Auf einen Blick

Mit dem Gehäusesystem ME Max hat das Unternehmen ESD die richtige Verpackung für ihr E/A-System gefunden. Hohen Mehrwert bietet vor allem der Tragschienen-Busverbinder, über den Signale und Versorgung laufen. Weniger Kabel, keine Fehler beim Verdrahten sowie schnelles Aufrasten auf die Hutschiene sparen viel Zeit. Die Nutzung von nur einem Gehäusetyp hält zudem die Teilevarianz gering, und durch entsprechende Einlegeblenden werden die wichtigsten Funktionen auf einfache Weise umgesetzt.

Bild 1: Bei der Produktion ihrer Elektronikgeräte setzt ESD Electronic System Design auf ein modulares Gehäusekonzept.

Bild 1: Bei der Produktion ihrer Elektronikgeräte setzt ESD Electronic System Design auf ein modulares Gehäusekonzept.Phoenix Contact

Bevor die Elektronik für ein Gerät entwickelt wird, sollte bereits an die passende Verpackung gedacht werden. Für ESD Electronic System Design in Hannover, ein Hersteller von Elektronik für die industrielle Automation, ist das Routine. Das Unternehmen, das vor 30 Jahren von zwei Hochschulabsolventen der dortigen Universität gegründet wurde, entwickelt und produziert vor allem industrielle Kommunikationsmodule auf Basis des CAN-Protokolls – wie CANopen und Devicenet. ESD ist Gründungsmitglied des CiA (CAN in Automation e.V.) und Mitglied der ODVA (Open DeviceNet Vendors Association).

Mit der CBX-Reihe hat das Unternehmen ein CAN-basiertes E/A-System im Programm, das ständig modernisiert und erweitert wird. Zahlreiche Gateways sorgen für die Kommunikation mit anderen Netzwerken, darunter Profibus, Profinet, Ethernet und EtherCAT. Weitere Module ermöglichen die Einbindung von Geräten mit serieller oder drahtloser Schnittstelle.

Vom Gehäuse zur Idee

Von Anfang an wurde bei der Entwicklung der CBX-Module an das fertige Modul gedacht. Das modulare Elektronikgehäuse-System ME Max von Phoenix Contact stand am Beginn der Entwicklung. Denn das Gehäusesystem verpackt nicht nur die Elektronik, sondern brachte durch eine Besonderheit die Entwickler auf ein neues Systemkonzept. Der Tragschienen-Busverbinder des Gehäusesystems erledigt in geeigneter Weise die Kommunikation zwischen den Modulen. Man wollte die beiden CANopen-Signale High-Pegel und Low-Pegel, die beiden Pole für die 24-V-Versorgungsspannung sowie die Funktionserde in den 5-poligen Busverbinder integrieren.

Die Kommunikation zwischen den Modulen erfolgt innerhalb der Tragschiene, auch In-Rail-Bus genannt. Der T-förmige Stecker wird einfach auf die Hutschiene aufgerastet. Dadurch verringert sich der Verdrahtungsaufwand bei der Installation erheblich und bei der Wartung kann jedes Modul ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs ausgetauscht werden.

Bild 2: Bei der Gerätefertigung kommen die modularen Elektronikgehäuse aus der Serie ME Max von Phoenix Contact zum Einsatz.

Bild 2: Bei der Gerätefertigung kommen die modularen Elektronikgehäuse aus der Serie ME Max von Phoenix Contact zum Einsatz.
Phoenix Contact

Für die hohen Sicherheitsstandards sind die Kontakte des Querverbinders vergoldet. Nachdem das Systemkonzept mit dem Busverbinder für die neue Geräteserie feststand, erfolgte das Design der Elektronik. Entstanden ist dabei eine Geräteserie, bei der alle Module das gleiche Gehäuse besitzen: Module mit digitalen oder analogen Ein- und Ausgängen, Module zur Temperaturmessung sowie Echtzeit-Controller. Da eine Ergänzung der Serie um weitere Geräte jederzeit möglich ist, sind immer mehr Gateways hinzugekommen, beispielsweise die für die Kommunikation mit Profibus, Profinet, Ethernet oder EtherCAT.

Made in Hannover

Geplant, produziert und getestet wird am Unternehmenssitz in Hannover. Die angelieferten bestückten Leiterplatten werden nach dem Test mit der Firmware versehen und dann im Gehäuse „verpackt“. Zunächst wird in die linke Gehäusehälfte der Funktionserde-Kontakt eingelegt und die Leiterplatte positioniert (Bild 2). Der FE-Kontakt wird später mit dem Gehäuse auf die Hutschiene aufgerastet. Dadurch vereinfacht sich das Handling erheblich.

Bild 3: Aufgrund ihrer Form sind Einlegeblenden gut zum Nachbearbeiten – Ausbrüche für Datensteckverbinder, Anzeige- oder Bedienelemente lassen sich leicht in das Elektronikgehäuse integrieren.

