Anschlustechnik Lapp stellt neuen M12-Steckverbinder in extrem kompakten Gehäuse vor

Der M12 L ist der kleinste M12 L-kodierte Steckverbinder am Markt, so Hersteller Lapp. Im Stuttgarter Familienunternehmen ist man sehr stolz auf die neueste Entwicklung – die vor allem dank digitaler Entwicklungsprozesse unter Einsatz des digitalen Zwillings gelang.

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Der Trend zur Miniaturisierung macht auch vor Steckverbindern nicht halt. In vielen Bereichen der Industrie werden die Anwendungen immer kleiner, bei gleichzeitig steigender Leistungsdichte. Besonders deutlich wird das in der Automatisierungstechnik (IC), die aktuell die Entwicklung in der Industrie wohl entscheidend beeinflusst und vorantreibt. Da in diesem Umfeld Rundsteckverbinder der Größe M12 am häufigsten anzutreffen sind, liegt es nahe, dass die Anforderungen an diesen Stecker ebenfalls steigen müssen. Das hat auch Lapp erkannt und auf den diesjährigen Fachpressetagen einen neuen M12 L-kodierten Steckverbinder vorgestellt.

Im Unternehmen stellte man sich die Frage, wie man den zunehmend nachgefragten Leistungszuwachs auf 16 A erzielen kann, denn bisherige M12-Steckverbinder mit herkömmlich 12 A Stromstärke wurden bereits sehr nahe an die Grenze des Machbaren entwickelt.

Der kleinste M12 L-kodierte Steckverbinder auf dem Markt

Zwar gibt es am Markt bereits einige Hersteller, die über M12 L-kodierte Steckverbinder verfügen. Doch Lapp garantiert mit dem neuen M12 L-kodierte Steckverbinder nun eine hohe Leistungsdichte in extrem kompakten Bauraum. „Miniaturisierung und hohe Leistungsdichte ohne Einsparungen an der Qualität der Verbindung sind entscheidend, um beim Kunden die Anwendung optimal zu bedienen“, weiß Martin Guserle, Head of Business Unit Epic Connectors bei der U.I. Lapp GmbH. Die Größe im Detail: Der neue M12 L Steckverbinder von Lapp nimmt 43 % des Raumes der Vorgängertechnologie (7/8“) ein und beansprucht 56 % weniger Platz als das größte Wettbewerbsgehäuse, so heißt es bei Lapp. Zudem ist er Profinet-konform, verfügt über eine vibrations- und klimabeständige 360°-Schirmung und kann in der ersten Stufe auch mit K-Kodierung ausgeliefert werden (630 V). Hinzu kommt, dass sämtliche von der Profinet Nutzerorganisation (PNO) definierte Querschnitte möglich sind (0,75/1,5/2,5 mm²).

Der neue M12 L-kodierte Steckverbinder ist eigentlich, umgangssprachlich gesehen, eine „eierlegende Wollmilchsau“, der alle scheinbar unmöglichen physikalischen Herausforderungen bewältigt, und das im extrem kleinen Gehäuse. Wie das gelungen ist, erklärt Martin Guserle so:„Früher waren die Entwicklungsprozesse viel aufwändiger. Da wurde basierend auf Erfahrungswerten konstruiert und im Anschluss ein Muster gebaut. Dann wurde der Prototyp im Labor getestet und nicht selten stellte man fest, dass noch technische Veränderungen vorgenommen werden müssen. Dieser Prozess wurde oft mehrfach durchlaufen, bis man zum gewünschten Ergebnis gelangt war.“ Heute wird Geschwindigkeit bei Innovationen immer wichtiger. Je mehr digital am Produkt abgeprüft werden kann, desto schneller sind die Entwicklungszyklen. Physische Muster werden im 3D-Druck-Verfahren erstellt, um Haptik, Optik, Handling sowie Assemblierung in der Produktion und beim Kunden zu verifizieren. „Der digitale Zwilling ist ausschlaggebend im Entwicklungsprozess. Da Steckverbinder heute weitestgehend vorausgedacht und -berechnet werden, kommen wir zielgerichtet zur technisch besten Lösung und vermeiden dadurch auch die Verschwendung von jeder Menge Ressourcen“, sagt Martin Guserle.

