Verschillende datakabels zweven voor digitale grafiek

Kopergebaseerde databekabeling Betrouwbare datatransmissie met bewezen technologie

Procesautomatisering staat centraal in vele toepassingsgebieden: in de infrastructuur, in gebouwen of in de industrie. Er worden voortdurend meer deelnemers in de netwerken opgenomen. Bekabeling wordt steeds complexer door toenemende datavolumes en toenemende overdrachtssnelheden. Op koper gebaseerde databekabeling heeft zich al tientallen jaren bewezen.

Toenemende datasnelheden en overdrachtssnelheden vormen een steeds grotere uitdaging voor de transmissietechnologie en dus ook voor de transmissiekabels en de aangesloten connectoren. Toekomstbestendige ontwikkelingen en producten zijn nodig. Anders is een veilige gegevensoverdracht niet mogelijk. Bij thuistoepassingen zijn problemen die zich voordoen meestal aanvaardbaar. Defecte transmissies in industriële toepassingen kunnen echter tot hoge kosten leiden. Door hun goede fysieke en mechanische eigenschappen zorgen koperen kabels voor betrouwbare verbindingen voor gegevensoverdracht.

Voordelen

  • Kostengeoptimaliseerde gegevensoverdracht dankzij jarenlange ervaring
  • Betrouwbare bescherming tegen gegevensdiefstal: geen gegevens aftappen mogelijk via de kabel
  • Gestandaardiseerde interfaces zoals RJ45, USB, HDMI, coaxiale en D-SUB-connectoren, alsmede ronde connectoren in M8 en M12
  • Optimale elektrische eigenschappen dankzij massieve koperen geleiders
  • Hoog kennisniveau dankzij ontwikkeling en eigen productie
Op koper gebaseerde dataconnectoren met kabels liggen verspreid naast elkaar

Koperen aders in de toepassing

Hoezo koperen ader? - Koperen kabels brengen stroom en spanning over met behulp van verschillende technologieën om apparaten van stroom en gegevens te voorzien. Koper heeft optimale eigenschappen voor de overdracht van elektrische energie. In sommige gevallen worden voor goedkope aders ook alternatieve materialen gebruikt, zoals aluminium, maar die leveren veel minder goede prestaties – in het geval van aluminium ongeveer twee derde van de elektrische geleiding.

Er is een breed scala aan koperen aders op de markt, zodat voor vrijwel elke toepassing met een specifiek protocol een optimale kabel met connectoren beschikbaar is. Een voorbeeld hiervan zijn D-SUB-connectoren voor de VGA aansluiting van schermen op een PC. In de industrie daarentegen wordt het PROFINET-protocol op grote schaal gebruikt. Dit wordt vaak doorgegeven via RJ45-connectoren in twisted pair-kabels met twee of vier paren.

De ontwikkeling van de technologie is al zeer ver gevorderd, maar er zijn nog meer innovaties op de markt beschikbaar. Een goed voorbeeld is Single Pair Ethernet, de transmissie van Ethernet-protocollen over slechts één paar draden. Voor deze nieuwe technologie worden volledig nieuwe kabels en connectoren ontworpen, die op hun beurt worden gestandaardiseerd. Dit bevordert de standaardisatie van interfaces.

Op koper gebaseerde datakabels in RJ45 en Single Pair Ethernet en in M8

Hoe zijn koperen datakabels opgebouwd?

In het algemeen wordt een onderscheid gemaakt tussen twee soorten datakabels op basis van koper:

  • Coaxiale kabels, waarbij één ader in het midden van de kabel loopt.

  • Gebundelde kabels, waarbij verschillende aders in één kabel worden geleid en in elkaar worden gedraaid. Ofwel zijn ze gebundeld rond een centraal gelegen vulelement – zoals bij veel vierpolige kabels het geval is. Of de aders van een paar zijn aan elkaar getwist en de aderparen zijn aan elkaar getwist – zoals bij veel achtpolige kabels. Dit laatste type bundeling wordt Twisted Pair (TP) genoemd.

Er zijn ook andere combinaties van deze basisstructuren, bijvoorbeeld voor kabels die gegevens en stroom op hybride wijze kunnen overbrengen.

