Neue Steckverbindergeneration für Industrial Ethernet
Zeit für eine Alternative
Die industrielle Kommunikation befindet sich im Umbruch. Die Entwicklung von I4.0 und IoT sorgt für eine stetige Ausbreitung und Anbindung von immer mehr Komponenten und Teilnehmern im industriellen Umfeld. Eine neue Generation von Steckverbindern bietet daher hohe Robustheit und Performance für Ethernetverbindungen.
Bild: Harting KGaADas Industrial Ethernet erobert immer mehr Bereiche und wird sich auch in Zukunft weiter verbreiten. Der Weg führt weg von coexistenten Ethernet- und Bussystemen für Daten und Sensorik hin zu einem durchgängigen Ethernetsystem von der Cloud bis in die letzten Winkel der industriellen Produktion. Dazu gehört neben einheitlichen Protokollen auch die entsprechende Infrastruktur, die aufgrund immer kleiner werdender Endgeräte und Sensor/Aktorsysteme mit schrumpfen muss. Die Geräteschnittstellen sowie die Systemkabel müssen kleiner, leistungsfähiger und gleichzeitig robuster werden. Hartings Steckverbinder Ix Industrial setzt auf Miniaturisierung, Robustheit und Performance für IP20-Ethernet-Verbindungen.
Ethernetschnittstellen bisher
Bisheriger Inbegriff der Ethernetschnittstelle in IP20-Umgebung ist der RJ45-Steckverbinder. Er ist überall präsent, doch in Anbetracht der mangelhaften Robustheit durch gebrochene Verrastungshebel oder gelegentliche Kontaktprobleme, verbindet viele Anwender eine Hassliebe mit dem Steckverbinder. Mit Blick auf immer kleiner werdende Geräte, wie flache Mobilgeräte, Displays, kleinere Automatisierungsgeräte, Kameras und Sensoren, beschränkt zudem die Baugröße der Buchse die mögliche Miniaturisierung.
Bild: Harting KGaANeue Steckverbindergeneration
Harting präsentiert mit dem Ix Industrial ein auf diese Anforderungen passendes, durchgängiges System. Die im Vergleich zum RJ45 um 70 Prozent verringerte Baugröße der Buchsen erlaubt Geräteherstellern den Einsatz auch in kleinen Geräten. Das sind z.B. kleine Kamerasysteme, an denen eine herkömmliche Buchse schon den meisten Platz im Gehäuse einnimmt, oder Steuereinheiten und kleine Industriecomputer. Hier wird ebenfalls schnelles Ethernet über eine kleine Schnittstelle benötigt, wie auch in Switchen, WLAN Access Points, Routern und anderen Netzwerkkomponenten. Aber auch abseits der Industrie kommt der neue Steckverbinder zum Einsatz. In Bahnfahrzeugen und Bussen im öffentlichen Personenverkehr lassen sich Displays und Passagierinformationssysteme über die neue Schnittstelle gleichzeitig mit Daten und via PoE/PoE+ auch mit Strom versorgen. Vibrationen oder andere mechanische Beanspruchungen stellen dabei kein Problem dar. Für die Geräteintegration steht eine kleine robuste Buchse mit fünf THR-Schirmkontakten auf der Leiterplatte bereit. Sie sind als SMD-Kontakte ausgeführt. Damit lassen sich die Leiterplattenbuchsen beim Reflow-Lötprozess mit allen anderen Bauteilen verarbeiten und es ist kein separater Hand- oder Wellenlötschritt notwendig. Somit können Entwickler und Gerätehersteller das System einfach in neue Geräte integrieren und erhalten außerdem die Sicherheit, dass das Interface fest auf der Leiterplatte verankert ist und auch rauer Handhabung standhält. Endgeräte lassen sich durch den verringerten Bauraum der Buchse leicht verkleinern. In der aufrechten und gewinkelten Buchse liegt das Rastermaß zwischen den Buchsen bei 10mm.
Kompakte Verkabelung
Da neben den Komponenten auch die Gehäuse der Systeme stetig schrumpfen, ist auch der Platz für die Verkabelung begrenzt. Für die Geräteverkabelung bietet Harting flexible und dünne Systemkabel mit kleinem Biegeradius, die auch den Einbau in miniaturisierte Gehäuse ermöglichen. Sie sind beidseitig mit dem Ix-Steckgesicht oder gemischt mit Ix- und RJ45-Steckverbinder ausgeführt. Die dritte Variante ist auf einer Seite mit einem X-kodierten M12-Verbinder versehen. Mit den gemischten Systemkabeln von Ix- auf RJ45-Steckgesicht, ist eine schrittweise Integration von Geräten in bestehende Verkabelungen möglich.
Bild: Harting KGaAAusreichend robust
Die Steckverbinder verfügen über eine stabile Verrastung über zwei Metallhaken, die beim Stecken mit einem deutlich hörbaren Klick einrasten und so eine akustische und haptische Rückmeldung über die korrekte Verriegelung vermitteln. Sie garantieren damit eine absolut sichere und vibrationsfeste Verbindung vom Kabel bis auf die Leiterplatte. Damit sind sie für industrielle Anwendungen genauso geeignet, wie auch für Anwendungen in der Bahn, in der Robotik, in der Automatisierung und überall sonst, wo hohe mechanische Belastungen auftreten. Um auch die auf das Kabel wirkenden Kräfte abzufangen, besitzt der Steckverbinder eine robuste Zugentlastung, die das Kabel fest über einen robusten Schirmcrimp mit der Steckverbinderschirmung verbindet. Damit ist ausgehend von den fünf THR-Schirmkontakten über die zwei Rasthaken in der Steckstelle bis zum Kabel eine robuste Verbindung realisiert. Der Steckverbinder ist für mindestens 5.000 Steckzyklen ausgelegt und geprüft. Nach der hohen Zahl an Steckvorgängen liegen alle relevanten Parameter, wie Übergangs- und Isolationswiderstand, Spannungsfestigkeit sowie die Steck- und Ziehkräfte, immer noch innerhalb der zulässigen Grenzwerte.
