Eine Leitung, zwei Funktionen: Hybride Schnittstellen für raue Industrieumgebungen

Im Duden Fremdwörterbuch ist unter \’hybrid\‘ folgendes zu finden: \“[lat.] gemischt, von zweierlei Herkunft, aus Verschiedenem zusammengesetzt\“. Auch in der elektrischen Verbindungstechnik gibt es das Thema \’Hybrid\‘. Hier spricht man von hybriden Steckverbindungen, wenn in einem Geräteanschluss Da­ten oder Signalübertragung mit der Stromversorgung kombiniert werden. Doch worin liegt der besondere Vorteil hybrider Schnittstellen? Ein Punkt ist die Halbierung aller Komponenten für die sonst separaten Schnittstellen für Daten bzw. Signale und Stromversorgung. Damit reduziert sich der Platzbedarf für die Schnittstellen an den Automatisierungskomponenten um bis zu 50%. Die Geräte können kleiner und leichter werden und sind damit für Anwendungen geeignet, in denen wenig Platz vorhanden ist oder in denen ein geringes Gewicht große Vorteile bringt. Diese Aspekte sind ein wesentliches Auswahlkriterium für Geräteentwickler und Anwender, deren Arbeit durch den Einsatz hybrider Schnittstellen wesentlich erleichtert wird. Wo sie heute in herkömmlicher Technik noch zwei Steckverbinder und zwei Kabel pro Geräteanschluss benötigen, sind bei der hybriden Verbindungstechnik nur noch ein Steckverbinder und ein Kabel notwendig. Das reduziert die Kosten und Installationszeiten. Da sich auch die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Anschlusskomponenten halbiert, sinken die Kosten für die Lagerhaltung ebenfalls. Technische Aspekte hybrider Schnittstellen Bei den unterschiedlichen Applikationen sind die benötigte Datenrate und die zu übertragende Leistung für die Stromversorgung die wichtigsten Auswahlkriterien. Für die Datenübertragung mit Ethernet hat Harting hybride Verbindungssysteme für kupferbasierte und optische Datenübertragung im Produktsortiment. Beide Systeme sind für Fast Ethernet und Gigabit Ethernet ausgelegt und werden für zukünftige 10GBit-Anwendungen weiterentwickelt. Die kupferbasierten Hybridschnittstellen verwenden im Datenteil das RJ45-Steckgesicht, die optische Hybridschnittstelle den LC duplex-Einsatz. Die LC duplex-Varianten sind dabei sowohl für Singlemode als auch für Multimode-Glasfasern verfügbar. Der Harting PushPull Hybrid ist mit robusten D-Sub- und HD-Sub-Kontakten ausgestattet. Der Hybridsteckverbinder ist für die industriellen Fast Ethernet-Varianten wie Profinet, Ethernet/IP, Ethernet Powerlink, Ethercat, Sercos III usw. ausgelegt und kann alternativ für Profibus, CAN-Bus, Devicenet oder den ASi-Bus verwendet werden. Zusätzlich enthält diese Schnittstelle separate Kontakte für die Stromversorgung, die für 5A Nennstrom ausgelegt sind. Mit diesen Eigenschaften eignet sich der PushPull Hybrid für die Automatisierungstechnik. Aufgrund der sechsfachen Kodiermöglichkeit ist auch die Verwechslungsgefahr zwischen unterschiedlichen Anwendungen ausgeschlossen. Industrielle Anwendungen benötigen in der Regel größere Leistungen. Je nach Energiebedarf der Applikation findet der Anwender bei Harting passende Lösungen für den industriellen Einsatz. Dabei reicht die Palette von Schnittstellen von in der Automatisierung üblichen Steuer- und Versorgungsspannungen im Bereich bis 48V bis hin zu Lösungen für größere Leistungen mit 300VAC/DC/16A. Zuverlässige EMV-Schirmung hybrider Verbindungstechnik Hybride Installationskonzepte haben beim Anwender häufig mit Vorbehalten bezüglich der Beeinflussung der Datenübertragung zu kämpfen. Deshalb ist der Themenkomplex der EMV-Beeinflussung zwischen Daten- und Energieübertragung von zentraler Bedeutung. Wichtigste Maßnahme ist hier die gute und zuverlässige Schirmung des Datenteils. Die verwendeten Harting RJ Industrial RJ45-Einsätze sind 360° geschirmt und besitzen eine gute Kontaktierung zum