Lichtwellenleiter

Daniel Gramlich

MOST - Bus (Media Oriented System Transport)

- Bus-Struktur: Ring

- Datenübertragung: 22,5 MBd

Daniel Gramlich

byteflight (Sicherheits-Bus)

- Bus-Struktur: Stern

- Datenübertragung: 10 MBd

Daniel Gramlich

Gateway-Allgemein

Ein Gateway (GW) stellt eine Art „Schnittstelle“ dar. Es bindet unterschiedliche Bus – Systeme innerhalb des Bordnetzes. Dadurch kann der Daten- und Informationsaustausch trotz unterschiedlicher Übertragungsraten der einzelnen Bus – Systeme gewährleistet werden.

-Funktionsprinzip

Die ausgesendeten Daten der unterschiedlichen Bus – Systeme gelangen in das GW. Die Geschwindigkeiten, Datenmengen und die Dringlichkeitsstufen der einzelnen Nachrichten werden hier gefiltert und ggf. gepuffert. Dies erfordert einen nichtflüchtigen Speicher.

Anhand von GW-Regeln und Umsetztabellen setzt das GW die Nachrichten für das jeweils zuständige Bus – System um. Das zuständige Bus – System wird nun bedient und die Nachrichten erreichen ihre Zieladresse. Nachrichten, die nicht so Wichtig sind, bleiben bei Bedarf im Speicher des GWs und werden „Später“ gesendet.

Daniel Gramlich

Lichtwellenleiter-Allgemein:

In der Daten-, Sprach- und Bildübertragung werden die übertragenen Datenmengen immer größer.

Die Lichtwellenleitertechnik (Heute bereits in Telekommunikation und Industrieanlagen eingesetzt) ist eine Technik, die in der Lage ist diese großen Datenmengen, bei gleichzeitigen weiteren Vorteilen, bewältigen zu können.

Hohe Datenraten verursachen bei Kupferleitungen eine Starke elektromagnetische Abstrahlung. Diese können andere Funktionen im Fahrzeug stören.

Im Vergleich zu Kupferleitungen benötigen die Lichtwellenleiter bei gleicher verfügbarer Bandbreite weniger Bauraum und haben geringeres Gewicht.

Anders als bei Kupferleitungen, auf denen zur Datenübertragung digitale bzw. analoge Spannungssignale übertragen werden, überträgt der LWL Lichtstrahlen.

Die gebräuchlichsten LWL sind:

-Kunststoff-Lichtwellenleiter (K-LWL)

-Glas-Lichtwellenleiter (G-LWL)

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Aufbau K-Lichtwellenleiter (K-LWL)1 – Polterbeschichtung2 – Ummantelung3 – Faserkern

Bei beiden LWL byteflight und MOST ist der Faserkern aus Kunststoff gefertigt.

Der Kunststoff-Lichtwellenleiter (K-LWL) hat gegenüber dem Glas-Lichtwellenleiter(G-LWL) folgende Vorteile

Großer Faserquerschnitt

Aufgrund des großen Faserquerschnitts stellt die Positionierung des Faserkerns bei der Herstellung kein großes technisches Problem dar.

Relativ staubunempfindlich

Selbst bei großer Vorsicht kann Staub auf die Oberfläche gelangen und verändert damit die ein-/ausgestrahlte Lichtleistung. Geringfügige Verschmutzungen führen nicht zwangsläufig zum Ausfall der Übertragungsstrecke.

Einfacher Umgang

Die ca. 1 mm dicke Faser (Kern) lässt sich leichter handhaben als z.B. eine ca. 62,5 µmm dicke Glasfaser (Kern). Im Vergleich zu einem Glasfaser-Lichtwellenleiter ist die Handhabung wesentlich einfacher. Merke: Glas bricht, Kunststoff nicht.

Verarbeitung

Der von BMW eingesetzte Faserwerkstoff Polymethylmethacrylat (PMMA) lässt sich im Vergleich zu Glas-LWL relativ einfach schneiden, schleifen oder schmelzen, was große Vorteile in der Herstellung der Kabelbäume bzw. bei der Reparatur im Service mit sich bringt.

