A U S G A B E M Ä R Z 2 0 2 1 I 2 1 . J A H R G A N G I W W W. I N D U S T R . C O MMÄRZ | 2021

Wandler mit weitem
Eingangsbereich, effizientund hochintegriert

UNIVERSELLE
POWER
TITELBILD-SPONSOR: ROHM SEMICONDUCTOR

ab Seite 10

LEISTUNGSELEKTRONIKEMBEDDED-SYSTEME

RADARSENSOREN

Sichere und maßgeschneiderte
Stromversorgung ab S. 14

Robuster Arbeitsspeicher für
Industriecomputer S. 32

Mit Sensoren Unsichtbares
sichtbar machen ab S. 55

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Bernhard Haluschak, Chefredakteur E&E: Die richtigen
Daten am richtigen Ort zur richtigen Zeit – nur sokönnen Unternehmen wichtige Entscheidungen treffen. Edge Computing in Verbindung mit Künstlicher Intelligenz eignen sich ideal für Szenarien,in denen unternehmenskritische Daten eine Analyse und Empfehlung in Echtzeit auf Geräteebene
erfordern. Dieser wichtige Zeitvorteil soll gegenüber den Mitbewerbern einen entscheidenen
Marktvorteil bringen - oder etwa nicht? Deshalb
stelle ich heute an den Experten Sven Golda, SalesManager EMEA bei Adlink, die Frage:

TEST!

„BRINGEN EDGE COMPUTING UND KIWETTBEWERBSVORTEILE?“
Unternehmen müssen heute in der Lage sein,
ihre Ressourcen remote zu verwalten. Damit ermöglichen Organisationen ihren Teams nicht
nur, produktiver zu arbeiten, sondern es lassensich auch Daten direkt speichern, verarbeiten,
analysieren und verwalten. Gerade Technologien wie das Internet of Things (IoT) benötigen Daten in Millisekunden – eine enorm
niedrige Latenzzeit ist extrem wichtig und daher nur durch Edge Computing zu verwirklichen.
Generell ist es für jeden Technologiebereich das
oberste Ziel, die richtigen Daten zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung
zu stellen. Nur dann sind Unternehmen in der Lage, auf Basis detaillierter Analysen die richtigen Entscheidungen zu treffen. Edge Computing hingegen bringt die
Datenverarbeitung und -speicherung lokal. Edge Computing wird mit Künstlicher
Intelligenz direkt auf der Hardware-Ebene kombiniert, das heißt, das Analysen nicht
mehr in der Cloud laufen, sondern direkt auf dem Gerät. Damit sind eine schnelle
Analyse und Zugriff gewährleistet.
Edge und AI eignet sich damit ideal für Szenarien, in denen unternehmenskritische Daten eine Analyse und Empfehlung in Echtzeit auf Geräteebene erfordern –auch, um so fundiertere Geschäftsentscheidungen treffen zu können. Das Gerät mit
integrierter KI sammelt somit nicht nur Daten. Es agiert als nahezu autonomes und
mit Machine-Learning-Fähigkeiten ausgestattetes System, das völlig selbstständig
mithilfe von AI-Technik Entscheidungen trifft.
Damit sind Unternehmen wettbewerbsfähiger und können schneller auf Veränderungen am Markt reagieren und somit deutlich schneller innovative Lösungen undServices entwickeln, ihren Umsatz erhöhen und die Kundenerfahrung verbessern.

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INHALT

FOKUS

LEISTUNGSELEKTRONIK &POWERAUFTAKT

06
08
10
12

Im Rampenlicht
Highlights der Branche
Titelstory: Universelle Power für IndustrieanwendungenTitelinterview: DC/DC-Wandler - Energiewandler der
besonderen Art
FOKUS: LEISTUNGSELEKTRONIK & POWER

14
16
20
24

Leistungselektronik kontrollieren
Netzausfälle mit Puffermodulen überbrücken
Spannungsstörungen mit Sensoren unter Kontrolle
Maßgeschneiderte Stromversorgungslösungen fürIndustrieanwendungenab Seite

TITELSTORY
Universelle Stromversorgung für
Industrieanwendungen

EMBEDDED-SYSTEME & MIKROCONTROLLER

28
32

10

SOM-Lösung für multiple Rechenoperationen
und KI-Anwendungen
Zuverlässiger NOR-Flash-Speicher für
Embedded-Systeme
VERBINDUNGSTECHNIK & WIRELESS36

M16-Steckverbinder für Anwendungen mit hoher
Kontaktzahl
EMV/ESD & MESSTECHNIK

39

Universelle Softwareplattform für Messgeräte

STROMVERSORGUNG

42

EMI-Eingangsfilter in Schaltnetzteilen optimieren

RUBRIKEN

03
23
27
31
41
55
66

Editorial
Promotion: Storyboard Bressner
Promotion: Business-Profil CTX Thermal Solutions
Promotion: Storyboard Siglent
Impressum & Firmenverzeichnis
Promotion: Rubrikopener Socionext
Die Zahl

42
STROMVERSORGUNG
EMI-Eingangsfilter in Schaltnetzteilen
optimieren

4

INDUSTR.com

ab Seite

14

DER ENTWICKLUNGSLEITER

46

FOKUSTHEMA
Leistungselektronik kontrollieren

Die geheime Macht der Industrie 4.0
OPTOELEKTRONIK, DISPLAYS & HMI

50
52

Individuelle Lichtspiele mit dem
Seitenlichfasersystem M-Fibre
Funktionaler Schichtaufbau bei
Folientastaturen

SPEZIAL: SENSOREN & WIRELESS

56
58
60
62

Radarsensoren - Unsichtbares sichtbar
machenInterview zu Radarsensoren: Die Umgebung
mit anderen Augen sehen
Effiziente Messdatenverarbeitung vonSensordaten
Induktiver Ringsensor für das Industrieumfeld

Wärmeleitfolien

62

Silikon Soft Pads
SBC-7 violettgrau 7 W/mK
SBC-5 grau
5 W/mK
SBC-3 grau
3 W/mK
SBC rosa
1,5 W/mK
Weiche, gelartige Pads. 2 - 10° Shore A
beidseitig haftend. Stärken 0,5 - 5,0 mm

SENSORTECHNIK
Entwicklung eines induktiven
Ringsensors für raue Umgebungen

Silikon Soft Pads mit Gewebe
SB-V0-7
7 W/mK
SB-V0-3
3 W/mK
SB-V0YF
0,9 W/mK
SB-V0
1,3 W/mK
Glasgewebe Deckfolie und weiche,
gelförmige Unterseite.
Shorehärte 2 - 20°. Einseitig haftend.
Stärken 0,5 - 5,0 mm
Silikon Glasgewebe Folie
SB-HIS-5
5 W/mK
SB-HIS-4
4 W/mK
SB-HIS-3
3 W/mK
SB-HIS-2
2 W/mK
SB-HIS
1 W/mK
Folie auch einseitig haftend - ohne
zusätzlichen Kleber.
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0,45 mm und 0,8 mm

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Energieeffizienz in der Mikroelektronik verbessern

SILIZIUMCHIPS MIT
HAARFEINEN KABELN
VERBINDEN
Forscher haben ein Datenübertragungssystem entwickelt, das Informationen zehnmal schneller als ein USB-Kabel übertragen kann. Die Konnektierungslösung verbindet HochfrequenzSilizium-­Chips mit einem Polymerkabel, das so dünn wie eine Haarsträhne ist.
TEXT: Daniel Ackerman, MIT

BI LD: courtesy of the researchers, MIT

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Das Forscherteam, bestehend aus dem Hauptautor Jack Holloway, der seine Promotion am MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) im letzten Herbst abgeschlossen hat und derzeit für Raytheon arbeitet
und den Co-Autoren Ruonan Han, Professor und Holloways Doktorvater in EECS sowie Georgios Dogiamis, ein leitender
Forscher bei Intel, hat diese Forschungsarbeit erstmals auf der IEEE International Solid-State Circuits Conference
vorgestellt.
Die neue Verbindungstechnologie des Teams nutzt die Vorteile von Kupfer- und Glasfaserkabeln, ohne deren Nachteile
zu berücksichtigen. "Es ist ein großartiges Beispiel für eine komplementäre Lösung", sagt Dogiamis. Die neuen Leitungen bestehen aus Kunststoffpolymer, sind also leichter und potenziell billiger in der Herstellung als herkömmliche
Kupferkabel. Wenn die Polymerverbindung mit elektromagnetischen Sub-Terahertz-Signalen betrieben wird, ist sie bei
der Übertragung einer hohen Datenlast wesentlich energieeffizienter als Kupfer. Die Effizienz der neuen Verbindung
konkurriert mit der von Glasfaserkabeln, hat aber einen entscheidenden Vorteil: "Sie ist direkt mit Silizium-Chips
kompatibel, ohne spezielle Fertigungsverfahren zu nutzen", sagt Holloway.
Auch in puncto Größe ist die neue Verbindung dem Kupfer überlegen. "Die Querschnittsfläche unseres Kabels beträgt
0,4 Millimeter mal einen Viertelmillimeter", sagt Han. "Es ist also superwinzig, wie eine Haarsträhne." Trotz seiner
geringen Größe kann es eine gewaltige Datenmenge transportieren, da es Signale über drei verschiedene parallele
Frequenzkanäle sendet. Die Gesamtbandbreite der Verbindung beträgt maximal 105 Gigabit pro Sekunde und ist damit
um fast eine Größenordnung schneller als ein Kupfer-basiertes USB-Kabel.
Die Forscher empfehlen die neue Technologie für "datenintensive" Anwendungen zu nutzen, wie etwa Serverfarmen,
da sie den hohen Energiebedarf von Rechenzentren drastisch senken könnten. Die Verbindungstechnologie könnte
auch eine Schlüssellösung für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie sein, die großen Wert auf kleine,
energieeffiziente Geräte legen. Und eines Tages könnte die Verbindungstechnologie die Kabel der Unterhaltungselektronik in Haushalten und Büros ersetzen, da sie so einfach und performant ist. Sie ist weitaus kostengünstiger als
Kupfer- oder Glasfaseransätze, mit einer deutlich größeren Bandbreite und geringeren Verlusten als herkömmliche
Kupferlösungen, so die Forscher.

7

INDUSTR.com

6
A U F TA K T

HIGHLIGHTS

58

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Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

2

Quelle: iStock

Quelle: Petmal, iStock4

Quelle: TU Wien

Quelle: Infineon

1

Quelle: Weidmüller

Fakten, Trends und Neues: Was hat sich in der Branche getan? Infineon erweitert
seinen Vorstand, Weidmüller baut ein neues Logistikzentrum, Evonik bringt neues
Hochleistungsmaterial für Litihium-Ionen-Akkus auf den Markt und die Firma
Maxim Integrated Products wird mir dem Embedded Award ausgezeichnet.

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6



Erweiterte Unternehmensleitung

Leistungssteigerung von Lithium-Ionen-Akkus

Gekoppelte Qubits

Neuer Vorstandsposten

Schneller Laden

Quantencomputer

Ab Mitte April umfasst der Infineon-Vorstandfünf statt vier Mitglieder: Neu hinzu kommt
das Ressort des Chief Digital Transformation Officers. Der Halbleiterhersteller hat
auch schon eine Kandidatin für die Position
gefunden. Besetzt wird der neue Posten vonConstanze Hufenbecher. Die Entscheidung
hat das Unternehmen bei seiner Hauptversammlung am 25. Februar bekanntgegeben.

Evonik hat das Hochleistungsmaterial
Siridion Black auf den Markt gebracht. Dabei
handelt es sich um ein Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterial für die Anode vonLithium-Ionen-Akkus. Das Unternehmenkomplettiert damit sein Angebot an Batteriewerkstoffen, das bereits Aktivmaterialien für
Kathoden sowie Metalloxide zur Beschichtung von Separatorfolien enthält.

Den Forschern Severin Daiss und Stefan
Langenfeld ist es mit weiteren Kollegendes Max-Planck-Instituts für Quantenoptik
gelungen, zwei Qubits zu einem verteilten
Quantencomputer zusammenzuschalten.
Dafür verbanden sie die Qubits über ein
60 m langes Glasfaserkabel. Der Aufbau
stellt den ersten Prototyp eines verteilt
rechnenden Quantencomputers dar.

Erfahren Sie mehr: industr.com/2571015

Erfahren Sie mehr: industr.com/2571395

Erfahren Sie mehr: industr.com/2564583

Neues Logistikzentrum

Festkörperphysik

KI-Beschleuniger gewinnt

2

1

3

Millioneninvestition

Starker Hall-Effekt

Embedded Award

In der Nähe von Eisenach, auf einem über72.000 m2 großen Grundstück, entsteht ein
Mega-Projekt: Weidmüller baut hier seinneues Logistikzentrum und investiert eine
Rekordsumme im zweistelligen Millionenbereich. Die Fertigstellung des Gebäude ist für
das Jahr 2022 geplant. Trotz der Corona-Pandemie war es dabei keine Option, dasBauvorhaben aufzuschieben.

Der Hall-Effekt wird in der Industrie verwendet, um Magnetfelder zu messen. Als Forscher der TU Wien ein exotisches Halbmetall
aus Cer, Bismut und Palladium untersuchten,
stellten sie etwas Ungewöhnliches fest: In
dem Material tritt ein gigantischer Hall-Effekt
auf, aber völlig ohne Magnetfeld. Den Grundfür das Ereignis vermuten Forscher in den
Eigenschaften der Elektronen.

Die Firma Maxim Integrated Products ist fürihren Low-Power-Neuronale-Netzwerk-Mi­
krocontroller MAX78000 mit dem Embedded
Award 2021 ausgezeichnet worden. Der
Preis wurde auf der virtuellen Embedded
World übergeben. Maxims Mikrocontroller
soll KI-Inferenzen mit weniger als einem
Hundertstel der Energie von Softwarelösungen ausführen können.

Erfahren Sie mehr: industr.com/2564519

Erfahren Sie mehr: industr.com/2571379

Erfahren Sie mehr: industr.com/2571438

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Stromversorgung für Industrie- und Kommunikationstechnik

Universelle Power für
Industrieanwendungen
Immer mehr Applikationen aus der Industrie und Kommunikationstechnik erfordern nicht
nur robuste Stromversorgungslösungen mit einem sehr weiten Eingangsspannungsbereich,sondern sind auch hohen Transienten ausgesetzt. Packungsdichten auf Leiterplatten steigen
an, Bauteilkosten werden reduziert. Gleichzeitig steht die Branche vor stark wachsenden
Marktanforderungen im Bereich der Stromversorgung.
TEX T: Stefan Klein, ROHM Semiconductor BIL D ER: ROHM Semiconductor; iStock, Danler; Titel: iStock, Danler

Elektronische Geräte, wie sie in der Industrie, Kommunikationstechnik und Automobilbranche zum Einsatz kommen,
werden mit Spannungen von z.B. 12, 24 und 48 VDC versorgt
und sind hohen Transienten ausgesetzt. Sie erfordern daher
einen weiten Eingangsspannungsbereich. Der Eingangsspannungsbereich von DC/DC-Schaltregler-ICs orientiert sichsehr nah an den vorgegebenen Anforderungen und Standards
der entsprechenden Branchen.

ge führen zu hochenergetischen Transienten. Diese werden
Surge-Impulse genannt. Ein Burst-Impuls ist im Gegensatz
zum Surge-Impuls in seiner Anstiegszeit und Impulsdauer
kürzer und tritt mehrmals hintereinander in Paketen auf.
Bisher verfügten DC/DC Schaltregler über einen Eingangsspannungsbereich bis zu 32 VDC. Sie wurden üblicherweise
mit zusätzlichen externen Bauteilen, z.B. Varistoren, Schottkyund TVS-Dioden beschaltet, um vor Zerstörung durch hoheTransienten zu schützen. Verfügt ein DC/DC-Schaltregler-ICüber einen weiten Eingangsspannungsbereich, so können
zusätzliche externe Schaltungsschutzbauteile entfallen. Dies
spart Platz auf der Leiterkarte und reduziert BOM-Kosten.
Entwickler von Stromversorgungsschaltungen setzen es sichdaher zum Ziel, DC/DC-Schaltregler mit einem hohen Eingangsspannungsbereich von bis zu 75 VDC in ihren Applikationen zu implementieren. Aus diesem Grund hat ROHM seine
Produktfamilie der DC/DC-Schaltregler-Serie BD9Gxxx um
einen IC mit breitem Eingangsspannungsbereich erweitert.