Kabelschirm. Auch beim Aufbau der Hybridkabel steht die Schirmung der Datenleitungen klar im Fokus. Dementsprechend sind die Datenleitungen immer mit einer Schirmfolie und einem dichten Kabelgeflecht ausgeführt. Neben allen konstruktiven Maßnahmen ist jedoch der Nachweis der Wirksamkeit dieses Schirmkonzeptes maßgeblich für den Kunden. Harting führt in seinem akkreditieren EMV-Labor Prüfungen der hybriden Systemkomponen­ten durch. Bei diesen EMV-Prüfungen werden in die Energieleitungen eines praxisgerechten Systemaufbaus übliche EMV-Störungen wie Burst, Surge und leitungsgeführte HF-Störungen eingekoppelt. Diese dürfen die parallel laufende Datenübertragung nicht beeinflussen. Nur Komponenten, die diese Prüfkriterien erfüllen, sind für industrielle Anwendungen einsetzbar. Besonderheiten im Maschinen- und Anlagenbau Neben Datenrate und Leistung ist die Anschlusstechnik ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium für die geeignete Schnittstelle. Während im Anlagenbau und in der Vernetzung von Industriegebäuden feldkonfektionierbare Lösungen bevorzugt werden, kommen im Maschinenbau vermehrt einsatzfertig konfektionierte Systemkabel zum Einsatz. Aus diesem Grund bietet Harting für alle hybriden Schnittstellen auch Systemkabel an. Gemäß den Anforderungen aus dem Anlagenbau sind Typen mit werkzeuglos anschließbarer Schneidklemmtechnik verfügbar. Automatisierungskomponenten sind im industriellen Einsatz rauen und harten Umweltanforderungen ausgesetzt. Die Grundvoraussetzungen für einen Einsatz in der Industrie reichen deshalb von einem erweiterten Temperatur­bereich über hohe Schutzarten, Schock- und Vibrationsbeständigkeit bis hin zur Beständigkeit gegen Öle, Fette und Industriechemikalien. Harting Steckverbindungen und Kabel garantierten diese Standardeigenschaften. Im­mer häufiger werden die Steckverbinder auch im Freien genutzt und sind dort besonderen Witterungseinflüssen ausgesetzt. Hierzu gehören Temperaturschwankungen, Ozon, Feuchtigkeit und UV-Strahlung sowie Schmutz und Schadstoffe. Aus diesem Grund sind die Steckverbinder für die Schutzart IP65/67 ausgelegt. Für Gehäuse, Dichtungen und Oberflächen werden besonders geeignete Materialien eingesetzt. Außerdem weist Harting die Funktion der Schnittstellen unter diesen widrigen Umwelteinflüssen mit einem eigens entwickelten Outdoortest nach. Einsatzbeispiele für hybride Verbindungstechnik Wenn Geräte in luftiger Höhe und bei widrigen Wetterbedingungen angeschlossen oder gewartet werden müssen, werden die Vorteile der hybriden Installation am deutlichsten sichtbar. Jeder Installateur kennt die Probleme, wenn er bei Frost oder Regen schon einmal ei­ne defekte Basisstation in großer Höhe warten musste. Für unsere Gesellschaft ist die Funktion der Kommunikationstechnik ein Muss. Deshalb ist in solchen Fällen das Warten auf besseres Wetter keine Option. Die hybriden Outdoor geprüften Schnittstellen verkürzen die Installations- und Wartungszeiten und werden damit in solchen Applikationen zur ersten Wahl. Sie werden beispielsweise für Mobilfunk Outdoor Units eingesetzt. Weitere Anwendungen im Outdoorbereich sind Überwachungskameras, Anzeigesysteme oder Verkehrsleitsysteme. Im industriellen Umfeld kommen hybride Systeme für die Sensorverkabelung und als Schnittstelle für industrielle WLAN Access Points zum Einsatz. Auch für die Anschaltung von Aktoren wie Servo- oder Stellantrieben, die mit Daten und Energie versorgt werden müssen, sind hybride Schnittstellen die richtige Wahl. Hybride Schnittstellen werden sich in industriellen Applikationen vermehrt durchsetzen. Gründe sind der steigende Kostendruck und die Forderungen nach schnellerer Installation von Geräten, Maschinen und Anlagen. Hybride Verbindungstechnik bringt dabei signifikante Vorteile für Geräteentwickler und Anwender.