Was Industrie 4.0 für elektrische Schnittstellen bedeutet

| Autor / Redakteur: Fabian Seymer, Bernhard Säckl und Jürgen Heigl * / Kristin Rinortner

Vorteile von multifunktionellen Schnittstellen

Eine weitere Option bietet der Einsatz von multifunktionellen Schnittstellen, die verschiedene Übertragungsaufgaben in einer einzigen Schnittstelle simultan ermöglichen, beispielsweise Daten, digitale Signale, elektrische Leistung und Fluide sowie vieles mehr. Hierdurch lassen sich sowohl der Bauraumbedarf als auch das Gewicht reduzieren.

Schon heute ermöglicht der kombinierte Einsatz neuartiger Spritzverfahren, -geometrien und -werkstoffe auf Kunststoffbasis sowie innovativer Schirmkonzepte die Realisierung solcher Schnittstellen in rechteckiger und runder Bauform.

Des Weiteren lassen sich mit innovativ gestalteten Isolierkörpern und Kontakten bereits jetzt extreme Signaldichten realisieren. Hier sind aktuell Poldichten von mehr als einem Kontakt pro mm² umsetzbar.

Zudem können dank neuester Kontakt- und Spritztechnologie auf minimalem Raum nicht nur mehr als 500 Signale in einer Schnittstelle, sondern auch höchste elektrische Leistungen (Betriebsspannungen über 6 kV bzw. Dauerströme über 200 A) übertragen werden. Die aktuellen Entwicklungen zeigen jedoch, dass aufgrund des immer rasanter steigenden Bedarfes zur Signalübertragung insbesondere die Poldichte von Steckverbindern noch zunehmen wird.

Hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Steckverbindern

Auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Dauerbelastbarkeit von Steckverbindern und ihrer Komponenten bedingt die beschriebene Notwendigkeit zur Mobilität von Produktionsmitteln erhebliche Zusatzanforderungen. Einerseits wird dies verursacht durch potenziell wechselnde Umgebungsbedingungen mit verschiedenen mechanischen, thermischen, chemischen oder EMV-Beanspruchungen.

Andererseits stellen die notwendigen Steck- und Ziehvorgänge an sich eine hohe mechanische Belastung für Steckverbinder und ihre Bestandteile dar. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Ersteren erfordert dabei die Auswahl geeigneter, hoch performanter Basismaterialien wie Edelstahl, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder legierte Leichtmetalle – kombiniert mit entsprechenden Hochleistungsbeschichtungen etwa aus Chrom- oder Ruthenium-Verbindungen. Zudem können schon heute sowohl hermetisch dichte als auch IP68 geschützte Schnittstellen ungesteckt realisiert werden. Ermöglicht wird dies durch aktuelle Vergusstechniken und -materialien wie Glas.

Um den mechanischen Beanspruchungen von mehr als 10.000 Steckzyklen standzuhalten, sind spezifische Kontaktgeometrien und -oberflächen sowie im Steckverbinder integrierte Führungseinrichtungen erforderlich. Eine entscheidende Rolle spielt insbesondere die gezielte Definition von Kontaktdruck sowie weiterer kontaktspezifischer Kenngrößen.

Von konstruktiver Seite haben sich besonders die hochwertigen Prinzipien der Lamellen- sowie der Drahtfeder-Technologie als überaus geeignet erwiesen. Darüber hinausgehend ermöglicht der Einsatz fortschrittlicher tribologischer Systeme schon heute Steckzyklen von mehr als einer Million.

Effizienz des Steck- und Ziehvorgangs im Einsatz

Grundlegende Voraussetzung für die Realisierung der genannten Forderungen im Rahmen von Industrie 4.0 ist die praktische und ökonomische Sinnhaftigkeit eines solchen Systems. In diesem Kontext ist neben dem Aufwand für die Installation eines Steckverbinders auch die Effizienz des Steck- und Ziehvorganges ausschlaggebend.

Erstere wird wesentlich beeinflusst von der verwendeten Anschlusstechnik. Hier bieten automatisierbare Print-Anschlusskonzepte eine entsprechende Möglichkeit zur Optimierung von Installationszeiten.

In Hinblick auf die Verbindungstechnik haben sich gegenüber den weit verbreiteten Schraubverbindungen einige Schnellverbindungstechniken als geeignete Optimierungsmaßnahme erwiesen. So gestattet es die Push-Pull-Verriegelung, Verbindungen in weniger als einer Sekunde herzustellen oder zu lösen und gleichzeitig gegen unbeabsichtigtes Entstecken zu sichern.

Dock-Verbindungen hingegen ermöglichen ein vollständig automatisiertes Stecken und Lösen von Verbindungen.

Die Entwicklung von Schnittstellen für Industrie 4.0 hat erst begonnen

Festzuhalten ist, dass die zunehmenden Überlegungen zu Industrie 4.0 und IIoT auch noch viele weitere Veränderungen und Innovationen bei der heutigen Übertragungsin­frastruktur und insbesondere Steckverbinder und Kontakte anstoßen werden. So werden in der nahen Zukunft noch verstärkte Anstrengungen unternommen werden müssen, um die bereits im Verlauf beschriebenen Anforderungen besser miteinander in Einklang zu bringen, die zum heutigen Zeitpunkt immer noch zu Reibungspunkten führen.

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* Fabian Seymer ist Produktmanager international für Rundsteckverbinder bei ODU in Mühldorf. Bernhard Säckl ist Leiter Produktmanagement Rechtecksteckverbinder bei ODU in Mühldorf. Jürgen Heigl ist Leiter Produktmanagement Elektrische Kontakte bei ODU in Mühldorf.

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