Industrielle Applikationen aus dem Bereich von eMeter,
SPS, Fabrikautomatisierung und industrielle Kommunikation
werden beispielsweise mit 12 oder 24 VDC versorgt. Schienenfahrzeuge wie Kleinbahnen oder Straßenbahnen, die mit Versorgungsspannungen von 24 oder 48 VDC versorgt werden,
weisen einen dedizierten Eingangsspannungsbereich von bis
zu 72 VDC auf.

Geeignet für Cloud-Server und Basisstationen
Weit höher sind die Anforderungen in der Kommunikationstechnik. In dieser Branche werden Backplanes mit 48 VDC
gespeist und es sind Eingangsspannungsbereiche von bis zu
75 VDC erforderlich. Das sind typische Anforderungen vonApplikationen wie sie in 5G-Basisstationen und Cloud-Servern verwendet werden. Transienten haben unterschiedliche
Ursachen und können elektronische Schaltungen beschädigen.
Sie treten sporadisch auf und sind oft schwer reproduzierbar. Beispielsweise entstehen auf Versorgungsleitungen durch
wechselnde Lasten Ausgleichsspannungen, die zu Transienten
von bis zu 60 V führen. Ihre Impulsformen weisen eine unterschiedliche Anstiegszeit und Impulsdauer auf. Burst-Impulse
sind schnelle Transienten, die unter anderem entstehen, wennüber den Kontakten von prellenden Schaltern Ausgleichsvorgänge stattfinden. Atmosphärische Einflüsse wie Blitzeinschlä-

Der neue Buck-DC/DC-Schaltregler-IC BD9G500EFJ imHTSOP-J8-Gehäuse erlaubt mit seinem Eingangsspannungsbereich von 7,0 bis 76 VDC Transienten bis zu 80 V. Seine
geplante lange Verfügbarkeit auf dem Markt und sein weiter
Eingangsspannungsbereich ermöglichen einen optimalen Einsatz in der Industrie. Anwendungsbeispiele sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die mit 24 VDC versorgt
werden oder Anwendungen aus der Kommunikationstechnik.
Hier erfolgt aus einer 48 VDC Backplane die Versorgung von+/-12 V für analoge Schaltungskomponenten.
Dank seiner „Current-Mode-Control-Regeltopologie"
können sogar bei einem maximalen Ausgangsstrom von 5 A
stabile Ausgangsspannungen erzeugt werden. Damit lässt sich

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INDUSTR.com



Der DC/DC-Wandler besitzt einen weiten
Eingangsspannungsbereich und einenhohen Wirkungsgrad.

der Entwicklung und steigende Komplexität der Leiterplatten
erfordern ein einfaches und schnelles Stromversorgungsdesign
mit DC/DC-Schaltreglern. Das Unternehmen konzentriert
sich deshalb auf eine umfangreiche Integration von externen
Bauteilen. Hierzu gehört ein MOSFET am Ausgang des Schaltreglers. Dank der Implementierung des MOSFETs in das Gehäuse des DC/DC-Schaltregler-ICs, wird die Entwicklungszeit
der Stromversorgung enorm verkürzt. Zudem wird der Platzbedarf auf der gesamten Leiterkarte um ein Drittel reduziert
und die BOM-Kosten zusätzlich gesenkt.

dieser DC/DC-­S chaltregler-IC ideal auch als „POL Converter“in 5G-Basisstationen einsetzen. Bei der genauen Dimensionierung eines DC/DC-Schaltreglers sind die Dimensionierung
und die Auswahl entsprechender passiver Bauelemente wie
Spule und Ausgangskondensatoren besonders wichtig. Sowohl
Wechselspannungsverluste als auch Gleichspannungsverluste(AC- und DC-Verluste) können bei einer ungünstigen Auslegung der Spule den Wirkungsgrad verschlechtern.
Ein besonderes Merkmal des BD9G500EFJ ist seine flexible, zwischen 100 kHz und 650 kHz einstellbare, Schaltreglerfrequenz. Mit Hilfe dieser Funktion ist es möglich, die Effizienz einer Stromversorgungslösung mit Rücksicht auf die
Auswahl der externen passiven Bauelemente zu optimieren.
Je nach Anforderung an die Stromversorgung kann mit dem
Baustein bei niedriger Schaltreglerfrequenz eine Hochstromlösung mit hohem Wirkungsgrad generiert werden.

Fazit
Bei ROHMs neuem Produkt BD9G500EFJ handelt es sichdabei um einen asynchronen, nicht-isolierten Current-Mode-­
DC/DC-Schaltregler-IC mit einem breiten Eingangsspannungsbereich von 7,0 bis 76 VDC. Der IC eignet sich ideal
für Schaltungen in der Industrie oder der Kommunikationstechnik, wo bipolare Spannungsversorgungen mit +/- 12 VDC
benötigt werden. Die integrierten Funktionen, wie eine einstellbare Schaltregler Frequenz, Soft Start, Over Current Protection (OCP), Under Voltage Lockout (UVLO) und Thermal
Shutdown (TSD) oder Over Voltage Protection (OVP) kommen in DC/DC-Schaltreglern zum Einsatz.

Integrierter MOSFET bringt Vorteile
ROHM hat aus diesem Grund bei der IC-Entwicklung ein
besonderes Augenmerk auf die Auslegung des integrierten
Highside MOSFETs gelegt, der mit nur wenigen Milliohm einen wichtigen Beitrag zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades erzielt. Der Wirkungsgrad beträgt bei einer Eingangsspannung von 7 V und bei 100 mA Ausgangsstrom 95 Prozent.
Selbst bei Volllast des Systems erzielt ein Schaltregler mit dem
neuen IC BD9G500EFJ einen Wirkungsgrad von deutlich über85 Prozent.

Weitere Eigenschaften sind eine geringe Ruhestromaufnahme, ein hoher Ausgangsstrom und ein integrierter Highside
MOSFET mit geringem Drain Source Widerstand. Alle Funktionen und Komponenteneigenschaften sind vereint in einem
HOSOP-J8-Gehäuse. Die hohe Funktionsvielfalt ermöglicht
das Design eines DC/DC-Schaltreglers mit weitem Eingangsspannungsbereich, der ein breites Applikationsspektrum an
Stromversorgungen mit hohen Transienten abdeckt und die
Realisierung von Stromversorgungen mit hohen Ausgangsströmen und bipolaren Ausgangsspannungen ermöglicht. ☐Zahlreiche, im IC integrierte Schutzfunktionen, wie Over
Voltage Protection, Under Voltage Lockout, Thermal Shutdown und Over Current Protection, bieten die nötigen Überwachungsmöglichkeiten und gewährleisten eine zuverlässige,
sichere Funktionsweise einer Stromversorgung. Zeitdruck bei

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DC/DC-Wandler„Energiewandler der
besonderen Art"

Aktuelle DC/DC-Wandler müssen nicht nur einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, sondern auch universell einsetzbar sein.
Dafür ist eine kleine Bauform ein Muss. Was diese aktuellen
DC/DC-­Wandler sonst noch alles bieten, verrät Andreas Thamm,
Director Industrial Applications, Application and Technical Solution
Center bei ROHM Semiconductor Europe, im Interview.
DAS IN TERVIEW FÜHRTE: Bernhard Haluschak, E&E

BI LD: ROHM Semiconductor

ROHM Semiconductor gehört zu den
führenden Herstellern von elektronischen Komponenten mit besonderem
Fokus auf Analog-Technologie. Weshalb
sind Sie in diesem Bereich so stark?

Seit der Entwicklung der ersten ICs in den 1970er Jahren hat ROHM eine
Vielzahl von Produkten für den Consumer-Bereich entwickelt. Basierend auf
dieser Expertise ist ein 3-Säulen-Inhouse Entwicklungssystem entstanden,
das aus Schaltungsdesign, Layout und Prozessen besteht. Im Laufe der Jahre
hat ROHM den Schwerpunkt der Produktentwicklung auf den Automobil- undIndustriesektor verlagert. Die über Jahrzehnte gewonnen Erfahrung in Analog-­
Technologien hat zu einem umfangreichen Produktportfolio in diesem Sektor
geführt. Auch in Zukunft wird diese Technologie konsequent weiterentwickelt
werden und ihren Weg, z.B. in Spannungsversorgungs-ICs für Antriebslösun­gen und ADAS-Anwendungen, finden. Diese Applikationen benötigen ein
besonders hohes Integrationslevel, um funktionale Sicherheit zu gewährleisten.
ROHM integriert in diesem Bereich analoge Sicherheitsfunktionen besonders
platzsparend und kosteneffizient – sehr zur Freude unserer Kunden.

ROHM hat mit dem BD9G500EFJ einenneuartigen DC/DC-Abwärtswandler entwickelt. Was ist das Besondere
an diesem Wandler beziehungsweise
welche Features bietet dieser Wandler-­
Chip?

Heute verfügbare DC/DC-Wandler bieten üblicherweise einen Eingangsspannungsbereich bis zu 32 V an. Mit der Entwicklung des BDG900EFJ reagiert
ROHM auf die wachsenden Marktanforderungen hinsichtlich höherer Eingangsspannungen. Der neue Wandler arbeitet mit einer Weitbereichs-Eingangsspannung von 7 bis 76 VDC, wodurch Transienten bis zu 80 VDC ermöglicht
werden. Seine „Current Mode Control“-Regeltopologie erlaubt eine stabile
Ausgangsspannung mit einem maximalen Ausgangsstrom von 5 A. Je nach
Beschaltung des BD9G500EFJ kann auch eine negative Ausgangsspannung
erzeugt werden, wodurch analoge Schaltkreise beim Einsatz zweier dieser ICs
mit z.B. +/-15 V versorgt werden können.

Sie haben in dem Wandler einen HighSide Power MOSFET integriert. Welche
Vorteile bringt das für die Entwickler
von Leistungselektroniksystemen?

Die Verwendung des BD9G500EFJ mit einem integrierten MOSFET reduziert
die Aufwände bei der thermischen Optimierung der Leiterkarte, da ein zusätzlicher externer MOSFET zu einer erhöhten Wärmeausbreitung auf der Leiterkarte
führen würde. Gleichzeitig reduziert ein interner MOSFET die Stückliste desSchaltreglers, wodurch Kosten in der Endanwendung eingespart werden. Die
Integration eines MOSFETs mit einem geringem RDS(on) bietet zudem Vorteile
in der Erhöhung des Wirkungsgrades. Mit einem internen MOSFET entfallen
außerdem zusätzliche Leiterbahnen und unnötige Leiterschleifen, wodurch eine
reduzierte elektromagnetische Abstrahlung erreicht wird.

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T I T E L I N T E R V I E W„Der Kunde und seine Bedürfnisse sind für uns
von größter Bedeutung.“

Unerwünschte Transienten können
einen DC/DC-Wandler empfindlichstören. Welche schaltungstechnischen
Maßnahmen besitzt dieser Chip, um
dies zu verhindern. Können Sie diesekurz im Detail erläutern?

Der erhöhte Eingangsspannungsbereich des BD9G500EFJ-Wandlers von bis
zu 76 V schafft eine Robustheit gegenüber Transienten, die beispielsweise
auf einer 48-V-Backplane bis zu 80 V betragen können. Die Funktionsweise
wird zum einen durch seinen weiten Eingangsspannungsbereich und zum
anderen durch eine zusätzliche interne Schottky Diode im Eingangskreis desBD9G500EFJ sichergestellt. So werden Transienten bis zu 80 V gegen Masse
kurzgeschlossen und gewährleisten eine robuste Spannungsversorgung ohne
Ausfall. Zusätzliche Schaltungsschutzbauteile entfallen dadurch in der Endanwendung, wodurch wiederum die Stücklistenkosten reduziert werden und
Fläche auf der Leiterplatte eingespart wird.

Für welche Applikationen ist der neue
DC/DC-Wandler besonders gut geeignet und warum?

Bei industriellen Steuerungssystemen sind 24-V- und 48-V-Netzteile aufgrunddes höheren Strombedarfs alltäglich geworden. Der ROHM DC/DC-Wandler
BD9G500EFJ bietet ausreichend Strom für Niederspannungsversorgungen,die in batteriebetriebenen Anwendungen wie E-Bikes und Elektrowerkzeugen
verwendet werden. Darüber hinaus bietet er mit einem absoluten Maximum
von 80 V eine hervorragende Konstruktionsspanne für Produkte, die 48 VDC
verwenden, wie z. B. industrielle Basisstationen und Server. Sein erweiterter
Temperaturbereich von -40 bis +125 Grad Celsius sowie seine Langzeitverfügbarkeit von 10 Jahren ab Start der Massenproduktion prädestinieren ihn fürden Einsatz in industriellen Anwendungen.

Gerade in Krisenzeiten, wie aktuell die
Corona-Pandemie verdeutlicht, sindstabile Lieferketten für die produzierenden Unternehmen essenziell. Wie
schafft es ROHM, zuverlässige Lieferbedingungen zu realisieren?

ROHM hat ein vertikal integriertes Produktionssystem etabliert, in dem alle Prozesse, vom Ziehen des Siliziumbarrens bis hin zur Kommerzialisierung, komplett im eigenen Haus durchgeführt werden, was die Produktion von Produkten
in hohen Stückzahlen und hoher Qualität gewährleistet. Gerade in Krisenzeiten
sind wir dadurch weitestgehend unabhängig von Zulieferern und Subunternehmen und können flexibel auf Marktveränderungen reagieren. Um der starken
Nachfrage gerecht zu werden, stimmen wir uns eng mit unseren Kunden ab,
optimieren die Lieferkette einschließlich des Produktionssystems und streben
eine stabile Versorgung an.

Warum sollten Elektronikhersteller auf
ROHM-Produkte setzen? Was machen
Sie besser als Ihre Mitbewerber?

