Internet of Things Vernetzung und Anschlusstechnik für das industrielle IoT

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ISH Ingenieursozietät GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Der auf dem Baukaustenprinzip basierende Steckverbinder Omnimate 4.0 bietet viele Möglichkeiten zur individuellen Gestaltung industrieller Geräte. Auch eine SPE-Schnittstelle lässt sich einfach implementieren.

Der Trend zur Digitalisierung, umgesetzt im Industrial Internet of Things (IIoT), hat in den letzten Jahren die Industrie zunehmend beeinflusst. Das findet sich in den Anforderungen für Geräte im IIoT und deren Anschlusstechnik wieder.

Die Vernetzung der Geräte nimmt ebenso wie die Funktionsdichte in den Geräten stetig zu. Zeit- und Kosteneffizienz bei physischer und digitaler Durchgängigkeit stellen die Anforderungen an Gerätehersteller sowie Anwender dar. Daher werden Geräteserien mit jeder neuen Generation kleiner, leistungsfähiger und wirtschaftlicher.

Die Anschlusstechnik muss allerdings nicht nur hinsichtlich der Mechanik anspruchsvollere Anforderungen erfüllen, sondern auch immer mehr Anwendungen für das industrielle IoT abdecken. Dafür bietet Weidmüller mit OMNIMATE 4.0 eine Anschlusslösung, bei der zusätzlich Funktionen modular eingebettet werden können, wie beispielsweise bei der Datenschnittstelle Single Pair Ethernet. Mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Leiterplattenanschlusstechnik sind in diese Entwicklung eingeflossen.

Das modulare Design des Steckverbinders, der nach dem Baukastenprinzip aufgebaut ist, bietet zahlreiche Möglichkeiten zur individuellen Gestaltung industrieller elektronischer Geräte. Im Grundaufbau sind die Steckverbinder als sogenannte „Einzelscheiben“ entworfen, die der Geräteentwickler flexibel zusammenstellen kann.

So steht die erste Produktreihe dieser Steckverbinder in den Polzahlen zwei bis zwölf und ab der Losgröße Eins zur Verfügung. Je nach Anwendung und Bedarf des Geräteentwicklers, wird der Steckverbinder kundenindividuell geplant und gefertigt – einfach konfiguriert über den Weidmüller Configurator (WMC), der sich nahtlos in den digitalen Kundenprozess integriert.

Die Flexibilität des Steckverbinderkonzepts ist ein besonderes Alleinstellungsmerkmal, denn das Konzept umfasst mehr als den Steckverbinder. Erst mit einer gesamtheitlichen Lösung entsteht über die gesamte Wertschöpfung eine Effektivitätszugewinn.

Das heißt: durchdachte Anschlusstechnik trifft auf modulares Produktdesign. Ein digitales Konfigurations-Tool und alle notwendigen digitalen Daten für den Design-In-Prozess greifen durchgängig ineinander. Dadurch sind die individuell gefertigten Produkte innerhalb weniger Tage lieferbereit. Jeder einzelne Aspekt trägt dazu bei, den ganzheitlichen Wertschöpfungsprozess in seiner Produktivität zu steigern.

Der Steckverbinder vereint die schnelle Anschlusstechik SNAP IN, ein modulares, konfigurierbares Produktdesign im Baukastenprinzip und eine Lieferung, bei der selbst kundenspezifische Produkte innerhalb von drei Tagen zum Versand bereit sind.

Intuitiv digital konfiguriert bringt Wirtschaftlichkeit

Die steigende Komplexität und Dynamik bei kürzeren Produktlebenszyklen führen dazu, dass auch Engineering-Prozesse schneller, präziser und wirtschaftlicher erfolgen müssen. Das erfordert den Einsatz von Software-Tools, die den komplexen Design-In-Prozess optimal unterstützen, wie beispielsweise der Konfigurator.

Das Software-Tool beschleunigt jetzt auch die Auswahl, Projektierung und Bestellung der Steckverbinder. Der Konfigurator reduziert den technischen Aufwand erheblich.

Die Software, die innerhalb weniger Minuten installiert und betriebsbereit ist, steht als Download auf der Homepage des Herstellers bereit. Definiert werden zunächst technische Eigenschaften wie die gewünschte Polzahl, die Spannungsklasse, eine optionale Mittelflansch-Fixierung oder auch die hybride Variante für die digitale Infrastruktur von morgen: Single Pair Ethernet.

Steckverbinder-Scheiben aus dem Baukasten

Mit dem scheibenweisen Aufbau der Steckverbinder lassen sich individuelle Produktvarianten erzeugen, welche mit Zeichen, Zahlen, Sondersymbolen und vordefinierten Farben markiert werden können. Abhängig von der Einbausituation lassen sich die Beschriftungen drehen. Zur Überprüfung der Konfiguration dient die Live-Preview des Produktes.

Die 3D-Konfigurationsumgebung und die integrierten Beziehungen zwischen den Komponenten erleichtern das normgerechte Konfigurieren der Steckverbinder. Dadurch können über die selbsterklärende Oberfläche per Drag-and-Drop ausschließlich realisierbare Kombinationen konfiguriert werden.

