Power follows Bus

Warum bildet die Verdrahtungsphilosophie das Fundament für Industrie 4.0? Ein Gespräch mit Thomas Korb, Leiter Produktmanagement des Anschlusstechnikspezialisten Escha.

Escha Verdrahtung Industrie 4.0

„Aus ehemals simplen mechanischen Steckverbindern werden Hightech-Produkte, bei denen neben Design und Materialauswahl auch Konfektionierungsvorschriften für die Fertigung ausschlaggebend sind.“

Thomas Korb, Escha

FACTORY: Herr Korb, inwiefern beeinflussen Schlagworte wie Industrie 4.0, IIoT und Big Data die Verdrahtungsphilosophie?

Thomas Korb: Früher war der Schaltschrank das zentrale Element der Automatisierung. Heutzutage wandert die Automatisierungstechnologie immer mehr dezentral ins Feld. Das bedeutet, dass es viele kleine Automatisierungsinseln gibt, die über die gesamte Anlage verteilt sind. Dadurch wird die Verdrahtungsphilosophie entscheidend verändert.

Während früher große Kabelbündel zentral vom Schaltschrank in die Anlage liefen, wird heute über die Bustechnologie seriell verdrahtet. Dieser Wandel hat die Automatisierung nachhaltig beeinflusst und den Verdrahtungsaufwand optimiert. Die Energieversorgung blieb dabei außen vor und wurde lange vom zentralen Verdrahtungsansatz geprägt. In Zeiten von Industrie 4.0 wird sich dies allerdings ändern müssen. Neue Standards wie M12 Power erlauben es mittlerweile, dass die Energieversorgung der Netzwerkverdrahtung folgen kann. Diese strukturierte Netzwerkverkabelung für Power und Bus nennen wir bei Escha „Power follows Bus“.

Welche Auswirkungen hat das auf ein Unternehmen wie Ihres?

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Korb: In Zeiten von Industrie 4.0 steigen die Anforderungen an die Datenkommunikation und die Energieverteilung stetig. Eine Vernetzung kann nur dann ihre Vorteile ausspielen, wenn Qualität und Verfügbarkeit des Netzes gewährleistet werden. Da Steckverbinder und Verkabelung das Rückgrat dieser Verteilung und Vernetzung bilden, kommt ihnen eine Schlüsselposition zu.

Aus ehemals simplen mechanischen Steckverbindern werden Hightech-Produkte, bei denen neben Design und Materialauswahl auch Konfektionierungsvorschriften für die Fertigung ausschlaggebend sind. Es reicht längst nicht mehr aus, irgendein Kabel an irgendeinen Kontakt anzuschlagen und dann zu umspritzen. Heute durchlaufen unsere Steckverbinder HF-Simulationen im hauseigenen Hochfrequenzlabor und die Materialabstimmung muss dafür sorgen, dass die Netzwerksymmetrie nicht gefährdet wird.

Auch bei den Powerprodukten sind Design und Materialauswahl bedeutend, um die Anforderungen einer modernen Leistungsversorgung zu erfüllen. Am Ende entscheidet die Qualität des Fundaments über eine gelungene Umsetzung von Industrie 4.0.

Die Busverdrahtung wird also schon länger dezentral umgesetzt, und die Powerverdrahtung folgt diesem Ansatz langsam aber sicher. Wie kann man den dezentralen Verdrahtungsansatz auf die Leistungsversorgung übertragen?

Korb: Die ursprünglichen Treiber für diese neue Verdrahtungsphilosophie waren die immer kompakter werdenden elektronischen Geräte. Auf Seiten der Gerätehersteller wurde die Forderung nach einer ebenfalls kompakten Leistungsversorgung auf Basis der industriell erprobten M12-Schnittstelle immer größer. Durch die normative Grundlage der IEC 61076-2-111 wurde ein Standard etabliert, der es mittlerweile erlaubt, M12-Anschlusstechnik für die Energieverteilung im Feld zu nutzen.