Vier „digitale“ Schritte zum optimalen Steckverbinder

Bei Lapp geht man aktuell vier „digitale“ Schritte, um bei Neuentwicklungen ein optimales Ergebnis zu erreichen:

• 1. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein allgemeines, bei unterschiedlichen physikalischen Aufgabenstellungen angewendetes numerisches Verfahren. Dabei handelt es sich um eine Festigkeitsuntersuchung von Körpern mit geometrisch komplexer Gestalt, weil sich hier der Gebrauch der klassischen Methoden als zu aufwändig oder nicht möglich erweist. Mit der FEM werden technische Auslegungen berechnet und überprüft, um kritische Stellen am Bauteil konstruktiv richtig dimensionieren zu können.

• 2. Berechnung der thermischen Belastung am Beispiel von M12 L. Durch den beengten Bauraum stellt die geforderte 16 A Stromstärke eine extreme Herausforderung an das Bauteil dar. Wenn so viel Strom mithilfe bauartbedingt kleinster Kontaktflächen übertragen wird, entsteht Wärme, die im Steckverbinder beherrscht werden muss. Darum werden bei Lapp Neuprodukte „digital“ berechnet, um eine sichere Auslegung gewährleisten zu können. Damit ist sichergestellt, dass die Produkte zuverlässig über die komplette Lebensdauer funktionieren. Auf diese Weise ist es möglich, die absoluten Grenzbereiche sicher zu beherrschen und die maximale Leistungsdichte im kleinstmöglichen Steckverbindergehäuse unterzubringen.

• 3. 3D-Druck für erste Handling-Muster: Wenn alle Berechnungen und Simulationen abgeschlossen und in die Konstruktion mit eingeflossen sind, erstellt Lapp ein erstes 3D-Muster. Dabei handelt es sich um ein reales Muster, an dem Ergonomie, Bauraum und Design beurteilt werden können. Damit ist der Konstruktionsprozess vorläufig abgeschlossen und es beginnt der Prozess der Werkzeugkonstruktion, um die Serienwerkzeuge zur Serienproduktion zu planen und umzusetzen.

• 4. Füllsimulationen – Moldflow: Der auskonstruierte Steckverbinder muss neben seiner Funktion auch noch so aufgebaut sein, dass er prozesssicher herstellbar ist. Die Füllsimulation gibt Aufschluss über die Gestaltung der Werkzeuge für die Spritzgussteile und zeigt ebenfalls Optimierungen an, die gegebenenfalls am Produkt vorgenommen werden müssen. Ziel ist es, das Werkzeug im Vorfeld zu simulieren, um die Auslegung zu perfektionieren.

Martin Guserle: „Mit der Arbeit am digitalen Zwilling können wir heute genau ausloten, wo die maximalen Grenzen beispielsweise bei der Temperaturverteilung, dem Kontaktwiderstand und der Strombelastung liegen und überall das Optimum herausholen. Die Entwicklungsprozesse werden dadurch viel schneller, ressourcenschonender und preisgünstiger.“

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Design-In Prozess: weg vom Produkt hin zu digitaler Information

Die Kunden nutzen heute vermehrt digitale Portale, um ihre Maschinen, Anlagen oder Werkzeuge zu konstruieren. Zur Auswahl der geeigneten Steckverbinder werden immer öfter spezielle Datenbanken wie Zuken und Eplan genutzt, in denen mehr und mehr Hersteller gelistet sind. Auf diesen Plattformen bekommt der Kunde alle Informationen zum Produkt inklusive der digitalen 3D-Modelle – also den digitalen Zwilling zum eigentlichen Produkt. „Unsere Erfahrung zeigt, dass die Kunden fast nur noch Interesse am digitalen Zwilling haben und immer seltener nach physikalischen Mustern fragen. Das zeigt die Veränderung weg vom Produkt hin zu digitaler Information, weil diese beim Kunden direkt digital weiterverarbeitet werden kann“, weiß Martin Guserle.

