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Digital Scout Hannover Messe 2022

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Digital Scout Hannover Messe 2022

HANNOVER MESSE

HANNOVER MESSE 2022 HEUTE DIGITAL, MORGEN INTELLIGENT Der neue M12L-Steckverbinder ist nicht nur für Leistungen bis 16 A ausgelegt, sondern beansprucht auch nur halb so viel Platz wie manches Wettbewerbsprodukt. Welche wichtige Rolle der Digitale Zwilling bei seiner Entwicklung spielte und welche Vorteile der Anwender davon hat, erklärt Martin Guserle, Head of Business Unit Epic Connectors der U.I. Lapp GmbH. Herr Guserle, früher wurden elektrische Verbindungen fest verdrahtet, verlötet und dann nicht mehr angerührt, der Absatz an Steckverbindungen war überschaubar. Mittlerweile wird immer häufiger gesteckt, und heute wächst der Markt dynamisch. Welchen Umsatzanteil hat der Steckerbereich inzwischen bei Lapp? Praktisch seit der Gründung bietet Lapp neben den Leitungen auch Steckverbinder unter dem Namen Epic (Environmental Protected Industrial Connectors) an. Auch bei Lapp wächst der Steckverbinder-Bereich sehr stark. Wir erzielen hier einen Umsatz im hohen zweistelligen Millionenbereich, unser Anteil am Gesamtumsatz liegt bei rund 10 %. Die jüngste Stecker-Innovation ist der Epic M12L Bei seiner Entwicklung wurden alle physikalischen Grenzen ausgereizt, sagten Sie bei der Vorstellung. Nun gibt es M12-Stecker bereits länger auf dem Markt, er ist der am häufigsten eingesetzte Steckverbinder in der Fabrikautomation – was ist die besondere Lösung am Epic M12L? Der neue M12L-Stecker bewältigt nicht nur Stromstärken von 16 A statt vorher 12 A, sondern er ist auch einer der kleinsten M12L-Stecker am Markt. Und das ist kein Selbstzweck, sondern eine Marktanforderung: Denn die Konnektivität nimmt durch immer mehr Funktionen wie Sensoren, Aktoren, Antriebe, Condition Monitoring, Fernzugriff etc. kontinuierlich zu. Um höhere Leistungen zu übertragen, werden zunehmend 16 A Stromstärke benötigt. Gleichzeitig nehmen die Bauräume in Maschinen ab. Das erfordert daher eine Miniaturisierung der Steckverbinder. Da aber bisherige M12-Steckverbinder schon sehr nahe an der Grenze des Machbaren entwickelt wurden, stellte sich die Frage, wie dieser Leistungszuwachs erzielt werden kann. 38 DIGITAL SCOUT Ihr Kompass zur Hannover Messe 2022

HANNOVER MESSE 2022 Warum ist es so kritisch, den Stecker zu verkleinern? Von außen betrachtet, scheint da auch bei dem Lapp-Stecker noch Luft zu sein? Das täuscht, kleiner geht tatsächlich nicht. Das Problem ist die Wärmeentwicklung der Kontakte. Wenn so viel Strom über kleinste Kontaktflächen übertragen wird, entsteht Wärme, die im Steckverbinder abgeführt werden muss. Darum werden Neuprodukte wie der M12 L bei Lapp nun digital ausgelegt, um sicherzustellen, dass die Produkte zuverlässig über die komplette Lebensdauer funktionieren. Nur so können Grenzbereiche sicher beherrscht und die maximale Leistungsdichte im kleinstmöglichen Steckverbindergehäuse untergebracht werden. Können Sie diese digitalen Entwicklungsprozesse etwas näher erläutern? M12-STECKER M12-Stecker sind die am weitesten verbreiteten Steckverbinder in der Fertigungsindustrie, und es gibt die Rundstecker in einer Vielzahl von Ausführungen und Codierungen. Der von Lapp neu vorgestellte M12 mit L-Codierung zählt zu den Power- Steckern, die neben Daten und Signalen auch Leistung übertragen können. Aufgrund immer kompakterer und leistungsfähigerer elektronischer Geräte steigt die Nachfrage seitens der Industrie nach diesen Steckern stark an. Auf dem Markt für kompakte M12-Leistungssteckverbinder haben sich neben den L-codierten drei weitere durchgesetzt: Die K-Codierung, die S-Codierung und die T-Codierung. Steckverbinder mit K-Codierung (5-polig/bis zu 630 V/12 A) und S-Codierung (4-polig/3+PE mit bis zu 630 V/12 A) sind für Wechselstrom ausgelegt. L-codierte (5-polig/4+FE oder 4-polig ohne FE bei bis zu 63 V/16 A) und T-codierte (4-polig mit bis zu 63 V/12 A) Steckverbinder sind für Gleichstrom ausgelegt. Der M12L ist also ein Rundstecker mit M12-Gewinde der Überwurfmutter, ausgelegt für die Übertragung von Daten sowie Gleichstrom bis zu 16 A. Damit können Feldbuskomponenten wie Sensoren und Aktoren (etwa Kleinmotoren) mit der erforderlichen Leistung versorgt werden. Der digitale Zwilling macht’s möglich. Früher 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 entwickeln wir unsere Prototypen nur noch digital, denn die Geschwindigkeit bei Innovationen wird immer wichtiger. Alles was wir vorausberechnen können, müssen wir nachher nicht mehr korrigieren und desto schneller sind die Entwicklungszyklen. Und physische Muster werden einfach im 3D-Druck-Verfahren erstellt, um Haptik, Optik, Handling sowie Assemblierung in der Produktion und beim Anwender zu verifizieren. Was berechnen Sie an einem Steckverbinder denn alles? Mit FEM-Simulation, also der Finite-Elemente-Methode, werden technische Auslegungen berechnet und überprüft, um kritische Stellen am Bauteil konstruktiv richtig dimensionieren zu können. Ganz wichtig sind auch die Berechnung und Simulation der thermischen Belastung. Auf diese Weise ist es möglich, die absoluten Grenzbereiche sicher zu beherrschen und die maximale Leistungsdichte im kleinstmöglichen Steckverbindergehäuse unterzubringen. Wenn alle Berechnungen und Simulationen abgeschlossen und in die Konstruktion mit eingeflossen sind, wird ein erstes 3D-Muster erstellt. An ihm können Ergonomie, Bauraum und Design beurteilt werden. Damit ist der Konstruktionsprozess vorläufig abgeschlossen und es beginnt der Prozess der Werkzeugkonstruktion. Vermutlich ebenfalls auf digitaler Basis? Genau, denn der auskonstruierte Steckverbinder muss neben seiner Funktion auch so aufgebaut sein, dass er prozesssicher herstellbar ist. Die Füllsimulation gibt dann 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. 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. Ihr Kompass zur Hannover Messe 2022 DIGITAL SCOUT 39