Durch den hohen Integrationsgrad unserer Fabriken sind wir gegenüber anderen Herstellern, die viele Produktionsschritte auslagern, im Vorteil. ROHM kanndamit sehr engmaschige Qualitätskontrollen durchführen, um den hohen Qualitätsanspruch zu sichern und die gesamte Lieferkette im Sinne des Kunden
optimieren. Der Kunde und seine Bedürfnisse sind für uns von größter Bedeutung - vom technischen Support während der Design-In Phase neuer Produkte
bis hin zu verlässlichen Lieferzeiten. ☐13

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F O K U S : L E I S T U N G S E L E K T R O N I K & P O W E R

14INDUSTR.com

Alles im Griff

Leistungselektronik
kontrollieren
Leistungselektronik hat die Aufgabe elektrische
Energie bedarfsgerecht in oder für verschiede­
ne elektrische Maschinen oder Systeme umzu­
wandeln. Neben der Energieeffizienz spielt die
Zuverlässigkeit der leistungselektrischen Kom­
ponenten eine entscheidende Rolle. Condition
Monitoring heißt dabei das Zauberwort.
T EX T: Bernhard Haluschak, E&E

BI LD: iStock, perets

Die Anforderungen an die Leistungselektronik sind in den
letzten Jahren enorm gestiegen. Durch Miniaturisierung oderneue Materialien konnte die Leistungsdichte und die Energie­
effizienz stetig erhöht werden. Doch zunehmen rücken Funk­tionalität und Zuverlässigkeit mehr und mehr in den Fokus derAnwender. Diese werden gerieben durch die steigende Digita­lisierung in allen Industriebereichen sowie durch Hypes wie
IIOT oder Elektromobilität. Um Systeme der Leistungselek­tronik sicher zu kontrollieren, ist daher eine Zustandsüberwa­
chung des zwingend erforderlich. Hierzu müssen angepasste
Sensoren alle Parameter des leistungselektronischen Systems
erfassen. Aus diesen Daten lassen sich dann Rückschlüsse zie­hen, wann eine Komponente kurz vor einem Ausfall steht oderseine Lebensdauergrenze erreicht hat.
Die Grundlage dieser Methode beruht auf einem datenba­
sierten Ansatz. Hierbei werden alle möglichen Sensordaten desLeistungselektroniksystems über den gesamten Lebensdauer­
prozess gesammelt und in einem Analyseprozess ausgewer­
tet. So lassen sich zum Beispiel bei einem Elektromotor und
der dazugehörigen Leistungselektronik Daten wie Leistungs­
aufnahme, Lagervibrationen oder Temperaturen bestimmter
Komponenten sammelt und daraus auf einen möglichen Aus­
tausch oder eine Reparatur eines Bauteils schließen. Mit einer
entsprechen Software mit Alarmierungsfunktion hat man soseine Systeme in Echtzeit unter Kontrolle und kann unerwar­
tete, kostspielige Ausfälle des Gesamtsystems vermeiden. ☐15

INDUSTR.com

F O K U S : L E I S T U N G S E L E K T R O N I K & P O W E R

Netzausfälle mit Puffermodulenüberbrücken

Wartung war
gestern
Hohe Anlagenverfügbarkeit und geringe
Ausfallkosten sind wichtige Voraus­
setzungen für den wirtschaftlichen
Anlagenbetrieb. Dies ist aber nur mit
zuverlässigen Komponenten undaufeinander abgestimmten Systemenmöglich. Die Absicherung – mithilfe
Kondensator-basierter Puffermodule
für 24 V-Gleichstrom – ist ein wichtiger Bestandteil der Gesamtinstallation,
um Spannungsschwankungen auszugleichen
und Ausfälle zu verhindern.
TEX T: Andreas Schamber, Phoenix Contact Power Supplies
B I L DER: Phoenix Contact; iStock, Leyn

Mit der digitalen Transformation zur
Industrie 4.0 stehen die Betreiber von
Fertigungsanlagen vor neuen Herausforderungen. Maschinen und Anlagensowie deren elektrische Einrichtungenwerden zunehmend intelligenter – unddadurch komplexer im Aufbau. Die Anforderungen an das Monitoring und an
die Zuverlässigkeit der Anlagen steigen
stetig – auch weil deren Wirtschaftlichkeit mehr und mehr in den Vordergrund
rückt. Maschinenstillstände verursachen
Mehrkosten, die sich niemand leistenkann.

Zuverlässigkeit und inkludierte
Anlagenüberwachung
Für den zuverlässigen Betrieb vonAnlagen ist eine sehr stabile Spannungs-

versorgung von besonders großer Bedeutung. Spannungsschwankungen und
Spannungsspitzen entstehen etwa durch:–– Zu- und Abschaltung von Teilen
eines Netzes–– Zu- und Abschaltung von leistungsstarken Verbrauchern – hier entstehen Überspannungen–– Schalten der Relais und Leistungsschalter sowie Auslösen der Sicherungen – hier entstehen häufig
transiente Spannungsspitzen–– Überlastung von Netzen – hierentstehen häufig temporäre Unterspannungen von wenigen Sekunden
bis zu mehreren Stunden
Solche diversen Spannungsschwankungen können zur Folge haben, dassFertigungsprozesse unverhofft unter-

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brochen werden
und Datenverluste entstehen. Im schlimmsten Fallwerden die Anlagen stark beschädigt
und fallen aus. Vermieden werden derartige Schäden und Ausfälle mithilfe vongeeigneten Puffermodulen, in denen die
benötigte Energieversorgung aus den
Energiespeichern für bestimmte Zeit zur
Verfügung gestellt wird.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt
für mehr Sicherheit und Transparenz ist
die Nah- und Fernüberwachung vonAnlagen. Auf diese Weise können Ausfälle in Maschinen und Anlagen schneller erkannt und zeitnah vor Ort beseitigt
werden. Auch eine Fehleranalyse hilft
dem Techniker, das Problem lokal einzugrenzen und geeignete Maßnahmen
sofort einzuleiten.

kühlen schützen verbinden

Forcierte Entwärmung• verschiedenartige Lüfteraggregate zur
Abfuhr hoher Verlustleistungen• kompakter Aufbau und homogene
Wärmeverteilung• exakt plangefräste Halbleitermontageflächen
• Sonderlösungen nach Ihren Vorgaben

Diese
für die Sicherheit wichtigen
Funktionen – sowie nochweitere darüber hinaus – übernehmen
die wartungsfreien Puffermodule vonPhoenix Contact. Mithilfe dieser Puffermodule – die auch als Kapazitätsmodule
bezeichnet werden – aus der inzwischen
vierten Generation der Produktlinie„Quint“ ist es möglich, Spannungsunterbrechungen auf der 24-V-Gleichstromseite auszugleichen und dabei die
notwendigen Statusmeldungen an die
angeschlossene Steuerung oder an den
Industriecomputer zu übermitteln.
Bei kritischen Zuständen – etwa bei
Spannungseinbrüchen oder bei einem
Totalausfall – können betriebsnotwendige oder sicherheitsrelevante Funktionseinheiten mit Energie versorgt werden,um die Prozesse sicher abzuschließen
oder Anlagenbereiche in einen sicheren
Zustand zu überführen. Zudem können
die Daten auf Industrie-PCs gesichert
und diese gezielt und kontrolliert heruntergefahren werden.
Zusätzlich können Signalein- und-ausgänge am Gerät für die Betätigung
von Relais genutzt werden. Externe

Leuchtmelder für die Vor-Ort-Signalisierung lassen sich ebenfalls problemlos
angeschließen. Dazu ist nur eine direkte
Verbindung zwischen dem Signalausgang „Alarm“ und dem SGND-Eingang(Signal Ground, Signalmasse) am Gerät
erforderlich.

Für lange Zeit sicher undwartungsfrei
Soll eine Anlage über viele Jahre sicher und effizient und zudem ohne unnötige Reparaturkosten betrieben werden, müssen alle Komponenten für die
Elektroinstallation sorgfältig ausgewählt
werden. Dabei spielen Sicherheit undLanglebigkeit der Komponenten eine
wichtige Rolle. Auch Puffermodule sollten die Anforderungen an die Langlebigkeit erfüllen, um Spannungsschwankungen und Netzunterbrechungen immer
zuverlässig ausgleichen zu können. Das
oberste Ziel sollte es sein, einen Netzausfall verzögerungsfrei zu überbrücken,
um die Betriebssicherheit von Maschinen und Anlagen jederzeit zu gewährleisten. Die Puffermodule gibt es in zwei
Produktklassen: Puffermodule auf Basisvon Elektrolyt-Kondensatoren für kurze Pufferzeiten bis zu einigen Sekunden
und Puffermodule auf Basis von Doppel-

17

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Ausfallsicher in die Industrie 4.0: Mit
dem Puffermodul Quint 4 CAP wird die
Anlagenverfügbarkeit weiter erhöht.

schicht-Kondensatoren für längere Pufferzeiten bis zu einigen Minuten.
Die Puffermodule aus der Baureihe
Quint, die auf Elektrolyt-Kondensatoren
basieren, eignen sich für kurze Spannungsunterbrechungen bis zu einigen
Sekunden. Damit können auch Lasten
bis zu 40 A gestützt werden. Zusätzlich
besitzen die Puffermodule weitere wertvolle Funktionen – wie das Begrenzen
der Einschaltströme – um die Netzteile vor Überlastung zu schützen. Zum
Schutz der Puffermodule vor möglichen
elektrischen Fehlern wurden zahlreiche
Schutzmechanismen implementiert. So
ist es mithilfe der internen Spannungsund Stromüberwachung möglich, die
Module bei Abweichung von festgelegten Grenzwerten sicher abzuschalten.
Damit soll sichergestellt werden, dass es
in der Applikation nicht zu Überlastungoder Überhitzung kommt.
Weitere Vorteile der Puffermodule
sind die umfangreiche optische Signalisierung sowie die erhöhte Konnektivität
durch digitale Ausgänge. Die Quint-Produktfamilie der vierten Generation wird
kontinuierlich mit neuen Puffermodulenauf Basis von Doppelschicht-Kondensatoren erweitert. Dank höherer Energiedichte erreichen die Module deutlichlängere Pufferzeiten – bis hin zu einigen

Minuten. Zudem verfügen die Moduleüber weitere nützliche Sicherheitsfunktionen für den Eigen- und Anlagenschutz.
Dabei geht es um Funktionen wie
einen „Softstart“ von Lasten mit hohem
Einschaltstrom sowie um eine Überwachung der internen Funktionseinheiten.
Mithilfe einer integrierten Temperaturmessung ist es möglich, die einzelnen
Funktionseinheiten beim Erreichen vonkritischen Temperaturen abzuschalten,
um die Applikation und das Puffermodul vor Überhitzung und Beschädigung
zu schützen. Auch Überlast bei Kurzschlüssen oder Unter- und Überspannungen werden vom Puffermodul sicher
erkannt und signalisiert. Diese Funktionen ermöglichen eine gezielte Diagnose
von Fehlerzuständen – sie erhöhen damit merklich die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anlage.
Sicherheitsrelevant ist auch die
Funktion „PC Shutdown“, die ein geregeltes Herunterfahren nach vorgegebener Pufferzeit erlaubt. Damit lassen sichangeschlossene Industrie-PCs auf einfache Weise so lange mit Energie versorgen, bis sie durch gezieltes Herunterfahren ohne Datenverlust in einen sicheren
Zustand gebracht werden können. Wenneine bestimmte, vorher festgelegte Pufferzeit überschritten wird, geht über die

18

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USB-Schnittstelle ein Signal zum IPC,
der dann automatisch herunterfährt.
Kehrt die Spannung während des Herunterfahrens des IPCs zurück, startet
das Puffermodul anschließend den IPC
automatisch. Dafür muss der Anwenderlediglich die Konfigurations-Software
auf seinem IPC installieren und bedarfsgerecht konfigurieren.
Zusätzlich bietet die Software eineÜberwachung der angeschlossenen Geräte, und Meldungen werden netzausfallsicher abgelegt. Nach Bedarf kanndie Software auch eine Nachricht anService-Mitarbeiter senden. Außerdem
bietet die Software vielfältige Einstellmöglichkeit und Funktionen, um die
Energieversorgung durch Puffermodule
optimal auf die entsprechende Applikation hin abzustimmen.

Fazit
Bei immer intelligenteren Industrieanlagen verlangen die steigenden
Anforderungen an Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit nach neuen Lösungen.
Ziel ist es, die Analgenversorgung ohne
unnötige Betriebsunterbrechungen und
Datenverluste aufrecht zu erhalten.
Schwankungen der Spannung in einer Fertigungsanlage sind nicht vorher-

Auf der sicheren Seite: Bei kurzen
Unterbrechungen der Spannung bis zu
einigen Minuten übernimmt sofort das
Puffergerät die Energieversorgung auf
der 24-V-Gleichstromseite.

sehbar – daher sind die Puffermodule
aus der Serie Quint 4 CAP zur Unterstützung der Spannungsversorgung sinnvoll.
Damit werden Spannungsschwankungenausgeglichen und Industrie-PCs sicher
heruntergefahren. Auch die Überwachung und vorausschauende Wartung ist

mit neuen Kommunikationsschnittstellen an den Puffermodulen möglich.
Dies alles dient nicht nur zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit, sondern
reduziert auch unerwartete Kosten für
Wartung, Reparatur und Fehlersuche.

Und es ermöglicht eine längere Nutzung
im Feld dank robuster Technologie.
Die neue Speichertechnologie für kurze Spannungsunterbrechungen ist eine
weitere Option, Netzschwankungen zuüberbrücken und so die Anlagenverfügbarkeit weiter zu erhöhen. ☐Reliable. Available. Now.

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Oberwellen mit Spannungssensoren in Schach halten

Spannungsstörungen unter Kontrolle
Von Windkraftanlagen bis hin zur Bahntechnik ist der Schutz von Motoren vor außergewöhnlichen elektrischen Situationen von entscheidender Bedeutung. Da immer mehr
Energie aus erneuerbaren Quellen wie der Windkraft erzeugt wird, kommt es auch daraufan, dass Motoren eine qualitativ hochwertige Stromversorgung erhalten.
TEXT: Damien Leterrier, LEM

Eine wichtige Überlegung dabei ist,
die Zuverlässigkeit und Sicherheit desSystems bei der Umwandlung der Primärspannung von einem Gleichspannungs- in
ein Wechselspannungs-System unter allen
Umgebungs- und Temperaturbedingungen zu gewährleisten.
Die steigende Nachfrage nach erneuerbarer Energie ist einer der Treiber fürden Ausbau der Windenergie. In Windkraftanlagen kommt in der Regel ein
Drehzahlregler zum Einsatz, der mit dem
Stromrichter zusammenarbeitet, um denerzeugten Strom in das Netz zu speisen.
Ein häufiges Problem in der Leistungselektronik sind jedoch Oberwellen, dieerzeugt und als Störung weitergeleitet
werden und die Qualität des eingespeisten
Stroms drastisch verringern.

BI LDER: LEM; iStock, SpicyTruffel

Verschiedene Arten von Filtern können harmonische Verzerrungen auf akzeptable Werte reduzieren. Diese Filter
gleichen die Oberwellen nichtlinearer
Lasten aus und werden meist nahe am
Verzerrungspunkt installiert. Eine der gebräuchlichsten Techniken ist der Einsatz
eines aktiven Leistungsfilters, der die verzerrte Wellenform durch Einspeisen einer
entsprechend anti-harmonischen Wellenform „repariert“.
Eineanti-harmonische
Signalform wird dann unter Verwendung der
p-q-Theorie als Referenzsignal für das
APF-Schalten erzeugt. Mit Hilfe derClarke-Transformation werden dann die
3-Phasen-Koordinaten in äquivalente
2-Phasen-α-β-Koordinaten für Spannung
und Strom umgewandelt. In einem System
mit hohen Strömen und Spannungen sinddie Anforderungen an den Spannungssensor relativ hoch, wobei die
gemessene Spannung sicher
und isoliert an den Controllerübertragen werden muss. Die
elektronischen Spannungssensoren der Serie DVC 1000 von

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INDUSTR.com

LEM bieten diesen hohen Grad an Isolationsspannung bis zu 4,2 kV. Durch ihren
modularen Aufbau lassen sie sich so nah
wie möglich an der Last installieren undkönnen so auch in beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden.
In der Bahntechnik muss der Umrichter für Hilfsbetriebe, der Lasten wie
Lüfter, Gebläse, Beleuchtung oder Batterieladegeräte mit Strom versorgt, einestrenge Überwachung der Oberwellen
durchführen. Dabei kommt es darauf an,
kein Signal mit einer Frequenz von 50 Hz
erneut in die Fahrdrahtspannung zurück
zu speisen, da dies zu Störungen der Gleisanlagen und damit zu einem Sicherheitsrisiko führen kann. Die Umrichter sinddaher häufig mit einem Spannungssensor
gekoppelt, der das Signal überwacht undeine wichtige Rolle für die Sicherheit desRegelkreises spielt.

