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Anschlusstechnik Smartes Nervensystem für alle mechatronischen Produkte

Welche Anforderungen müssen Steckverbinder und Anschlussklemmen in der Produktion der Zukunft meistern? konstruktionspraxis hat nachgefragt.

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Ein Konsortium führender Unternehmen der Automatisierungstechnik entwickelt den intelligenten Steckverbinder für die Produktion der Zukunft.
Ein Konsortium führender Unternehmen der Automatisierungstechnik entwickelt den intelligenten Steckverbinder für die Produktion der Zukunft.
(Bild: Weidmüller)

Industrie 4.0, sei es nun eine Revolution oder eine Evolution, hat das Potenzial, die industrielle Fertigung neu zu gestalten und auszurichten. Das Internet bildet als Kommunikationsplattform die Basis von Industrie 4.0 sowie der Smart Factory, in der Maschinen zu einem intelligent vernetzten Fertigungsprozess zusammengeschlossen sind und untereinander sowie mit den zu produzierenden Produkten kommunizieren. Dazu ist auch smarte Verbindungstechnik nötig. Vor diesem Hintergrund fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Projekt „Intelligente elektrische Steckverbinder und Anschlusstechnologie mit elektronischer Signalaufbereitung (ISA)“. Die Entwicklungsergebnisse sollen als Standardisierungs- und Normungsvorschläge in die entsprechenden nationalen wie internationalen Gremien eingebracht werden.

Verschmelzung der Systeme

Ansatzpunkt der Forschung ist die Verschmelzung von Mikroelektronik, Mikromechatronik und Leistungselektronik zu einer innovativen Schlüsseltechnologie, die Lösungen liefert für die Herausforderungen intelligenter Leistungselektronik. Das Hauptziel intelligenter Anschlusstechnik ist demnach die dreidimensionale Integration von miniaturisierten elektronischen Sensor- und Aktorsystemen. Die elektrischen Anschlusstechnologien in Form von Steckverbindern spielen dabei eine große Rolle, wie Dr.-Ing. Frank Ansorge, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, erläutert: „Intelligente Anschlusstechnik, sogenannte Smart Power Mechanics, ist für Systeme der Industrie-4.0-Anwendungen eine entscheidende Schlüsseltechnologie. Signal- und Leistungsnetze sind gleichzeitig Blutkreislauf und Nervensystem aller mechatronischen Produkte, Systeme, Anlagen und Infrastrukturen.“

Intelligenz steigert Leistungsfähigkeit

An der Schnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen bilden diese Technologien die Grundlage für Innovation, Funktionalität, einfache Handhabung und Zuverlässigkeit der Automatisierungstechnik: Maschinen und Anlagen, Automobile, Züge und Flugzeuge, Telekommunikationssysteme und Computer, Geräte der weißen und braunen Ware, Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie Steuerungstechnik und medizintechnische Geräte – sie alle nutzen komplexe Kabelsysteme zur Vernetzung von elektrischen und optischen Signalen. Mit zunehmender Intelligenz der enthaltenen Komponenten steigt daher die Leistungsfähigkeit der Prozesse und Anlagen. „Durch den steigenden Einsatz an Sensorik und Aktorik wird mehr Information gewonnen, die Prozesse laufen sicherer und zuverlässiger. Die mechatronische Integration hat zum Ziel, Verbindungsebenen durch den Einsatz von Hochintegrationstechnologien zu reduzieren“, so Ansorge.

Bussysteme ersetzen Kabelbaum

Zukünftig werden nach Ansorges Einschätzung Bussysteme den klassischen Kabelbaum ersetzen. Denn zum einen sollen die Komponenten aufgrund der Forderung nach Ressourceneffizienz moderner Anlagen leichter werden; zum anderen ermöglichen Bussysteme es, eine Vielzahl von Informationen über einen Leiter zu übertragen. „Eine erste Maßnahme ist derzeit die Einführung von sogenannten Backbones, also zentralen Stromschienen, wie sie bereits in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden, um die direkte Verbindung jeder einzelnen Energiequelle, jedes Verbrauchers, Sensors und jeder Steuerung zu substituieren. Daran anschließend erfolgt sukzessive die Einbindung von drahtlosen Daten und Energie-Netzen“, erläutert Ansorge.

Steigende Ressourceneffizienz

Im Maschinen- und Anlagenbau wird der intelligente Steckverbinder zu steigender Ressourceneffizienz führen, wie Ansorge ausführt: „Der intelligente Stecker- und Anschlussblock benötigt im Vergleich zum klassischen Anschlussblock weniger Platz, bei gleichzeitig steigender Funktionalität. Dies wird auf Basis von neuen Wirkprinzipien erreicht werden. Neue Funktionalität schafft zudem mehr Sicherheit für Funktion und damit für einen stabileren Prozess in Produktion, Fahrzeug oder Energiegewinnung.“ Das Schlüsselwort dafür heißt mechatronische Integration: Durch 3D-Technologien werden auf engstem Raum mechanische Funktionen wie Stecken, Verriegeln oder Identifizieren mit elektrischen Funktionen, also zum Beispiel das Erfassen von Temperatur oder Umgebung, sowie Informatik-Verarbeitung der Daten im Steckverbinder gebündelt. Daraus resultiert schließlich eine Reduktion der Datenübertragungsvolumina.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht