Innovazione più produttiva grazie ai connettori modulari di HARTING

Gli ingegneri di produzione sanno bene cosa significhi quando una linea di produzione si ferma a causa di un guasto di un controller per motori, il cui accesso è ostacolato da decine di fili da scollegare. Ciò che dovrebbe richiedere pochi minuti diventa un'impresa di diverse ore, con i tecnici che devono sbrogliare i fasci di cavi per accedere ai circuiti, sperando di riuscire a individuare i fili corretti tra centinaia di conduttori dall'aspetto simile. Questo scenario sottolinea una sfida in fatto di connettività elettrica negli ambienti industriali. I sistemi cablati, pur sembrando inizialmente convenienti, possono creare inefficienze nascoste che si aggravano nel corso del ciclo di vita delle attrezzature; il problema risiede nella natura rigida dei collegamenti cablati. Fortunatamente oggi esistono soluzioni con connettori modulari (Figura 1) capaci di adattarsi alle mutevoli esigenze pur mantenendo un'affidabilità di grado industriale.

Figura 1: Sistema di connettori Han-Modular®. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Origini della tecnologia di collegamento industriale standardizzata

La visione di Wilhelm HARTING nel 1945 riconosceva che la crescita industriale del dopoguerra richiedeva soluzioni di collegamento fondamentalmente diverse da quelle esistenti. Partito con una piccola attività di riparazione a Minden, in Germania, HARTING sviluppò quelli che sono diventati noti come connettori per impiego gravoso (HDC), stabilendo i principi che continuano tutt'oggi a influenzare la progettazione della connettività industriale.

La svolta avvenne grazie alla creazione di connettori rettangolari, diversi dal tipo circolare che inizialmente dominava nelle applicazioni militari e aerospaziali. Le architetture rettangolari hanno permesso di sfruttare al meglio lo spazio nei pannelli di controllo industriali e di aumentare la densità dei contatti all'interno di ingombri standardizzati. La serie di connettori Han, lanciata prima del boom industriale degli anni '60, dimostrò come collegamenti standardizzati e robusti potessero gestire diversi tipi di mezzi e resistere agli ambienti industriali più difficili.

Questa base storica è importante perché la tecnologia Han-Modular si fonda su principi comprovati. Anziché reinventare i concetti di base, fonde design collaudati nel tempo con i materiali, le tecniche di produzione e le capacità di integrazione più recenti.

Dissezione del design di un sistema di connettori modulare

La tecnologia Han-Modular di HARTING adotta un approccio a blocchi che consente agli ingegneri di selezionare i singoli moduli in base ai requisiti specifici dei mezzi (potenza, segnale, dati, aria, ecc.) e di combinare questi elementi all'interno di alloggiamenti protettivi progettati per ambienti particolari.

I moduli Han-Modular gestiscono tipi di mezzi specifici all'interno del connettore assemblato, ad esempio moduli di potenza per gestire correnti da 16 a 200 A per applicazioni d'uso intensivo, moduli di segnale per supportare circuiti di controllo a bassa tensione e moduli di comunicazione per connessioni Ethernet, fieldbus o in fibra ottica. Gli ingegneri possono combinare questi diversi tipi di moduli all'interno dello stesso quadro di montaggio, eliminando la necessità di connettori separati per ciascun mezzo. Gli alloggiamenti protettivi forniscono il supporto meccanico e la tenuta ambientale alle combinazioni di moduli, con involucri standardizzati che vanno dalle configurazioni compatte Han 6B alle Han 48B (Figura 2), adatte ai requisiti di uso intensivo e di mezzi misti.

Figura 2: Un esempio di un alloggiamento Han 48B montato a paratia. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

La protezione ambientale utilizza costruzioni di tenuta graduate in base al livello di severità dell'applicazione. Il grado di protezione IP65 di base protegge dalle infiltrazioni di polvere e acqua, comuni nella maggior parte degli impianti di produzione. Per contro, le specifiche IP69K potenziate per i connettori Han-Modular offrono la resistenza alle procedure di lavaggio ad alta pressione richieste nella trasformazione alimentare e nella produzione farmaceutica.

I connettori Han-Modular incorporano molteplici funzioni di sicurezza che eliminano gli errori di collegamento. Il sistema di polarizzazione meccanica utilizza elementi di guida dalla forma unica per collegare tra loro solo i connettori maschio e femmina correttamente abbinati. Questa struttura fisico impedisce ai tecnici di collegare connettori incompatibili, un errore di cablaggio che si verifica spesso nei collegamenti cablati. Anziché affidarsi a etichette di cablaggio o a schemi circuitali che possono sbiadirsi con il passare del tempo, il sistema di polarizzazione impedisce fisicamente gli errori di collegamento.

Partnership di HARTING con DigiKey: Han Configurator

Le specifiche dei connettori creano colli di bottiglia nei flussi di lavoro dell'ingegneria. Gli ingegneri devono esaminare manualmente e con riferimenti incrociati le specifiche dei componenti sulle schede tecniche, verificare le classificazioni ambientali e convalidare i requisiti di compatibilità per ogni tipo di connettore. Si tratta di un processo molto dispendioso in termini di tempo e che introduce errori di selezione con un impatto sulle tempistiche del progetto.

La collaborazione tra DigiKey e HARTING risolve questi problemi grazie a strumenti di progettazione integrati che automatizzano la convalida e la selezione dei componenti. Han Configurator® consente agli ingegneri di inserire i requisiti del sistema, ad esempio i tipi di mezzi, le correnti nominali e le specifiche ambientali, e di ricevere una risposta in tempo reale sulla compatibilità e la disponibilità dei componenti. Il configuratore utilizza una logica di selezione basata su regole che impedisce combinazioni incompatibili e suggerisce alternative quando le scelte creano conflitti. Inoltre, visualizza i gruppi configurati da più angolazioni in modo che gli ingegneri possano verificare la compatibilità meccanica e i requisiti di posa dei cavi prima dell'acquisto.