Das Schaltbild des DVC 1000
im Detail.

Wie bereits erwähnt, ist der Schutz
des Motors ständig erforderlich. Die
meisten elektrischen Antriebe enthalten
einen Umrichter, der Wechselstrom in
ein DC-Signal mit hoher Spannung umwandelt. Dies wird als DC-Zwischenkreis
bezeichnet und dient zur Versorgung vonUmrichtern, die die getakteten Ströme zur
Versorgung des Motors erzeugen. Die DCZwischen­kreisspannung muss kontinuierlich geregelt werden. Unter bestimmten
Betriebsbedingungen kann ein Motor als
Generator fungieren und über das Leistungselektronikbauelement des Wechselrichters und/oder die Rückarbeitsdioden
eine hohe Spannung in den Zwischenkreis

zurückspeisen. Diese Spannung erhöht die
Zwischenkreisspannung, und die IGBTs(Bipolartransistoren mit isoliertem Gate),
die den Motor antreiben, können durcheine hohe (und möglicherweise schädliche) Stoßspannung belastet werden. Ein
isolierter Spannungssensor ist dann erforderlich, um das Sensorsignal zur Steuerungseinheit des Umrichters zurückzugeben, wodurch die gesamte Anwendungim Falle einer schädlichen Überspannung
sicher abgeschaltet wird.
Neben Überspannungen können Unterspannungen ebenso gefährlich sein. Betrachtet man einen Umrichter mit 600 V

Nennspannung, sollte die Überspannung
etwa 1000 V betragen, während die Unterspannung bei etwa 400 V liegen sollte.
Zwischen diesen beiden Grenzwerten sollte der gleiche Spannungssensor verwendet
werden können. Es gibt verschiedene Bedingungen, die zu einem Spannungsabfall führen können – die häufigste ist der
Verlust einer Phase. Der Spannungssensor kann sich auf der AC-Eingangsseite
des Gleichrichters oder besser direkt am
DC-Zwischenkreis befinden. Die Installation eines Spannungssensors auf beiden
Seiten des Systems stellt mehr Informa­tionen bereit und ist somit für das Gesamtsystem viel sicherer.

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So funktioniert prinzipiell ein
aktiver Power-Filter.

Motorantriebe sind nicht die einzige
Anwendung, die galvanisch isolierte Spannungssensoren erfordern. Andere Anwendungen wie etwa Solarwechselrichter und
USVs erfordern diese Funktionen ebenfalls, um den Schutz und die Sicherheit
der Anwendung zu gewährleisten. In solchen Fällen muss ein Spannungssensor die
DC-Zwischenkreisspannung genau messen und dabei die Isolation zwischen der
Hoch- und Niederspannungsseite gewährleisten. Dabei stellt sich die Frage, wanneine isolierte Spannungserfassung erforderlich ist und wann ein nicht isolierter
Sensor oder ein einfacher Widerstandsteiler genügt? Es gibt zwei wesentliche Gründe für den Einsatz eines solchen Sensors:
Erster Fall: Wenn der Mikrocontroller, der den A/D-Wandler enthält, nicht
auf denselben Massepunkt bezogen ist wie
die Spannungsmessung am Widerstandsteiler. Hier ist Vorsicht geboten, da zwischen verschiedenen Erdungen im Systemzu unterscheiden ist. Indem sowohl das zu
messende Signal als auch der entsprechende Mikrocontroller isoliert wird, lassensich eventuelle Schäden am System durch
unvorhergesehene Ereignisse wie induktive Spitzen oder Blitzeinschläge vermeiden.
Zweiter Fall: Hier lautet die zweite Frage: Welche Sicherheitsbestimmungen er-

fordern eine galvanische Trennung, anstattsich nur auf das Widerstandsnetzwerk zu
verlassen? Für Sicherheitszertifizierungenreicht ein Widerstandsnetzwerk häufig
nicht aus, um eine sichere Trennung desSystems zu gewährleisten. Die Spannungsmessung muss dann über einen isolierten
Kanal erfolgen, um eine angemessene Sicherheitsbarriere zu gewährleisten.
Ist das gesamte System auf verschiedene vorhandene Geräte ausgelegt, wird das
Einhalten der Sicherheitsanforderungen,ohne spezifische Bauelemente zu definieren, kostengünstiger, da sich die vorhandenen Systeme (z.B. eine Steuerung oder
SPS) für die Überwachung nutzen lassen. In diesem Fall sorgt der DVC 1000
für die notwendige benutzerfreundliche
Spannungsmessung mit entsprechender
Isolation für den Controller. Diese direkte Messung wird über die Standardschnittstelle (±10 V oder 4 bis 20 mA) des
DVC 1000 noch einfacher, da diese zu denStandard-Analogeingängen des Controllers kompatibel ist. Die Vielseitigkeit desDVC 1000 bei der AC- und DC-Messung
ermöglicht dabei eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen.
Für eine höhere Integration ist der DVC
1000 zur weiteren Platzersparnis auch ineiner Leiterplatten-/ PCB-montierbaren

22

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Version (DVC 1000-P) erhältlich. Ebenso
wie die Version für den Schalttafeleinbau(DVC 1000) ist sie autark und benötigt
keine zusätzlichen Komponenten. Da die
Designs immer kleiner werden, hat LEM
eine neue Technik für diese Spannungsmessungen entwickelt. Basierend auf einem Trennverstärker entstand daraus die
DVC-Serie. Um das Angebot an digitalen
Spannungssensoren mit kleineren Abmessungen zu vervollständigen, hat die Firma
zudem einen neuen Spannungssensor zur
Messung von hohen Spannungen bis zu
1000 Veff und 1500 Vpeak konzipiert.
Zur Messung der Spannung (UP)verwendet die DVC-Serie nur bekannte Elektronikbauelemente, wobei die
Hauptkomponente ein Trennverstärker
ist. Die zu messende Spannung (UP)wird über ein internes Widerstandsnetzwerk und einige Bauelemente direkt an
die Primäranschlüsse des Sensors angelegt, sodass das Signal einen Trennverstärker speisen kann. Dadurch lässt sichein isoliertes Signal zurückgewinnen
und aufbereiten, um am Sensorausgang
eine Spannung oder einen Strom zu liefern, was dann eine genaue Darstellung
der Primärspannung widerspiegelt. Eininterner isolierter DC/DC-Wandler
dient dabei zur Versorgung der ganzen
Elektronik im Primärkreis. ☐S TO R Y B O A R D | P R O M OT I O NSCHLÜSSELFERTIGE LÖSUNGENALS FULL-SERVICE
Spezialisierter Hersteller Bressner Technology erklärt, wie Sie technische
Probleme bei der Zusammenstellung industrieller PCs vermeiden undvon welchen Mehrwert-Dienstleistungen Sie profitieren können.
TEX T + BILD: Bressner

Bei der Zusammenstellung von Komplettsystemen gibt es
Verschiedenes zu beachten, angefangen mit der richtigen Gehäusegröße von Server PCs. Nicht nur die richtige Höheneinheit, sondern auch die Tiefe der Geräte muss auf den jeweiligen Serverschrank abgemessen werden. Modelle mit 430 oder482 Millimetern Tiefe gehören hier zum Standard. Sind die
19-Zoll Systeme zu lang, passen diese schlimmstenfalls nicht
in den Schrank oder die rückseitige Verkabelung wird beim
Einbau verklemmt. Ein weiteres Problem erzeugen die Gehäuse von lüfterlosen Embedded PCs. Die entstehende Abwärme
kann trotz Kühlkörpern zu einer Überhitzung der Geräte führen. IT-Experte Bressner Technology rät Ihnen daher, diese in
belüfteten Schaltschränken zu installieren.

Seit der sechsten Generation von Intel Prozessorstrukturen
wird in industriellen Computern DDR4 als Standard-Arbeitsspeicher verbaut. So manche Kunden und Systemintegratoren
sind sich jedoch nicht bewusst, dass ein DDR4 RAM-Riegel
rein physikalisch nicht auf einen DDR3-Sockel passt. Selbiges
gilt auch für frühere Versionen, da jede Generation einen dedizierten Steckplatz hat.

Bressner Technology kombiniert verschiedene
Mehrwert-DienstleistungenEinkäufer und IT-Ingenieure werden heutzutage mit einer Vielzahl an industriellen Computersystemen konfrontiert.
Eingebettete Hardware (Embedded PCs), SPS-Systeme, 19
Zoll Server, All-in-One Panel PCs sowie tragbare Geräte und
Onboard-Computer gehören zu den am häufigsten angefragten Hardware-Lösungen. Das Kerngeschäft von Systemhausund Hardware-Anbieter Bressner Technology besteht hierbei
aus der Zusammenführung verschiedener Mehrwert-Dienstleistungen, einschließlich maßgeschneiderter Hardware, um
Kunden individuelle Lösungen „schlüsselfertig“ anbieten zu
können.

Bei der Hardware liegt die häufigste Ursache von Kompatibilitätsproblemen darin, dass die Modell-Generation derEinzelkomponenten nicht mit der Version des Chipsatzes bzw.
des Sockels übereinstimmt. Ein Intel® Prozessor der neunten
Generation funktioniert beispielsweise nicht auf einem 8th
Gen-Chipsatz und PCIe-basierte Steckkarten (z. B. Soundkarten) werden manchmal nicht vom Mainboard erkannt. „Solche
Probleme können zwar durch ein BIOS-Update behoben werden“, erklärt Gabor Paxian, Senior Account Manager für Industrie PCs bei Bressner Technology, „allerdings bieten nicht
alle Hardware-Hersteller diese Option an, daher sollten Kunden besser darauf achten, dass die CPU-Generation mit derdes Chipsatzes übereinstimmt. Die richtige Version ergibt sichmeistens aus dem Mainboard selbst.“

Als Full-Service-Anbieter durchläuft das Unternehmen
Bressner Technology eine nahtlose Fertigungskette, die vonder Experten-Beratung, Planung und Konzeption bis hin
zur Individualisierung, Qualitätskontrolle und technischem
Post-Sales Support reicht. ☐23

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F O K U S : L E I S T U N G S E L E K T R O N I K & P O W E R

Massgeschneiderte Stromversorgungslösungen
für Industrieanwendungen

Zuverlässige
Stromversorgung

In der Welt der Wissenschaft und des Engineerings gilt
die richtige Vorbereitung seit jeher als Schlüssel zum
Erfolg. Wer auf einer Leiterplatte einen Fehler entdeckt oder analysiert, wieso ein fast fertiggestelltes
elektronisches System die elektromagnetische Verträglichkeitsprüfung (EMV) nicht bestanden hat,erinnert sich womöglich an Benjamin Franklin, dersagte: „Vorbeugen ist besser als heilen“.
TEX T: Traco B ILDE R: Traco; iStock, cnythzl

Wenn es darum geht, das Design für ein elektronisches Gerätzu entwickeln, ist die Auswahl der Stromversorgung von wesentlicher Bedeutung. Denn sie bildet die Grundlage für alle anderen
Einheiten. Heutzutage steht Engineering-Teams eine Vielzahl ankommerziellen, lagermäßig lieferbaren Standartlösungen (COTS,
commercial-off-the-shelf) zur Verfügung, die alle Bedürfnisse
abzudecken scheinen. Selbst für Geschäftsfelder mit hohen Anforderungen wie die Medizinbranche mit all ihren Normen und
Zertifizierungen ist das Angebot groß.

Kernkompetenzen
des Entwicklungsteams zählt,schnell einmal vonanderen Aufgaben ablenken
und zu Verzögerungen im Projekt führen, wenn beispielsweise
die Entwicklung nicht nach Plan verläuft.

Riskante Lösungen - nein Danke

Lagert man das Design aus, bedeutet das, dass man über die
gesamte Projektdauer einen externen Partner betreuen muss.
Auch hierfür benötigt man interne Ressourcen und ein gewisses
Maß an Know-how. Aber wenn wir davon ausgehen, dass man
mit einem Partner, der über die notwendigen technischen Kompetenzen verfügt, eine Vertrauensbasis aufbauen könnte, wäre es
in weiterer Folge und eine Erleichterung, die Verantwortung für
die Entwicklung einer Stromversorgungslösung vertrauensvoll
abgeben zu können.

Die Entscheidung „intern vs. extern“ stellt Ingenieure oft vor
ein Dilemma. Wenn man sich der Herausforderungen der Entwicklung von elektronischen System bewusst ist und die zu entwickelnde Anwendung bis ins kleinste technische Detail kennt,
mag es sicherer erscheinen, sich dem Design der optimalen
Stromversorgung trotz zusätzlicher Herausforderungen selbst anzunehmen. Immerhin funktioniert die Steuerung der Teileversorgungskette bereits, man hat den Überblick über veraltete Komponenten und die Kapazität für die Fertigung ist vorhanden. Andererseits kann das Stromversorgungsdesign, sofern es nicht zu den

Der Austausch mit externen Experten bringt oft zusätzliche
Vorteile mit sich. Häufig eröffnen sich neue Perspektiven undMöglichkeiten, auf die ein internes Team nicht kommen würde.
Dank der umfassenden Erfahrung aus verschiedensten Projekten
und Branchen können innovative Ansätze entstehen. Die weitreichende Kompetenz im Bereich der Stromversorgung ermöglicht
den externen Experten Konzepte oder Systemarchitekturen auszuarbeiten, die sonst vielleicht nur deshalb verworfen würden,
weil sie zuvor noch nie direkt ausprobiert oder in Erwägung gezogen worden waren.

Trotzdem gibt es Lücken im standardisierten Angebot: fehlende Zertifizierungen, fehlende Ausgänge im Vergleich zur Spezifikation, nicht erfüllte zusätzliche Umweltauflagen oder unzureichende Leistung, um nur einige zu nennen. Dann stellt sichdie Frage, ob die Stromversorgung lieber intern entwickelt odervielleicht doch an den Spezialisten ausgelagert werden soll.

24

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Besonders, wenn man in neue Märkte mit strengen und komplexen Sicherheitsstandards vordringen möchte, ist die Zusammenarbeit mit einem kompetenten Partner von Vorteil. Da bei
der Stromversorgung medizinischer Anwendungen sowohl die
Anwender- als auch die Patientensicherheit gewährleistet werdenmuss, müssen die Anforderungen von Normen wie IEC 60601
und ISO 14971 erfüllt werden. Viele robuste Anwendungen stützen sich auf Normen wie EN 50155, die für die Eisenbahnindustrie entwickelt wurden, da es keine spezifischen Alternativen
für ihren Sektor gibt. Ohne entsprechende Vorkenntnisse dieser
Normen ist es schwierig, deren Einhaltung sicherzustellen, wennein Produkt entwickelt werden soll, das außerhalb der üblichen
Expertise des Teams angesiedelt ist.

