Modernere Fertigung mit modularen Steckverbindern von HARTING

Fertigungsingenieure können die Frustration nachvollziehen, die entsteht, wenn eine Produktionslinie aufgrund eines Ausfalls eines Motorsteuergeräts angehalten werden muss, der Zugang zu diesem jedoch die Demontage zahlreicher Kabelverbindungen erfordert. Was eigentlich nur Minuten dauern sollte, kann sich zu Stunden ausweiten, während die Techniker die Schaltkreise in den Kabelbündeln aufspüren und hoffen, die richtigen Drähte unter Hunderten von ähnlich aussehenden Leitern ausfindig machen zu können. Dieses Szenario verdeutlicht eine Herausforderung im Zusammenhang mit der elektrischen Verbindung in industriellen Umgebungen. Festverdrahtete Systeme erscheinen zunächst kostengünstig, können jedoch versteckte Ineffizienzen verursachen, die sich über die Lebensdauer der Geräte hinweg summieren. Das Problem liegt in der starren Natur der festverdrahteten Verbindungen. Glücklicherweise gibt es inzwischen modulare Steckverbinderlösungen (Abbildung 1), die sich an wechselnde Anforderungen anpassen lassen und gleichzeitig eine industrietaugliche Zuverlässigkeit bieten.

Abbildung 1: Steckverbindersystem Han-Modular®. (Bildquelle: HARTING)

Ursprünge der standardisierten industriellen Verbindungstechnik

Wilhelm HARTING erkannte bereits 1945, dass das industrielle Wachstum der Nachkriegszeit grundlegend andere Verbindungslösungen als die bestehenden Designs erforderte. Angefangen mit einem kleinen Reparaturbetrieb in Minden, Deutschland, entwickelte HARTING das, was als Heavy Duty Connectors (HDCs) bekannt wurde und etablierte Prinzipien, die bis heute das Design der industriellen Verbindungstechnik beeinflussen.

Der Durchbruch gelang durch die Entwicklung von rechteckigen Steckverbindern im Gegensatz zu den kreisförmigen Designs, die anfangs in der Militär- und Raumfahrttechnik dominierten. Rechteckige Architekturen ermöglichen eine bessere Platzausnutzung in industriellen Schalttafeln und eine höhere Kontaktdichte auf standardisierten Grundflächen. Die Han-Steckverbinderserie, die noch vor dem industriellen Boom der 1960er Jahre auf den Markt kam, zeigte, wie standardisierte, robuste Verbindungen mehrere Arten von Medien handhaben und gleichzeitig rauen Fabrikumgebungen standhalten können.

Diese historische Grundlage ist wichtig, weil die Han-Modular-Technologie direkt auf bewährten Prinzipien aufbaut. Anstatt grundlegende Konzepte neu zu erfinden, werden bewährte Designs mit den neuesten Materialien, Fertigungstechniken und Integrationsmöglichkeiten kombiniert.

Dekonstruktion eines modularen Verbindungssystems

Die Han-Modular-Technologie von HARTING basiert auf einem Baukastenprinzip, bei dem Ingenieure einzelne Module entsprechend den spezifischen Anforderungen (Strom, Signal, Daten, Luft usw.) auswählen und diese Elemente in Schutzgehäusen kombinieren können, die für bestimmte Umgebungen ausgelegt sind.

Han-Modular-Module bewältigen spezifische Medientypen innerhalb der Steckverbinderbaugruppe, z. B. Stromversorgungsmodule für Ströme von 16 bis 200 A für Hochleistungsanwendungen, Signalmodule zur Unterstützung von Niederspannungssteuerkreisen sowie Kommunikationsmodule für Ethernet-, Feldbus- oder Glasfaserverbindungen. Ingenieure können diese verschiedenen Modultypen innerhalb desselben Montagerahmens kombinieren, so dass keine separaten Anschlüsse für jedes Medium erforderlich sind. Schutzgehäuse bieten mechanische Unterstützung und Abdichtung gegen Umwelteinflüsse für Modulkombinationen, mit standardisierten Gehäusen, die von den kompakten Konfigurationen Han 6B bis hin zu Han 48B (Abbildung 2) reichen, die für hohe Anforderungen und Multi-Media-Anforderungen geeignet sind.

