Viele Industrie-4.0-Anwendungen benötigen eine modulare Verbindungtechnik für eine schnelle Bereitstellung und Neukonfiguration. Bei diesen Systemen werden häufig alte Geräte mit neuen Designs kombiniert. Sie verwenden industrielles Highspeed-Ethernet und andere Protokolle, die Interoperabilität und hohe Verfügbarkeit erfordern. Sogenannte registrierte Steckbuchsen (RJ) sind in älteren Geräten üblich. Sie bieten achtpolige RJ45-Stecker mit acht Kontakten (8P8C) für grundlegende Ethernet-Verbindungen.
Industrie-4.0-Systeme erfordern eine höhere Verbindungsdichte und Flexibilität. Die ix-Steckverbinder sind nicht nur 75 Prozent kleiner als RJ45-Lösungen, sondern ermöglichen auch eine parallele Montage im Raster von 10mm. Sechs ix-Steckverbinder passen auf die gleiche Leiterplattenfläche wie drei RJ45-Steckverbinder.
Widerstandsfähig und stabil
Die IEC61076-3-124 enthält die Spezifikationen für die Abmessungen, die mechanischen und elektrischen Eigenschaften, die Übertragungseigenschaften und die Umweltanforderungen für ix-Steckverbinder. Die ix-Steckverbinder von Hirose gehen darüber hinaus und erfüllen die Anforderungen von JIS E4031, dem japanischen Industriestandard für Schock- und Vibrationstests von Schienenfahrzeug-Ausrüstungen. Sie entsprechen auch dem Kamera-Schnittstellenstandard GigE Vision, der die Verwendung von Gigabit-Ethernet für die schnelle Bildübertragung mit sehr langen und kostengünstigen Standardkabeln unterstützt. Ihre Hochstromkontakte unterstützen den Einsatz von Power over Ethernet (PoE) und PoE+-Anwendungen gemäß IEEE802.3af und IEEE802.3at.
Konzipiert für die Industrie
Das ix-Steckverbindersystem wurde von Anfang an für industrielle Anwendungen konzipiert, während der RJ45-Steckverbinder ursprünglich für Telekommunikationsgeräte für Privat- und Geschäftskunden entwickelt und für den Einsatz in industriellen Umgebungen angepasst wurde. So verfügen ix-Steckverbinder über zwei einrastende Verriegelungshaken aus Metall, die sowohl eine haptische als auch eine akustische Rückmeldung über eine sichere Verbindung zwischen Stecker und Buchse geben. Industrielle RJ45-Steckverbinder haben nur einen einzelnen Verriegelungshaken.
Robuste Sockelkonstruktion
Die Gehäusekonstruktion der ix-Steckverbindersockel ist mechanisch robust und verbessert die EMV-Performance. Diese Sockel haben fünf durchgehende Haltelaschen, zwei auf jeder Seite und eine auf der Rückseite zwischen den beiden Signalkontakten, während RJ45-Stecker nur drei Laschen haben. Die Laschen der ix-Buchsen sind außerdem robuster. Wenn sie mit der Leiterplatte verlötet sind, schützen die ix-Buchsenlaschen die Signalkontakte vor Belastungen, wenn ein Stecker gesteckt oder getrennt wird. Sie erhöhen auch die Stoß- und Vibrationsfestigkeit des Sockels. Die verlöteten Laschen sind direkt mit der Masse auf der Leiterplatte verbunden, was den EMI-Schutz erhöht.
Hundert bis Tausend Mal gesteckt
Der Einsatz modularer und rekonfigurierbarer Systeme verändert die Erwartungen an die Performance von Steckverbindern. Sie werden nicht mehr während der gesamten Lebensdauer einer Anlage an Ort und Stelle belassen. Produktionsstationen, Werkzeuge und andere Systemkomponenten müssen häufig neu angeordnet werden können, um die Massenanpassung zu unterstützen, die ein entscheidendes Merkmal von Industrie 4.0 ist. Daher kann ein Steckverbinder im Laufe seiner Lebensdauer Hunderte oder Tausende von Malen gesteckt und getrennt werden. Die ix-Steckverbinder von Hirose sind für 5.000 Steckzyklen ausgelegt und getestet und erfüllen dennoch alle Leistungsanforderungen der IEC61076-3-124.
Nicht-Ethernet-Verbindungen
IEC61076-3-124 unterstützt Ethernet- und Nicht-Ethernet-Verbindungen. Um Fehlanschlüsse zu vermeiden, werden für Ethernet- und Nicht-Ethernet-ix-Steckverbinder getrennte mechanische Kodierungsschemata mit der Bezeichnung A und B verwendet:
- ix-Steckverbinder Typ A erreichen Übertragungsraten von bis zu 10Gbit/s. Sie unterstützen PoE und PoE+ und sind an der 45°-Polarisationsfase in der linken unteren Ecke des Sockels zu erkennen.