Nicht durch die ganze „Röhre“ laufen

Eine „kundenspezifische“ Stromversorgungslösung bedeutet
nicht automatisch ein neues, noch nie dagewesenes und teures
Design. Denn es existieren bereits Lösungen für beinahe alle Anwendungsfälle. Die Entscheidung für ein bestehendes Standartprodukt mit geringfügigen Änderungen oder einer zusätzlichen
Zertifizierung ist deshalb oftmals eine gute Alternative, um mit
sehr geringem Mehraufwand zu einer passenden Stromversorgungslösung für eine Fertigungsanlage zu kommen.

Es war von Anfang an klar, dass die ausgewählte Stromversorgung eine außergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit unter schwierigen elektrischen Bedingungen gewährleisten muss. Die Wahl fieldeshalb auf ein 24-V- / 240-W-Netzteil, das bereits einem Großteil der Anforderungen entsprach. Allerdings mussten einige
Modifizierungen vorgenommen werden, damit diese dedizierte
Lösung restlos alle Wünsche erfüllt. Zusätzlich war eine CE-Zertifizierung zwingend erforderlich.

Ein existierendes Standardprodukt als Ausgangspunkt für eine Lösung nach Maß - diesen Fall hatten wir auch in Deutschland
und zwar im nationalen Forschungszentrum DESY (Deutsches
Elektronen-Synchrotron). Letzteres forscht mit einem Teilchenbeschleuniger zur Struktur von Materie. Fallen elektronische Systeme oder die Stromversorgung aus, kommt es zu Verzögerungen bei den sorgfältig vorbereiteten Experimenten. Im Fall eines
Ausfalls muss ein Mitglied des Engineering-Teams mitten in derNacht durch die ganze „Röhre“ laufen, um diesen Experimentier-Giganten zu reparieren. Bei 3,3 Kilometern kann das schoneine Weile dauern.

F O K U S : L E I S T U N G S E L E K T R O N I K & P O W E R

Oft ist ein existierendes Standartprodukt
der Ausgangspunkt für ein kostenloses
Gespräch über eine maßgeschneiderte
Stromversorgung. Die erforderlichenÄnderungen können von geringfügigenÄnderungen bis hin zu einer kompletten
Umgestaltung reichen.

Herstellung von kundenspezifischen Stromversorgungsprodukten. Des Weiteren werden Komponenten oft Prüfungen unterzogen, um über die in den Datenblättern angegebenen Informationen hinausgehende Einblicke in das Produkt zu erhalten. Diese ineiner zentralen Datenbank gespeicherten Informationen sind für
das für kundenspezifische Designs zuständige Team unverzichtbar, um die uneingeschränkte Funktionsfähigkeit der Stromversorgung unter extremen Betriebsbedingungen gewährleisten zu
können. Zur Sicherstellung der Qualität von Komponenten werden diese beim Wareneingang oft zusätzlichen Prüfungen unterzogen. Sind trotz der umfassenden Kontrollmechanismen nicht
alle Bedenken hinsichtlich der Verfügbarkeit von Komponenten
einer maßgeschneiderten Stromversorgungslösung zerstreut,soll die Fertigung vielleicht selbst in die Hand genommen werden. Auch diesen Wunsch kann Traco seinen Kunden erfüllen.
Wer möchte, erhält einfach sein maßgeschneidertes Stromversorgungsdesign. So kann der Kunde entweder auf die Strategie
der doppelten Beschaffung zurückgreifen, indem er seine Fertigungsressourcen mit jenen von Traco zusammenlegt, oder sichausschließlich auf seine eigene Fertigungslieferkette verlassen.

Das Entwicklungsteam wandte sich an die Abteilung für maßgeschneiderte Stromversorgungslösungen von Traco Power, um
diese Schwierigkeiten zu besprechen. So konnte die einzigartige
Betriebsumgebung umfassend beurteilt und die notwendigenÄnderungen unter Ingenieuren besprochen werden. Kostenlose
Beratungsgespräche dieser Art sind äußerst wichtig, um sich ein
klares Bild über die oft komplexen Anwendungen zu machen unddem Entwicklungsteam die Möglichkeit zu geben, dass Für undWider der einzelnen Möglichkeiten und alternativen Ansätzen
abzuwägen. Zu diesem Zeitpunkt konnte ein weiteres Anliegen
des DESY-Teams angesprochen werden: langfristige Verfügbarkeit und schnelle Lieferung von Ersatzteilen. Dies war zwingend
notwendig, da Ersatzteile bei einem Ausfall der Stromversorgung
kurzfristig und für viele Jahre verfügbar sein müssen, um das am
Experiment arbeitende Team zu unterstützen.

Weniger ist mehr
Das Engineering-Team von Traco Power stützt sich auf folgendes Motto: „Perfektion ist nicht dann erreicht, wenn es nichts
mehr hinzuzufügen gibt, sondern wenn man nichts mehr weglassen kann“ (Zitat: Antoine de Saint Exupéry). Auf das Design vonStromversorgungen umgemünzt bedeutet dies, dass die Funktion
und Notwendigkeit jeder einzelnen Komponente bei regelmäßigen Peer-Reviews hinterfragt werden. Dies führt nicht nur zu
einer wettbewerbsfähigen Lösung, sondern erhöht auch die Zuverlässigkeit, da es weniger Fehlerquellen gibt. Zudem scheut die
Abteilung für Qualitätssicherung keine Mühen, um die Lieferkette für alle verwendeten Komponenten zu sichern, damit auf lange Sicht ein optimaler Betrieb gewährleistet werden kann. Wennmöglich, wird auf doppelte Beschaffungsquellen zurückgegriffen.
Somit haben selbst Lieferengpässe keine Auswirkungen auf die

Fazit
Genauso wie ein Haus auf ein solides Fundament angewiesen
ist, benötigt Ihre Anwendung eine verlässliche Stromversorgung
mit optimalem Design. Auch wenn das Angebot an verfügbarenStandart-Stromversorgungen schier unendlich scheint, kommt esvor, dass genau die benötigte Lösung nicht ohne weiteres verfügbar ist. Bevor man die Anwendung an die Leistungsfähigkeit eines Standartprodukts anpasst, lohnt es sich nachzufragen, ob ein
teilweise oder vollständig maßgeschneidertes Stromversorgungsdesign nicht vielleicht sinnvoller wäre. ☐26

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Anschrift
CTX Thermal Solutions GmbH
Lötscher Weg 104
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Vom Wettbewerb differenziert sich CTX
durch das außergewöhnlich breite Angebot
an Kühlkörpern und unterschiedlichen Kühlkonzepten. Neben sofort lieferbaren Standardausführungen umfasst das CTX-Kühlkörper-Portfolio insbesondere spezielle,
maßangefertigte Kühllösungen. Dazu zählen
Kühlelemente für die Hochleistungselektronik, die Automobil-, Haushalts- und Unterhaltungselektronik sowie für industrielle
Netzteile, Computer und für den Bereich
der regenerativen Energien, der Haustechnik und der LED-Kühlung. Die Kühlkörper
reichen von nur wenigen Millimeter großenund einige Gramm leichten Kühlelementen
für SMD-Bauteile bis hin zu zwei Meter langen und 200 Kilo schweren Kühlkörpern fürWechselrichter in der Bahntechnik. Auch die
Kühlungsarten sind so unterschiedlich wie
die Anwendungen selbst: von natürlicher
Konvektion über Luftkühlung mit Gebläsen
bis hin zu Wärmetransport durch Flüssigkeiten oder Heatpipes zur Kühlung von Halbleiterelementen.
Passiv, aktiv oder flüssigkeitsgekühlt
Die Art der Kühllösung ergibt sich aus den
Platz- und Einbauverhältnissen in Abhängigkeit zur Verlustleistung des zu kühlenden elektronischen Bauteils. Diese Parameter bestimmen, ob eine passive Kühlung
mit natürlicher Konvektion ausreicht oder27

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ob die Höhe der Verlustleistung eine aktive
Kühlung mit Lüfterunterstützung erforderlich macht. Reicht auch eine forcierte Kühlung nicht aus, wird auf Flüssigkeitskühlung
zurückgegriffen. CTX bietet für jede Applikation die passende Flüssigkeitskühllösung.
Lieferbar sind anwendungsspezifische Systeme mit Kühlplatten aus Kupfer oder Aluminium und eingelegten Rohren aus Kupferoder Edelstahl sowie mit extrudierten oderkernlochgebohrten Kühlkanälen, Flüssigkeitskühlkörper, deren Ober- und Unterplatte mittels Reibrührschweißen verbundensind, sowie Varianten aus hochtemperaturverlötetem Aluminium. Speziell für den
Volumenbereich bieten sich Druckgusskühlkörper mit eingepressten oder integrierten
Kühlrohren an.
Reibrührschweißen
Kühlkörper für die Leistungselektronik werden zunehmend mittels Reibrührschweißen(FSW) gefertigt. Das innovative Kaltschweißverfahren wird zur Verbindung mehrerer
Kühlkörperbasismodule eingesetzt. So können große Kühlkörperbreiten bei gleichzeitig
großerRippenhöheerreicht
werden.
Diese Technologie eignet sich speziell fürdie Herstellung von Kühlkörpern aus Aluminium.
Thermische Simulation
Bei der optimalen Dimensionierung derKühllösung und der Klärung der Frage nachpassiver oder aktiver Kühlung kann eine thermische Simulation helfen.Vorteil: Durch die
Simulation entfällt der kostspielige Part derPrototypenfertigung oder wird zumindest
erheblich reduziert. ☐28

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E M B E D D E D - S Y S T E M E & M I K R O C O N T R O L L E R

SOM-Lösung für multiple Rechenoperationen und KI-Anwendungen

Vielseitiges Rechengenie

Die System-On-Module-Lösung Trizeps VIII Plus ist für sehr datenlastige und rechenintensive
Anwendungen konzipiert. Mit der integrierten KI-Unterstützung und der umfangreichen Ausstattung eröffnet diese SOM-Lösung ein breites Anwendungsspektrum in der Industrie.
TEXT: Keith & Koep BI LDER: Keith & Keop; iStock, KrulUA

Das SBCSOM von Keith & Koep vereint die Vorteile aus
den beiden Produktwelten Single Board Computer (SBC) und
System on Module (SOM), da dieses Produkt ein Prozessormodul um grundlegende Komponenten und Schnittstellen ergänzt. Der Vorteil gegenüber klassischen SOM-Lösungen liegt
somit darin, dass es kein zusätzliches Baseboard benötigt undsofort einsatzbereit ist. Das kann je nach Anforderung Zeit undKosten bei der Entwicklung, bei Tests und in der Produktion
sparen. Die SBCSOM-System wird mit einem NXP i.MX 8M

Mini Prozessor angeboten und verfügt über alle grundlegenden Komponenten. Zudem bietet das Unternehmen zum SBCSOM auch ein spezielles Evaluation-Kit an, mit dem die Softwareentwicklung direkt gestartet werden kann, auch wenn das
endgültige Hardware-Design noch nicht endgültig feststeht.
Das Entwickler-Kit besteht aus verschiedenen Komponenten
wie einem 7-Zoll-IPS-Display und einem Erweiterungs-Board,
welches über einen USB-Hub mit zwei USB-Anschlüssen undeinem zusätzlichen 100-Mbit-Ethernet-Port verfügt.

Ihr Design in neuem Gewand

Curiosity-Entwicklungsplattform vereinfacht
Die kostengünstige Curiosity-Nano-Entwicklungsplattform bietet eine Vielzahl von PIC®- und SAM-Evaluierungskits auf Basis von
32-Bit-Arm®-Cortex®-Mikrocontrollern (MCUs), mit denen sich auf einfache Weise verschiedene Architekturen für Ihr
32-Bit-Embedded-Design erkunden lassen. Arbeiten Sie mit einer All-in-One-Entwicklungsplattform oder passen Sie sie
an Ihre individuellen Anforderungen an.
Die 32-Bit-basierten Curiosity-Nano-Evaluierungskits lassen sich mit Curiosity Nano Base for Click boards™
skalieren, sodass eine Entwicklungsumgebung bereitsteht, die Ihr Projekt von der Konzeptphase bis
zum funktionierenden Prototyp auf einer einzigen Plattform begleitet. Durch die integrierte Debug- und
Programmierfunktion ist kein externer Programmer erforderlich, was Entwicklungskosten einspart.
Microchip bietet im integrierten Software-Entwicklungs-Framework MPLAB® Harmony eine Reihe vonBeispielen, inklusive Stückliste (BOM), Anwendercode und Anwendungshinweisen, um Ihr Design zu
beschleunigen und Ihr Produkt schneller auf den Markt zu bringen.

microchip.com/curiositynano

Der Name Microchip, das Microchip-Logo, MPLAB und PIC
sind eingetragene Warenzeichen von Microchip Technology
Incorporated in den USA und in anderen Ländern. Alle
anderen Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer.
© 2021 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten.
MEC2358A-GER-02-21

E M B E D D E D - S Y S T E M E & M I K R O C O N T R O L L E R

Die System-On-Module-Lösung Trizeps
VIII Plus ist besonders für rechenintensive
Anwendungen geeignet.

Lücke zwischen SBC und SOM geschlossen

on-Boards angeschlossen werden können. Diese sind in derRegel einfach und kostengünstig herzustellen und können sogar später in das Layout des SBCSOM-Boards übernommen
werden. Hier drin begründet sich die Besonderheit und Einzigartigkeit des SBCSOM. Das aktuelle Extension-Board verfügt über ein USB-Hub mit zwei USB-Anschlüssen und einem
zusätzlichen 100-Mbit-Ethernet-Port. Weitere standardisierte
Boards sind in Planung. Denkbar sind auch Erweiterungen als
Eigenentwicklung, bei denen die Kunden einfach und ohne
großen Kostenaufwand eigene Schnittstellen hinzufügen. Dadurch wird das SBCSOM-System zu einem höchst modularen
System, das Entwicklungsprozesse deutlich beschleunigt sowie
flexibel nach und nach ergänzt werden kann.

In der Entwicklung herkömmlicher SOM-Lösungen, wird
häufig auf fertige Baseboards zurückgegriffen. Vordefinierte Lösungen sind allerdings in der Regel komplex und relativ
kostenintensiv, weil damit eine Vielzahl von Anwendungsfällen
abgebildet werden muss. Die verfügbaren Standard-Baseboards
dienen dabei vorrangig zur Evaluierung von Projekten mit
kleinen Stückzahlen. Sollen die Kosten für das Gesamtprodukt
gesenkt werden, muss in der Regel mit weiterem Zeit- und Entwicklungsaufwand ein spezielles Board gefertigt werden, daslediglich über die Schnittstellen verfügt, die der Kunde für seinen speziellen Anwendungsfall benötigt. Hierzu müssen viele
Teile, wie zum Beispiel das Netzteil und die benötigten Schnittstellen, neu gestaltet werden. Es gilt also abzuwägen, ob unter
Berücksichtigung des Kosten- und Zeitfaktors ein kundenspezifisches Board entwickelt oder besser ein Standard-Baseboard
verwendet werden soll. Hier schließt das neue SBCSOM vonKeith & Koep die Lücke. Es bietet eine kostengünstige, sofort
einsatzbereite modulare Lösung, die mit einem NXP i.MX 8M
Mini Prozessor und allen wesentlichen Komponenten und
Schnittstellen ausgestattet ist. Hierzu gehören unter anderem
Systemkomponenten wie ein industriefähiges Netzteil, Ethernet/POE, USB, WLAN/Bluetooth, mini HDMI, LVDS, PCIe,sowie µSD und SIM Card.