Abbildung 2: Ein Beispiel für ein Einbaugehäuse Han 48B. (Bildquelle: HARTING)

Für den Schutz gegen Umwelteinflüsse werden je nach Anwendung abgestufte Dichtungskonstruktionen verwendet. Die grundlegende Schutzart IP65 schützt vor dem Eindringen von Staub und Wasser, wie es in den meisten Produktionsstätten üblich ist. Andererseits sind die verbesserten IP69K-Spezifikationen für Han-Modular-Steckverbinder so ausgelegt, dass sie den in der Lebensmittel- und Pharmaproduktion erforderlichen Hochdruckreinigungsverfahren standhalten.

Han-Modular Steckverbinder verfügen über mehrere Sicherheitsmerkmale, die Verbindungsfehler ausschließen. Das mechanische Kodierungssystem verwendet einzigartig geformte Führungselemente, die es ermöglichen, dass nur richtig zusammenpassende Stecker- und Buchsenhälften miteinander verbunden werden können. Dieser Aufbau verhindert, dass Techniker inkompatible Stecker verbinden, ein Fehler, der bei festverdrahteten Verbindungen häufig auftritt. Anstatt sich auf Verdrahtungsetiketten oder Schaltpläne zu verlassen, die mit der Zeit undeutlich werden können, macht das Kodierungssystem falsche Verbindungen physisch unmöglich.

Die Partnerschaft von HARTING mit DigiKey: der Han-Konfigurator

Steckerspezifikationen sind eine Herausforderung für die technischen Arbeitsabläufe. Ingenieure müssen die Komponentenspezifikationen in mehreren Datenblättern manuell abgleichen, die Umgebungsbedingungen überprüfen und die Kompatibilitätsanforderungen für jeden Steckertyp validieren. Dies ist ein zeitaufwändiger Prozess, der zu Auswahlfehlern führt und sich auf den Zeitplan des Projekts auswirkt.

Die Zusammenarbeit von DigiKey mit HARTING löst diese Probleme mit integrierten Design-Tools, die die Validierung und Komponentenauswahl automatisieren. Der Han Configurator® ermöglicht es Ingenieuren, Systemanforderungen, z. B. Medientypen, Stromstärken und Umgebungsspezifikationen, einzugeben und Echtzeit-Feedback zur Kompatibilität und Verfügbarkeit von Komponenten zu erhalten. Der Konfigurator verwendet eine regelbasierte Auswahllogik, die inkompatible Kombinationen verhindert und Alternativen vorschlägt, wenn ihre Auswahl zu Konflikten führt. Außerdem werden konfigurierte Baugruppen aus mehreren Blickwinkeln angezeigt, so dass Ingenieure die mechanische Passform und die Anforderungen an die Kabelführung vor dem Kauf überprüfen können.

Der Han Configurator generiert auch komplette Dokumentationen wie Stücklisten mit aktuellen Preisen und Verfügbarkeitsstatus. Durch die direkte Integration mit den Beschaffungssystemen von DigiKey kann die manuelle Erstellung von Stücklisten und Bestellungen vermieden werden. Ingenieure können die Post-Vergleichstools nutzen, um modulare gegenüber festverdrahteten Alternativen oder vorkonfigurierte Bibliotheken als Ausgangspunkte für gängige Anwendungen in verschiedenen Branchen zu bewerten.

Praktische Vorteile für Fertigungsteams

Die Han-Modular-Steckverbinder von HARTING bieten messbare Zeitvorteile bei der Installation im Vergleich zu Festverdrahtungsmethoden. Vormontierte Steckverbindersätze machen den zeitaufwändigen Prozess des individuellen Kabelanschlusses vor Ort überflüssig, und mechanische Verschlüsselungssysteme vermeiden Verbindungsfehler, die bei der Installation von Kabeln häufig auftreten. Die standardisierten Gehäusedesigns, die von kompakten Han-6B-Konfigurationen (Bild 3) bis hin zu Han-48B-Baugruppen für komplexe Anwendungen reichen, ermöglichen eine einheitliche Installation für verschiedene Systemanforderungen.

Abbildung 3: Ein Beispiel für ein Han-6B-Einbauelement. (Bildquelle: HARTING)

Der modulare Aufbau vereinfacht die Wartungsarbeiten, da komplizierte Schaltkreisverfolgungen und Umverdrahtungen durch einfaches Trennen bzw. Umstecken von Steckern ersetzt werden. Wenn Komponenten ausgetauscht werden müssen oder Techniker eine Fehlersuche durchführen müssen, können sie Probleme leicht identifizieren und isolieren. Der hebelbetätigte Verriegelungsmechanismus ermöglicht es dem Wartungspersonal außerdem, die Arbeiten schnell und ohne Spezialausrüstung durchzuführen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, komplette Steckverbinderbaugruppen unter kontrollierten Bedingungen zu testen. Auf diese Weise werden alle Variablen eliminiert, die bei feldkonfektionierten Verbindungen zu Zuverlässigkeitsproblemen führen. Die Fertigungseinrichtungen können die Qualität der Leiterpräparation, die Einsteckkraft der Kontakte und die Dichtungsintegrität auf eine Weise kontrollieren, die bei der Installation vor Ort nicht möglich ist. Durch Umwelttests wird außerdem sichergestellt, dass die Baugruppen vor der Auslieferung die angegebene Schutzart IP65 oder IP69K erfüllen.

