Hat den bestehenden Standard abgelöst: Robifix bietet Lösungen für jedes Leitungssegment – vom Roboterfuß bis zum Schweißtransformator.

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Hinzu kommt, dass die Industrie oft schneller ist als die Normungsprozesse. Müller: "Nehmen wir einmal das Beispiel der Primärkreis-Steckverbinder für Schweißtransformatoren nach ISO 10656. Unsere Steckverbinder-Serien TSB150 und TSS150 folgten bis 2010 dem weltweiten Industriestandard. Die Bestrebungen gingen aber in Richtung einer einfachen, gewichtsreduzierten und montagefreundlichen Lösung, was jedoch unvereinbar mit der bestehenden Norm war. So entstand ein neuer Primärkreis-Steckverbinder für Roboterpunktschweißzangen und ebenfalls als Steckanschluss für Schweißtransformatoren, der Robifix.

Modulare Steckverbindersysteme wie CombiTac ermöglichen individuelle Kombinationen von Leistungs- und Steuerkontakten, Hochspannungsmodulen, pneumatischen und hydraulischen Kontakten, ­Thermoelementen, Koaxialkontakten sowie weiteren Modulen.

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Aufgrund der neuartigen flachen Bauform und der ebenfalls neuen, patentierten Zugentlastung konnte nicht nur die Bauhöhe, sondern auch die Gesamt­länge um mehr als 50 % verkleinert werden. Voraussetzung hierfür war, dass das Polbild nach ISO 10656 in Absprache mit den Anwendern aus der Automobilindustrie und Transformatoren-Herstellern ignoriert beziehungsweise neu definiert wurde. Die neu entstandene Bauform hat sich seit 2013 als Quasi-Standard etabliert und gilt somit als 'gesetzt' für Schweißtransformatorenhersteller weltweit - auch wenn sie nicht der ISO 10656 entspricht. Namhafte Automobilhersteller geben inzwischen bei ihren Ausschreibungen diesen Steckverbinder vor. Eine erneute Normierung ist bisher nicht mehr angedacht." Auf den Punkt gebracht: Der evolutionäre Veränderungsprozess in der Industrie verlässt immer öfter den 'offiziellen' Rahmen der Normen und kommt zu eigenen Standards.

Datentechnik überall

Ein weiterer Trend in der Automation ist, dass Computer-Intelligenz mehr und mehr aus den Schaltschränken in die Peripherie wandert. Das heißt beispielsweise: Der Roboterarm trägt heute nicht nur das Werkzeug sondern auch die erforderlichen Messsysteme. Die bewegten Massen klein zu halten, ist dabei ein ständiges Ziel der Automatisierer. Auch das fördert die nächste Entwicklung bei den Steckverbindern: Sie werden immer kleiner. Müller kommentiert: "In der Vergangenheit konnte eine üppige Material- und Dimensionsreserve eingerechnet werden, was teilweise auch Mehrgewicht aufgrund einer gewissen Überdimensionierung mit sich brachte und im Betrieb einen Mehrverbrauch an Energie nach sich zog. Das kann sich heute kein Betrieb mehr leisten."

Eric Leijtens, TE Connectivity: "Die Verbindungstechnologie spielt eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der Effizienz vieler Fertigungsprozesse."

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Den Trend zur Miniaturisierung sieht man ebenso beim Verbindungstechnik­anbieter TE Connectivity und reagiert darauf unter anderem mit einem neuen Mini-I/O-Steckverbinderprogramm als industriegerechte Alternative zum RJ45, das sowohl Varianten für Leiterplatten als auch Ausführungen für die Installation im Feld umfasst. Gegenüber Standard-RJ45-Lösungen spart die Lösung laut Eric Leijtens, Global Product ­Manager Field Connectivity bei TE, 75 % der Fläche ein. Da die Mini-I/O-Steckverbinder doppelte Kontaktpunkte besitzen, sei – im Gegensatz zum RJ45, der nur einen Kontaktpunkt hat – eine verlässlichere und stabilere Verbindung möglich. "Mi­krounterbrechungen können also so gut wie nicht mehr vor­kommen, und Maschinenausfallzeiten werden weitgehend vermieden", so Leijtens.

Damit die Mini-I/O-Steckverbinder, die laut Hersteller rund 1500 Steckzyklen aushalten und für Temperaturen von -40 °C bis +85 °C geeignet sind, flexibel eingesetzt werden können, gibt es sowohl SMT-Varianten als auch so genannte Through-Hole-Ausführungen. Letztere haben Anschlüsse, die durch die Leiterplatte hindurchgehen, während sich die Anschlüsse der SMT-Varianten auf der Oberseite befinden. Die feldinstallierbare Version der Steck­verbinder bietet zudem eine Durch­dringungskontaktierung, mit der die Anschlusszeit im Vergleich zur Lötanschlusstechnik deutlich verkürzt wird. Darüber hinaus ist die Installation mittels eines leicht zu bedienenden Werkzeugs unter nahezu allen Umgebungsbedingungen möglich.