-Farbliche Markierung der LWL

Damit die LWL für die unterschiedlichen BUS-Systeme differenziert werden können, gibt es derzeit 3 verschiedene Farbmarkierungen:

Gelb byteflight

Grün MOST

Orange Servicereparaturleitung

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Funktion

1 – Sendediode

2 – Ummantelung

3 – Faserkern

4 - Empfangsdiode

Das vom Steuergerät gebildete elektrische Signal wird in einem Sendebauelement in ein optisches Signal umgewandelt und in den LWL eingestrahlt. Der Faserkern dient zur Führung der Lichtwellen. Damit das ausgestrahlte Licht nicht aus dem Faserkern austritt, ist dieser ummantelt. Die Ummantelung ermöglicht eine Reflexion und somit eine Weiterleitung des Lichts im Kern.

Das licht durchläuft so den LWL und wird mit einem Empfangsbauelement wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.

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Funktionsbeschreibung MOST1 – Stecker mit LWL

2 – Steckbuchse im Steuergerät

3 – Faser innerhalb des Steuergeräts

4 - Empfangsbaustein

Der MOST-Bus überträgt alle Daten für die Kommunikations- und Informationssysteme im Fahrzeug.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Steuergeräten erfolgt über einen Ring-Bus, der die Daten nur in eine Richtung transportiert.

Dies bedeutet, dass ein Steuergerät immer zwei LWL-Leitungen besitzt, eine für den Sender und eine für den Empfänger.

In den MOST-Steuergeräten kommt es zu einer reinen Faser-Kopplung. Sender- und Empfängerdioden können so durch die auch im Steuergerät befindliche Faser an jeder beliebigen Stelle im Steuergerät platziert werden.

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Dadurch können die Faserflächen im Kabelbaumstecker zurück versetzt werden. So ist ein zusätzlicher Schutz der empfindlichen Endflächen überflüssig.

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Funktionsbeschreibung byteflight

Im Gegensatz zum MOST-Bus handelt es sich beim byteflight um einen Stern-Bus, der die Daten in zwei Richtungen transportiert.

Dies bedeutet, das es nur eine LWL-Leitung pro Steuergerät gibt. Der Sender liegt direkt über dem Empfänger. Beide sind in die Stiftleiste des Steuergeräts integriert.

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Aufgrund dieser Unterschiede zum MOST-Bus ist ein anderes Steckersystem nötig. Da beim byteflight die Diode direkt kontaktiert wird, muss das hervorstehende Faserende durch eine Klappe gegen Beschädigung und Schmutz geschützt werden. Diese wird beim Steckvorgang automatisch geöffnet.

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Dämpfung der Lichtimpulse

1 – Sendediode 2 – Ummantelung

3 – Faserkern 4 – Empfangsdiode

Die im Faserkern geführten Lichtimpulse verlieren mit dem zurückgelegten Weg an Leistung. Die natürliche Verlustleistung wird als Dämpfung bezeichnet. Sie darf einen bestimmen Wert nicht überschreiten, da sonst das Empfangsmodul im entsprechenden Steuergerät die Lichtimpulse nicht mehr verarbeiten kann.Die Dämpfung kann zwei grundsätzliche Ursachen haben:

-natürliche Dämpfung

-Fehlerhafte Dämpfung

Die natürliche Dämpfung ergibt sich aus der Länge des Weges, die die Lichtimpulse vom Sendemodul bis zum Empfangsmodul zurücklegen müssen.

Die fehlerhafte Dämpfung durch einen Mangel im Bereich der Lichtimpulsübertragung.

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Störungen und ihre Ursachen

Ein Maß für die Qualität des Signals ist die Dämpfung. Eine zu große Dämpfung kann verschiedene Gründe haben:

-Biegeradius des LWL < 5 cm

-geknickter LWL

-gequetschter, gedrückter LWL

-beschädigte Polsterbeschichtung des LWL

-überdehnter LWL

-Schmutz oder Fett auf den offenen Stirnflächen (Enden)

-Kratzer auf den offenen Stirnflächen (Enden)

-Überhitzter LWL

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Biegeradius

Der K-LWL darf nicht enger als 50 mm gebogen werden. Das entspricht in etwa einer Getränkedose. Ein noch engeres Biegen des K-LWL kann zur Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit oder gar zur Zerstörung des K-LWL führen.