De structuur van een coaxiale koperkabel

Interne structuur van een coaxiale L-kabel
Interne structuur van een coaxiale L-kabel
Interne structuur van een coaxiale L-kabel
Interne structuur van een coaxiale L-kabel

De kabelmantel op coaxiale kabels beschermt de binnenkant van de kabel tegen invloeden van buitenaf. Om de mechanische of thermische eigenschappen en weerstanden te verbeteren, wordt deze mantel meestal gemaakt van plastic materialen met additieven. Het is  bijvoorbeeld mogelijk om kabels geschikt te maken voor gebruik buitenshuis en om weerstand tegen vocht en zonnestraling te bereiken.

De binnengeleider kan massief of met dunne draden uitgevoerd zijn. In beide gevallen spreekt men van een flexibele kabel.

Veel flexibele coaxiale kabels hebben een afscherming die bestaat uit een dichtmazig vlechtwerk van metalen strengen. Voor betere afschermingseigenschappen kan ook een folie van metaal of met metaal beklede kunststof worden gebruikt. Daarentegen zijn er kabels met een massieve fase. Deze stijve kabels worden halfstijve kabels genoemd.

Het diëlektricum is het isolatiemateriaal tussen de binnenader en fase. Dit kan bestaan uit massieve kunststof, maar ook uit kunststofschijven of, zoals in de meeste gevallen, uit een kunststofschuim, bijvoorbeeld polyethyleen.

Interne structuur van een coaxiale L-kabel

Voor transmissie is een belangrijke parameter de demping van het signaal door het transmissiemedium.  Aangezien deze demping afhangt van de transmissiefrequentie, wordt zij gespecificeerd in verschillende frequenties – typische frequenties voor WLAN zijn bijvoorbeeld 2,4 GHz of 5,8 GHz. Kabels met een impedantie van 50 Ω of 75 Ω worden veel gebruikt. Alleen kabels en andere componenten met dezelfde impedantie mogen samen worden gebruikt. Vermenging kan leiden tot mismatches. Deze veroorzaken ongewenste reflecties.

Interne structuur van een coaxiale L-kabel

Een typische toepassing voor coaxiale kabels is de aansluiting van zenders of ontvangers op een antenne, bijvoorbeeld in LTE, WLAN, 5G en campusnetwerken.

De structuur van een twisted-pair-koperkabel

Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen
Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen
Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen
Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen
Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen
Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen

Datakabels op basis van koper hebben meestal een buitenmantel, die de binnenste delen van de kabel beschermt tegen invloeden van buitenaf. Deze mantel is gewoonlijk gemaakt van kunststofmateriaal zoals polyurethaan (PUR), polyvinylchloride (PVC) of polyethyleen (PE).  Om de mechanische of thermische eigenschappen en weerstanden te verbeteren, worden deze materialen gewoonlijk gemengd met additieven.

Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen

Onder de kabelmantel hebben koperen datakabels meestal een elektrische afscherming tegen invloeden van buitenaf. Twee verschillende afschermingsconcepten zijn gangbaar: de afschermingsvlecht, een dichte vlecht van metalen strengen (Screened = S) en de afschermingsfolie, een folie van metaal of met metaal bekleed plastic (Foiled = F). De totale afscherming van de kabel wordt dus aangegeven met S, F of SF.

Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen

Niet alleen de gehele kabel, maar ook de afzonderlijke aderparen kunnen door hun eigen afscherming met een afschermingsfolie (Foiled Twisted Pair = FTP) van de andere aderparen worden afgeschermd.

Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen

Bij Twisted-Pair-kabels zijn twee aders in elkaar gedraaid en zijn de aderparen in elkaar gedraaid.

Achtpolige SF/FPT Twisted-Pair-kabel met vier aderparen

De afzonderlijke aders van een op koper gebaseerde datakabel bestaan uit een plastic isolatie en de koperen kern. Dit verschilt naargelang het beoogde gebruik. Installatiekabels hebben een massieve koperen kern. Voor flexibele kabels bestaat deze kern uit 7 litzen of voor zeer flexibele kabels uit 19 litzen. De doorsnede van de afzonderlijke aders wordt aangegeven met de meeteenheid American Wire Gauge (AWG). AWG 22 voor vierpolige kabels en AWG 26 voor achtpolige kabels zijn zeer gebruikelijk.