Alles in allem sind Änderungen durch den modularen Aufbau viel einfacher. Die Standardschnittstellen ermöglichen es Ingenieuren, die Belastbarkeit zu erhöhen, weitere Kommunikationskanäle hinzuzufügen oder sogar neue Komponenten durch den Austausch einzelner Module zu integrieren.

Validierung in kritischen Produktionssektoren

Montagelinien in der Automobilindustrie (Abbildung 4) gehören zu den anspruchsvollsten Anwendungen für Verbindungstechnik. Beispielsweise erfordern Roboterschweißzellen die gleichzeitige Übertragung von Hochstrom-Schweißstrom (in der Regel über 600 A), Servosteuersignalen für die Roboterpositionierung und Highspeed-Ethernet-Kommunikation für die Bewegungskoordination in Echtzeit. Das bedeutet, dass Verbindungsausfälle ganze Produktionslinien zum Stillstand bringen können, was die Zuverlässigkeit zu einem entscheidenden Faktor macht. Han-Modular-Steckverbinder sind so konstruiert, dass sie der ständigen mechanischen Belastung durch Roboterbewegungen standhalten und die elektrische Integrität und langfristige Zuverlässigkeit unter extremen Umgebungsbedingungen aufrechterhalten.

Abbildung 4: Eine typische Automobilmontagelinie. (Bildquelle: Adobe Stock)

Ebenso müssen abgelegene Generatoranlagen unter extremen Temperaturen von arktischen Bedingungen bis hin zu Wüstenumgebungen zuverlässig arbeiten, oft mit minimalem Wartungszugang über längere Zeiträume. Diese Anwendungen erfordern Steckverbinder, die gleichzeitig die primäre Stromverteilung mit hohen Strömen und empfindliche Steuerschaltungen in einer einzigen Baugruppe bewältigen. Han-Modular-Steckverbinder in Generatoranlagen bleiben jahrelang ohne Wartungseingriffe in Betrieb, was den Konstruktionsansatz unter schwierigsten Bedingungen bestätigt.

Bergbau- und Baumaschinen arbeiten auch in aggressiven Umgebungen mit extremer Staubbelastung, Verschmutzung der Hydraulikflüssigkeit und starken mechanischen Einwirkungen. Han-Modular-Steckverbinder übertreffen die meisten Industriespezifikationen und tragen dazu bei, die Dichtigkeit und die elektrische Kontinuität unter Bedingungen aufrechtzuerhalten, die herkömmliche Konnektivitätslösungen schnell beeinträchtigen.

Chemieanlagen sind wahrscheinlich die anspruchsvollsten Validierungsumgebungen, in denen Steckverbinder einer chemischen Belastung standhalten und explosionssicher sein müssen. Das Han-Modular-Design ermöglicht Montagetests unter kontrollierten Laborbedingungen vor dem Einsatz in Gefahrenbereichen, um Ausfälle zu vermeiden, die über Produktionsunterbrechungen hinausgehen und zu Sicherheitsbedenken führen könnten.

Fazit

Die modulare Verbindungstechnik hat die Herangehensweise der Ingenieure an die Systementwicklung grundlegend verändert. Dabei geht es nicht um die Optimierung einzelner Komponenten, sondern um die Entwicklung einer robusten Verbindungsinfrastruktur, die sowohl die Anforderungen als auch künftige technologische Innovationen unterstützt. Für Ingenieure, die die Systemleistung langfristig optimieren wollen, bietet die modulare Verbindungstechnik die Anpassungsfähigkeit, die für die Bewältigung des technologischen Wandels unerlässlich ist, und gewährleistet eine hohe Betriebszuverlässigkeit für eine breite Palette von Industrieanwendungen. Bei technischen Entscheidungen sollte die Verbindungstechnik als Infrastruktur bewertet werden, die zukünftige Systemänderungen entweder ermöglichen oder einschränken kann.