Spart 75 % der Fläche gegenüber Standard-RJ45-­Lösungen: das neue Mini-I/O-Steckverbinderprogramm von TE Connectivity.

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Mit zunehmender Miniaturisierung stellt sich jedoch die Frage der Konfektionierbarkeit. Bei der Montage vor Ort werden Steckverbinder oft von Hilfskräften montiert. Daher muss gewährleistet sein, dass auch Leute ohne Fachausbildung Kabel konfektionieren können, ohne dass die elektrische Qualität leidet. Die gute alte Crimpzange aus dem Werkzeughandel könnte daher nach Meinung von Müller bald ausgedient haben: "Wer heute einen Steckverbinder liefert, muss sich schon früh Gedanken um die Montagefreundlichkeit machen und die entsprechenden Werkzeuge für Konfektionierung und Endmontage bereitstellen."

Inzwischen interessiert sich die Industrie außerdem dafür, welche Materialien in den Steckverbindern zum Einsatz kommen werden. Die Schonung der Ressourcen, die Sicherheit des Personals und die gefahrlose Entsorgung sind Themen, die bei Beschaffungsprozessen immer mehr in den Mittelpunkt rücken. So befürwortet Multi-Contact den Trend, bei Neuentwicklungen beispielsweise auf Beryllium zu verzichten, wo immer dies technisch vertretbar ist.

Last but not least geht der Trend hin zu 'Smart Connectors', was große Veränderungen nach sich ziehen wird. Die Rede ist von intelligenten Steckverbindern mit eingebauter Elektronik. Diese soll helfen, flexibel auf die angeschlossenen Komponenten zu reagieren und steckbare Verbindungen sicherer zu machen. "Denkbar ist sehr vieles und in den Entwicklungsabteilungen wird intensiv an diesem Thema gearbeitet", deutet Müller an.

Intensiv gearbeitet wird auch in den Entwicklungsabteilungen von TE ­Connectivity. Neben neuen Lösungen bei den industriellen Steckverbindern beschäftigt man sich dort intensiv mit dem Thema kontaktlose Übertragung. Anders als bei Steckverbindern, Schleifringen oder konfektionierten Kabeln lassen sich mit dem sogenannten Ariso-Verfahren sowohl Daten als auch Energie ohne mechanischen Kontakt übertragen. Die entsprechende Übertragungsplattform besteht aus so genannten Kopplern, in denen sich vorne jeweils eine Antenne und eine Spule befinden. Beide sind mit einer Leiterplatte verbunden, die im hinteren Teil der Koppler untergebracht ist. Die Daten werden im 2,4-GHz-Band übertragen. Da jedoch nur im Nahfeld­bereich gesendet wird, kommt es zu keinen Interferenzen mit Funk­verfahren wie WLAN oder Bluetooth, die auf derselben Frequenz arbeiten. Mit anderen ­Worten: Die Datenüber­tragung funktioniert kontaktlos, aber nicht wireless. Die Energie wird mittels eines induktiven Verfahrens übertragen, das auf dem magnetischen ­Resonanzprinzip beruht.

Aufgrund dieses Verfahrens kommt es weder zu mechanischem Verschleiß noch können Flüssigkeiten, Staub oder Vibrationen der Verbindung etwas anhaben. Darüber hinaus lassen sich neue Anwendungen realisieren wie etwa eine Übertragung durch Wände hindurch oder die Anbindung beweglicher Teile (siehe Interview mit Ulrich Wallenhorst, CTO von TE Connectivity).

Interview mit Ulrich Wallenhorst: "Ohne Kontakt in Kontakt"

Ulrich Wallenhorst, TE Connectivity: "Der nächste Entwicklungsschritt von Ariso hat schon begonnen."

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Daten und Energie kontaktlos übertragen – dieses Konzept steckt hinter dem Übertragungssystem Ariso, welches TE Connectivity nun offiziell auf den Markt bringt. CTO Ulrich Wallenhorst erläutert die Details.

Herr Wallenhorst, auf der SPS IPC Drives 2013 haben Sie Ariso als Konzept erstmals vorgestellt – wie war die Resonanz im Markt darauf?

