Fabrikautomatisierung Stecker für Industrie 4.0

Steckverbinder sind ein wichtiges Bindeglied bei der zunehmenden Vernetzung – Stichwort »Industrie 4.0« und »Smart Factory«. Bestehende Steckverbindersysteme wie RJ45, USB und M12 sind daher weiterentwickelt worden. Aber welches eignet sich nun für Industrie 4.0? Oder sind ganz neue Systeme nötig?

Um die Industrieautomatisierung immer weiter zu verbessern, zielen die meisten Weiterentwicklungen in diesem Bereich auf die automatisierte, flexible, skalierbare und dezentralisierte Fertigung ab, wobei riesige Datenmengen zuverlässig und in kürzester Zeit zu transportieren und zu übertragen sind. Daher werden industrielle Datennetze zunehmend wichtiger, denn alles bis hinunter zum Einzelgerät auf Feldebene muss mit zunehmenden Übertragungsgeschwindigkeiten angebunden werden.

Als De-facto-Standard für Anwendungen in der Tele- und Datenkommunikation war der RJ45-Steckverbinder schon immer an der Basis der Automatisierung dabei. Und über die Jahre hat diese Familie Zuwachs bekommen: Es gibt den RJ45 nicht mehr nur als einfachen Tischtelefonstecker in Standardausführung, sondern mittlerweile auch als technisch versierte Steckverbindung mit integrierten drahtgewickelten Bauelementen (Magnetics) für High-End-Anwendungen. Aber irgendwie scheinen die Hersteller der RJ45-Steckverbinder einen »blinden Fleck« für das Industriesegment entwickelt zu haben. Die großen Produktmengen werden im Telekom- und Netzwerkmarkt abgesetzt, aber wer im industriellen Umfeld erfolgreich sein will, muss Werte schöpfen.

Zwar ist RJ45 gut für die industriellen Übertragungsgeschwindigkeiten geeignet, kann aber bei den folgenden Punkten häufig nicht mit anderen Alternativen mithalten:

  • Vibrationsfestigkeit (RJ45 verfügt nur über einen einzigen Kontaktpunkt),
  • Größe und Bedarf an Leiterplattenplatz (E/A-Module und Antriebe werden zunehmend kleiner).

Mittlerweile bestehen zum RJ45 bessere Alternativen, weil verschiedene andere Steckverbindersysteme im Laufe der Zeit weiterentwickelt worden sind, um den spezifischen Anforderungen der Industrieautomatisierung zu genügen, als da wären:

  • Werkstoffe wie hochwertige Kunststoffe und leitfähige Metalle,
  • zuverlässigere Kontaktierungssysteme mit mindestens zwei Kontaktstellen und
  • Verarbeitbarkeit (von der einfachen Durchstecktechnik zum Durchsteck-Reflowlöten).

Viele Verbesserungen haben den RJ45-Stecker um einiges robuster gemacht, aber das Kontaktsystem wurde nicht verändert. Sämtliche Versuche, die RJ45-Buchse industrietauglich zu machen, haben gezeigt, dass sie sich nicht anpassen lässt, denn die Bauform gibt es einfach nicht her. Darum sind die Entwickler von Bauelementen stets auf der Suche nach robusteren, kompakteren und zuverlässigen Alternativen.

USB ist ein gutes Beispiel für ein kompaktes Steckverbindersystem, das sich über die Jahre an die Anforderungen im Bereich Übertragungsgeschwindigkeit angepasst hat – daher die logische Einführung von USB 3.0 für Geschwindigkeiten bis 10 GBit/s. Trotz aller Bemühungen der Steckverbinderhersteller, einen »Industrial USB« zu entwerfen, der die fehlende Verrastung irgendwie kompensiert, ist USB kein vollwertiger Ersatz für den starken RJ45-Standard. Aber trotzdem ist USB in industriellen Anwendungen mittlerweile sehr verbreitet, weil es einem Industriestandard folgt, günstig ist und nicht allzu viel Platz auf der Leiterplatte beansprucht.

Allerdings haben Forscher kürzlich die Sicherheit von USB als Schnittstelle von Gerät und Computer ganz entscheidend in Frage gestellt. Sie haben einen USB-Bug entdeckt und aufgezeigt, dass jedes USB-Gerät dazu benutzt werden kann, einen Computer ohne das Wissen des Nutzers zu infizieren, auch wenn ein Virenschutz installiert ist. Diese Entdeckung könnte der Beliebtheit des USB einen mächtigen Dämpfer versetzen, besonders bei industriellen Anwendungen – wo Sicherheit und Schutz höchste Priorität haben.