Bild 3: Aufgrund ihrer Form sind Einlegeblenden gut zum Nachbearbeiten – Ausbrüche für Datensteckverbinder, Anzeige- oder Bedienelemente lassen sich leicht in das Elektronikgehäuse integrieren.Phoenix Contact

Im nächsten Schritt wird die rechte Gehäusehälfte montiert, an den Zapfnasen verrastet, und die Blenden entsprechend eingelegt (Bild 3). Diese unterscheiden sich jeweils nach den Ausbrüchen für die Anzeige- und Bedienelemente und durch die Beschriftungen. Während alle Geräte das gleiche Gehäuse haben, lassen sich die Einlegeblenden je nach Funktion unterschiedlich gestalten.

Die Ausbrüche bieten Platz für die Anschlusstechnik, etwa für Signal- oder Datensteckverbinder. Bei der CBX-Serie kommen hauptsächlich Steckverbinder mit Push-in-Technik zum Einsatz (Bild 4). Für hohe Kontakt- und Leiterauszugskräfte sowie für eine vibrationssichere und gasdichte Kontaktierung sorgen die speziellen Kontaktfedern. Auch starre oder flexible Leiter mit Aderendhülse werden aufgrund der geringeren Steckkräfte bequem gesteckt. Im letzten Fertigungsschritt erfolgt die Montage der Steckverbinder, bevor alles verpackt wird.

Kundenspezifische Lösungen

Bild 4: Mittels Steckverbinder mit Push-in-Technik lassen sich die Gehäuse schnell und werkzeuglos verdrahten.

Bild 4: Mittels Steckverbinder mit Push-in-Technik lassen sich die Gehäuse schnell und werkzeuglos verdrahten.Phoenix Contact

ESD entwickelt und fertigt auch kundenspezifische Lösungen beispielsweise für die Branchen Automotive, Maschinenbau, Medizintechnik, Luft-und Raumfahrt sowie für Offshore-Anwendungen. Die Anforderungen an die Gehäuse werden zusammen mit den Kunden erarbeitet. Ausgehend vom Anforderungsprofil der fertigen Lösung werden dann die Funktionen des Gehäuses wie Einbauraum, Material, Anschlusstechnik und Umgebungsbedingungen definiert. Zunächst muss ein passendes Elektronikgehäuse gefunden werden, erst dann folgt der Leiterplattenentwurf.

Nach vier bis sechs Monaten entsteht in der Regel der erste Prototyp in enger Abstimmung mit dem Kunden. Nach weiteren drei Monaten startet meist die Serienproduktion. Für die Luftfahrt ist beispielsweise als kundenspezifische Lösung eine Kabinensimulation des Flugzeugs entstanden. Was passiert, wenn alle Passagiere den Beleuchtungsknopf gleichzeitig drücken? Das ist zwar höchst unwahrscheinlich, aber simuliert werden muss es trotzdem. Denn es darf nicht vorkommen, dass eine Leuchte mal nicht angeht.

Einsatz im Hydraulikhammer in der Tiefe

Bild 5: Das Steuer- und Überwachungssystem des Tiefsee-Hydraulikhammers sitzt direkt am Rammhammer. Für Versorgung und Kommunikation wird nur ein Kabel benötigt.

Bild 5: Das Steuer- und Überwachungssystem des Tiefsee-Hydraulikhammers sitzt direkt am Rammhammer. Für Versorgung und Kommunikation wird nur ein Kabel benötigt. Phoenix Contact

Beispiel für eine der zahlreichen kundenspezifischen Lösungen von ESD ist ein Hydraulikhammer, der in einer Tiefe zwischen 1800 bis 3000 Meter beim Errichten von Tiefsee-Fundamenten oder beim Erdölbohren zum Einsatz kommt. Die CAN-CBX-E/A-Serie erhöht hier die Betriebssicherheit und die Funktionalität der Steuerung. Ein druckdichter Behälter schützt die Steuerungs- und Überwachungskomponenten. Dieser ist direkt am Rammhammer installiert (Bild 5).

Die Kommunikation zwischen Bohrhammer und PC-basiertem Bedienrechner an Board erfolgt über die DSL-Leitungen des einzigen Kabels. Mit den E/A-Modulen in der Mux-Box werden beispielsweise der Tiefendruck oder die Beschleunigung mithilfe von Sensoren gemessen (Bild 6). Weitere Pt100-Eingänge nehmen diverse Temperaturen auf. Aus diesen Messwerten, die der Bedienrechner anzeigt, werden Rückschlüsse auf Wassereinbruch, Wasserdruck oder Öltemperatur gezogen.

Bild 6: Die Mux-Box ist das Herz des Steuerrechners. Sie basiert auf einer Power-PC-Architektur, einem Compact-PCI-System sowie CAN-Kommunikation. In der Mitte erkennt man die E/A-Module der CBX-Serie.

Bild 6: Die Mux-Box ist das Herz des Steuerrechners. Sie basiert auf einer Power-PC-Architektur, einem Compact-PCI-System sowie CAN-Kommunikation. In der Mitte erkennt man die E/A-Module der CBX-Serie.Phoenix Contact