Die Resonanz darauf war sehr positiv, da das kontaktlose Übertragungssysteme klassische Pro­bleme von Steckverbindern oder anderen Verbindungstechnologien adressiert und behebt, wie beispielsweise Steckzyklen oder wartungsfreie endlose Rotation. Zudem lassen sich damit ganz neue Produktdesigns umsetzen. Erste kundenspezifische Produkte wurden bereits seit Anfang 2014 ausgeliefert und mittlerweile ist die Serienproduktion gestartet, sodass wir auf der vergangenen SPS IPC Drives nun auch den offiziellen Launch der Serienprodukte verkünden konnten.

Das System ist bis dato auf PNP-Sensorschaltsignale beziehungsweise eine Leistung von 12 Watt bei einer Übertragungsdistanz von 7 mm ausgelegt. Wird es dabei bleiben?

Nein. Wir sind gerade intern dabei, unser Portfolio zu erweitern und die Plattform in Richtung höherer Power- und Datenraten zu entwickeln. Hierbei liegt der Fokus vor allem auf Industrial Ethernet beziehungsweise Übertragungsraten von 100 Mbit/s und einer Leistungsübertragung bis zu 100 Watt. Zudem werden wir nun die Hard- und Software dahingehend modularisieren, dass wir etwa das Daten- vom Powermodul entkoppeln. Auf diese Weise können wir die Lösung besser skalieren, indem sich beispielsweise auf der Powerseite Module in unterschied­lichen Leistungsklassen mit unterschiedlichen Datenmodulen – etwa für Ethernet, Profibus oder Ethercat – flexibel kombinieren lassen.

Wenn sich eine Technologie in der ­Industrie durchsetzen soll, wird immer auch der Ruf nach Standardisierung laut.

Im Konsumerbereich gibt es zum Bereich Wireless Power & Data bereits verschiedene Standardisierungsbemühungen. Eine davon ist beispielsweise der Qi-Standard des 'Wireless Power Consortiums', an dem unser Partner 'Power by Proxi' federführend beteiligt ist. Der Fokus liegt hier auf der ­kontaktlosen Leistungsübertragung zum kabellosen Laden mobiler Con­sumer-Produkte wie etwa Handys. ­Ähnliches gibt es im Datenbereich mit WiGig.

Wenn diese Standards final stehen, ist es nicht mehr so schwer, diese auf ­industrielle Applikationen zu adaptieren. Im Übrigen werden die heutigen Ariso-Komponenten mit Standard-M12-Steckverbindern angebunden und sind demnach mit den vorhandenen Lösungen kombinierbar.

Welche industriellen Kommunika­tionsstandards unterstützt Ariso?

Wie bereits erwähnt, wurden die ersten Varianten zur An­bindung von Sensorik entwickelt, weshalb der Fokus hierbei auf digitalen Schaltsignalen gelegen hat. Hand in Hand mit der Erhöhung der Datenrate wird in der nächsten Ausbaustufe auch die Unterstützung der gängigen Bussysteme in der Automatisierungstechnik einhergehen. In einer kundenspezifischen Lösung haben wir zudem bereits IO-Link realisiert.

Bereits in der Vergangenheit gab es immer wieder Ansätze der kontaktlosen Übertragung von Daten und Energie – allerdings haben sich diese bis dato nicht durchgesetzt. Was macht Sie optimistisch, dass Ihnen dies mit Ariso gelingt?

Bisherige Lösungen, deren Entwicklung meist aus der Sensorsicht erfolgte, waren unserer Einschätzung nach zu statisch beziehungsweise es fehlte ihnen an der intrinsischen Echtzeit-Fähigkeit. Mit geringen Wirkungsgraden waren sie zudem nicht effizient genug und nicht flexibel genug im Aufbau.

Ariso hingegen geht das Thema aus der Verbindungssicht an und erreicht einen Wirkungsgrad von 70 bis über 80 % bei der Betrachtung des Gesamtsystems. Zudem lag der Fokus der Entwicklung darauf, das System so einfach wie möglich zu machen. Das heißt, der Anwender darf nicht merken, dass er eine kontaktlose Technologie einsetzt. Durch den modularen Aufbau zusammen mit den Vorteilen, wie unlimitierte Steckzyklen, wartungsfreie Rotationsunterstützung oder Verbindungen on-the-fly –, beispielsweise zur Anbindung von Komponenten auf sich bewegenden Maschinenteilen oder Werkstückträgern – glauben wir ein System zu entwickeln, das in dieser Art einzigartig ist.

Werden Sie das System allein vermarkten oder die Technologie auch anderen interessierten Firmen zur Verfügung stellen?

Wir bieten im Bereich Ariso sowohl eigene Standard-Produkte an, führen aber auch Gespräche mit anderen Unternehmen – beispielsweise mit Herstellern von Robotik- oder Sensorik-Komponenten – hinsichtlich einer Integration der Technologie in bestehende Lösungen.