Leitungen sind in unserer Welt nicht wegzudenken. Es gibt viele Kabeltypen und diese müssen für ihren Zweck richtig eingesetzt werden. Deswegen ist es wichtig, sich über die Leitungstheorien klar zu sein. Machen wir uns also an die Sache. Der einfachste Fall ist eine Gleichstromübertragung. Eine Spannungsquelle besteht aus einer idealen Spannungsquelle (ohne Innenwiderstand) und einem Innenwiderstand. Soweit so gut, solange der verbrauchte Strom klein ist. Größer als die Absicherung kann er nicht werden. Trotzdem ist die Frage, was passiert bei einer unterschiedlichen Belastung mit einen Außenwiderstand. Die Anwendung der Kirchhoffschen Gesätze und der Frage nach der verbrauchten Leistung am Außenwiderstand führt mittels einer Minimnaxrechnung auf die überraschende Erkenntnis, dass die Leistung am Außenwiderstand am größten ist, wenn er dem Innenwiderstand entspricht. Das ist fundamental gültig, also auch bei Wechselstrom. Dabei ist aber die benutzte Leitung nicht unerheblich. Bei 50 Hz ist das noch nicht wichtig, unsere Energieversorgung verhält sich fast wie Gleichstrom. erst bei sehr langen Leitungen (Überlandleitungen) ist es notwendig sich auch Gedanken zu machen ( Pupin-Spulen).
Bei Wechselströmen ist die benutzte Frequenz entscheidend. Zwischen den Leitern und zur Erde können Übertragungen stattfinden, die auf Leitungen als Kapazitäts- oder Induktivitätsbelag berücksichtigt werden müssen. Mit Hilfe der theoretischen Elektrotechnik kann man das durchaus berechnen. Diese Eigenschaften werden durch die Geometrie und Matertialkonstanten erzeugt (Drahtdicke, Isolierung etc). Als wichtige Größe wird der Wellenwiderstand angegeben, der in der Bedeutung meistens unterschätzt wird. Um über eine Leitung die Energie optimal zu übertragen, muss am Abschluss der Leitung unbedingt ein Abschlusswiderstand in der Größe des Wellenwiderstandes eingehalten werden.
Dies wird zum Beispiel bei jeder Antennenanlage so gemacht. Üblicherweise wird bei GA-Anlagen ein Kabel von 75 Ohm eingesetzt. Die Fernsehgeräte werden in meiner Reihe von Dosen (Übergangsdosen) versorgt, wobei die letzte Dose in der Kette eine Enddose sein muss, die einen Widerstand von 75 Ohm enthält. Wird so etwas nicht eingehalten kann es unangenehme Störungen geben. Bei der Erstellung einer solchen Leitung muss das überprüft werden. Dazu benutzt man ein Impulsreflektometer. Dieses sendet einen periodischen sehr kurzen Impuls auf die Leitung und horcht danach, was dieser auf der Leitung veranstaltet(Radar lässt grüßen). Jede falsche Anpassung macht sich durch eine Reflektion bemerkbar. Da das im Bereich der Lichtgeschwindigkeit abläuft, kann der zeitliche Abstand der Reflektion in Längen umgerechnet werden. Damit ist eine räumliche Stelle zu erkennen, an der die Reflektion stattfindet. Das erleichtert die Fehleranalyse erheblich. Bei einer Datenleitung haben wir als Fehlerquelle leicht einen Nagel gefunden, der direkt durch die Leitung getrieben wurde, und das auf den Meter genau.
Im Bereich der Datenkabel gab es früher das Yellow-Cabel, auch 10Base5 oder Thick Wire genannt. Dies zog sich durch eine ganze Lokation (mit einigen Einschränkungen) und musste an den Enden mit seinem Wellenwiderstand von 50 Ohm abgeschlossen werden. Auf diesem Kabel musste eine Stehwelle entstehen. An den Punkten des Maximums konnten Geräte optimal angeschlossen werden, das war am Kabel zu erkennen, alle 2,5 m gab es schwarze Punkte.
