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Datenverkabelung für die Industrie

Installationstechnik für Industrie­anwendungen

Auf einen Blick Robuster Einsatz und minimale Größen Die Datenstecker in industriellen Anwendungen unterliegen extremen Bedingungen: Sie sollen robust sein und möglichst kleine Maße haben

Hohe Datenraten Echtzeitanwedungen treibendie Datenraten in industriellen Anwendungen in die Höhe: Gigabit-Netze sind hier keine Seltenheit
Datenstecker und Verkabelungen in industriellen Anwendungen sind aufgrund rauer Umgebungsbedingungen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Diese Komponenten müssen daher teils höhere Anforderungen erfüllen als im Büroumfeld oder im Rechenzentrum. Hier stellen wir einige Beispiele solcher Komponenten vor.

Miniaturausführung für Ethernet

Der Steckverbinder »Captain ix« von Harting ist Vorreiter für eine neue Generation von Ethernetschnittstellen und für eine Kooperation, die den neuen Steckverbinder »Ix Industrial« weltweit als neuen Standard definiert. Die Entwicklung von Industrie 4.0 und IoT sorgt für eine stetige Ausbreitung und Anbindung von immer mehr Komponenten und Teilnehmern im industriellen Umfeld an Ethernetnetzwerke. Dazu gehört neben einheitlichen Protokollen auch die entsprechende Infrastruktur, die aufgrund immer kleiner werdender Endgeräte mit schrumpfen muss (Bild 1). Die Geräteschnittstellen, sowie auch die Systemkabel, müssen kleiner, leistungsfähiger und gleichzeitig robuster werden.
Quelle: Sigurd Schobert
Quelle: Sigurd Schobert
Mit Blick auf immer kleiner werdende Geräte, wie flache Mobilgeräte, Displays, kleinere Automatisierungsgeräte, Kameras und Sensoren, beschränkt die Baugröße des RJ45-Steckers die mögliche Miniaturisierung. Somit steht eine kleinere und robustere Steckverbindung auf der Wunschliste vieler Anwender und Entwickler, die gleichzeitig eine Kat.-6A-Leistungsfähigkeit für 1/10 Gbit-Ethernet in der Steuerungsebene stemmt.

Die im Vergleich zur RJ 45-Technik um 70% verringerte Baugröße der Buchsen erlaubt Geräteherstellern einen Einsatz in wesentlich kleineren Geräten (Bild 2). Das können z. B. immer weiter schrumpfende Kamera­systeme sein, an denen eine herkömmliche RJ45-Buchse schon den meisten Platz im Gehäuse einnimmt oder auch Steuereinheiten und kleine Industriecomputer.
Bild 2: Größenvergleich: links, RJ45, 
rechts Harting-Buchse für Ethernet
Bild 2: Größenvergleich: links, RJ45, rechts Harting-Buchse für Ethernet
Für die Geräteintegration steht eine kleine Buchse mit fünf THR-Schirmkontakten auf der Leiterplatte bereit. Die Datenkontakte sind als SMD-Kontakte ausgeführt. Damit lassen sich die Leiterplattenbuchsen im normalen Reflow-Lötprozess mit allen anderen üblichen Bauteilen gemeinsam verarbeiten. Das Rastermaß zwischen den Buchsen liegt bei 10 mm.

Für die Geräteverkabelung bietet der Hersteller dem Anwender flexible und dünne Systemkabel mit kleinem Biegeradius an, 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-codierten M12-Stecker versehen. Im ersten Schritt ist der neue Steckverbinder als gerade Ausführung verfügbar. Gewinkelte Steckverbinde-Varianten folgen in Kürze. Eine Speisung via PoE/PoE+ ist ebenso möglich.
Bild 3: Steckverbinder 
»Ix Industrial«
Bild 3: Steckverbinder »Ix Industrial«

Die ix-Steckverbinder (Bild 3) verfügen über eine stabile Verrastung über zwei Metallhaken, die beim Stecken mit einem deutlich hörbaren Klick einrasten und so dem Anwender eine akustische und haptische Rückmeldung über die korrekte Verriegelung vermitteln. Um auch die auf das Kabel wirkenden Kräfte abzufangen, hat der neue Stecker eine Zugentlastung. Der Hersteller garantiert eine Nutzung für mindestens 5000 Steckzyklen. Der Stecker erfüllt die Schock- und Vibrationsprüfungen nach der Bahnnorm EN 50155.

