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Bild 1: Der konfektionierte Steckbereich wird durch Vorumspritzung mit den Einzeladern verbunden – das Polyamid erhöht die mechanische Robustheit und verhindert Kurzschlüsse zwischen Schirmumspritzung und Kontaktträger. (Bild: Phoenix Contact)

Eckdaten

Die Advanced Shielding Technology von Phoenix Contact ist robust, hochver­fügbar, langlebig sowie widerstandsfähig auch bei Überlastung. Damit wird ein wichtiger Grundstein gelegt für die Verkabelung der Zukunft – im Hinblick auf die Anforderungen von Industrie 4.0 oder Industrial Internet of Things. Verfügbar ist die Technik für die Daten-, Signal- und Leistungsübertragung. Zukunftsfähig wird sie auch durch die optimierten EMV- und Übertragungseigenschaften und weil sie die zunehmende Miniaturisierung bei der Feld- und Geräteverkabelung unterstützt.

Mit den steigenden Anforderungen in der Fabrik­automation wachsen auch die Anforderungen an die M8- und M12-Steckverbindungen und Verkabelungs­lösungen in IP-geschützten Bereichen. Ob es sich dabei um Übertragungseigenschaften handelt, um mechanische Robustheit oder um applikations­spezifische Anforderungen – die Anschlusstechnik wird immer besser. Wie schon bei der Steigerung der Übertragungseigenschaften auf 10 GBit/s oder bei der Integration neuer Steckgesichter für den industriellen Einsatz – etwa beim X-kodierten M12- oder beim miniaturisierten D-kodierten M8-Steckverbinder – müssen auch Technologien im Inneren des Steckverbinders optimiert werden. Mit der Advanced Shielding Technology hat Phoenix Contact keine bereits existierende Technik weiterentwickelt, sondern die Schirmanbindung von Rundsteckverbindern wie dem M8 und M12 revolutioniert (Bild 2).

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Bild 1: Der konfektionierte Steckbereich wird durch Vorumspritzung mit den Einzeladern verbunden – das Polyamid erhöht die mechanische Robustheit und verhindert Kurzschlüsse zwischen Schirmumspritzung und Kontaktträger. Phoenix Contact

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Bild 2: Kunststoff, Metall, Kunststoff – die Advanced Shielding Technology ermöglicht eine robuste und zuverlässige Daten-, Signal- und Leistungsübertragung. Phoenix Contact

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Bild 3: Die Advanced Shielding Technology sorgt auch in schock- und vibrationsintensiven Applikationen für eine zukunftssichere Schirmanbindung. Phoenix Contact

Das konventionelle Verfahren, das die Nutzung von Crimphülsen in Zink-Druckguss oder Edelstahl als Schirmelement vorsieht, sorgt für eine hohe Materialvarianz im Fertigungsprozess. Bedingt ist diese Varianz durch Unterschiede beim Leitungs­durchmesser und bei der Schirmbeschaffenheit sowie durch spezifische Anforderungen an die zu realisierende Schirmanbindung. In den letzten Jahren wurde die Technologie der Schirmhülsen als Crimpvariante immer weiter verfeinert und optimiert. Dabei wurden neue Materialien auf bessere Eigenschaften geprüft und die Ferti­gungsprozesse optimiert. Die Herausforderung bestand somit nicht darin, die bestehende Technologie der Crimphülse noch um eine minimal optimierte Variante zu erweitern. Sie bestand darin, eine sichere Schirmverbindung auch bei extremer mechanischer Beanspruchung zu erreichen und dabei die bekannten Schwächen der Crimphülsen zu umgehen.

Schirmkonzept: Besonders geeignet für raue Umgebungen

Ob nun bei Applikationen mit Schleppketten, in Umgebungen mit extremen Witterungsbedingungen oder bei Robotik-Applikationen mit hohen Anforderungen an die mechanische Verbindung – die Anforderungen an standardisierte Industriesteckverbinder steigen ständig. Hier setzt nun die neue Technologie auf eine spezielle Polyamid-Vorumspritzung. Diese neuartige Vorumspritzung schützt die Einzeladern und dient der mechani­schen Robustheit. Gleichzeitig sorgt die Vorum­spritzung für den sicheren Halt des Kontakt­trägers und dichtet gegen eindringende Feuchtig­keit ab. Der eigentliche Quantensprung – die Innovation gegenüber bestehenden Konzepten – ist eine Metallumspritzung mit Spezialzinn. Sie umschließt die Polyamid-Vorumspritzung und sorgt für eine stoffschlüssige Verbindung von Schirmgeflecht mit dem Kopf des M8-/M12-Steckverbinders. Dieser absolut sicheren 360°-Schirmanbindung können auch Stromspitzen von bis zu 20 kA – wie sie etwa Blitze erzeugen – nichts anhaben. Diese Eigenschaft prädestiniert die Produktfamilien mit Advanced Shielding Technology besonders für Outdoor-Applikationen wie etwa Windkraftanlagen.

