Intelligente Fabriken verbessern kontinuierlich ihren Automatisierungsgrad durch dezentrale Intelligenz und Steuerung und nutzen modulare Roboterkonzepte. Die physische Verteilung von Steuerfunktionen erfordert Verbindungen über Drähte und Kabel, und Steckverbinder müssen zuverlässig und sicher genug sein, um den Umgebungsanforderungen moderner Fabriken gerecht zu werden. Diese Steckverbinder müssen eine ausreichend niedrige Impedanz und eine ausreichend große Kontaktfläche haben, um die Nennstromanforderungen zu erfüllen, und über einen leistungsstarken Verriegelungsmechanismus verfügen, um Vibrationen und Stößen standzuhalten. Darüber hinaus müssen sie einfach zu montieren und zu modifizieren sowie schnell aktualisierbar und modifizierbar sein.
In diesem Artikel werden zunächst kurz die Verbindungsanforderungen von Industrierobotern und der Fabrikautomatisierung vorgestellt. Anschließend wird die Steckverbinderserie von TE Connectivity AMP vorgestellt und gezeigt, wie die Eigenschaften dieser Steckverbinder genutzt werden können, um die Leistungs-, Signal-, Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen dieser Anwendungen zu unterstützen.
Was ist eine Smart Factory?
Eine Smart Factory ist eine umfassende Anlage, die digital vernetzte Maschinen, Roboter und lokale Sensoren zur Steuerung, Echtzeit-Datenerfassung, Analyse und Entscheidungsfindung nutzt (Abbildung 1). Diese Art von Fabrik wird zunehmend dezentralisiert und modular aufgebaut, sodass sie leicht umkonfiguriert werden kann, um den sich ständig ändernden Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Die modulare Organisation erleichtert die lokale Steuerung und den Einsatz kleiner Maschinen, um die Produktionsflexibilität zu verbessern.
Schematische Darstellung vernetzter Maschinen, Roboter und vernetzter Sensoren (zum Vergrößern anklicken)
Abbildung 1: Intelligente Fabriken nutzen vernetzte Maschinen, Roboter und vernetzte Sensoren, um einen effizienten Betrieb sicherzustellen. (Bildquelle: TE Connectivity AMP)
Diese Einrichtungen nutzen modulare Arbeitsplätze, die mit unabhängigen oder kollaborativen Robotern ausgestattet sind. Es gibt verschiedene Arten mobiler Roboter, wie z. B. fahrerlose Transportfahrzeuge (FTS) oder autonome mobile Roboter (AMRs), die Produkte zwischen Arbeitsstationen bewegen. Im Vergleich zu stationären Robotern liegen die Vorteile von AMR und AGV in ihrer starken Mobilität, die es ihnen ermöglicht, sich zu drehen und zwischen Arbeitsplätzen zu bewegen. Durch die Zusammenarbeit von AGV, AMR und kollaborativen Robotern kann eine Produktionslinie unterschiedliche Aufgaben in verschiedenen Einheiten ausführen. Roboter können je nach Bedarf Arbeitsstationen verschieben oder umverteilen, um die Gesamteffizienz zu verbessern. Diese Arbeitsplätze befinden sich häufig in rauen Umgebungen. Daher müssen Konstrukteure berücksichtigen, dass Roboter und andere automatisierte Maschinen hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, ätzenden Chemikalien sowie Stößen und Vibrationen ausgesetzt sein können.
Sensoren überwachen alle Vorgänge. Je nach Ausführung können Sensoren drahtgebunden oder drahtlos sein. Drahtlose Sensoren werden typischerweise über das industrielle Internet der Dinge (IIoT) verbunden. Auch mobile Roboter können mittels IIoT überwacht werden.
Wie bei typischen elektronischen Systemen geht der Branchentrend zur Miniaturisierung von Robotern, Maschinen, Sensoren und Steuerungen. Aufgrund der geringen Größe und des geringen Gewichts ist der Strombedarf geringer und der verfügbare Platz größer, wodurch die Produktivität verbessert wird. Darüber hinaus ist auch das Volumen von Leiterplatten kleiner, was einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad der Komponenten erfordert.
Flexible und zuverlässige Strom- und Signalsteckverbinder
Ob Kabel-zu-Kabel, Kabel-zu-Platine oder Kabel-zu-Panel: Steckverbinder müssen Strom- und Steuersignale zuverlässig übertragen. Je kleiner der Stecker, desto enger ist der Abstand und desto feiner ist der Leiterabstand.