Die zugehörigen Produktdaten sind nicht nur in Engineering-Tools wie CAD (Computer Aided Design) zum rechnergestützten Kon­struieren in 3D, sondern auch in EDA-Tools (Electrical Design Automation) zur Entwurfsautomatisierung von Leiterplattenlayouts (z. B. Mentor, Altium, Zuken und weitere) integrierbar. Ist die Konfiguration abgeschlossen, wird aus dem WMC direkt ein Angebot angefragt und kundenindividuell erstellt und zugesandt.

Nach Bestelleingang fließen alle Bestelldaten direkt in die Produktion, wo die Steckverbinder nach Kundenwunsch gefertigt werden. Dadurch ist selbst eine kundenindividuelle Konfiguration innerhalb von wenigen Tagen zum Versand bereit. Dieser Service ist ab Stückzahl Eins verfügbar, damit sich auch kleinere Projekte wirtschaftlich abwickeln lassen.

SNAP IN – die schnellste Anschlusstechnik

Erstmalig kommt in Leiterplattensteckverbindern die SNAP IN-Anschlusstechnik zum Einsatz. Sichere Verbindungen lassen sich in kurzer Zeit werkzeuglos herstellen. Die Produkte werden mit offener Klemmstelle ausgeliefert (wire-ready), sodass selbst flexible, feindrähtige Leiter ohne aufgecrimpte Aderendhülsen in die offene Anschlussstelle eingesteckt werden. Damit ist der Steckverbinder „Ready to Robot“ und gerüstet für die industrielle, automatische Verdrahtung.

Mit einem „Klick“ ist die sichere Verbindung hergestellt. Neben der akustischen Bestätigung durch den gut hörbaren „Klick“ zeigt der nach außen springende „Visual-Safety-Indicator“ den sicheren Anschluss des Leiters optisch an. Die Verbindung widersteht schwierigen Umgebungsbedingungen mit starken Erschütterungen und Vibrationen. Durch die werkzeuglose Betätigung des Hebels wird die Anschlussstelle wieder geöffnet und der angeschlossene Leiter kann entnommen werden.

Die Leiterplattensteckverbinder besitzen alle relevanten und gängigen Zulassungen gemäß IEC 61984 und UL 1059 für industrielle Anwendungen. Je nach Verschmutzungsgrad und Überspannungskategorie werden mit der ersten Produktreihe im Raster 5,00 mm des Produktportfolios, das ausgeweitet werden soll, Spannungen bis zu 400 V abgedeckt bei Leitungsquerschnitten zwischen 0,50 bis 2,50 mm².

Die dazugehörigen Stiftleisten sind ebenfalls modular aufgebaut und zeichnen sich durch eine hohe Koplanarität der Stifte aus. Sie sind sowohl für das Wellen- als auch Reflowlöten ausgelegt. Die optionale Verriegelung an der Buchse sorgt für eine robuste Verbindung, selbst unter anspruchsvollen Bedingungen.

Hybrid-Steckverbinder für Single Pair Ethernet

Die digitale Transformation in der Indus­trie benötigt für ihre Umsetzung durchgängige, zuverlässige und stabile Verbindungen.

Mit dem modularen Produktkonzept geht das Unternehmen aus Detmold neue Wege in der Geräteanschlusstechnik und bietet eine durchgängige Lösung für die Geräte im IIoT. Hierbei treffen klassische Steckverbinder auf Kommunikationstechnologien der nächsten Generation wie Single Pair Ethernet (SPE). Ursprünglich für Automotive-Anwendungen entwickelt, bietet SPE eine durchgängige, skalierbare und deterministische Vernetzung von der Sensorik bis in die Cloud.

Durch die weltweit steigende Anzahl smarter Endgeräte nehmen die Anforderungen an die Schnittstellen hinsichtlich der Miniaturisierung und Standardisierung zu. Während bisherige Lösungen zwei (Fast Ethernet) beziehungsweise vier Adernpaare (Gigabit Ethernet und höher) benötigen, basiert Single Pair Ethernet auf einem einzigen Adernpaar.

Die in Detmold entwickelten Steckverbinder sind gemäß IEC 63171-2 standardisiert. Das besonders kompakte SPE-Steckgesicht lässt sich gut in den modularen Aufbau von des Leiterplatten-Steckverbinders OMNIMATE 4.0 integrieren. So ist ein Hybrid-Steckverbinder möglich, der zum Beispiel für einen Motoranschluss prädestiniert ist. Im Konfigurator lassen sich diese Hybrid-Varianten bereits auswählen und konfigurieren.

Fazit: Flexibles Design bei gleichzeitiger optimaler Handhabung – diesen Anforderungen ist Steckverbinder OMNIMATE 4.0 gewachsen. Anwender profitieren bei dieser Lösung insbesondere von einer zugleich einfachen, kompakten wie steckbaren Anschlusslösung für viele Geräte. Dies gilt sowohl für Signalschnittstellen bei industriellen Steuerungen als auch in Applikationen in der Antriebstechnik.

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* Dipl.-Ing. Silke Lödige ist Fachpresse-Referentin bei Weidmüller Interface in Detmold.

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