Modulare Steckverbindungen Smart verkabeln

In der sogenannten Smart Factory verschmelzen Informationstechnik, Telekommunikation und Produktionstechnik zu einer digitalen, sich selbst steuernden Fabrik. Das innovative Industrie-4.0-Konzept setzt voraus, dass Maschinen und Anlagen nicht nur untereinander, sondern auch mit vielen weiteren Instanzen innerhalb und außerhalb des Unternehmens interagieren. Beispielsweise kommunizieren die Werkstücke mit den Fertigungsanlagen. So werden Produkte identifizierbar und jederzeit lokalisierbar.

Komplexe Kommunikation

Die erforderlichen Systeme für diese Art der Kommunikation werden Cyber Physical Systems (CPS) genannt. CPS beinhaltet

• die Mechanik der Maschinen,

• die Bedienung über Human Machine Interfaces (HMI),

• die Automatisierungstechnik,

• die Verknüpfung der Prozesse innerhalb des Unternehmens und darüber hinaus.

Dazu bedarf es einer durchgehend digital vernetzten Struktur über die komplette Wertschöpfungskette hinweg. Reicht eine Differenzierung über die Produktqualität alleine nicht mehr aus, kann sich ein Unternehmen durch das frühzeitige Umsetzen solcher Strukturen zahlreiche Wettbewerbsvorteile sichern. Eine individualisierte Produktion bis zur Losgröße 1 ist jedoch nur wirtschaftlich, wenn die dabei anfallenden riesigen Datenmengen in Echtzeit verarbeitet werden. Einer der Schlüssel für eine durchgehende Digitalisierung und Vernetzung liegt in der einfachen und zuverlässigen Verbindung der Maschinen und Systeme. Die wirtschaftliche Vernetzung unterschiedlichster Instanzen (vom „shop floor“ bis zum „top floor“) spielt für die Prozess-, Signal- und Bedien-Peripherie eine wichtige Rolle. Hier setzt Smart Wiring an.

Drei Flüsse in einem Stecker

Um eine hochintegrierte Modularisierung von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten, bietet es sich an, die Übertragung von Daten, Signalen und Energie in einem einzigen Steckverbinder zusammenzufassen. Für die Errichtung und Umrüstung der Anlagen muss dann lediglich ein Steckverbinder gesteckt beziehungsweise getrennt werden. Mit dem Steckverbinder „Heavycon Modular“ hat Phoenix Contact eine exzellente Lösung zur gleichzeitigen Übertragung von Leistung, Signalen und Daten im Programm. Der Steckverbinder kann aus einzelnen Modulen zusammengestellt werden. Angesichts der Vielzahl der einsetzbaren Module sind der Anwendung kaum Grenzen gesetzt. Alle Module werden in den eigens dafür entwickelten Snap-In-Rahmen mit Feder eingerastet. Je nach Größe des Steckverbinders können 2, 3, 4 oder 6 Module in einem Rahmen befestigt werden. Ein Verkanten oder Verschieben der Module im Rahmen ist ausgeschlossen. Die Module sitzen deshalb in ihrer vorgesehenen Position lagerichtig fest und lösen sich nicht von alleine.

Die Datenübertragung erfolgt über geschirmte Kupfer- oder Lichtwellenleiter. Für diese Zwecke stehen Module zum Anschluss von RJ45-Steckverbindern zur Verfügung. Es können fertig konfektionierte und geprüfte RJ45-Patchkabel eingesetzt werden. Für die Konfektionierung vor Ort bietet sich die IDC-Anschlusstechnik (Insulation Displacement Connection) auf der Basis von RJ Industrial an. Ein zusätzliches Modul kann RJ45-Steckverbinder mit Crimp-Anschluss aufnehmen. Beim Cat6-Modul zur Gigabit-Übertragung sind die Adernpaare auch im Steckverbinder geschirmt. Durch den Gesamtschirm im Modul ist eine störungsfreie Datenübertragung sichergestellt, selbst wenn gleichzeitig Energie übertragen wird. Bei extrem hoher EMV-Belastung können auch Lichtwellenleiter verwendet werden (etwa von Phoenix Contact die SC- und LC-Kontakte). Je nach Konfektionierung des Lichtwellenleiters lassen sich zahlreiche Anwendungsfelder von der Anlagen- bis zur Netzwerktechnik abdecken.

