Die Maßnahmen zur Kostensenkung müssen ganzheitlich betrachtet werden. Es genügt nicht mehr, lediglich die Komponentenkosten zu reduzieren; Installation und Infrastruktur müssen bei der Kostenberechnung ebenfalls berücksichtigt werden. Auch der Platzbedarf der neuen Lösungen darf nicht außer Acht gelassen werden.
Neue Technologien bei der Herstellung von Steckverbindern und Kabeln sowie die zunehmende Integration von Funktionen in Halbleitern ermöglichen es, Daten und Energie in einem einzigen Medium zu kombinieren.
Vor diesem Hintergrund besteht der erste Integrationsschritt darin, separate Daten- und Stromleitungen in einem einzigen Kabel und somit in einem einzigen Stecker zusammenzuführen. Diese Hybridtechnologie ermöglicht kleinere Kabel und vereinfacht die Installation im Vergleich zu herkömmlichen Technologien. Das M12 CHT-Verbindungssystem von Molex umfasst ein Kabel, das dem Cat-5e-Standard entspricht und Daten und Strom mit bis zu 4 x 6 Ampere übertragen kann. Diese Lösungen werden bereits für Kupferkabel eingesetzt. Eine weitere Option, die in naher Zukunft erwartet wird, ist die Kombination von Strom- und Glasfaserkabeln.
Die Umstellung proprietärer Feldbusse auf Ethernet-basierte Kommunikation stellt einen weiteren technologischen Fortschritt dar. Technologien wie PoE (Power over Ethernet) für geringe und EoP (Ethernet over Power) für hohe Leistungen werden früher oder später dazu beitragen, die Installationskosten weiter zu senken und die simultane Übertragung über ein einziges Kabel zu ermöglichen. Aktuell sind diese Technologien jedoch noch nicht für industrielle Anwendungen geeignet; ihre zunehmende Verbreitung im Konsumgütermarkt wird jedoch in naher Zukunft zu technisch ausgereiften Lösungen führen, die für industrielle Systeme geeignet sind.
Ebenso wächst die Anzahl der Netzwerke, die drahtlose Ethernet-Protokolle implementieren, um neue Geräte zu integrieren. Dies dient primär der Senkung der Installationskosten, bietet aber auch mehr Flexibilität und mobile Kommunikationsmöglichkeiten. Dies ist nur möglich, wenn keine zusätzliche Stromversorgung benötigt wird. Ist eine solche Stromversorgung erforderlich und gleichzeitig eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit gefordert, geht der Trend dahin, die mehreren separaten Signal- und Stromkabel durch eine Hybridlösung zu ersetzen.
Eine Hybridlösung kombiniert die verschiedenen Leitungen für Signal und Strom und verbindet sie mit einem Hybridstecker. Aufbauend auf seiner langjährigen Erfahrung mit Hybridtechnologie hat Molex bereits Hybridlösungen in einer Vielzahl von Systemen implementiert.
Bei Ethernet-Anwendungen, wo seit vielen Jahren herkömmliche RJ45-Stecker verwendet werden, wurden Fortschritte erzielt. Diese führen zu den Standards Cat 5e und Cat 6a und integrieren nun sogar PoE-Technologie. Ein modernes Standard-Ethernet-Netzwerk kann Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s übertragen und bis zu 30 W pro Port liefern. PoE-Technologie ist in Büroanwendungen wie Netzwerkroutern, Telefonen und Webcams seit vielen Jahren erfolgreich im Einsatz.
PoE-Komponenten mit bis zu 16 Ports zur Datenübertragung werden bereits im Netzwerk eingesetzt. Anfänglich wurden in der Industrie steckbare Module verwendet, um die Verkabelung zu ersetzen und eine flexiblere, schnellere und sicherere Lösung zu schaffen. Mit der zunehmenden Verbreitung industrieller Netzwerke (wie Profibus und Profinet) steigt auch der Einsatz von Verteilerkästen mit Hauptleitungen und Nebenstellen.