Die modulare Lösung ermöglicht es, Prototypen und 0-Serien-Muster deutlich schneller zu entwickeln. Im weiteren Projektverlauf und mit steigenden Stückzahlen können Kunden zu
jeder Zeit entscheiden, ob aus dem SBCSOM ein klassischer
SBC werden soll, ohne in der Entwicklung von vorne beginnenzu müssen. Dabei profitieren die Kunden von den Vorteilen die
Keith & Koep in seinem Portfolio hat, wie Wartung, Bauteilbeschaffung oder PCN-Prozess (Product Change Notification)
der Bauteile.
Das SBCSOM kann mit den gängigen Betriebssystemen wie
Android 9, Windows 10 IoT und Linux betrieben werden. In
naher Zukunft wird die Lösung auch in die bewährten HMI
vom Schwesterunternehmen Garz & Fricke integriert. In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen e-GITS, ebenfalls Teilder Garz & Fricke Group, wird Kunden auch die Cross-Plattform-Applikationsentwicklung angeboten. ☐Erweiterungsmöglichkeiten des SBCSOMIm Gegensatz zu einem klassischen SBC werden beim
SBC­SOM weitere Funktionen über zwei System Connectoren
an den Seiten (CARD-Edge) bereitgestellt, an denen Extensi-

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S TO R Y B O A R D | P R O M OT I O N

Messtechniklösungenfür die IoT-Entwicklung
Das Design von IoT-Geräten stellt aufgrund der diversen Anforderungen aus den Bereichen
Analog-, Digital-, HF-Technik und der DC-Versorgung eine große Herausforderung für
Entwickler und Messtechnik dar.
TEX T + B ILD: Siglent

Ausgehend von aktuell ca. 30 Milliarden vernetzten IoT-Geräten wird bis zum Jahr 2025 ein Anstieg auf über 75 Milliarden erwartet. Die am stärksten wachsenden Bereiche sind derPrivatanwendermarkt (z.B. Smart Home, Wearables), die Medizintechnik (z.B. Patientenüberwachung, automatisierte Medikamentierung), Produktionssteuerung und -überwachung(z.B. KI, Predictive Maintenance) sowie die Vernetzung vonFahrzeugen und der Infrastruktur in den Städten. Die Themen
IT-Sicherheit und Zuverlässigkeit der Hardware sind zwei zen­
trale Themen der Entwicklung, denn in den meisten Fällen wäre es fatal, wenn IoT-Geräte gehackt werden oder ausfallen. Als
Hersteller von elektronischer Messtechnik ist unser Ziel, den
Entwicklern beim Bewältigen der Herausforderungen des Hardwaredesigns mittels passender Messgeräte zu helfen.

Die Messgeräte von Siglent bieten standardmäßig viele
Funktionen und können damit sehr variabel eingesetzt werden.
Alle Oszilloskope haben serielle Busse wie I2C, SPI, UART ab
Werk integriert. Ebenso ist die Funktion zur Erstellung von Bode-Diagrammen Standard. Bode-Plots werden häufig zur Optimierung von DC/DC-Wandlern, wie sie auch auf IoT-Geräten
zu finden sind, verwendet. Optional können die Oszilloskope
noch um 16 Digitalkanäle erweitert werden. Somit kann man
bereits einen großen Teil der notwendigen Messungen mit einem Gerät erledigen. Theoretisch könnten die Oszilloskope
auch für die Frequenzanalyse verwendet werden. Die integrierte
Frequenzdarstellung (mittels FFT) ist aber in puncto Genauigkeit und Dynamik nicht mit einem HF-Analysator vergleichbar.
Daher empfiehlt es sich einen Spektrum Analysator zu verwenden. Siglent bietet hier ebenfalls eine sehr leistungsstarke undflexible Lösung an. Die Serie SVA1000X hat neben der Spektrumanalyse standardmäßig noch die Vektornetzwerkanalyse integriert. Hiermit kann z.B. die Antenne des IoT-Gerätesüberprüft, angepasst oder optimiert werden. Ferner können
optional eine Vektorsignalanalyse (Sendesignaltest) und eine
EMV-Messfunktion ergänzt werden. So dass auch hier mit nur
einem Gerät alle wichtigen Messungen erledigt werden können
und ebenfalls die EMV-Zulassung vorbereitet werden kann.

Wie im Vorspann bereits erwähnt, liegt die besondere Herausforderung bei der Entwicklung von IoT-Geräten darin, dassso gut wie alle Spezialbereiche der Elektronik auf einem relativ
kleinen Raum integriert sind. Meist existiert ein Teil mit überwiegend analoger Technik. Hier werden zum Beispiel Spannungen oder Ströme vom Sensor aufgenommen, angepasst und für
die weitere Verarbeitung digitalisiert. Diese Daten werden dannmittels serieller „intra-modul“ Kommunikation z.B. mittels SPIBus an den Digitalteil übergeben.

Zusätzlich zu den beiden vorgestellten Produktkategorien
bietet Siglent weitere für die IoT-Geräteentwicklung nützliche
Geräte an. Hierzu zählen elektronische DC-Lasten u.a. für Batterietests, DC-Labornetzteile, digitale Multimeter sowie HF-Signalgeneratoren für die Entwicklung von Empfängerschaltungen. Damit kann Siglent die Entwickler in allen Bereichen desIoT-Gerätedesigns mit passender Messtechnik unterstützen. ☐Dort werden die Daten in einem Mikrocontroller weiterverarbeitet und entweder lokal gespeichert oder auch für die Funk­übertragung kodiert und an den Hochfrequenzteil übergeben
und von dort zum Host übertragen. Nicht zu vergessen ist, dassalle genannten Teile des Systems noch mit den passenden Spannungen versorgt werden müssen.

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NOR-Flash-Speicher für Embedded-Systeme

Zuverlässiger Embedded-Speicher
Während einige Anbieter NOR-Flash-Speicherprodukte direkt auslaufen lassen und sogar EOL
deklarieren, kann Microchip die Verpflichtung die Verfügbarkeit für mittlere, kleine und sogar
großvolumige Anwendungen sicherstellen, nachkommen.
TEX T: Grant Hulse, Microchip BILD ER: Microchip; iStock, bananahuman32

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E M B E D D E D - S Y S T E M E & M I K R O C O N T R O L L E R

Mit dem Mikrocontroller als Herzstückeines Embedded Systems werdenverschiedene andere IC-Technologien,
einschließlich NOR-Flash, für verschiedene Anwendungen benötigt.

Kleine eigenständige und eingebettete
Systeme, wie Garagentoröffner, elektrische
Bohrmaschinen, Fertigungsanlagen undmedizinische Analysesysteme, enthalten
in der Regel einen 8-Bit- oder 16-Bit-Mikrocontroller (MCU), der von einer
Sammlung analoger und sensorischer integrierter Schaltkreise (ICs), Anzeige- und
Kommunikationsschnittstellen-ICs undin einigen Fällen SRAM-, EEPROM- und
NOR-Flash-ICs umgeben ist, die nicht imausgewählten Mikrocontroller enthaltensind. Die Hersteller von Endgeräten sindam glücklichsten, wenn diese industriellen oder medizinischen Produkte noch
20 Jahre oder sogar länger auf dem Marktsind. Wenn ein IC-Lieferant ein Endof-Life (EOL) ankündigt, das durch die
Umstellung auf einen neuen Prozessknoten verursacht wird, kommt es für diese
Systemhersteller typischerweise zu einem
Requalifizierungs-Wirrwarr, das Entwicklungsressourcen ablenkt und unerwartete
Ausgaben für bestehende Programme verursacht. NOR-Flash-ICs (typischerweise 1
Mbit bis 8 Mbits ist alles, was in diesen Produkten benötigt wird) sind ein besonders
belastendes Bauteil für die Langlebigkeit.
Dies liegt daran, dass die Mitglieder der
NOR-Flash-Familie mit größerer Dichte(256 Mbit bis 1 Gbit+) die Geschäftsentscheidungen der Speicherhersteller vo-

rantreiben, so dass ein ständiger Druckzu kleineren Geometrieprozessen undkürzeren Produktlebenszyklen besteht.
In diesem Artikel werden das Problem
der Langlebigkeit von NOR-Flash-Hauptspeicher und die dedizierten Lösung vonMicrochip erörtert.

Speicher mit geringer Dichte
Führende NOR-Flash-Anbieter konzentrieren sich zu Recht auf ihre margenstarken, hochvolumigen Speicherteile mithoher Dichte. Jedes Unternehmen hat die
Verantwortung, sich auf seine Stärken zu
konzentrieren, um den Gewinn zu maximieren und gleichzeitig seinen Kunden
den größten Wert und die niedrigsten
Kostenpunkte zu bieten. In den vier Jahrzehnten von NOR Flash bedeutete dies,dass die überlebenden Speicherlieferanten
ihre Produkte mit geringerer Dichte aus
den vergangenen Jahren hinter sich lassen mussten. Während das Angebot am
oberen Ende der Dichte nach oben geht,
wird ein paar Jahre später das Angebot am
unteren Ende der Dichte EOL'ed und das
untere Ende geht ebenfalls nach oben. FürAnbieter von Embedded-Systemen mit
einer Produktlebensdauer von 20 Jahren
können diese IC-Unterbrechungen nicht
nur eine neue Version des Teils des aktu-

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ellen Anbieters, sondern auch einen neuen
Anbieter bedeuten.
Eine Lösung für dieses schmerzhafte
Problem besteht darin, das Systemdesign"zukunftssicher" zu machen, indem ein
128-Mbit-NOR-Flash-IC verwendet wird,
um 4 Mbits des Benutzerprogrammiercodes zu speichern. Dieser Ansatz kanneindeutig zu Ineffizienzen beim Stromverbrauch und den Gesamtsystemkosten führen. Eine andere Lösung ist die
Verwendung eines nicht-traditionellen
NOR-Flash-Speicherlieferanten, der andere geschäftliche Gründe hat, das gleiche
Speicherprodukt für 20+ Jahre zu liefern.
Dieser Anbieter hat vielleicht nicht die
Größenvorteile beim Speichervolumen,
um zum Zeitpunkt des ersten Preisangebots die niedrigsten aktuellen Kosten zu
bieten, aber im Laufe der Zeit, wenn man
die wahrscheinlichen Requalifizierungskosten und die verlorenen Entwicklungsressourcen für diese Requalifizierungenberücksichtigt, ist er höchstwahrscheinlich eine viel kostengünstigere Lösung fürdieses Lieferproblem.
Microchip hat diese sich entwickelndeSituation schon vor Jahren erkannt, da siesich auf eine breite Embedded-Kundenbasis auswirkt. Die negativen AuswirkungenE M B E D D E D - S Y S T E M E & M I K R O C O N T R O L L E R

Ein 128-MBit-NOR-Flash-IC im Vergleich zu einem 8-MBit-NOR-Flash-IC
zeigt deutliche Vorteile.

dieses Dichte-Trends auf Geschäftspläne
und Geschäftsziele erforderten eine strategische Kurskorrektur. Das Ergebnis ist ein
nicht-traditioneller NOR-Flash-SpeicherIC-Lieferant, der auch serielle SRAM-ICs,serielle EEPROM-ICs, Analog- und Sensor-ICs anbietet. Diese "anderen geschäftlichen Gründe" liefern die Motivation,
NOR-Flash-ICs mit geringer Dichte solange zu liefern, wie die Kunden sie benötigen. Außerdem ist zu beachten, dass diese Speicherprodukt-Ambitionen derzeit
oberhalb von 64-Mbit-Dichten aufhören,wo fokussierte Speicherlieferanten noch
für die nächsten 20 oder mehr Jahre Produkte liefern werden.

NOR-Flash mit geringer Dichte

Auf der ersten Abbildung ist eine Darstellung, der besprochenen Systemtypen
zu sehen: ein Mikrocontroller, umgeben
von anderen integrierten Schaltkreisen,
die der eingebetteten Anwendung Leben
und Zweck verleihen. In diesem Beispiel
enthält das 8-Mbit-NOR-Flash [hervorgehoben] einige verschiedene Display-Bilder,die über den Touchscreen-Display-Ausgabe-IC freigegeben werden, wann immer
der eingebettete Programmcode dies erfordert. Die wichtigsten Merkmale dieses externen NOR-Flash-Speicher-ICs
sind: 8 Mbits, Standard-SPI-Schnittstelle, niedriger Standby-Strom, niedriger
Schreibstrom, kleine Fläche und seit 20
Jahren in der Produktion verfügbar.

Obwohl viele MCUs mit eingebautem
Flash ausgestattet sind, um diese Aufgabenabzudecken, gibt es Situationen, in denen
externes NOR-Flash für einige dieser Aufgaben sinnvoller ist. Häufige Gründe sind
der Kostenkompromiss zwischen der Gesamtsystem-Stückliste (BOM) und den
angebotenen Mikrocontroller-Flash-Größen, die Fehlanpassung von Mikrocontroller-Funktionen im Vergleich zu eingebetteten Flash-Größen, die schnellere
Reflash-Zeit für Testsätze während derLinienfertigung oder systeminterne Reflash-Ereignisse für Feld-Upgrades.

Wie bereits erläutert, passt Low-Density-NOR-Flash vielleicht nicht in die Pläne
oder Strategie der großen NOR-Flash-Anbieter, aber es passt hervorragend in das
Produktangebot und die Strategie eines
Embedded-Unternehmens für einen Systemansatz. Ein typischer Haushalt hat zum
Beispiel leicht mehrere Dutzend Embedded-Systeme mit 8-Bit-, 16-Bit- oder sogar
32-Bit-MCUs. Die meisten dieser Systeme
benötigen keine große Menge an Code,wobei das NOR-Flash oft Programmcode,
Kalibrierungsdaten, Kalibrierungsparameter, Ereignisprotokolle bereitstellt.

Darüber hinaus verwenden anwendungsspezifische integrierte Schaltungen

34

INDUSTR.com(ASICs) mit geringerer Gatterzahl wie FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays)
und CPLDs (Complex Programmable Logic Devices) kleine NOR-Flash-Speicher
für die In-Application-Programmierung,den Boot-Code und den Execute-in-Place-Betrieb (XIP). NOR-Flash-SpeicherICs eignen sich perfekt für XIP-Anwendungen, da sie einen geringen Standby-Stromverbrauch haben und über eineserielle Standardschnittstelle wie SPI direkt ansprechbar sind.
Erhältlich in 8-Pin-Gehäusen, wie
z.B. einem 8-poligen SOIC und einem
8-poligen WDFN (6 mm x 5 mm), sind
NOR-Flash-Speicherbausteine mit geringer Dichte auch sehr board-effizient. FürAnwendungen mit begrenztem Platz auf
der Leiterplatte, wie z.B. eine elektrische
Zahnbürste, bietet ein Wafer Level Chip
Scale Package (WLCSP) eine erhebliche
Platzersparnis von fast 69 Prozent.

Schnellere ReFlash-Zeiten
Obwohl Microchip ein nicht-traditioneller Speicherlieferant ist, stellt das Unternehmen eine Menge FLASH-Speicher
her. Jedes Jahr werden Milliarden vonMikrocontrollern ausgeliefert, die Flashenthalten. Außerdem besteht ein erheblicher technischer und strategischer Vorteilin einem Flash-Speicher, der als Super-Ein 128-MBit-NOR-Flash-IC und ein 8-MBit-NOR-Flash im Vergleich. Es wird deutlich, dass der 8-Mbit-NOR-Flash-IC die
Anforderungen der Embedded-Anwendung am besten erfüllt.

