Hybrid-Leitungen und -Stecker
Daten und Leistung konvergieren
Ständiger Kostendruck und höheres Datenaufkommen erfordern neue Lösungen bei Steckverbindern. So reicht es nicht länger aus, nur die Komponentenkosten zu reduzieren, auch die Installations- und Infrastrukturkosten müssen sinken. Zudem ist der Platzbedarf neuer Lösungen nicht zu vernachlässigen. Neue Herstelltechniken für Steckverbinder und Leitungen ermöglichen die Kombination von Daten und Leistung in einem Medium.
Unter den genannten Gesichtspunkten besteht der erste Schritt darin, Daten und Leistung in einem Kabel mit gesonderten Leitungen, aber in einem Steckverbinder zu integrieren. Diese Hybridtechnik erlaubt kleinere Kabel und verringerten Montageaufwand gegenüber bekannten Technologien. Der »Molex M12 CHT« (Circular Hybrid Technology) beispielsweise ist in der Lage, CAT5e-Kabel sowie Ströme von bis zu 4 x 6 A zu übertragen. Heute sind diese Lösungen für Kupferkabel bereits in der Anwendung.
Eine weitere Kombination, die sich abzeichnet, wird das Zusammenfassen von Leistungskabeln und Lichtwellenleitern sein. Ein zusätzlicher Technologieschub wird durch die Umstellung von proprietären Feldbussen auf Ethernet-basierte Kommunikation erzwungen. Technologien wie PoE (Power over Ethernet) für kleine Leistungen oder EoP (Ethernet over Power) für hohe Leistungen haben das Potenzial, über kurz oder lang die Installationskosten weiter zu senken und eine Übertragung in ein und derselben Leitung anbieten zu können.
Noch sind diese Technologien nicht serienreif für die Anwendungen im industriellen Bereich, aber die fortschreitende Anwendung im Konsumermarkt wird in naher Zukunft ausgereifte Lösungen für Industrieanwendungen zur Verfügung stellen. Darüber hinaus geht die Entwicklung im Ethernet-Bereich mehr und mehr zur drahtlosen Übertragung, um einerseits Installationskosten zu sparen und andererseits flexibler und mobiler zu werden. Dies ist allerdings nur möglich, wenn keine zusätzliche Stromversorgung notwendig ist.
Ist gleichzeitig eine zusätzliche Stromversorgung sowie eine hohe Übertragungssicherheit erforderlich, zeichnet sich der Trend ab, die Vielzahl von verschiedenen Signal- und Stromversorgungsverkabelungen durch Hybridlösungen zu ersetzen.
Hybrid liegt im Trend
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In einer Hybridlösung sind verschiedene Leitungen zur Signal- und Stromversorgung in einem Kabelstrang zusammengefasst und werden mit Hybrid-Steckverbindersystemen verbunden (Bild 1).
Für Ethernet-Anwendungen gibt es seit vielen Jahren die traditionellen RJ45-Stecker und -Buchsen, die über Cat5E und Cat6A zu Power-over-Ethernet (PoE) weiterentwickelt wurden. Hier sind Datenübertragungen im 10-GBit/s-Ethernet und Leistungsübertragungen bis 30 W pro Port möglich. In Büroanwendungen, zum Beispiel in Netzwerk-Routern, Telefonen und Webcams, werden diese bereits seit Jahren erfolgreich eingesetzt.
In der Netzwerkverteilung werden heute bereits PoE-Komponenten mit bis zu 16 Ports zur Datenverteilung eingesetzt. Bei Industrieverkabelungen ist man zunächst dazu übergegangen, die Einzelverdrahtung durch Stecksysteme zu ersetzen, um flexibler und schneller bei Umbauten zu werden sowie eine bessere Verdrahtungssicherheit zu gewährleisten.
Mit steigendem Einsatz von industriellen Netzwerken (Profibus, Profinet) werden Industrieverteilerfelder mit Stamm- und Stichleitungen eingesetzt. RJ45-Stecksysteme, die bisher ausschließlich im Innenbereich und Büroumfeld eingesetzt wurden, werden durch zusätzliche Rund- oder Rechteckgehäuse industrietauglicher (Bild 2). Gleichzeitig werden auch hier Hybridlösungen entwickelt, mit denen zusätzlich Stromversorgung in einem Kabelstrang angeboten werden kann.
Diese kostenintensiven Lösungen werden allerdings zunehmend durch das wesentlich robustere und zuverlässigere M12-Stecksystem ersetzt, das zudem noch eine wesentlich kleinere Bauform bietet.
Die M12-Hybrid-Baureihe »CHT« (Bild 3) von Molex bietet die Möglichkeit, in der Standard-M12-Baugröße zwei geschirmte Signalkontaktpaare sowie zusätzlich zwei oder vier Stromversorgungskontakte unterzubringen.
Dies ermöglicht eine Signalübertragung mit einem Cat5e-Kabel mit bis zu 100 MHz sowie Stromversorgung bis 10 A bei zwei Leistungskontakten bzw. 6 A bei vier Leistungskontakten.
Die verschiedenen Ansätze zeigen auf, dass die Konvergenz von Daten und Leistung gerade begonnen hat.
Die benötigten Technologien und das Know-how für die verschiedensten Ansätze sind alle im Hause Molex verfügbar.
Anwendung in der Beleuchtung
Beispielhaft sei hier eine Anwendung aus der Beleuchtungsindustrie genannt. Im genannten Beispiel wurde in einer europäischen Großstadt zu Weihnachten 2010 eine neue und einheitliche Weihnachtsbeleuchtung eingerichtet (Bild 4). Neben gestalterischen und städte-baulichen Aspekten wurde besonderer Wert auf Ökonomie und Nachhaltigkeit gelegt.
Die Beleuchtung wurde mit zahlreichen Sternen realisiert. Jeder Stern besteht aus 14 Strahlen und ist jeweils mit 14 LEDs der neuesten Generation bestückt. Eine Zentraleinheit kann alle 9800 Sternstrahlen einzeln ansteuern, sodass sie in warmweißem Licht erstrahlen. Die Signale werden von der Zentraleinheit mit DMX/ACN-Protokoll über Intranet an Unterverteiler weitergeleitet, dort in ein EtherCAT-Signal umgewandelt und über weitere Verteilerboxen an die Sterne weitergeleitet.
Das System hat etwa tausend EtherCAT-Knoten. So lassen sich beispielsweise Videosignale übertragen, um mit denen dann über die Sternstrahlen Monochrom-Videobilder erzeugen zu können. Da für die Befestigung der Sterne Tragseile in den Altstadtgassen erforderlich sind, wollte man nicht noch zusätzlich zwei verschiedene Leitungen für die Signalübertragung und Stromversorgung anbringen, deshalb kam das M12-Hybridstecksystem »CHT 4+2« von Molex zum Einsatz.
Neben ästhetischen Vorteilen (weniger Kabel über den Gassen) bringt die Ausstattung mit einem Hybrid-Stecksystem auch Kosten- und Zeitvorteile, da nur halb so viele Kabel zu montieren waren wie bei konventioneller Verkabelung. Die fest montierten Wandverteiler enthalten Hybrid-Gerätedosen, auf die jeweils die entsprechenden Hybrid-Kabelstecker aufgeschraubt werden. Dies erlaubt eine schnelle Montage/Demontage der Beleuchtung, und die dichte, gegen Feuchtigkeit geschützte Verbindung arbeitet über viele Jahre zuverlässig.
Über die Autoren:
Gerd Klaiber ist Produktmanager, Andreas Vogt ist Entwicklungsleiter, beide im Bereich Integrated Products bei Molex.
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