An einer zu eng gebogenen Stelle tritt Licht aus. Das kommt daher, dass der Lichtstrahl zu steil an einer Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelung auftritt und nicht mehr reflektiert wird.

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Knicken

Auf keinen Fall dürfen LWL bei der Montage geknickt werden, denn dadurch werden Isolierung und Kern beschädigt. Das wird dann an der Knickstelle teilweise gestreut, Übertragungsverluste sind die Folge. Selbst einmaliges kurzes Knicken zerstört den LWL.

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Druckstelle

Auch Druckstellen müssen in jedem Fall vermieden werden, weil sich durch Druck der lichtleitende Querschnitt dauerhaft verformen kann.

Bei der Übertragung geht dann Licht verloren. Auch zu stramm angezogene Kabelbänder können solche Druckstellen verursachen, da sie den Querdruck auf den LWL erhöhen.

Bei höheren Temperaturen verstärkt sich diese Wirkung, da sich die Kabelbänder dann noch zusätzlich zusammenziehen. Der LWL wird eingeschnürt, die Dämpfung erhöht sich in diesem Bereich und die Funktion wird massiv gestört.

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Scheuerstelle

Anders als bei Kupferleitungen führt Scheuern bei LWL nicht zum Kurzschluss. Es kommt stattdessen zu Lichtverlusten oder zu Fremdlichteinstrahlung. Das System wird gestört oder fällt komplett aus.

Daniel Gramlich

Überdehnen des LWL

Ein Überdehnen, z.B. durch Ziehen, kann den LWL zerstören. Dadurch wird die Ader gedehnt und der Querschnitt des Faserkerns verringert sich. Ein verringerter Querschnitt (gedämpfter) Lichtdurchsatz ist die Folge.

Daniel Gramlich

Verschmutze oder Verkratzte Endfläche des LWL

- Verschmutze Endfläche - Verkratzte Endfläche

Eine weitere mögliche Fehlerquelle sind verschmutzte oder verkratzte Endflächen. Zwar sind die Endflächen vor versehentlichen Berührungen geschützt, durch eine unsachgemäße Behandlung kann es aber zu Störungen kommen. So verhindert der am Faserende befindliche Schmutz das Ein- und Austreten des Lichtstrahls. Der Schmutz absorbiert das Licht und die Dämpfung ist zu hoch. Kratzer an den Endflächen streuen auftreffende Lichtstrahlen, so kommt weniger Licht am Empfänger an.

Daniel Gramlich

Überhitzen des LWL

Auch bei späteren Lackierarbeiten müssen die Anforderungen der neuen Technologie beachtet werden. Da LWL durch Hitze zerstört werden, ist beim Trocknen des Nachlacks darauf zu achten, dass die maximale Temperatur von 85 °C nicht überschritten wird.

Daniel Gramlich

Service / Diagnose

Arbeitshinweise zum LWL

Bei Arbeiten am Fahrzeug-Kabelbaum ist die größte Sorgfalt geboten, da eine Beschädigung, im Gegensatz zu Kupferkabeln, nicht zu einer sofortigen Störung führt, sondern sich erst zu einem späteren Zeitpunkt beim Kunden bemerkbar macht.

Reparaturhinweis zum LWL

Der MOST-LWL darf von Steuergerät zu Steuergerät einmal repariert werden.

Der byteflight darf zur Zeit nicht repariert werden.

Beim Kundendienst gibt es eine spezielle Zange zum Schneiden der LWL. Es ist darauf zu Achten, das nach jedem Schnitt, die Klinge gewechselt wird.

Diagnose

Die Diagnose des LWL bezieht sich auf die Feststellung wie groß die Dämpfung der Lichtimpulse ist. Hierzu gibt es ein Messgerät, das die Dämpfung zusammen mit dem Diagnose-Computer in dB misst.

Daniel Gramlich

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

Daniel Gramlich