In einem vergleichsweise kurzen Zeitraum entstanden erste umspritzte und konfektionierbare Steckverbinder, die auf die speziellen Anforderungen für Poweranwendungen ausgerichtet waren. Dabei wird zwischen Gleich- und Wechselstromspannungen sowie unterschiedlichen Poligkeiten unterschieden.

Aber erst durch die Entwicklung entsprechender Verteilertechnik in den Bauformen T, H und h ist eine dezentrale und strukturierte Verkabelung möglich geworden. Escha war der erste Anbieter, der die unterschiedlichen Verteilerbauformen für alle Codierungen auf dem Markt angeboten hat. Wesentliche Alleinstellungsmerkmale unserer M12-Power-Produkte – egal, ob Steckverbinder, Flansch oder Verteiler – sind anschließbare Querschnitte von 1,5mm² bis zu 2,5mm². Diese Querschnitte sorgen insbesondere bei Gleichspannungsverteilung dafür, den Spannungsfall gering zu halten und eine große Ausdehnung der Powerverteilung zu ermöglichen.

Kann man von Ihnen beschriebenen Verdrahtungsansatz von der Automatisierungsindustrie auf andere Industrien zu übertragen?

Korb: Sie können die Idee von „Power follows Bus“ natürlich auch auf andere Branchen übertragen. Zum Beispiel auf die Bahnindustrie. In diesem Sektor haben wir in den letzten Jahren viele Kunden von den Vorteilen umspritzter Anschlusstechnik überzeugen können. Zunächst für Sensor/Aktor- sowie Datenapplikationen.

Mittlerweile liefern wir aber auch Powerverdrahtung an die Zughersteller. Natürlich mussten wir dafür auf spezielle Materialien zurückgreifen, die insbesondere die hohen Brandschutzanforderungen erfüllen, die beim Personentransport vorgeschrieben sind. Übrigens ein weiteres gutes Beispiel dafür, wie sich die Ansprüche in den letzten Jahren an einen Steckverbinderhersteller weiterentwickelt haben.

Denn heute liefern wir nicht nur einzelne Komponenten, sondern ganze Kabelbäume, die zentimetergenau auf die einzelnen Waggons abgestimmt sind.

Escha © Escha

Power follows Bus: Mit M12-Power-Komponenten kann die Powerverteilung erstmals der Busstruktur folgen.

Worin bestehen denn in Ihren Augen zurzeit die konkreten Herausforderungen?

Korb: Eine aktuelle Herausforderung besteht darin, Datennetzwerke verfügbar zu halten und dadurch intelligente Kommunikation in der Fertigung zu ermöglichen. Wir beobachten schon heute steigende Datenvolumina und immer höhere Übertragungsgeschwindigkeiten. Mainstream-Technologien aus dem Consumer-Bereich – wie das Ethernet – erobern auch immer größere Bereiche der Automatisierung.

Unsere Aufgabe als Steckverbinderhersteller besteht darin, diese Technologien automatisierungstauglich zu machen. Insbesondere in puncto Geschwindigkeit, Determinismus und Verfügbarkeit kann die Consumer-Technologie nicht eins zu eins auf die Automatisierung übertragen werden.

Während aktuelle industrielle Kommunikationsnetzwerke noch einigermaßen fehlertolerant sind, werden sich Produktionsprozesse, wie sie in Industrie 4.0 angedacht sind, in Zukunft nur durch eine sichere und zuverlässige Verkabelung umsetzen lassen. Doch nicht nur die Netzwerkverfügbarkeit, auch die Umweltbedingungen in der Industrie unterscheiden sich grundlegend von denen im privaten Umfeld und haben direkten Einfluss auf die Entwicklung von Kabel und Steckverbinder.

Während das Kabel chemikalien- und ölbeständig sein, sowie Störeinflüsse verhindern und gleichzeitig flexibel bewegte Anwendungen meistern muss, ist es wichtig, dass der Steckverbinder robust ist und eine hohe Schutzart aufweist. Mit den stetig steigenden Anforderungen an die Netzwerkperformance steigen daher auch die Qualitätsanforderungen an unsere Produkte.