Eine besondere Herausforderung ist es, in dieser kleinen Bauform mit sehr nah beieinanderliegenden Kontakten das Übersprechen zwischen den einzelnen Datenpaaren wirksam zu minimieren. Dazu besteht zwischen den beiden Kontaktreihen in der Buchse ein Schirmblech, welches das Übersprechen zwischen den beiden gegenüberliegenden Kontaktreihen verhindert. Weiterhin hat der Stecker nicht acht, sondern zehn Kontakte. In jeder Kontaktreihe dient hier der mittige Kontakt als Abschirmung zwischen den beiden Adernpaaren. Durch das Schirmblech und die geerdeten Kontakte ergibt sich in der Anordnung der signalführenden Kontakte eine ähnliche Anordnung wie bei einem x-codierten M12-Rundsteckverbinder.

www.harting.com



Industriegerechte RJ45-Buchsen

Bild 4: Industriegerechte 
RJ45-Buchsen (TE)
Bild 4: Industriegerechte RJ45-Buchsen (TE)

TE Connectivity (TE), bietet eine neue Serie von RJ45-Buchsen (Bild 4) mit integrierten magnetischen Bauteilen an. Das Standardportfolio umfasst verschiedene Bauformen sowie Varianten mit und ohne LEDs. Die neuen RJ45-Buchsen des Herstellers unterstützen ein kostengünstiges Reflow-Pin in Paste (PiP) – Lötverfahren, genauso wie das Wellen- oder Schwall-Lötverfahren mit Through Hole Technology (THT). Diese RJ45-Ethernet-Schnittstelle hält ständig wechselnden Betriebstemperaturen von bis zu + 85 °C stand (klassische RJ45-Schnittstellen nur bis 70 °C). Eine in der Industrie bewährte, erhöhte Goldbeschichtung verhindert die Korrosion der Kontakte über die gesamte Lebensdauer, verbessert die mechanischen Eigenschaften wie Vibrationsfestigkeit und die Anzahl der Steckzyklen. Die hohe Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMV) wird durch ein »lückenloses« Schirmkonzept erreicht und stellt dadurch einen störungsfreieren Betrieb der Systeme sicher.

www.te.com/rj45magnetics



Flexible Industriekabel

Bild 5: Etherline-Torsions-Kabel für Kat 7
Bild 5: Etherline-Torsions-Kabel für Kat 7

Lapp ergänzt sein Kabelangebot um zwei Hochgeschwindigkeits­leitungen für industrielles Ethernet (Bild 5), darunter die torsionsfähige und Profinet-konforme Kat.-7-Leitung. Beide Leitungen erreichen Datenraten nach Kat. 7, also 10 GBit/s im Frequenzband bis 600 MHz. Das ist interessant für Anwendungen im Maschinenumfeld und in der Robotik, wo große Datenmengen anfallen, etwa von Sensoren oder hochauflösenden Kameras. Beide Leitungen haben einen robusten und halogenfreien PUR-Mantel. Unterschiede gibt es im Innenaufbau und bei den weiteren Eigenschaften:

Die Leitung »Etherline Torsion Kat. 7« lässt sich auf einer Länge von 1 m um 180 ° in beide Richtungen tordieren und das mindestens 5 Mio. mal. Das Kabel kommt ohne Füller aus, die Adern werden nur von einem Trennkreuz aus Polyethylen am Platz gehalten, das erleichtert die Konfektionierung.

Die Leitung »Etherline Kat. 7 Flex« ist flexibel, wenn auch nicht für dauerhafte Bewegungen ausgelegt. Der Außen­durchmesser von nur 6,4 mm und ein möglicher Biegeradius vom Vierfachen des Außendurchmessers unterstützt sie für gut gefüllte Schaltschränke, in denen es eng zugeht. Etherline Kat. 7 Flex darf neben Leitungen mit bis zu 1000 V verlegt werden und das ohne mechanischen Schutz wie Trennstege – EMV-Probleme sind dank der Schirmung ausgeschlossen.

www.lappkabel.de

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Dipl.-Ing (FH) Sigurd Schobert

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