Der Zweck des modularen Designs besteht darin, Flexibilität zu erreichen; Daher müssen Steckverbinderlösungen die gleiche Anpassungsfähigkeit aufweisen wie Automatisierungssysteme. Um dem Bedarf an Flexibilität gerecht zu werden, muss das Design von Steckverbindern eine sichere und bequeme Verriegelung gewährleisten, um Fehlanpassungen während der Montage und ein versehentliches Herausziehen aufgrund von Stößen und Vibrationen zu verhindern.
Die Steckverbinder der Dynamic-Serie von TE Connectivity AMP sind für die Anforderungen industrieller Signal- und Stromkreise mit hoher Dichte konzipiert. Diese Steckverbinder erfüllen diese Anforderungen durch mehrere Steckverbinderserien, die Ströme von 2,6 bis 100 Ampere (A) und Spannungen von 125 bis 1000 Volt verarbeiten können. Abhängig vom Nennstrom und der Nennspannung können diese Steckverbinder eine hochdichte Verbindung mit Leiterabständen von 1,8 Millimeter bis 24,5 Millimeter (mm) ermöglichen.
Der kompakteste Dynamic-Stecker ist die Mini-Serie. Diese Serie eignet sich für Wire-to-Board-Anwendungen mit einem Kontaktabstand von 1,8 mm und Pinnummern von 12, 16 und 20. Akzeptable Drähte von 22 bis 26 AWG mit einer Nennspannung von 250 Volt AC (VAC) und einem Strom von 3 A.
Beispiel: 1-2834461-2 (Abbildung 2, oben) ist ein Buchsengehäuse mit 12 Kontakten und in Doppelreihen angeordneten Kontakten mit einem Abstand von 2,75 mm zwischen den Spalten. Der Stecker ist 19,3 mm lang, 15,7 mm breit und 8,35 mm hoch.
Schematische Darstellung der 12-poligen Dynamic Mini-Draht-zu-Platine-Buchse und Stifthalterkomponenten von TE Connectivity
Abbildung 2: Dargestellt sind die Komponenten der 12-poligen Dynamic Mini-Kabel-zu-Platine-Buchse (oben) und des Nadelhalters (unten). (Bildquelle: TE Connectivity AMP)
Das Buchsengehäuse ist mit TE Connectivity AMP 2834464-5 Buchsenkontakten ausgestattet. Hierbei handelt es sich um Crimp-Kabelklemmen aus verzinnter Kupferlegierung, die 26 AWG-Drähte aufnehmen können. Sein Nennstrom beträgt 3 A und seine Betriebsspannung beträgt 250 VAC oder 125 VDC. Jeder Kontakt sichert sich mit einer Sicherungsplatte im Gehäuse. Darüber hinaus ist das Gehäuse mit einer integrierten Sekundärverriegelung ausgestattet, um den Verriegelungsmechanismus der Kontaktklemmen zusätzlich zu schützen.
Die Buchse ist mit 1-2834465-2 verbunden, einem 12-poligen Nadelhalter für die Oberflächenmontage (Abbildung 2, unten). Die Länge des Nadelhalters beträgt 19,3 mm, die Breite 12,3 mm und die Höhe nur 8,7 mm. Der Nadelhalter verfügt über verzinnte Kontaktstifte mit quadratischem Querschnitt und weist eine vollständig abgedeckte Struktur auf.
Dieser Stecker verfügt über eine Tastensteuerung, um ein falsches Einsetzen zu verhindern, und ist mit einer Verriegelung ausgestattet, die ein akustisches und fühlbares Feedback gibt, wenn der Sockel und der Nadelsockel vollständig eingerastet sind. Die Verriegelung befindet sich in der Aussparung unterhalb der Oberseite des Steckers, um ein versehentliches Entriegeln zu verhindern. Der seitliche Nagel bietet mechanischen Halt für den Nadelansatz.
Die Steckverbinder der Mini-Serie verfügen über kleinere Abmessungen und eine höhere Zuverlässigkeit, wodurch sie nicht nur den Anforderungen industrieller Umgebungen, sondern auch anderen Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Schwingungsdämpfung wie Roboter und Automobile gerecht werden.