Flash®-Technologie bezeichnet wird. Diese
Flash-Speicherzellen sind so strukturiert,
dass sie die branchenweit schnellsten Löschzeiten bieten, wobei die Blocklöschzeiten 20x schneller und die Löschzeiten fürden gesamten Chip 1000x schneller sind.
Während das Reflashen eines NORFlash-Speichers in der Welt der großen
NOR-Flash-Speicherlieferanten nicht üblich ist, kann es in kleinen Embedded-Systemen zu einem großen Vorteil werden, da
es die Herstellungskosten senkt und einestromsparende und schnelle Möglichkeit
zur Aufrüstung eines Feldsystems bietet.

Um auf den obigen 128-Mbit-Vergleich zurückzukommen: Ein 128-MbitNOR-Flash (ohne SuperFlash) hat eine
typische maximale Blocklöschzeit von 0,7
bis 1 Sekunde. Im Gegensatz dazu hat das
8-Mbit-NOR-Flash (mit SuperFlash-Erweiterung) eine maximale Block-Löschzeit
von nur 25 ms. Daraus ergibt sich im Vergleich dieser beiden Speicherlösungen ein
Performancegewinn von bis zu Faktor 30.
Zusätzlich zur der möglichen Zeitersparnis beträgt der Stromunterschied zwischen
Löschen und Wiederbeschreiben zirka 800
ms * 33 mA bei jedem Block-Löschen füreinen Wiederbeschreibungszyklus.

CONNECT IO-LINKSENSORS WITH
REAL-TIME ETHERNET
hilscher.com/
netFIELD
58°C

NOR-Flash-Designs einbetten
Als Unternehmen für intelligente, vernetzte und sichere Embedded-Steuerungslösungen hat Microchip eine Perspektive
auf viele Bereiche von Embedded-Systemen, und NOR-Flash ist ein integraler Bestandteil dieses Einblicks. Um Vertrauen
in Designs zu schaffen, die eine Nutzungsdauer von Dutzenden von Jahren haben
können, ist es gängige Praxis, die Verfügbarkeit so lange zu gewährleisten, wie
Kunden Ersatzprodukte benötigen. Diese
Langlebigkeit stellt sicher, dass Kundendas bekommen, was sie brauchen. ☐V E R B I N D U N G S T E C H N I K & W I R E L E S S

M16-Steckverbinder für Anwendungen mit hoher Kontaktzahl

Kontaktfreudiger Stecker
Seit den frühen Anfängen in der Audiobranche vor mehr als 50 Jahren zählt der M16-Steckverbinder als eine verlässliche Steckverbinderlösung für eine große Zahl verschiedenster Anwendungen im Innenbereich. Insbesondere dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung ist der M16-Steckverbinder heute die ideale Wahl für Systemspezifikatoren, die nacheinem kosteneffektiven und robusten Steckverbinder mit Verschraubung Ausschau halten, der bis
zu 24 Kontakte aufnehmen kann – mit oder ohne EMI-Abschirmung.
TEX T: binder

B ILDE R: binder; iStock, filo

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M16-Steckverbinder wurden ursprünglich für die Anforderungen desDeutschen Instituts für Normung (DIN)
entwickelt, das eine Norm für Rundsteckverbinder für analoge Audiosignale
aufgestellt hatte. Diese waren für viele
Jahre weit verbreitet und in der gesamten
Audio­branche und bei den Kunden allgemein als DIN-Steckverbinder bekannt.

Hohe Kontaktzahl und
Schutzart bis IP68
„Obwohl sie immer noch im ungeschirmten, originalen DIN-Format mit
IP40 erhältlich sind, lassen sich die neuesten M16-Steckverbinder kaum noch mit
den frühen Audioversionen vergleichen“,
meint Sascha Döbel, der Produktmanager
für M16-Steckverbindersysteme bei binder. „Angetrieben durch die marktweite
Nachfrage nach geringeren Kontaktwiderständen, höheren Polzahlen undbesseren Schutzarten, sind die heutigen
M16-Steckverbinder mit 2 bis 24 Kontakten bestückt. Sie sind überwiegend mit
Metallgehäuse, mit oder ohne Abschirmung vor elektromagnetischer Störung(EMI) ausgeführt, und bieten Schutzart
IP67 oder für bestimmte Ausführungenauch IP68“, erläutert Sascha Döbel weiter.
Die Vielseitigkeit der Anwendung
wird durch ein breites Spektrum an verfügbaren Alternativen für die Kabelkonfektion mit geraden oder Winkel-Steckverbindern gewährleistet, die wahlweise
gelötet, geschraubt oder gecrimpt werden
können. Es sind ebenfalls vorkonfektionierte, umspritzte Kabel erhältlich und
die Optionen sind gleichermaßen vielfältig und umfassend, wenn es um Flanschsteckverbinder für die vorder- oder rückseitige Montage als Standard für Lötkelchausführungen und für die vorderseitige
Montage für tauchgelötete und vorkonfektionierte flexible Leiterplatten geht.

Diese Steckverbinderart hat sich dank
der robusten Auslegung und exzellenten
Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen als M16-Steckverbinder bei der Anbindung von MSR-Technik und Sensorik
im Innenbereich etabliert, wo höhere Polzahlen als die von M8- und M12-Steckverbindern benötigt werden. Zu den
weiteren Anwendungen gehören neben
pneumatischen Steuerungen und Gasund Druckmessungen auch Drehmomentaufnehmer und Drehzahlregler.

Einsatzbereit für 5G
Zu den neuesten Anwendungsbereichen der M16-Steckverbinder gehört das
bevorstehende Rollout der 5G-Netze, wo
die AISG-konformen Steckverbinder vonbinder für den erforderlichen IP-Schutz
bei ausgewählten Anlagen im Außenbereich sorgen sollen. Die AISG (Antenna
Interface Standards Group) definiert
Standards für die Steuerung und Überwachung von Antenna Line Devices (ALD)
in der Mobil­funkbranche.
Die M16-Steckverbinder der binder-Baureihen 423 und 723 sind zum Beispiel als 8-polige DIN-Ausführungen erhältlich, bei denen vier oder fünf Kontakte genutzt werden. Die AISG C485-konformen Produkte sind als männliche undweibliche Kabel- und Flanschsteckverbinder mit Abschirmung erhältlich. Die fürsämtliche Funknetze einsetzbaren Steckverbinder erfüllen im gesteckten undverriegelten Zustand die Anforderungengemäß Schutzart IP68 und überzeugenauch unter extremen Außenbedingungendurch höchste Zuverlässigkeit.

Datenübertragung bis 10 Gbit/s
Zu den neuesten Erweiterungen des
M16-Angebots von binder gehört ein
X-kodierter Steckverbinder, der die Über-37

INDUSTR.com

Der schnellste
Draht zum
Schaltschrank
Schaltschränke kompakt planen undschneller fertigstellen mit innovativen
Connectivity-Lösungen von HARTING.

www.HARTING.com/
Schaltschrankbau

V E R B I N D U N G S T E C H N I K & W I R E L E S S

Die M16-Steckverbinder kann in vielen
Anwendungen eingesetzt werden.

tragungsgeschwindigkeiten leisten kann,die die sensorbasierten und automatisierten Produktionseinrichtungen von heute
erfordern. Die Datenübertragungswerte
beeindrucken mit bis zu 10 Gbit/s.
Dank der Kombination aus hoher
Polzahl und kompakten Abmessungen bei 18,5 mm Durchmesser und 60
mm Länge bieten M16-Steckverbindereine ausgezeichnete Alternative zu höherpreisigen
Steckverbindersystemen.
Kürzere Sonder- und Winkelausführungen mit einer Höhe von gerade einmal
37 mm ermöglichen den Einbau auch in
Anwendungen mit bekanntermaßen wenig Platz. Die M16-Steckverbinder neh-men Kabel mit Durchmessern von 4 mm
bis 10 mm auf und sind bei einer Stehstoßspannungsfestigkeit bis 1500 V und
250 V Nennspannung bis 7 A stromtragfähig (bei 40 Grad Celsius). Aufgrund dersteigenden Anforderungen der Gerätehersteller in Bezug auf EMV-Verträglichkeit erfordern jetzt immer mehr Anwendungen geschirmte Kabelsysteme, wasbei den Steckverbindern gute Abschirm­eigenschaften voraussetzt. Optimale
Ergebnisse lassen sich nur durch eine
360-Grad-Rundumschirmung erreichen,
die hier durch integrierte Abschirmringe
realisiert wird und ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften über einen großen
Frequenzbereich bietet.

MANCHE VERBINDUNGEN
SIND EINFACH DICHTER,ALS SIE SICH
VORSTELLEN KÖNNEN.
 zum Beispiel der IP68-Rundsteckverbinder SP13 von Weipu. www.mes-electronic.de

Sascha Döbel mit einem abschließenden Überblick über das M16-Produktangebot: „Wir bei binder sindder Überzeugung, dass die Flexibilität
durch die breit gefächerte Auswahl an
M16-Steckverbindern zusammen mit
der scheinbar endlosen Optionsvielfalt bei vergleichsweise geringen Kosten mit ein Grund sind für die kontinuierlich zunehmende Beliebtheit des
M16-Steckverbinders und die bemerkenswerte Ausweitung seines Einsatzbereichs von den bescheidenen Mikrofonanwendungen in den 1960ern hin
zu den neuesten Kommunikations- undSicherheitssystemen, die uns heute allein vielen Anwendungen betreffen.“ ☐E M V / E S D & M E S S T E C H N I KMultifunktionale
Softwareplattform für Messgeräte

MESSDATEN RICHTIG
BÜNDELN
Mit einer multifunktionale Plattform, die Messdaten
von verschiedenen Messgeräten erfasst, lassen sich
Entwicklungen von Systemen deutlich verkürzen.
Eine solche integrierte Software, wie sie Yokogawa
entwickelt hat, unterstützt die Entwickler, indem sie
ein klareres Bild liefert, wie die getesteten Geräte auf
Ereignisse und Steuersignale reagieren.
TEX T: Yokogawa

BILDE R: Yokogawa; iStock, GeorgePeters

Die von dem Messtechnik-Unternehmen entwickelte integrierte Softwareplattform ist in der Lage, die Daten mehrerer Messgeräte auf demselben Bildschirm zeitlich synchron
darzustellen. Dies gibt Entwicklern ein klareres Bild über das
Verhalten elektronischer und mechanischer Komponenten
in Korrelation zu deren ansteuernden Signalen und Schaltvorgängen. Die IS8000 Mess- und Analyse-Software will das
Problem, anspruchsvolle Produkte wie Motorumrichter zu
entwickeln, für die häufig mehrere Geräte zur Erfassung aller
Messdaten erforderlich sind, lösen.

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INDUSTR.com

E M V / E S D & M E S S T E C H N I K

Der ScopeCorder DL950 vereinfacht die
High-Speed Datenerfassung und ermöglicht Herstellern genaue Einblicke bei der
Entwicklung neuer Produkte.

Für Messungen mit hohen Abtastraten kann die Softwareplattform mit dem DL950 ScopeCorder via der optionalen
10 Gigabit Ethernet-Schnittstelle verbunden werden, um bis zu
8 Kanäle mit 10 MS/s in Echtzeit auf den PC zu streamen. Dies
bedeutet, dass längere Messzeiten für z.B. Gate-Signale und
Schaltschwellen von Mehrphasen-Wechselrichtern möglichsind. Mit der Software können zum Beispiel der Leistungsanalysator WT5000, der DL950 ScopeCorder und das Oszilloskop
DLM5000 über einen entsprechenden PC konfiguriert, ferngesteuert und überwacht werden. Zusätzliche Hochgeschwindigkeitskameras von Drittanbietern können ebenfalls gesteuert
werden, wodurch die Bedienung und Steuerung verschiedener
Instrumente zur Messung von Leistung, physikalischen Phänomenen, Video und Steuersignalen vereinfacht wird. Zudem
können die Anwender bis zu 16 voneinander unabhängige
FFT-Analysen vornehmen.

Oszilloskope bieten hier eine hohe Abtastrate für eine
Detailbetrachtung der Kurvenformen, der ScopeCorder zum
Beispiel kann viele Arten von Signalen in hoher Auflösung
anzeigen, während Leistungsanalysatoren eine unübertroffene Genauigkeit bei Leistungsmessungen bieten. Die Bedienung dieser mehreren Geräte kann jedoch aufgrund der unterschiedlichen Benutzeroberflächen und der Notwendigkeit,
das Timing der verschiedenen Eingangssignale zu korrelieren,schwierig sein.
Die IS8000-Softwareplattform stellt sich dieser Herausforderung, indem sie das Timing, die Steuerung und die Datenerfassung einer Reihe von Messgeräten mithilfe eines IEEE1588
PTP Protokolls (Precision Time Protocol) nahtlos integriert
und so eine umfassende und integrierte Messlösung bietet.
Es können auch ausgewählte Messgeräte anderer Hersteller indie konsolidierte Auswertung mit einbezogen werden. Durch
die Zusammenarbeit von Geräten in ihrer Gesamtheit werden kohärente Messungen während der Produktentwicklung
sichergestellt. Dies erleichtert das Debuggen und Analysieren
von Daten, indem alle Messungen auf einem einzigen Display
angezeigt werden. Darüber hinaus können Daten problemlos
mit anderen Nutzern geteilt werden.

Benutzerdefinierte Berichte können einfach durch Dragand Drop von Messdaten, Kurvenformen und Grafiken auf das
Berichtsblatt generiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, Hochgeschwindigkeitskamerabilder zu synchronisieren,
sodass die physischen Aktionen von Geräten mit Steuerungsund aktuellen Kurvenformen korreliert werden können.
Ein optionales Softwarepaket IS8011 / IS8012 ist auch
verfügbar, mit dem Harmonischen-Analysen nach IEC/EN
61000-3-2, IEC/EN 61000-3-12 sowie Messungen von Spannungsschwankungen und Flicker nach IEC/EN 61000-3-3,
IEC/EN 61000-3-11 mit dem Präzisions-Leistungsanalysator
WT5000 durchgeführt werden können. Der Anwender kannden gewünschten Standard auswählen, sich die Messwerte grafisch und numerisch anzeigen, Grenzwerte überwachen undsich abschließend automatisch einen Report generieren lassen.

Die Verwendung der Software führt zu einer höheren Effizienz, da weniger Zeit für die Entwicklung von Testmethoden benötigt wird; stattdessen kann diese für die Erfassung
und Auswertung tatsächlicher Testdaten investiert werden.
Des Weiteren stellt sie Softwarepakete zur Verfügung, um eine
gründlichere Datenanalyse zu ermöglichen. Beispielanwendungen für die IS8000 Software umfassen das Testen von Motoren und Umrichtern für Produkte wie Fahrzeuge, Aufzüge,
Klimaanlagen und Stromerzeugungsgeräte.