Heute benutzt man eher Verteilerswitche. die die Endgeräte direkt über Cat5-Kabel verbinden (100 Ohm, max. Länge 100 m). Leider müssen bestimmte Parameter beim Einbau berücksichtigt werden. Das ist besonders der einzuhaltende kleinste Biegeradius. Ist der zu klein werden die Kabelparameter verändert und es entstehen Reflektionen und das Kabel kann zerstört werden. Aufträge von Kabelverlegungen müssen zur Abnahme unbedingt mit einem Protokoll der einzelnen Kabel beendet werden! In meiner Firma wurden, lange bevor ich mich darum kümmerte, IBM-Kabel Typ 1 verlegt (Token Ring). Dies haben einen Wellenwiderstand von 150 Ohm, vier Adern als Twisted Pair bis 16 MHz brauchbar. Man hatte sich entschlossen auf Ethernet 100 MHz umzustellen. IBM hatte ein Argument, wenn es um höhere Übertragungsfrequenzen ging: „Das kann unser Kabel“. Zweifel in der Geschäftsleitung beauftragten mich mit eine Bewertung. Mit einem Messgerät bewaffnet, fand ich heraus, dass die Hälfte der zu begutachteten Kabel nicht für diese Aufgaben geeignet waren. minimale Biegeradien wurden nicht eingehalten, sowie veraltete Kabel taten ihr weiteres. Insbesondere letzteres führte zu einer Entscheidung, sich mehr um die Kabel zu kümmern, und nicht nur wenn eines Probleme machte. Periodisch wurden die Kabelprotokolle neu erstellt und archiviert. Die Verkabelung wurde auf Cat5 umgestellt.
Zu einer anderen Zeit mietete unsere Firma einige Räumlichkeiten an, die mit einem Cheapernet (billige Ethernetlösung bis 10 Mhz) verkabelt waren, Darüber war als erstes ein Token Ring mit 4 MHz installiert. Das lief ganz gut, bis die Verarbeitungsgeschwindigkeit ein Problem wurde. Kurzerhand wurden die Geräte auf 16 MHz umgestellt und es lief gar nichts mehr. Das Problem war die mangelnde Kapazität des Cheapernet mit 10 MHz, 16 MHz geht da nicht. Man musste also in den sauren Apfel beißen und in eine neue Verkabelung investieren.
Auch im Bereich der AS/400 und /36-Systeme gab es ähnliche Probleme. Das Kabelsystem war Twinax (Koaxialkabel mit zwei Innenleitern und einem Schirm) . Der Schirm war etwas problematisch Alle Geräte auch in verschiedenen Etagen, waren über die Abschirmung miteinander und mit dem Schutzleiter verbunden. Die Fa IBM entwickelte eine Gummitülle, die über die Metallstecker geschoben wurde und für eine gewisse Isolierung sorgte. Offensichtlich hatte jemand bei der Trennung der Stecker einen Schlag bekommen. Es kam also zu Strömen zwischen den „Erdungen“. was auch Störungen in der Datenübertragung auslöste. Im schlimmsten Fall wurde eine eigene Stromversorgung von dem Rechner verlegt. Offensichtlich hatten die Twinaxterminals eine interne Schwäche. Die Anschlüsse waren mittels antiparalleler Dioden vor eine Überspannung gesichert, wie man mir versicherte. Diese Dioden waren aber etwas empfindlich und gingen teilweise defekt, was sich auf den Wellenwiderstand (150 Ohm) auswirkte. Hier war das probate Mittel wieder ein Impulsreflektometer. Da Twinaxterminals eine Daisychain benutzen, konnte so ein defektes Terminal an den Reflektionen schnell ermittelt werden.
Es ist also wichtig, dass man sich mit der Technik von Übertragungen vertraut macht, Häufig war in den 80-ern die Rechenzentrumsleitung Kaufleuten anvertraut, die wenig Interesse an der Elektrotechnik hatten. Für den privaten Bereich sind Messtechniken nicht erschwinglich. Trotzdem sollten zumindest die Verkabelungen kritisch betrachtet werden. Heutzutage wird im Homebereich die Übertragung über WLAN bevorzugt. Da gibt es andere Probleme.
Johannes Lötz, 13.7.2024