Im Rahmen von Industrie 4.0 spielen hochflexible Produktionsanlagen eine immer größere Rolle. Im Gegensatz zu den traditionellen Anlagen für die Herstellung spezifischer Produkte können sie verschiedene Produkte bzw. Varianten in unterschiedlichen Stückzahlen herstellen. Hierfür nutzen sie fortschrittliche Automatisierungs- und Robotertechnologien. Durch die hohe Anpassungsfähigkeit können sie flexibel an verschiedene Kunden- und Produktionsanforderungen angepasst werden. Intelligente Steckverbindungen, die die digitale Fernüberwachung für eine vorausschauende Wartung unterstützen, können die Produktivität der Anlagen sicherstellen.
Häufiges Umrüsten und immer mehr Steckzyklen
Beim Umrüsten solcher Produktionsanlagen werden Module und Komponenten umgestellt, ausgetauscht oder erweitert. Deshalb ist es wichtig, eine einfache und schnelle sowie robuste und zuverlässige Verbindungstechnologie zu integrieren, die auch Vibrationen, Stöße, Temperaturschwankungen und andere Umwelteinflüsse aushält. Steckverbinder haben hinsichtlich der Flexibilität Vorteile gegenüber fest verdrahteten Modulen. Sie dienen als Schnittstelle zur Übertragung von elektrischen Signalen, Daten und Energie zwischen verschiedenen Teilen der Anlage. Sie bieten eine hohe elektrische Leistungsfähigkeit, niedrige Übertragungsverluste und eine gute Signalintegrität, um die Effizienz und Zuverlässigkeit des Produktionsprozesses zu unterstützen.
Das Umrüsten der flexiblen Anlagen führt zu einer steigenden Anzahl manueller Steckzyklen. Da dies häufig unter Zeitdruck geschieht, kann es vorkommen, dass Steckverbindungen nicht ordnungsgemäß verriegelt werden. Der damit einhergehende Verlust der IP-Schutzart kann zu einem maschinellen Fehlverhalten führen – und somit zum Stillstand der gesamten Produktionsanlage, was zusätzliche Kosten und Zeitverzögerungen mit sich bringen kann. Aufgrund der Komplexität und der Vielzahl der Steckverbindungen in der Anlage ist das Auffinden eines Fehlers oft schwierig und wird zur Suche nach der Nadel im Heuhaufen.
Viele gute Gründe für intelligente Stecker
Anwender möchten über den Status ihrer mechanischen und elektrischen Verbindungen informiert sein, ohne selbst kosten- und zeitintensive Lösungen zu entwickeln. Ziel ist es, schon im Vorfeld Systemstörungen oder potenzielle Ausfälle zu erkennen und basierend auf smarten und sicheren Verbindungen die Grundlage für eine optimale Produktion zu schaffen. Ein intelligenter Stecker kann helfen, die korrekte Verriegelung sicherzustellen und Informationen darüber zu liefern, ob ein Steckverbinder in jeder Phase des Produktlebenszyklus immer die gewünschte Leistung und Sicherheit erbringt.
Aus diesen Gründen besteht in der Industrie schon seit längerem der Wunsch, Steckverbindungen mit einer Intelligenz auszustatten. TE kooperiert deshalb mit tacterion, einem führenden Unternehmen für taktile Sensorik mit Sitz in München. Das Ziel der Partnerschaft ist es, intelligente Berührungs- und Kraftsensortechnologie für die Digitalisierung industrieller Prozesse einzusetzen und smarte Lösungen zu entwickeln, die die zuverlässigen TE-Steckverbinder mit der neuartigen Sensortechnologie von tacterion kombinieren. Diese ermöglichen die digitale Fernüberwachung von Anlagen – und machen sie so auch zu einer entscheidenden Komponente für die vorausschauende Wartung, die Zustandsüberwachung und für Sicherheitsanwendungen in der Industrie 4.0.
Flexible taktile Sensorik in den Stecker integrieren
tacterion verfügt über Patente für Technologien für biegbare und dehnbare Näherungs-, Berührungs- und Kraftsensoren mit der Markenbezeichnung plyon®. Die Sensoren zeichnen sich – angebracht auf gebogenen oder gekrümmten Oberflächen – durch ihre Flexibilität, Robustheit und hohe Signalintegrität aus. Eine äußerst dünne und flexible Hybrid-Sensorik mit kombiniertem kapazitiven und resistiven Messprinzip kann Kräfte und Berührungen, aber auch schon Annäherungen erfassen.
Die plyon®-Sensoren haben eine Gesamtdicke von nur 0,5 bis 0,7 mm. Sie eignen sich für einen minimalen Biegeradius von bis zu 1,0 cm und behalten dabei ihren vollen Messbereich bei. Die Sensoren sind äußerst langlebig und widerstandsfähig gegen statische Belastungen. Durch die proprietäre Technologie von tacterion zur Driftkompensation überzeugen sie durch eine nahezu driftfreie Anzeige über die Zeit, so dass sie auch in anspruchsvollen industriellen Umgebungen eingesetzt werden können.
TE nutzt die flexible plyon®-Technologie, um eigene Produkte noch smarter zu machen. Die Sensorik wird mechanisch und elektrisch in ein Stecker-Design von TE integriert. Dabei ist es eine Herausforderung, so viel zusätzliches High-Tech auf kleinstem Raum unterzubringen, denn die Kernfunktionalität der sicheren Übertragung von Daten-, Steuer-, Mess- oder Regelsignalen bzw. der Leistungsversorgung muss sichergestellt sein. Neben Spannung, Ausgangsstrom und Energiebedarf werden auch taktile Signale erfasst, die viel über den Zustand der Steckverbindung verraten.
Wertvolle neue Daten gewinnen und nutzen
Dank der plyon®-Sensorschicht kann ein „intelligenter“ Stecker erstmals bislang nicht erfassbare Daten über Zustand und Interaktion erheben und daraus wertvolle Informationen ableiten – z. B. ob ein fehlerhafter Steckvorgang stattgefunden hat. Der Sensor überwacht den Zustand des Steckers und meldet Fehlfunktionen, z. B. Abweichungen oder eine geöffnete Steckverbindung, an das übergeordnete Monitoring-System. Plug-andPlay erlaubt das nachträgliche Digitalisieren von Maschinen und Anlagen im Rahmen von Retrofit-Maßnahmen.
Die gewonnenen Informationen können in Shopfloor- oder übergeordnete Monitoring-Systeme eingebunden werden, um die Prozesseffizienz zu optimieren und durch eine vorausschauende Wartung die Kosten zu senken und Ausfallzeiten der Maschinen zu minimieren. Bei der Installation kann die Dokumentation der Inbetriebnahme vereinfacht werden, da der Übergabestatus der Anlage einfach und digital überwacht und belegt werden kann. Es gibt sehr viele Anwendungsbereiche und Einsatzszenarien für smarte Stecker. Geplant ist die sukzessive Erweiterung der Anwendungsfelder, z. B. in der Robotik oder der Automatisierung und langfristig auch im Transportwesen und in der Medizintechnik.
Autoren: Kurt Robert Hippler, TE Connectivity, und Dr. Michael Strohmayr, tacterion
