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Artikel und Hintergründe zum Thema

Hartings Steckverbinder für hohe Datenraten

Weniger Platz für Verbindungstechnik

Ix Industrial ist eine neue miniaturisierte Ethernet-Schnittstelle für hohe Datenraten, die Harting zusammen mit Kooperationspartner Hirose entwickelt hat.

Die um 70 Prozent verringerte Baugröße der Ix-Industrial-Buchsen ermöglicht einen Einsatz in kleinen Geräten. (Bild: Harting)

Die Kommunikation und Netzwerke sind im Umbruch. Die Entwicklung von Industrie 4.0 und IoT sorgen für eine stetige Ausbreitung und Anbindung von immer mehr Komponenten und Teilnehmern im industriellen Umfeld an Ethernetnetzwerke. Der Weg führt weg von co-existenten Ethernet- und Bus-Systemen für Daten und Sensorik, hin zu einem durchgängigen Ethernet-System von der Cloud bis in die letzten Winkel der industriellen Produktion. Dazu gehört die entsprechende Infrastruktur, die aufgrund immer kleiner werdender Endgeräte und Sensor/Aktorsysteme mit schrumpfen muss

Bisheriger Inbegriff der Ethernetschnittstelle in IP20-Umgebung ist der RJ45-Steckverbinder. Er ist der am meisten verwendete Steckverbinder, allerdings weist er auch mangelhafte Robustheit durch gebrochene Verrastungshebel oder gelegentliche Kontaktprobleme auf. Mit Blick auf immer kleiner werdende Geräte, wie flache Mobilgeräte, Displays, kleinere Automatisierungsgeräte, Kameras und Sensoren, beschränkt die Baugröße des RJ45 die mögliche Miniaturisierung. Somit steht eine kleinere und robustere Steckverbindung auf der Wunschliste vieler Anwender und Entwickler, die gleichzeitig eine Cat. 6A Performance für 1/10Gbit/s Ethernet in der Steuerungsebene stemmt.

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Um Störungen zu vermeiden setzt Harting eine durchgehende 360-Grad-Schirmung ein. (Bild: Harting)

Das Harting-Ix-Industrial istein auf all diese Anforderungen passendes, durchgängiges System. Die um 70 Prozent verringerte Baugröße der Buchsen erlaube einen Einsatz in wesentlich kleineren Geräten, so der Hersteller. Das können immer weiter schrumpfende Kamerasysteme sein, an denen eine RJ45-Buchse schon den meisten Platz im Gehäuse einnimmt oder auch Steuereinheiten und kleine Industriecomputer. Hier wird ebenfalls schnelles Ethernet über eine kleine Schnittstelle benötigt, wie auch in Switchen, WLAN Access Points, Routern und anderen Netzwerkkomponenten.

Eignet sich auch für ÖPNV

Aber auch abseits der Industrie kann der Steckverbinder seine Stärken ausspielen. Auch in Bahnfahrzeugen und Bussen im öffentlichen Personenverkehr können Displays und Passagierinformationssysteme über die ix-Schnittstelle gleichzeitig mit Daten und via PoE/PoE+ auch mit Power versorgt werden. Vibrationen oder andere mechanische Beanspruchungen stellen dabei kein Problem dar. Für die Geräteintegration steht eine kleine Buchse mit fünf THR-Schirmkontakten für höchste Stabilität auf der Leiterplatte bereit. Die Datenkontakte sind als SMD-Kontakte ausgeführt. Damit können die Leiterplattenbuchsen im normalen Reflow-Lötprozess mit allen anderen üblichen Bauteilen verarbeitet werden und es ist keine separater Hand- oder Wellenlötschritt notwendig.

Für die Geräteintegration steht eine kleine Buchse mit fünf THR-Schirmkontakten auf der Leiterplatte bereit. (Biild: Harting)

Insgesamt können die Endgeräte durch den verringerten Bauraum der Buchse leichter verkleinert werden, da miniaturisierte Buchsen und Stecker eine wesentlich höhere Packungsdichte ermöglichen. In einer aufrechten und gewinkelten Buchse liegt das Rastermaß zwischen den Buchsen bei 10 Millimetern. In absehbarer Zeit wird es die Buchse auch in einer flachen gewinkelten Bauform für sehr flache Geräte geben. Auch Wanddurchführungen sind geplant.

Da sowohl Komponenten als auch die Gehäuse der Systeme stetig schrumpfen, ist auch der Platz für die Verkabelung begrenzt. Für die Geräteverkabelung bietet Harting dem Anwender flexible und dünne Systemkabel mit kleinem Biegeradius, die auch den Einbau in miniaturisierte Gehäuse ermöglichen. Sie sind beidseitig mit dem Ix-Steckgesicht oder gemischt mit Ix- und RJ45-Steckverbinder ausgeführt. Die dritte Variante ist auf einer Seite mit einem X-kodierten M12 versehen.

Kleiner und trotzdem robuster

Die Steckverbinder haben eine stabile Verrastung über zwei Metallhaken, die beim Stecken mit einem hörbaren Klick einrasten. Sie sollen eine absolut sichere und vibrationsfeste Verbindung vom Kabel bis auf die Leiterplatte garantieren. Um auch die auf das Kabel wirkenden Kräfte abzufangen, habe der Ix Industrial eine robuste Zugentlastung, die das Kabel fest über einen robusten Schirmcrimp mit der Steckverbinderschirmung verbinde. Damit sei ausgehend von den fünf THR-Schirmkontakten, über die zwei Rasthaken in der Steckstelle bis zum Kabel eine robuste Verbindung realisiert.

Die Steckverbinder haben eine stabile Verrastung über zwei Metallhaken, die beim Stecken mit einem hörbaren Klick einrasten. (Bild: Harting)

Bedingt durch modulares Denken und Planen sind auch höhere Steckzyklen ein Thema, dem sich Hersteller widmen müssen. Module, wie Fertigungseinheiten, Werkzeuge und andere Systembauteile werden nicht mehr nur starr verkabelt, sondern auch neu angeordnet und häufiger neu verbunden. Innerhalb eines Steckerlebens können so einige hundert bis tausend Steckzyklen zustande kommen. Der Ix Industrial ist für mindestens 5.000 Steckzyklen ausgelegt und geprüft.

Keine Störeinflüsse bei der Übertragung

Auch Übertragungsbandbreiten spielen eine Rolle in der Zeit von immer mehr Datenlieferanten. Und das auch unter schwierigen Einsatzbedingungen in denen EMV ein Thema ist. Eine hochfrequente Übertragung ist stets dem Problem von Störeinflüssen ausgesetzt. Hier setzt Harting eine durchgehende 360-Grad-Schirmung entgegen. Vom Kabel bis zur Verbindungsstelle gebe es keine ungeschützten Adern mehr, die ein fehlerfreies hochfrequentes Signal beeinflussen können. Der Kabelschirm wird mit dem gecrimpten Ring direkt am Steckverbindergehäuse verpresst und hat damit eine Zugentlastung und eine durchgehende Schirmübergabe. Um in der kleinen Bauform mit nah beieinanderliegenden Kontakten das Übersprechen zwischen den einzelnen Datenpaaren wirksam zu minimieren, sei zwischen den beiden Kontaktreihen in der Buchse ein Schirmblech versteckt. as

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