Han Configurator genera anche la documentazione completa, tra cui le distinte base, con i prezzi attuali e lo stato di disponibilità. L'integrazione diretta con i sistemi di approvvigionamento di DigiKey può contribuire a eliminare la creazione manuale degli elenchi di componenti per l'ordinazione. Gli ingegneri possono utilizzare gli strumenti di confronto per valutare le alternative modulari rispetto al cablaggio fisso o le librerie preconfigurate come punti di partenza per applicazioni comuni in diversi settori.

Vantaggi pratici per i team di produzione

I connettori Han-Modular di HARTING offrono miglioramenti misurabili nei tempi di installazione rispetto ai metodi di cablaggio fisso. I gruppi di connettori preassemblati eliminano il lungo processo di terminazione dei singoli fili sul campo e i sistemi di polarizzazione meccanica evitano gli errori di collegamento che spesso affliggono le installazioni del cablaggio. Il design standardizzato degli alloggiamenti, dalle configurazioni compatte Han 6B (Figura 3) ai gruppi Han 48B per le applicazioni più complesse, assicurano un'installazione uniforme a prescindere dai vari requisiti di sistema.

Figura 3: Un esempio di alloggiamento Han 6B montato a paratia. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Il design modulare semplifica le procedure di manutenzione, sostituendo le complicate operazioni di individuazione dei circuiti di un collegamento e di ricablaggio con il semplice scollegamento/ricollegamento dei connettori. Quando i componenti devono essere sostituiti o i tecnici devono risolvere i problemi, identificarli e isolarli diventa facile. Il meccanismo di bloccaggio a leva consente inoltre ai manutentori di eseguire rapidamente le operazioni senza ricorrere ad attrezzature specializzate.

Un altro vantaggio fondamentale è la possibilità di testare i connettori assemblati completi in condizioni controllate. Ciò elimina le variabili che creano problemi di affidabilità con i collegamenti terminati sul campo. Gli impianti di produzione possono controllare la qualità di preparazione del conduttore di controllo, la forza di inserimento dei contatti e l'integrità della tenuta stagna in modi che non sono possibili durante l'installazione sul campo. I test ambientali assicurano inoltre che i gruppi soddisfino i limiti di impiego IP65 o IP69K specificati prima della consegna.

Nel complesso, le modifiche sono molto più semplici con il design modulare. Con le interfacce standard i progettisti possono aumentare le capacità di gestione della potenza, aggiungere altri canali di comunicazione o persino integrare nuovi componenti sostituendo i singoli moduli.

Convalida in settori produttivi critici

Le catene di montaggio automotive (Figura 4) sono tra le applicazioni più esigenti in termini di connettività. Ad esempio, le celle di saldatura robotiche richiedono la trasmissione simultanea di potenza di saldatura ad alta corrente (in genere superiore a 600 A), di segnali di servocomando per il posizionamento del robot e di comunicazione Ethernet ad alta velocità per il coordinamento del movimento in tempo reale. Ciò significa che i guasti ai collegamenti possono bloccare intere linee di produzione e ciò rende l'affidabilità imprescindibile. I connettori Han-Modular sono progettati per resistere alle continue sollecitazioni meccaniche del movimento robotico, mantenendo l'integrità elettrica e l'affidabilità a lungo termine in condizioni ambientali estreme.

Figura 4: Una tipica catena di montaggio automotive. (Immagine per gentile concessione di Adobe Stock)

Allo stesso modo, le installazioni remote di generatori devono funzionare in modo affidabile a temperature estreme che vanno dalle condizioni artiche agli ambienti desertici, spesso con un accesso minimo alla manutenzione per periodi prolungati. Queste applicazioni richiedono connettori in grado di gestire contemporaneamente la distribuzione dell'energia elettrica primaria ad alta corrente e circuiti di controllo sensibili all'interno di singoli gruppi. I connettori Han-Modular negli impianti di generazione rimangono operativi per anni senza interventi di manutenzione, convalidando l'approccio progettuale nelle condizioni più difficili.

Le attrezzature per l'estrazione mineraria e l'edilizia pesante operano in ambienti aggressivi, con esposizione a polveri, contaminazione del fluido idraulico e forti impatti meccanici. Superando la maggior parte delle specifiche industriali, i connettori Han-Modular aiutano a garantire la protezione ermetica e la continuità elettrica in condizioni che deteriorano rapidamente le soluzioni di connettività convenzionali.

Gli impianti chimici sono probabilmente gli ambienti di validazione più impegnativi, dove i connettori devono resistere all'esposizione chimica con requisiti antideflagranti. Il design Han-Modular consente di testare un gruppo in condizioni controllate di laboratorio prima dell'impiego in aree pericolose, per evitare guasti che potrebbero andare oltre l'interruzione della produzione e creare problemi di sicurezza.

Conclusione

La connettività modulare ha cambiato radicalmente il modo in cui gli ingegneri affrontano la progettazione dei sistemi. Anziché ottimizzare i singoli componenti, si concentra sulla progettazione di una solida infrastruttura di connettività che supporti sia i requisiti sia le future innovazioni tecnologiche. Per gli ingegneri che ottimizzano le prestazioni dei sistemi a lungo termine, la connettività modulare offre l'adattabilità essenziale per la gestione delle trasformazioni tecnologiche e mantiene un'elevata affidabilità operativa in un'ampia gamma di applicazioni industriali. Le decisioni prese in campo ingegneristico devono tener conto della connettività come infrastruttura che può consentire o limitare le future modifiche di un sistema.