Der Digitale Zwilling enthält deutlich mehr Informationen zum Produkt, als das bei einem physikalischen Produktmuster je möglich wäre. Diese gesammelten Informationen entstehen bei der Entwicklung und werden dann zum Design-In, das über den gesamten Lebenszyklus bis hin zum Recycling genutzt wird. Somit ist der digitale Zwilling die Basis für KI-Anwendungen. Diese könnten beim Steckverbinder eine Zustandsanzeige bis hin zur vorausschauenden Wartung möglich machen. Es ist bereits heute Realität, dass Produkte entstehen und weiterverarbeitet werden, die überhaupt noch nicht physikalisch erstellt wurden. Es ist außerdem absehbar, dass diese digitalen Komponenten und Systeme miteinander kommunizieren und sich gegenseitig weiterentwickeln. Der Steckverbinder ist aufgrund seines Einsatzortes und der baulichen Voraussetzung eine ideale Komponente, die, mit mehr Intelligenz ausgestattet, zusätzliche Funktionen übernehmen kann. Bei Lapp arbeitet man bereits heute an diesen Lösungen von morgen.

„Ich bin fest überzeugt davon, dass bei den Steckern noch viel Luft nach oben ist. Die Miniaturisierung und die steigende Konnektivität sind ein Entwicklungstreiber in der Industrie. Das wird auch in der Verbindungstechnik zu einer Leistungsverdichtung und weiterer Standardisierung führen“, betont Georg Stawowy, Vorstand Innovation und Technik, Lapp Holding AG.

Steckverbinder bei Lapp seit jeher tief in der DNA

Bei Lapp ist der Stecker schon seit jeher tief in der DNA verwurzelt. Bevor das Unternehmen 1959 gegründet wurde, arbeitete Oskar Lapp (1921-1987) zunächst bei einem namhaften Marktführer für Industriesteckverbinder, wo er die Vertretung für Süddeutschland übernommen hatte. Für das Unternehmen entwickelte er den ersten rechteckigen Steckverbinder.

Von Anfang an positionierte das Gründer-Paar Oskar und Ursula Ida Lapp sein Unternehmen als „One-Stop-Shop“ in der Verbindungstechnik – das Prinzip „Alles aus einer Hand“ gilt bis heute. Deshalb bot Lapp schon bald nach der Markteinführung der ersten industriell gefertigten Ölflex-Anschluss- und Steuerleitung auch Steckverbinder unter dem Markennamen Epic (Environmental Protected Industrial Connectors) an. Heute verfügt Lapp über ein flexibles System an Rechteck-, Rund- und Solarsteckverbindern aus extrem robusten Gehäusen, Kabeln, Einsätzen und Kontakten. Im Portfolio stehen alle gängigen Arten von Steckverbindern zur Verfügung. Allein mit dem Epic-Gehäusekonfigurator können Anwender ein individuelles Industriestecker-Gehäuse mit Verriegelungskonzept und Kabeleinführung zusammenstellen. Insgesamt 138 Millionen unterschiedliche Konfigurationen sind möglich.

Beim besonders robusten Rechtecksteckersystem Epic MH lässt sich der Steckerrahmen sowohl mit Steckermodulen von Lapp als auch mit Modulen des Marktstandards bestücken. Der Anwender hat nahezu unbegrenzte Kombinationsmöglichkeiten: 2 bis 36 Pole, Ströme bis 100 Ampere, Spannungen bis 1.000 Volt, Daten mit Bandbreiten bis Cat.7.

Für die Übermittlung digitaler Daten (Signal, Power + Hybrid) hat Lapp die Rechteck- und Rundstecker im Portfolio. Standards sind die Gewindegrößen M23, M17 und platzsparende M12-Stecker. Sie sind dem Hersteller zufolge extrem robust und verfügen über eine gute EMV-Schirmung. Des Weiteren bietet Lapp wetter- und UV-beständige Solarstecker, den Datenstecker RJ 45 sowie Stecker für Glasfaserleitungen für die Gebäudeinfrastruktur mit hohen Datenraten. Mit dem neu vorgestellten M12 L-kodierten Steckverbinder erweitert nun ein neues Mitglied das Steckverbinder-Portfolio von Lapp.

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