Koperen kabel met verschillende meetapparaten in de hoogspanningstest

Wat is de performance van koperen kabels?

De performance van een op koper gebaseerde datakabel als ruwe kabel wordt aangegeven door de transmissiecategorie. Om de verschillen tussen de categorieën en de testmethoden te verklaren, is het de moeite waard om hier ook naar het Ethernet-protocol te kijken.

Ruwe kabels worden gedefinieerd door hun eigen normen. Deze normen specificeren ook testmethoden en elektrische grenswaarden voor de te testen parameters. Een voorbeeld van zo'n te testen parameter is de reflectiedemping. Deze waarde meet het signaal dat door de draad aan de kant van de zender wordt weerkaatst. De na te leven grenswaarden verschillen echter sterk naargelang een ruwe kabel, een kabel voorzien van connectoren (patchkabelmeting – permanente verbindingstest – ISO 11801) of een volledige transmissieverbinding (kanaaltest – ISO 11801) wordt gemeten.

Testingenieur met een op koper gebaseerde kabel en meetopstelling

Aan de strikte waarden moet op dit punt worden voldaan door de geconfectioneerde kabel, aangezien deze slechts een deel van een transmissieroute vertegenwoordigt. De grenswaarden voor transmissielijnen zijn dienovereenkomstig zwakker, zodat zwakkere delen kunnen worden gecompenseerd door veroudering of andere effecten. Om invloeden van het meetapparaat tot een minimum te beperken, worden de eerste en de laatste connector tijdens een kanaalmeting vervaagd. Indien een patchkabel wordt gemeten met een kanaaltest voor het transmissiepad, heeft deze meting dus geen informatieve waarde omdat de twee connectoren van de kabel zijn vervaagd.

Welke meetmethode wordt gebruikt, kan worden bepaald aan de hand van het datablad en de transmissie-eigenschappen van een patchkabel. Kabels met kanaaltest moeten worden aangegeven met de transmissieklasse, kabels met permanente verbindingstest echter met de transmissiecategorie. Helaas kan dit niet altijd worden geverifieerd door de kabels te testen, dus voorzichtigheid is geboden bij het kiezen van de juiste kabel.

Ten slotte zal aandacht worden besteed aan het vrijgeven van een RJ45-patchkabel, zoals dat ook bij Phoenix Contact gebeurt:

  1. Ruwe kabeltest 100 m na
  2. Assemblage van patchkabels van 2 meter* met twee RJ45-connectoren
  3. Patchkabel test Permanente verbinding (niet kanaalverbinding) na
  4. Vrijgave van de combinatie connector en kabel pas na succesvolle afronding van alle tests

*Volgens de ervaring van Phoenix Contact is twee meter de meest kritische lengte voor patchkabels volgens de huidige normen.

Op koper gebaseerde dataconnector die met beide handen wordt geconfectioneerd voor RJ45

Op koper gebaseerde oplossingen voor veldbekabeling

Of het nu gaat om aansluitingen direct bij uw machine, in gebouwen of in buitenruimten: in elke omgeving zijn de aansluitingsoplossingen de perfecte keuze. Gebruik deze producteigenschappen voor uw toepassing:

• Overdrachtssnelheden tot 10 GBit/s
• Innovatieve hybridebekabeling
• Oplossingen van IP20 tot IP69K
• Veer-, Pierce- en IDC-aansluiting
• Concepten met 360°-afscherming

Dataconnectoren van koper voor de aansluiting van netwerken en veldbussen

Op koper gebaseerde oplossingen voor apparaataansluiting

Gebruik hoogwaardige stekers en kabels die ter plaatse in uw module confectioneerbaar zijn. Of het nu gaat om toekomstgerichte high-speed-bekabeling met maximaal 10 GBit/s of de innovatieve hybride bekabeling: Phoenix Contact biedt u een uitgebreid productassortiment met verschillende connectorbeelden voor verschillende overdrachtseigenschappen – van SPE, RJ45, HDI, USB, coaxiale connectoren voor de printplaat tot M12 paneeldoorvoeren en D-SUB-connectoren.

