasfaser | |
|---|---|---|---|
| Kern | 980 µm PMMA | 200 µm Quarzglas | 50 oder 62,5 µm Quarzglas |
| Außendurchmesser Faser | 1000 µm | 230 µm | 125 µm |
| Dämpfung | 160–230 dB/km | rund 10 dB/km | 0,2–3 dB/km |
| Wellenlänge | 650 nm | 650 und 850 nm | 850, 1310, 1550 nm |
| Konfektionierung | Cutter, steckerlos | Steckersatz mit Schleifwerkzeug | Spleißgerät oder Feldkonfektionierung |
| Typische Reichweite (Industrie) | 50–80 m | 100–400 m | 3–15 km |
PCF erbt von beiden Seiten: die Reichweite der Glasfaser für Halleninstallationen, die Feldkonfektionierbarkeit der Polymerfaser. Der Preis ist ein deutlich kleineres optisches Budget, weil in den 200-µm-Kern erheblich weniger Licht einkoppelt als in den 1-mm-Kern der POF.
Das Budget-Paradox
Eine Faser mit zwanzigfach geringerer Dämpfung müsste eigentlich weit mehr als zwanzigmal so weit reichen. Tut sie nicht – und der Grund liegt nicht in der Faser, sondern an ihren Enden.
Werte eines PROFIBUS-Link-Moduls, das beide Fasern bedient:
| Faser | Sendeleistung | Empfindlichkeit | Budget | Reichweite |
|---|---|---|---|---|
| POF | −7,5 dBm | −20 dBm | 12,5 dB | 80 m |
| PCF | −18 dBm | −22 dBm | 4 dB | 400 m |
Derselbe Sender liefert in die PCF über 10 dB weniger Leistung, weil der Kern kleiner und die numerische Apertur niedriger ist. Vom Budget bleiben 4 dB statt 12,5 dB. Dass die Reichweite trotzdem das Fünffache beträgt, verdankt sich allein der geringen Faserdämpfung.
Praktische Folge: Bei PCF entscheiden Steckverbindungen und Schnittqualität stärker über den Erfolg als bei POF. Ein schlechter Übergang kostet 1 bis 2 dB – bei 4 dB Budget ist das ein Viertel bis die Hälfte der Reserve, bei 12,5 dB ein Achtel.
Einsatz
PCF ist eine reine Industriefaser. Sie erscheint überall dort, wo eine optische Strecke länger sein muss, als POF trägt, ohne dass sich der Aufwand einer Glasfaserinstallation lohnt:
- PROFIBUS über Optical Link Module: bis 400 m gegenüber 80 m mit POF.
- PROFINET: 100 m mit PCF gegenüber 50 m mit POF, Steckverbinder SC-RJ.
- Punkt-zu-Punkt-Strecken zwischen Schaltschränken, Hallenteilen und Nebengebäuden, wo Potentialtrennung und Blitzschutz gefragt sind.
Im Heimnetz spielt PCF keine Rolle: Die Strecken sind kürzer als 50 m, und die einfache Konfektionierung der POF ist dort das entscheidende Argument.
Konfektionierung
PCF wird nicht wie POF mit dem Cutter abgelängt und eingesteckt. Der Glaskern verlangt einen eigenen Steckersatz und ein Schleifwerkzeug: Faser ablängen, Stecker aufsetzen, Stirnfläche schleifen und polieren. Das ist mehr Aufwand als bei POF, aber immer noch eine Feldarbeit ohne Spleißgerät – der Unterschied zur Glasfaser bleibt bestehen.
Die Steckverbinder entsprechen denen der Industrie-POF: SC-RJ für PROFINET, BFOC/ST und Simplex bei PROFIBUS. Ein Wechsel des Fasertyps auf derselben Strecke bedeutet daher nicht zwangsläufig neue Steckertypen, wohl aber neue Ferrulen und neue aktive Komponenten, weil Sender und Empfänger auf den jeweiligen Kerndurchmesser abgestimmt sind.
Messung
PCF wird bei 650 nm und bei 850 nm betrieben. Deshalb haben POF-Messgeräte in der Regel beide Wellenlängen an Bord: 650 nm für POF und PCF, 850 nm ausschließlich für PCF. Für PMMA-POF ist 850 nm unbrauchbar, weil die Dämpfung dort extrem hoch ist – Quelle und Messbereich nicht verwechseln.
Wegen des kleinen Budgets gehört bei PCF-Strecken eine Dämpfungsmessung zur Inbetriebnahme, nicht nur die Sichtprüfung. Rotes Licht am Faserende sagt bei 650 nm zwar, dass die Faser durchgängig ist, aber nichts über die verbleibende Reserve.
Quellen
- U.I. Lapp GmbH: Kurzanleitung PROFIBUS Optical Link Module (Kerndurchmesser, Dämpfung, Sendeleistung und Empfindlichkeit für POF und PCF)
- Siemens Industry Online Support, Beitrag 109754843 (zulässige Fasertypen und Reichweiten bei PROFIBUS und PROFINET, Steckertypen)
- Siemens: SIMATIC ET 200eco PN, Verkabelungstechnik (PROFINET-Segmentlängen POF und PCF)
- PROFIBUS Nutzerorganisation: PROFIBUS Technologie und Anwendung, Systembeschreibung (Eigenschaften von Lichtwellenleitern, HCS)
- IEC 60793-2-30 (Multimodefasern der Kategorie A3)