- ix-Steckverbinder Typ B sind für alle Nicht-Ethernet-Anwendungen vorgesehen, z.B. für die Signalübertragung und verschiedene serielle und andere industrielle Kommunikationsprotokolle. Sie sind an einer 45°-Abschrägung in der linken oberen Ecke der Buchse zu erkennen.
Flexibel bei der Integration
Diese Anschlüsse erhöhen auch die Flexibilität der Systemintegration. Kabel können durch Löten oder mit Schneidklemmverbindungen (IDC) an ix-Steckerbuchsen angeschlossen werden. Lötverbindungen können die Produktion von Kabelkonfektionen in einer Fabrikumgebung beschleunigen. IDC-Verbindungen werden häufig zur Herstellung von Kabelbaugruppen vor Ort verwendet und können die Installationszeit um bis zu 50 Prozent verkürzen, da weniger Kabel abisoliert, verdrillt und gelötet werden müssen. Es gibt vier entsprechende Steckverbinder-Familien, die als 30, 31, 32 und 40 bezeichnet werden. Die ersten drei unterstützen verschiedene IDC-Kabelgrößen, während die vierte für Lötverbindungen verwendet wird:
- 30: IDC bei Verwendung von Drähten der Größen 26 bis 28 AWG mit einem Isolator-Außendurchmesser von 0,95 bis 1,05mm
- 31: IDC bei Verwendung von Drähten der Größen 24 bis 25 AWG mit einem Isolator-Außendurchmesser von 1,1 bis 1,25mm
- 32: IDC bei Verwendung von Drähten der Größen 22 bis 25 AWG mit einem Isolator-Außendurchmesser von 1,4 bis 1,6mm
- 40: Handgelötet
Hirose bietet auch ix-Steckverbinder mit drei Buchsenkonfigurationen und drei Steckerkonfigurationen an, die spezifischen Anwendungsanforderungen entsprechen. Zu den Buchsenkonfigurationen gehören:
- Aufrechter rechter Winkel, der parallel mit einem Abstand von 10mm montierbar ist, um in Systemen mit hoher Packungsdichte Platz auf der Leiterplatte zu sparen.
- Vertikaler Typ ermöglicht das Stecken von oben.
- Die flache, rechtwinklige Buchse ist 5,7mm hoch und damit weniger als halb so hoch wie ein RJ45-Steckverbinder.
Die Steckerkonfigurationen umfassen: gerade Verkabelung, rechtwinklige Verkabelung nach oben und rechtwinklige Verkabelung nach unten. Zusätzlich bietet Hirose Entwicklern die Wahl zwischen Vergoldung oder Palladium-Nickel-Beschichtung plus Vergoldung der Kontaktflächen.
Montage vor Ort
Bei industriellen Ethernet-Anwendungen ist eine hohe Verfügbarkeit erforderlich, und die Montage der Verkabelung vor Ort kann ein wichtiger Faktor sein. Sie kann die Installation von Geräten beschleunigen, insbesondere in modularen Architekturen, um den schnellen Austausch von abgenutzten oder beschädigten Kabelkonfektionen zu erleichtern. Für die Montage vor Ort bietet Hirose ein Kabelkonfektionswerkzeug an, das mit den IDC-ix-Steckverbindern IX30G, IX31G und IX32G verwendet werden kann. Es handelt sich um ein kombiniertes Werkzeug zum Crimpen von Kabel und Stecker und zum Aufpressen des Schutzgehäuses auf die Baugruppe. Bei den gelöteten IX40G-Steckverbindern wird es nur zum Aufpressen verwendet. Dieses Werkzeug ist für geschirmte Kabel von 22 bis 28 AWG mit siebenlitzigen, geglühten Kupferdrähten mit einem äußeren Isolationsdurchmesser von 6,3 bis 7,2mm ausgelegt.
Testen ist wichtig
Es kann mehrere Gründe für das Testen von Ethernet-Kabeln im Feld geben. Bei der Ersteinrichtung von Geräten oder dem Austausch vorhandener Kabel kann dadurch nachgewiesen werden, dass das Kabel alle Leistungsanforderungen erfüllt. Kabeltests sind auch bei der Fehlersuche in Installationen nützlich, um die Ursache eines Problems zu ermitteln. In einem Ethernet-Netzwerk kann es zahlreiche Fehlerquellen geben, darunter defekte Steckverbinder, Kabel- oder Abschirmungsbrüche und eine erhöhte Anfälligkeit für EMI.
Hirose bietet hierfür ein Kit aus zwei Adaptern, mit denen sich Feldtests von ix-Steckverbindern und -Kabelkonfektionen beschleunigen lassen. Es ist für die Verwendung mit DSX-CableAnalyzer-Testern von Fluke Networks konzipiert. Gründliche Tests nach den IEEE802.3-Spezifikationen mit diesen Adaptern können Ergebnisse liefern, die die Anforderungen erfüllen, sowie umfangreiche Diagnosen, um die Identifizierung von Problemen zu beschleunigen.
