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Energieverteilung in Zeiten von Industrie 4.0

01  M12 × 1-Power-Steckverbinder von links nach rechts: umspritzte Anschluss- und Verbindungsleitungen, selbstkonfektionierbarer Steckverbinder und Flansche (Bilder: Escha GmbH & Co. KG)

01  M12 × 1-Power-Steckverbinder von links nach rechts: umspritzte Anschluss- und Verbindungsleitungen, selbstkonfektionierbarer Steckverbinder und Flansche (Bilder: Escha GmbH & Co. KG)

Glaubt man den Trendaussagen der Automatisierungsexperten, stehen wir aktuell mitten im Wandel hin zu einer Industrie 4.0. Hinter dem Schlagwort Industrie 4.0 steckt im Wesentlichen eine vollständige Vernetzung sämtlicher Informationen einer Automatisierungsanwendung und eine größtmögliche Flexibilität in der Auslegung und Konfiguration einer Fertigungsinsel. So weit so gut. Der Trend der Vernetzung ist schon seit Jahren zu beobachten. Ethernet wird zukünftig das übergreifende durchgängige Kommunikationsmedium sein. Immer mehr verteilte Intelligenz und ein größeres Netzwerk bedingen aber auch neue Ansätze im Bereich der Energieverkabelung.

02  Technische Daten der M12 × 1-Power-Schnittstelle

02  Technische Daten der M12 × 1-Power-Schnittstelle

03  M12 × 1-Power-Verteiler von links nach rechts: T-Verteiler, h-Verteiler, H-Verteiler

03  M12 × 1-Power-Verteiler von links nach rechts: T-Verteiler, h-Verteiler, H-Verteiler

Es ist noch nicht lange her, da war der Schaltschrank das zentrale Element der Automatisierung. Von hier aus wurden Signale und Energie verteilt bzw. dort gebündelt. Heute finden wir eher eine dezentrale Verteilung der Automati­sierungsinseln vor. Das Konzept der dezentralen Verteilung ist auf Kommunikationstechnologien ausgelegt. Die Frage ­lautet also: Was ist mit der Energieverteilung?

Es scheint, als hinke die strukturierte Energieverteilung der Kommunikationswelt hinterher, da das Energieverteilungskonzept vielfach noch zentral geprägt ist. In jüngster Zeit wandeln sich jedoch auch hier die Ansätze der Energieverteilung. Neue Konzepte auf Basis von M12 × 1 Power ­beginnen sich in der Automatisierung zu etablieren (Bild 1). Diese Energieversorgungskonzepte folgen dann der Bus-Topologie und lassen sich treffend mit „Power follows Bus“ beschreiben.

Robuste Industrienetzwerke

In Zeiten von Industrie 4.0 steigen auch die Anforderungen an die Datenkommunikation bzw. an die Energieverteilung. Eine Vernetzung spielt nur dann ihre Vorteile aus, wenn auch die Qualität und Verfügbarkeit des Netzes gewährleistet wird. Die Steckverbinder und Verkabelungstechnologie bilden das Rückgrat der Verteilung und Vernetzung. Diesen Technologien fallen also Schlüsselfunktionen zu. Aus simplen mechanischen Steckverbindern werden nun Hightech-Produkte bei denen neben Design und Auswahl der Materialien auch Konfektionierungsvorschriften für die Fertigung den Ausschlag geben.
Es reicht längst nicht mehr aus, irgendein Kabel an irgendeinen Kontakt anzuschlagen und dann zu umspritzen. Heute müssen Steckverbinderdesigns HF-Simulationen durchlaufen und die Materialabstimmung muss dafür sorgen, dass die Symmetrie des Netzes nicht gefährdet wird. Ebenso sind bei den Powerprodukten Materialauswahl und Design ausschlaggebend, um die Anforderungen einer Power­verteilung zu ­erfüllen. Am Ende entscheidet die Qualität der Basis über eine gelungene Umsetzung von Industrie 4.0.

Strukturierte Powerverteilung über M12 x 1

Der neue Standard namens „M12 × 1 Power“ erlaubt es mittlerweile, die bewährte M12 × 1-Anschlusstechnik auch für die Energieverteilung im Feld zu nutzen. Die Energieverteilung folgt also strukturiert der Netzwerktopologie. Treiber für diese neue Verdrahtungsphilosophie waren die immer kompakter werdenden elektronischen Geräte. Mehrheitlich fordern Gerätehersteller eine ebenfalls kompakte Leistungsversorgung und wollten dabei auf die industriell erprobte M12 × 1-Schnittstelle zurückgreifen. Die normative Grundlage IEC 61076-2-111 [1] unterscheidet dabei zwischen Gleich- und Wechselspannungsanwendungen sowie in der Anzahl der Pole (Tabelle in Bild 2).

Während es bereits seit längerer Zeit umspritzte und selbstkonfektionierbare Steckverbinder gibt, die auf die speziellen Anforderungen für Poweranwendungen ausgerichtet sind, gibt es seit Kurzem entsprechende Verteilertechnik (Bild 3). Erst durch diese Verteilertechnik in den Bauformen T, H und h ist eine dezentrale und strukturierte Verkabelung möglich geworden. Im Bereich der Sensorik sind T-Verteiler schon lange im Einsatz. Escha [2] hat nun für die typischen Power-Codierungen neben einem T-Verteiler auch einen H-Verteiler (eine Einspeisung, drei Abgänge) und ­einen h-Verteiler (eine Einspeisung, zwei Abgänge) in den Markt eingeführt. Die wesent­lichen Alleinstellungsmerkmale aller M12 × 1-Power-Produkte von Escha (Steckverbinder, Flansche und Verteiler) sind ­anschließbare Querschnitte von 1,5 mm2 bis zu 2,5 mm2. Diese Querschnitte ­sorgen ­insbesondere bei Gleichspannungsverteilung ­dafür, den Spannungsfall gering zu halten, und ermöglichen demnach eine große Ausdehnung der Powerverteilung.

Fazit

Wer für die Zukunftstechnologien – die Industrie 4.0 mit sich bringt – gerüstet sein will, findet bereits heute eine gute Basis für die Verdrahtungstechnik vor. Wer schon jetzt auf qualitative Unterschiede bei der Basis achtet, kann sich entspannt zurücklehnen. Denn die Infrastruktur ist auch in Grenzbereichen der zukünftigen Technologien noch leistungsfähig genug, um eine hohe Verfügbarkeit und Robustheit des Netzes zu gewährleisten, ohne dass es zu Netzwerkausfällen oder Performanceeinbußen kommt. Power und Bus können mit den aktuell verfügbaren Komponenten in gleicher Struktur durch die Anlage laufen. All dies bildet einen Aufbau, der Industrie 4.0 auf ein sicheres Fundament stellt. (mh)


Literatur:
[1] IEC 61076-2-111:2017 Connectors for electrical and electronic equipment – Product requirements – Part 2-111: Circular ­connectors – Detail specification for power connectors with M12 screw-locking. Genf/Schweiz: Bureau Central de la ­Commission Electrotechnique Internationale
[2] Escha GmbH & Co. KG, Halver: www.escha.net


Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Korb ist Leiter ­Produktmanagement  bei der Escha GmbH & Co. KG in Halver.

Autor:
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Korb ist Leiter ­Produktmanagement bei der Escha GmbH & Co. KG in Halver.