Sensoren- und Aktorensignale werden ebenfalls per Heavycon angebunden. Dafür stehen Einzelmodule mit bis zu 25 Kontakten zur Verfügung. Da ein reiner Signal-Steckverbinder bis zu sechs Module beinhalten kann, ergibt sich eine Packungsdichte von 150 Kontakten pro Steckverbinder. Auch die inzwischen am Markt etablierte Push-in-Technik hat bei Smart Wiring zur Leistungsübertragung Eingang gefunden. So steht den Heavycon-Steckverbindern ein Modul mit Push-in-Anschluss zur Verfügung. Die Einzellitzen werden mit einer Aderendhülse versehen. Um einen Kontakt herzustellen, muss lediglich die vorbereitete Litze in die Kontaktkammer eingeschoben werden. Der Anschluss ist vibrationssicher, langlebig und für bis zu 400 V beziehungsweise 16 A konzipiert. Zusätzlich gibt es eine Vielzahl von Leistungsmodulen für Spannungen bis 5000 V und Ströme bis 200 A.

Universalgenie M12

Immer wenn Leistung, Daten und Signale zuverlässig und bequem verkabelt werden sollen, kommt fast zwangsläufig der M12-Steckverbinder ins Spiel. Kein Wunder, dass dieser Stecker auch bei Smart Wiring eine wichtige Rolle spielt. Ursprünglich für die Verkabelung von Sensoren, Näherungsschaltern und Lichtschranken konzipiert, hat sich M12 inzwischen zum führenden Anschlusssystem für Sensoren und Aktoren entwickelt. Seine Komponenten sind robust und anwenderfreundlich, die Polbilder sind international standardisiert. Eine spezielle, international einheitliche Kodierung verhindert, dass der Stecker falsch eingesteckt wird. Die innovativen Anschlusskonzepte und die intuitive Installation der M12-Stecker beschleunigen die Inbetriebnahme von Anlagen und vereinfachen die Fehlerdiagnose.

Experten gehen von einem jährlich wachsenden Datenvolumen im zweistelligen Prozentbereich aus. Hier bietet der M12-Steckverbinder mit X-Codierung (auf der Basis des Cat6A-Standards) ausreichende Reserven. Gerade bei neuen Projekten empfiehlt es sich, auf eine großzügig ausgelegte Netzwerkinfrastruktur mit einer Cat6A-Verkabelung zu setzen. Hierfür eignen sich vierpaarige Kupferleitungen vom Typ S/FTP. Die Leitungen verfügen über einen Gesamtschirm sowie eine eigene Abschirmung für jedes Adernpaar. Letztere wird im Steckverbinder bis in das X-codierte Steckgesicht hinein aufrechterhalten, um die Übertragungsqualität zu optimieren. Aber auch wenn keine vorkonfektionierten Leitungen mit angespritztem M12-Steckverbinder möglich sind, müssen die Installationskosten nicht zwangsläufig steigen. Mit den geschirmten konfektionierbaren Steckverbindern lassen sich 10-Gigabit-Netzwerkleitungen in wenigen Augenblicken bequem und sicher anschließen. Im Rahmen der IDC-Anschlusstechnik werden lediglich die Leitungen abgemantelt, der Schirm abgesetzt, die Einzeladern in farblich codierten Klemmfächern fixiert und bündig abgeschnitten. Mit dem anschließenden Verschrauben der Steckverbinder-Hälften kontaktieren die Schneidklemmen die Adern. Damit sind der Anschluss und die Schirmverbindung vom Kabel zum Gehäuse hergestellt.

Der M12-Steckverbinder ermöglicht auch für Spannung und Strom neue Anwendungsmöglichkeiten. Dank seiner kleinen Bauform und der einfachen Verriegelung ist der M12 vor allem bei beengten Platzverhältnissen angesagt. Mit den neuen, international standardisierten Kodierungen lassen sich zahlreiche Applikationen realisieren. Die K- und S-codierten Varianten sind für eine AC-Spannungsversorgung mit 630 VAC und 16 A ausgelegt. Sie ermöglichen eine platzsparende Anbindung von AC-Motoren, Frequenzumrichtern, Motorschaltern, Stromversorgungen oder Beleuchtungssystemen. Die L- und T-codierten Steckverbinder wurden für die DC-Niederspannungsversorgung bis zu 63 V und 16 A konzipiert. Damit lassen sich zum Beispiel E/A-Module, Netzwerkgeräte oder Motoren mit Leistung versorgen.