• Overdrachtssnelheden tot 10 GBit/s
• Innovatieve hybridebekabeling
• Oplossingen van IP20 tot IP69K
• Veer-, Pierce- en IDC-aansluiting
• Concepten met 360°-afscherming

Bijzonder geschikt voor deze branches

Koperen aders worden ook gebruikt in de meet-, communicatie- en automatiseringstechniek, gegevensverwerking en in besturingen in de machine- en installatiebouw. Ze spelen ook een rol bij server-naar-switch en desktop-naar-switch verbindingen.

Bij uitstek geschikt voor deze toepassingen

Collaboratieve robot in productproductie met vrouw op de achtergrond
Frequentieomvormer met board-to-board connectoren in het binnenaanzicht
Dataconnectoren in de schakelkast
Medewerker Phoenix Contact met iPad en robot in een industriële productielijn
Ingenieur met tablet in een modern gebouw
Installatie van een bewakingscamera op een mast
Collaboratieve robot in productproductie met vrouw op de achtergrond

Voor een betrouwbare werking van robots en logistieke installaties zijn speciale afschermingsconcepten en rotatiebestendige, perfect op elkaar afgestemde componenten absoluut noodzakelijk. Complexe automatiseringsprocessen vereisen communicatie op vele terreinen. Vertrouw op het op koper gebaseerde productassortiment voor foutloze gegevensoverdracht, dat is gekwalificeerd volgens verschillende transmissienormen. Daaronder horen o. a. ethernet-APL, PROFINET, Ethernet CAT5 en EtherCAT P.

Meer over apparaataansluiting
Frequentieomvormer met board-to-board connectoren in het binnenaanzicht

Koperen kabels worden ook gebruikt in combinatie met board-to-board connectoren. Deze connectoren bieden afgeschermde en niet-afgeschermde oplossingen voor signaal- en datatransmissie in de module in een beperkte ruimte. Er kunnen individuele printplaatindelingen met verschillende, op de toepassing gerichte bouwvormen, stapelhoogten en pooltallen gerealiseerd worden.

Meer over board-to-board connectoren
Dataconnectoren in de schakelkast

In de schakelkast bieden koperen componenten bekabelingsoplossingen voor Ethernet- en PROFINET-toepassingen – passend bij uw datatransmissiesysteem.

Meer over dataconnectoren
Medewerker Phoenix Contact met iPad en robot in een industriële productielijn

Betrouwbare aansluitoplossingen en continue datatransmissie tot 10 GBit/s (CAT6A): RJ45-, USB- en HDMI-patchkabels en RJ45-connectoren die zonder speciaal gereedschap confectioneerbaar zijn, zijn bij uitstek geschikt voor de speciale eisen in de industriële bekabeling. Speciale afschermingsconcepten en torsiebestendige koperen componenten zijn essentieel voor de betrouwbare werking van robots en transportsystemen.

Meer over industriële IP20- en IP6X-bekabeling
Ingenieur met tablet in een modern gebouw

In slimme gebouwen worden uiteenlopende toepassingen decentraal in één netwerk ondergebracht. Een slim gebouw is alleen mogelijk door gestandaardiseerde apparaataansluitingen, zodat de afzonderlijke gebouwsystemen en hun toepassingen vloeiend met elkaar communiceren. Connectoren en patchkabels vormen hiervoor een basis.

Meer over apparaataansluitingen in gebouwenautomatisering
Installatie van een bewakingscamera op een mast

Datatransmissie in outdoor-toepassingen, zoals  telecommunicatie of hernieuwbare energie, stelt hoge eisen aan de gebruikte componenten. Speciale connectoren voor outdoor-toepassingen trotseren veeleisende omgevingsomstandigheden met hoge temperatuurverschillen, vochtigheid, UV en trillingen.

E-paper dataconnectoren
Op koper gebaseerde dataconnectoren met een oogopslag
Wilt u door ons koperen programma bladeren? - De e-paper over dataconnectoren biedt u ook een overzicht van de bijbehorende aansluitingen.
E-paper openen
Verschillende dataconnectoren in één oogopslag