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Bild: iStock, Shuoshu

Power follows Bus Dezentral versorgen

12.04.2017

Mehr und mehr Daten, immer dezentralere Strukturen – um die Voraussetzungen für Industrie 4.0 zu erfüllen, braucht die Industrie ein passendes Verdrahtungskonzept. Dank neuer Standards folgt nun die Powerverteilung erstmals der Busstruktur.

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Industrie 4.0, Internet of Things (IoT) und Big Data versprechen neue, ungeahnte Möglichkeiten für die Industrie, bringen aber auch technologische Herausforderungen. Träume wie die viel diskutierte Losgröße 1 stehen am Ende eines langen Wegs, der über mehrere Evolutionsstufen führt. Oft vergessen wird dabei die elementare Basis für diese Zukunftsvisionen – die Verdrahtung. Denn Steckverbinder und Leitungen bilden das Fundament für eine erfolgreiche Industrie 4.0.

Bisher war der Schaltschrank das zentrale Element der Industrie. Heute wandert die Technik immer mehr dezentral ins Feld und bildet dort viele kleine Steuerungsinseln, die über die gesamte Anlage verteilt sind. Das hat entscheidende Auswirkungen auf die Verdrahtung: War es früher üblich, dass große Kabelbündel zentral vom Schaltschrank in die Anlage liefen, wird mittlerweile über die Bustechnologie seriell
verdrahtet.

Die Vernetzung durch Bustechnologien hat die Industrie nachhaltig beeinflusst und den Verdrahtungsaufwand minimiert. Lediglich die Energieversorgung ist häufig noch immer von einer zentralen Verdrahtung geprägt. Neue Standards wie M12x1 Power ermöglichen es der Energieversorgung mittlerweile aber, der Netzwerkverdrahtung zu folgen – dies lässt sich treffend mit „Power follows Bus“ umschreiben.

Power follows Bus

Viele aktuelle Anforderungen und Technologien sind nicht ohne intelligente Kommunikation umsetzbar. Deshalb bildet das Netzwerk das Rückgrat der Industrie. Hier gewinnen Mainstream-Technologien aus der Konsumelektronik – wie das Ethernet – immer mehr an Bedeutung. Vor allem in puncto Geschwindigkeit, Determinismus und Netzwerkverfügbarkeit kann diese Technik jedoch nicht eins zu eins auf die Industrie übertragen werden. Zudem herrschen dort völlig andere Umweltbedingungen. Deshalb müssen Steckverbinder robust sein und eine hohe Sicherheit aufweisen, während Kabel öl- und chemikalienbeständig sein, sowie Störeinflüsse verhindern und gleichzeitig flexibel bewegte Anwendungen meistern müssen. Mit den stetig höheren Anforderungen an die Netzwerkperformance steigen deshalb auch die Qualitätsanforderungen an die Steckverbinder und Kabel.

Guter Draht zur Industrie 4.0

Potenzielle Schwachpunkte in jedem Verdrahtungskonzept sind die Schnittstellen: Mit jeder neuen Schnittstelle erhöht sich auch automatisch die Anzahl der potenziellen Schwachpunkte. Diese lassen sich durch qualitativ hochwertige Steckverbinder deutlich reduzieren, während gleichzeitig Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit des Gesamtnetzwerkes steigen. Eine große Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit eines Steckverbinders haben die Schirmanbindung, die Schirmübergabe sowie die Litzenkonfektionierung und die Aderführung.

Escha hat mit dem Zwei-Schalen-Schirmkonzept (2SSK) eine Techologie entwickelt, die insbesondere in Grenzbereichen ihre Stärken ausspielt. Der Schirm der Leitung wird über einen Crimpring direkt auf die Schirmhälften gecrimpt, ohne das Kabel zu deformieren. Die Adern werden dadurch in ihrer ursprünglichen Verseilung bis zum eigentlichen Anschlusspunkt an den Steckverbinder geführt. Bereits in der Entwicklungsphase wurden sowohl Steckverbinder als auch Kontakt konstruktiv so ausgelegt, dass sie keine Asymmetrien im Gesamtsystem erzeugen.

Strukturierte Powerverteilung über M12x1

Der Standard M12x1 Power ermöglicht es, die bewährte M12x1-Anschlusstechnik auch für die Leistungsverteilung im Feld zu nutzen. Sie folgt damit der hochwertigen Netzwerkstruktur. Ein Grund für dieses neue Verdrahtungskonzept waren die immer kompakter werdenden elektronischen Geräte. Viele Hersteller forderten dafür eine kompakte Leistungsversorgung und wollten auf die erprobte M12x1-Schnittstelle zurückgreifen. Die normative Grundlage dafür ist die IEC61076-2-111. Sie unterscheidet zwischen Gleich- und Wechselspannungsanwendungen und der Polanzahl.

Für umspritzte und selbstkonfektionierbare Steckverbinder, die auf die speziellen Anforderungen für Poweranwendungen ausgerichtet sind, gibt es mittlerweile auch die entsprechende Verteilertechnik in den Bauformen T, H und h. Erst diese Verteiler ermöglichen eine dezentrale und strukturierte Verkabelung. Im Bereich der Sensorik sind T-Verteiler schon lange im Einsatz.

Escha bietet für die typischen Power-Codierungen neben einem T-Verteiler auch einen H-Verteiler, mit einer Einspeisung und drei Abgänge, und einen h-Verteiler, mit einer Einspeisung und zwei Abgänge. Alle M12x1-Power-Produkte des Unternehmens, zu denen Steckverbinder, Flansche und Verteiler gehören, haben anschließbare Querschnitte von 1,5 bis zu 2,5 mm². Diese Querschnitte sorgen insbesondere bei Gleichspannungsverteilung dafür, den Spannungsfall gering zu halten und ermöglichen demnach eine große Ausdehnung der Powerverteilung.

Industrielle Kommunikationsnetzwerke sind aktuell noch fehlertolerant. Produktionsprozesse, wie sie in der Industrie 4.0 angedacht sind, werden sich zukünftig allerdings nur über eine sichere und zuverlässige Verkabelung umsetzen lassen. Es ist deswegen empfehlenswert, frühzeitig auf qualitativ hochwertige Steckverbinder zu setzen, um die eigene Netzwerkstruktur schon jetzt auf die kommenden Anforderungen auszurichten.

Basis für Industrie 4.0 schaffen

Wer für die Zukunftstechnologien und Trends gewappnet sein will, kann bereits heute eine gute Basis für die Verdrahtungstechnik schaffen. Wer auch noch auf die notwendige Qualität achtet, kann sich ganz entspannt zurücklehnen. Denn die Infrastruktur ist auch in Grenzbereichen der zukünftigen Technologien noch leistungsfähig genug, um eine hohe Verfügbarkeit und Robustheit zu gewährleisten. Power und Bus können mit den aktuell verfügbaren Komponenten in gleicher Struktur durch die Anlage laufen.

Bildergalerie

  • Mit M12x1-Komponenten folgt die Powerverteilung erstmals der Busstruktur.

    Bild: Escha

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