Ausführlich getestet
Alle Steckverbinder werden im hauseigenen hochmodernen Testlabor mehreren Tests unterzogen und mit modernster Ausrüstung untersucht. Das betrifft Umweltsimulationen, wie vielfältige Klima- und Schadgaslagerungen, sowie eine Vielzahl mechanischer Prüfungen, wie Schock- und Vibrationstests, Steckzyklen, Steck- und Ziehkräfte sowie weitere Prüfverfahren. Selbst die sehr anspruchsvollen Schock- und Vibrationsprüfungen nach Bahnnorm EN50155 stellen für den Steckverbinder kein Problem dar.
Hohe Performance
Der Steckverbinder verfügt über eine 360°-Schirmung. Vom Kabel bis zur Verbindungsstelle gibt es keine ungeschützten Adern, die ein fehlerfreies hochfrequentes Signal beeinflussen. Der Kabelschirm wird mit dem gecrimpten Ring direkt am Steckverbindergehäuse verpresst und besitzt damit eine Zugentlastung und eine durchgehende Schirmübergabe. Eine besondere Herausforderung ist es, in der kleinen Bauform mit sehr nah beieinanderliegenden Kontakten das Übersprechen zwischen den einzelnen Datenpaaren wirksam zu reduzieren. Dazu ist zwischen den beiden Kontaktreihen in der Buchse ein Schirmblech versteckt, das das Übersprechen zwischen den beiden gegenüberliegenden Kontaktreihen verhindert. Weiterhin besitzt der Ix Industrial nicht acht, sondern zehn Kontakte. In jeder Kontaktreihe dient der mittige Kontakt als Abschirmung zwischen den beiden Adernpaaren. Dazu wird der Mittelkontakt auf der Leiterplatte mit dem Massepotential verbunden. Durch das Schirmblech und die geerdeten Kontakte ergibt sich in der Anordnung der signalführenden Kontakte eine ähnliche Anordnung wie bei einem X-kodierten M12-Rundsteckverbinder. Jedes Adernpaar liegt, gegen seine Nachbarn abgeschirmt, in einem eigenen Kabel- bzw. Steckverbinderquadranten. Diese Maßnahme schützt wirksam gegen Übersprechen und realisiert eine stabile Datenübertragung.
F&E-Kooperation
Anlässlich der Entwicklung der miniaturisierten und robusten Ethernetschnittstelle für hohe Datenraten, dem Ix Industrial, ist Harting eine Kooperation mit dem japanischen Unternehmen Hirose Electric eingegangen, das miniaturisierte Steckverbindungslösungen für kleine tragbare Geräte, wie z.B. Mobiltelefone, Tablets und Kameras, anbietet. Dadurch hat das japanische Unternehmen zur Miniaturisierung und Hochgeschwindigkeitsübertragung von elektronischen Geräten beigetragen. Beide Partner haben die neue Ethernet-Schnittstelle bereits in der veröffentlichten IEC61076-3-124 offengelegt und genormt.
Die industrielle Kommunikation befindet sich im Umbruch. Die Entwicklung von I4.0 und IoT sorgt für eine stetige Ausbreitung und Anbindung von immer mehr Komponenten und Teilnehmern im industriellen Umfeld. Eine neue Generation von Steckverbindern bietet daher hohe Robustheit und Performance für Ethernetverbindungen.
Bild: Harting KGaADas Industrial Ethernet erobert immer mehr Bereiche und wird sich auch in Zukunft weiter verbreiten. Der Weg führt weg von coexistenten Ethernet- und Bussystemen für Daten und Sensorik hin zu einem durchgängigen Ethernetsystem von der Cloud bis in die letzten Winkel der industriellen Produktion. Dazu gehört neben einheitlichen Protokollen auch die entsprechende Infrastruktur, die aufgrund immer kleiner werdender Endgeräte und Sensor/Aktorsysteme mit schrumpfen muss. Die Geräteschnittstellen sowie die Systemkabel müssen kleiner, leistungsfähiger und gleichzeitig robuster werden. Hartings Steckverbinder Ix Industrial setzt auf Miniaturisierung, Robustheit und Performance für IP20-Ethernet-Verbindungen.
Ethernetschnittstellen bisher
Bisheriger Inbegriff der Ethernetschnittstelle in IP20-Umgebung ist der RJ45-Steckverbinder. Er ist überall präsent, doch in Anbetracht der mangelhaften Robustheit durch gebrochene Verrastungshebel oder gelegentliche Kontaktprobleme, verbindet viele Anwender eine Hassliebe mit dem Steckverbinder. Mit Blick auf immer kleiner werdende Geräte, wie flache Mobilgeräte, Displays, kleinere Automatisierungsgeräte, Kameras und Sensoren, beschränkt zudem die Baugröße der Buchse die mögliche Miniaturisierung.
Harting KGaA
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 6 2017 - 19.06.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