RJ45-Anschlusssysteme, die bisher nur in Büroräumen eingesetzt wurden, sind durch die Verwendung eines runden oder rechteckigen Gehäuses auch für industrielle Anwendungen geeignet. Es wurden zudem Hybridlösungen entwickelt, die in die Stromverkabelung integriert werden können. Diese Lösungen sind jedoch teuer, weshalb zunehmend das deutlich robustere und zuverlässigere M12-System mit wesentlich kompakterer Bauweise zum Einsatz kommt.
Die Molex M12-Serie mit ihrer Circular Hybrid Technology (CHT) integriert zwei Paare geschirmter Signalkontakte und zwei oder vier zusätzliche Leistungskontakte in einem Standard-M12-Gehäuse. Dadurch können Signale mit einer Frequenz von 100 MHz und Strömen bis zu 10 A (zwei Leistungskontakte) bzw. bis zu 6 A (vier Leistungskontakte) über ein einziges Cat-5e-Kabel übertragen werden.
So lassen sich Überwachungskameras, Encoder und Sensoren für Automatisierungskomponenten auch unter rauen Umgebungsbedingungen mit nur einem Kabel betreiben. Weitere Verbesserungen wurden durch die Integration des M12-Hybridsystems in IP67-zertifizierte Industrieverteilerkästen erzielt.
Neben industriellen Anwendungen finden M12-Hybridverbindungssysteme zunehmend auch in der Automobilindustrie, im Nutzfahrzeugbereich, im Schiffbau, im Bergbau und in der Offshore-Industrie Verwendung.
Ein aktuelleres Beispiel für Hybridtechnologie stammt aus der Beleuchtungsindustrie. Im vergangenen Jahr installierte eine europäische Stadt neue Weihnachtsbeleuchtungen und legte dabei besonderen Wert auf wirtschaftliche und Nachhaltigkeitsaspekte sowie auf Stadtgestaltung und Landschaftsarchitektur.
Das Beleuchtungsprojekt nutzte zahlreiche Sterne, die jeweils 14 LEDs enthielten und 14 Lichtstrahlen aussandten. Die 9.800 Lichtstrahlen wurden einzeln von einer zentralen Steuereinheit aus angesteuert und emittierten warmweißes Licht. Die Signale wurden über das DMX/ACN-Intranet-Protokoll von der zentralen Steuereinheit zur Verteilerstation übertragen, dort in EtherCAT-Signale umgewandelt und anschließend über weitere Verteilerkästen an die Sterne weitergeleitet. Das gesamte Beleuchtungssystem umfasste etwa 1.000 EtherCAT-Knoten. So konnten beispielsweise Videosignale übertragen und als monochrome Videobilder auf den Lichtstrahlen dargestellt werden.
Um die Straßen der Altstadt mit diesen Sternen zu schmücken, werden Hängekabel benötigt. Um zu vermeiden, dass zwei verschiedene Kabel für die Daten- und Stromübertragung verlegt werden müssen, wurde das Hybrid-Verbindungssystem M12 mit dem Molex CHT 4+2-Stecker realisiert.
Das Hybrid-Anschlusssystem bietet nicht nur ästhetische Vorteile (z. B. weniger Kabel im öffentlichen Raum), sondern spart auch erheblich Kosten und Zeit, da im Vergleich zu herkömmlichen Systemen nur die Hälfte der Kabelmenge benötigt wird. Die Wandverteilerkästen enthalten Hybrid-Komponenten, die in die entsprechenden Hybrid-Kabelverbinder eingeschraubt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Montage und Demontage der Leuchten sowie eine kompakte und wasserdichte Verbindung, die einen zuverlässigen Betrieb über viele Jahre gewährleistet.
Diese unterschiedlichen Methoden zeigen, dass die Konvergenz von Daten und Energie bereits im Gange ist. Molex bietet die Technologien und das Know-how, die für ein breites Lösungsspektrum erforderlich sind.
Autor:
Autoren: Gerd Klaiber, Leiter Integrierte Produkte;
Andreas Vogt, Leiter Direktentwicklung Integrierte Produkte,
Molex Connectivity GmbH, Bretten, Deutschland