Die verbesserte Widerstandfähigkeit gegen Mikro­schirmunterbrechungen erweitert das Einsatzgebiet der Steckverbinder auch um Applikationen mit hohem Schock- und Vibrationsaufkommen, etwa in der Robotik. Diese Anwendungen erfordern nicht nur Schleppkettentauglichkeit, sondern eine hohe Beständigkeit gegenüber unterschiedlichen Kombinationen aus mechanischen Belastungen wie Torsion. Hier bieten die neuen Steckverbinder erheblich mehr Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Produkten. Die hohe Robustheit, die bereits durch die Vor- und Metallumspritzung erreicht wird, kann durch den Prozess der Griffkörperumspritzung noch perfektioniert werden. Dabei unterstützt das kompakte Design der Rundsteckverbinder auch die Anforderungen nach Miniaturisierung im Hinblick auf Industrie-4.0-Applikationen (Bild 3).

Thema der nächsten Seite: Schirmkonzept verbessert elektromagnetische Verträglichkeit

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Bild 4: Mit einer 360°-Metallumspritzung verbessert die Advanced Shielding Technology auch die Wärmeableitung im Kurzschlussfall. Phoenix Contact

Zahlreiche Anwender setzen in industriellen Applikationen nicht nur auf konfektionierte geschirmte M8- und M12-Datenleitungen, sondern nutzen geschirmte Lösungen auch für die Leistungs- und Signalverkabelung. Auch hier zeigt die neue Technik im Vergleich zu anderen Schirmungskonzepten durch das speziell entwickelte Zinn in Verbindung mit der Vorumspritzung eine deutlich höhere Wärme­ableitung im Kurzschlussfall (Bild 4). Die besonders für Datenleitungen relevante elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert sich im Vergleich zu konventionellen Crimphülsen um bis zu 60 Prozent.

Diese signifikante Verbesserung wird durch die stoffschlüssige Verbindung des Leitungsschirmes mit dem Steckverbinder-Kopf – in diesem Fall M8 und M12 – erreicht. So sind bei der Daten­übertragung künftig auch Applikationen mit bis zu 40 GBit/s denkbar. Damit ist die Zukunftssicher­heit dieser Technik auch für hoch performante Systeme im Highspeed-Datenbereich oder für die Echtzeitkommunikation gegeben. Zudem wirkt sich der niederohmige Widerstand der Verbindung zwischen Metallumspritzung und Leitungsschirm positiv auf die elektrischen Eigenschaften aus. Auch damit empfiehlt sich die neue Technik im Hinblick auf Industrie-4.0-Projekte.

Fertigung ist ausschlaggebend für den Anwender

Einige Schwierigkeiten bei der Verwendung von Crimphülsen resultieren nicht aus dem Material oder aus der Crimphülse selbst – die Herausforde­rungen liegen eher im Fertigungsprozess. Falsche Hülsen-Durchmesser, zu feste Verbindungen zur Leitung mit dem Risiko der Beschädigung, Nicht-Kontaktierung des Schirms – hier müssen einige Prozessparameter beachtet werden. Daher sind bei geschirmten Produkten manuelle oder teilautomati­sierte Prozesse heute noch die Regel. Die Konse­quenz ist eine aufwendige Qualitätssicherung und -kontrolle. Zudem gibt es auf Anwenderseite immer wieder Probleme mit brechenden Schirmanbin­dungen im Bereich der verpressten Zone am Kabelmantel – ein Fehlerbild, das besonders in bewegten Appli­kationen durch die mechanische Belastung der Leitung an der Verbindung mit der Crimphülse begünstigt wird. Außerdem erfordert die hohe Varianz an Einzelteilen einen höheren logis­tischen Aufwand, was dann aber wieder die Verfügbarkeit beim Anwender erschwert. Die Advanced Shielding Technology ist angetreten, um diese Probleme vollständig zu lösen, denn das Schirmgeflecht wird während der Fertigung über­haupt nicht mehr mechanisch belastet. Dieses hochautomatisierte Herstellungsverfahren erhöht die Prozesssicherheit erheblich, und Abhängig­keiten von Materialien und Lieferanten gehören der Vergangenheit an.

Advanced Shielding Technology die Vorteile auf einen Blick

Advanced Shielding Technology von Phoenix Contact ist das innovative Schirmkonzept für die Sensor-/Aktor-Verkabelung. Die großflächige, stoff­schlüssige 360°-Schirmanbindung optimiert den Herstellungsprozess von M8- und M12-Steckverbindern. Damit wird die Verkabelung zukunftssicher:

  • zuverlässig bei hohen mechanischen Belastungen wie Schock und Vibration
  • widerstandsfähig gegen transiente Überspannungen durch Schaltvorgänge induktiver Lasten
  • geringe Erwärmung und sicherer Stromfluss im Kurzschlussfall
  • zukunftsfähige Übertragung von hohen Daten­mengen und stetig wachsenden Übertragungsraten in einer elektromagnetisch stark belasteten Umgebung
  • robust und sicher – auch unter extremen Umwelteinflüssen wie einem Blitzeinschlag

Manuel Rüter

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Produktmanager Passive Netzwerkkomponenten, Industrial Field Connectivity, Phoenix Contact, Blomberg

(neu)

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