40

INDUSTR.com

IMPRESSUM
Herausgeber Kilian Müller
Head of Value Manufacturing Christian Fischbach
Redaktion Bernhard Haluschak (Managing Editor/verantwortlich/­-928), Roland R. Ackermann (freier Mitarbeiter),
Anna Gampenrieder (-923), Ragna Iser (-898), Demian Kutzmutz (-937), Julia Papp (-916)
Newsdesk newsdesk@publish-industry.net
Head of Sales Andy Korn
Anzeigen Saskia Albert (Director Sales/verantwortlich/-918), Leopold Bochtler (-922),
Beatrice Decker (-913), Carolin Dittrich (-899), Caroline Häfner (-914), Mirjam Holzer (-917);
Anzeigenpreisliste: vom 01.01.2021
Sales Services Florian Arnold (-924), Isabell Diedenhofen (-938), Ilka Gärtner (-921); sales@publish-industry.net
Verlag publish-industry Verlag GmbH, Machtlfinger Straße 7, 81379 München, Germany
Tel. +49.(0)151.58 21 1-900, info@publish-industry.net, www.publish-industry.net
Geschäftsführung Kilian Müller
Leser- & Aboservice Tel. +49.(0)61 23.92 38-25 0, Fax +49.(0)61 23.92 38-2 44; leserservice-pi@vuservice.deAbonnement Das Abonnement enthält die regelmäßige Lieferung der E&E (derzeit 7 Ausgaben pro Jahr inkl.
redaktioneller Sonderhefte und Messe-Taschenbücher) sowie als Gratiszugabe das jährliche, als Sondernummer
erscheinende E&E-Kompendium.

Mit der IS8000 Software lassen sich eine Vielzahl von MessungenJährlicher Abonnementpreis
Ein JAHRES-ABONNEMENT der E&E ist zum Bezugspreis von 64 € inkl. Porto/Versand innerhalb Deutschland und
MwSt. erhältlich (Porto Ausland: EU-Zone zzgl. 10 € pro Jahr, Europa außerhalb EU zzgl. 30 € pro Jahr, restliche Welt zzgl.
60 € pro Jahr). Jede Nachlieferung wird zzgl. Versandspesen und MwSt. zusätzlich berechnet. Im Falle höherer Gewalt
erlischt jeder Anspruch auf Nachlieferung oder Rückerstattung des Bezugsgeldes. Studentenabonnements sowie
Firmenabonnements für Unternehmen, die E&E für mehrere Mitarbeiter bestellen möchten, werden angeboten.
Fragen und Bestellungen richten Sie bitte an leserservice-pi@vuservice.deaus verschiedenen Messgeräten zusammenzuführen.

Marketing & Vertrieb Anja Müller (Head of Marketing)
Herstellung Veronika Blank-Kuen
Gestaltung & Layout Schmucker-digital, Lärchenstraße 21,85646 Anzing, Germany
Druck F&W Druck- und Mediencenter GmbH, Holzhauser Feld 2,83361 Kienberg, Germany

Während ein Leistungsanalysator dafür entwickelt ist, Leistungsanalysen hochpräzise durchzuführen, erfasst ein ScopeCorder optimal dynamische Änderungen von Kurvenformen
mit hoher Abtastrate und hoher Auflösung. Es ist jedochäußerst schwierig, die gesamten Daten zwischen einezelnen
Geräten wie dem ScopeCorder und dem Leistungsanalysatorzuverlässig zu korrelieren. Die IS8000 Software liefert da die
Lösung, denn sie kann gleichzeitig sowohl die genaue Leistungsanalyse durchführen als auch die genaue Kurvenform der
Messung darstellen.

Nachdruck Alle Verlags- und Nutzungsrechte liegenbeim Verlag. Verlag und Redaktion haften nicht für unverlangt
eingesandte Manuskripte, Fotos und Illustrationen.
Nachdruck, Vervielfältigung und Online-Stellung
redaktioneller Beiträge nur mit schriftlicher Genehmigung
des Verlags.
ISSN-Nummer 1869-2117
Postvertriebskennzeichen 30771
Gerichtsstand München
Der Druck der E&E erfolgt auf
FSC®-zertifiziertem Papier, der Versand
erfolgt CO2-neutral.

FIRMEN UND ORGANISATIONEN IN DIESER AUSGABE
FirmaEine weitere Applikation ist die Bewegungsanalyse unter
Verwendung von Video- und Sensorsignalen von Prozessen
und Ereignissen wie Verbrennung, Schneiden und Vibration.
Einige mechanische Bewegungen werden durch elektrische Signale gesteuert oder stehen in engem Zusammenhang damit.
Möglicherweise sind sowohl Videobilder als auch Signalkurvenformen erforderlich, um alle Maschinenparameter zu justieren. Hochgeschwindigkeitskamera- und Datenerfassungssysteme teilen nur das Triggersignal, sodass Videobild- undKurvenformdaten einzeln erfasst werden. Die IS8000 Software
kann zu jedem Zeitpunkt mit jedem Gerät synchronisiert werden, sodass physikalische Ereignisse genau an die Kurvenform-Timings angepasst werden können.

Seite

Althen................................................................61

Microchip..................................................... 29, 32

Bressner............................................................23
Conrad.................................................................2
CTX....................................................................27

MIT......................................................................6
Phoenix Contact.................................................16
Productware.........................................................9

Detakta................................................................5

Rohde & Schwarz...............................................42

Deutronic...........................................................21

Rohm...................................................Titel, 10, 12

Display...............................................................51

Schukat.............................................................45

EAelektro...........................................................25
Evonik..................................................................8
Fischer...............................................................17
Frizlen..................................................................3

Siglent...............................................................31
Socionext............................................... 55, 56, 58
Strobl........................................................... 48, 64

Harting...............................................................37

Synostik.............................................................47

Hilscher.............................................................35

Traco........................................................... 19, 24

Infineon................................................................8

TU Wien...............................................................8

Keith & Keop......................................................29
Kingbright..........................................................53
LEM...................................................................20
Max-Planck-Institut..............................................8

41

Seite

MES...................................................................38

Binder................................................................36„Mit der IS8000 Software fällt es Entwicklern viel leichter,eine Vielzahl von Messungen aus verschiedenen Messgeräten
zusammenzuführen“, sagt Terry Marrinan, Yokogawas Vizepräsident Test- & Messtechnik für Europa und Südostasien:„Die Korrelation des Timings von Kurvenformen von verschiedenen Messgeräten liefert ein viel genaueres Bild des Verhaltens komplexer Systeme und wird die Entwicklung neuer
Produkte viel schneller und einfacher machen.“ ☐Firma

AdTime..............................................................62

Turck duotec......................................................62
Weidmüller...........................................................8
Yokogawa...........................................................39

Maxim Integrated Products...................................8

Zabel.................................................................53

Mentor...............................................................50

Ziehl..................................................................68

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Optimierung von EMI-Eingangsfiltern für Schaltnetzteile

Elektronikausfälle vermeiden
Jedes Schaltnetzteil (SNT) benötigt ein Netzfilter beziehungsweise EMI-Eingangsfilter (Electro
Magnetic Interference), um Störungen auf Versorgungsleitungen sowie die damit verbundenen
Störungen in weiteren, mit den Versorgungsleitungen verbundenen Komponenten oder Systemen zu vermeiden. Folglich sind das Design und die Optimierung des Eingangsfilters wichtige
Aspekte bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen.
TEXT: Marcus Sonst, Rohde & Schwarz BI LDER: Rohde & Schwarz; iStock, Medesulda

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S T R O M V E R S O R G U N G

Verlauf von Gleichtakt-/Gegentaktstörstrom.

Bei einem EMI-Eingangsfilter kommen Filterelemente sowohl für Gleichtaktals auch für Gegentaktstörungen zum Einsatz, jedoch werden diese Elemente seltengetrennt optimiert. Insbesondere für Anwendungen mit hohen Leistungen kanndies dazu führen, dass das EMI-Filter wesentlich größer ausgelegt wird als eigentlich erforderlich.
In diesem Artikel beschreiben wir eine einfache Methode zur Trennung vonGleichtakt- und Gegentakt-Störanteilen
mittels einer Netznachbildung (LISN, Line
Impedance Stabilization Network) mit
zwei Ausgängen und eines Oszilloskops
mit mindestens zwei Kanälen. Damit ist esmöglich, Gleichtakt- und Gegentakt-Filterkomponenten getrennt zu optimieren
und damit genauere Informationen für die
Entwicklung eines optimalen Eingangsfilters zu gewinnen.

Elektromagnetische Störungen
Da hohe Ströme geschaltet werden, erzeugen Schaltnetzteile erhebliche Störungen. Die Wahl der SNT-Topologie ist daher
von großer Bedeutung und beeinflusst das
Filterdesign. Beispielsweise erzeugt eine
Dual Interleaved Boost-Topologie (Wandlerstruktur für Dual-Interleaved-Betrieb)
weniger Störungen als ein einfacher Aufwärtswandler. Nach der Auswahl der To-

pologie sind mehrere Designparameter zu
beachten, die den Störpegel beeinflussen.
Ein Schlüsselparameter ist die Schaltfrequenz des Wandlers. Sehr häufig wird
im Interesse einer kompakten Bauform
eine hohe Schaltfrequenz gewählt. Hohe
Schaltfrequenzen können jedoch zu übermäßig hoher EMI-Belastung führen. Es ist
daher wichtig, den Zusammenhang zwischen den Anstiegs- und Abfallzeiten desSchaltelements und den erzeugten elektromagnetischen Störungen zu verstehen.
Typischerweise sind schnelle Schaltelemente die erste Wahl. Heutzutage
sind sogar Wide-Bandgap-Bauelemente(Bauelemente mit großer Bandlücke) auf
SiC- oder GaN-Basis in Leistungswandler-Designs sehr verbreitet, da sie einen
höheren Wirkungsgrad ermöglichen. Solche schnellen Schaltelemente erhöhen die
Störungsbelastung, wenn das Design nicht
sehr sorgfältig auf deren Unterdrückung
ausgelegt ist. Neben der Festlegung derDesignparameter ist es stets hilfreich, dieparasitären Elemente im gesamten Design – einschließlich der Leiterplatte – zu
minimieren. Beispielsweise erzeugt das
Hochspannungsschaltelement zusammen
mit einer Verbindung zu einem Metallgehäuse für die Kühlung eine parasitäre Kapazität, über die Gleichtaktstörungen aus
dem System in die umgebende Schaltung
gelangen können.

43

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EMI-Eingangsfilter im Detail
Ein EMI-Eingangsfilter besteht typischerweise aus zwei Funktionseinheiten:eine zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen und eine zur Unterdrückung
von Gegentaktstörungen. Im Fall von
AC/DC-Wandlern sind die wichtigsten
Elemente der Gegentakt-EMI-Filterkomponente die Gegentakt-Induktivitäten und die X-Kondensatoren. Bei der
Gleichtakt-EMI-Filterkomponente sinddies die Gleichtaktdrossel und der Y-Kondensator. In einigen Fällen kann auf die
Gegentakt-Induktivitäten verzichtet werden, da die Gleichtaktdrossel auch als Gegentakt-Induktivität fungieren kann.

Gleich- & Gegentaktstörungen
Die EMV-Norm verlangt, dass leitungsgebundene elektromagnetische Störstrahlung auf beiden Versorgungsleitungen gemessen werden. Dabei müssen die
Spannungen bei jeder Frequenz innerhalb
des gegebenen Frequenzbereichs unterdem spezifizierten Grenzwert liegen. Diese
Messung wird nacheinander auf den beiden Versorgungsleitungen durchgeführt.
Während dies ausreicht, um die Anforderungen der Norm für leitungsgebundene
EMI-Tests zu erfüllen, liefert es jedochkeinen Einblick in die Mechanismen derStörungsausbreitung, da bei der Messung

S T R O M V E R S O R G U N G

Messaufbau zur Trennung von Gleichtakt- und Gegentaktsignal.

eine Kombination aus Gleichtakt- undGegentaktstörungen auf den Leitungen erfasst wird. Die Prinzipschaltung zeigt den
dedizierten Verlauf des Störstroms innerhalb des Systems.
Der Gleichtakt-Störstromanteil Icm
fließt vom Messobjekt (DUT, Device Under Test) auf beiden Leitungen in die Netznachbildung (LISN) und über den externen Massepfad wieder zurück zum Messobjekt, so dass im externen Massepfad die
Summe der Ströme der beiden Leitungenfließt. Amplitude und Phase sind auf beiden Leitungen – der positiven und der negativen – gleich. Der Gegentakt-Störstromanteil nimmt einen anderen Weg. Der
Strom auf der positiven Leitung fließt indie Netznachbildung und auf der negativen Leitung zurück zum Messobjekt. Die
beiden Ströme unterscheiden sich nur inder Phase; sie ist um 180 Grad versetzt, sodass sich die Ströme idealerweise gegenseitig auslöschen. Mit nur wenig Mathematik
ist es möglich, die Terme für Gleichtaktund Gegentaktstörungen zu trennen. Mittels der Ströme auf den beiden Leitungen:
IP = ICMa + IDM
IN = ICMb – IDM
lassen sich leicht die Spannungen auf
den beiden Leitungen berechnen:

VP = (ICMa + IDM) * ZLISN
VN = (ICMb − IDM) * ZLISN
Basierend auf dem Zusammenhangzwischen den Spannungen auf den beiden
Leitungen und den Gleichtakt- und Gegentaktspannungen
VP + VN = VCMa + VCMb
können nun die Gleichtakt- und Gegentaktspannung so berechnet werden:
VCM = VP + VN
VDM = ½ (VP − VN)
Die einfache Subtraktion ergibt einen
Wert, der doppelt so hoch ist wie der Gegentakt-Störpegel, d.h. um 6 dB höher, wasbei der Ergebnisauswertung berücksichtigt werden muss.
Diese einfache Berechnung erlaubt also die Unterscheidung zwischen
Gleichtakt- und Gegentaktstörkomponente (wobei vom Gegentaktergebnis 6 dB zu
subtrahieren sind). Der Ansatz liefert die
zuverlässigsten Ergebnisse, wenn der Messaufbau (Kabel, Komponenten der Netznachbildung usw.) möglichst symmetrischist. Die Störungen auf den beiden Leitungen müssen gleichzeitig gemessen werden.

44

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Das Bild oben zeigt einen einfachen,aber effektiven Aufbau zur Trennung vonGleichtakt- und Gegentaktstörungen. Eine Netznachbildung mit zwei Ausgängen
wird verwendet (oder alternativ zwei identische Netznachbildungen), um beide Versorgungsleitungen abzutasten. Die Signale
werden von den beiden Kanälen eines Oszilloskops erfasst. Das Oszilloskop berechnet die Summen- und Differenzsignale mit
Hilfe einer Fast Fourier Transformation(FFT), wodurch ein direkter Zugriff auf
das Gleichtakt- und Gegentakt-Störsignal
möglich ist.
Obwohl jede Asymmetrie zwischenden beiden Netznachbildungen sich ingewisser Weise auf das Messergebnis auswirkt, liefert diese Methode in der Praxis
recht genaue Ergebnisse. Wichtige Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt, sind die
Verwendung von Kabeln mit derselben
Länge sowie ausreichender Qualität, um
zeitliche Verschiebungen oder Amplitudenverlust zu vermeiden, was sich direkt
auf die Fähigkeit, die Störanteile zu trennen, auswirken würde.
Weiterhin sollte das Oszilloskop ein
ausreichend rauscharmes Frontend besitzen, die direkte Eingabe von Frequenzparametern wie Start- und Stoppfrequenz
und Auflösebandbreite erlauben und übereine ausreichend schnelle FFT verfügen.

Slim
U-Bracket
Messung ohne EMI-Filter.

Fallstudie
Bei der folgenden Demonstration desbeschriebenen Lösungsansatzes dient ein
einfacher Abwärtswandler als Messobjekt.
Das Messobjekt-Eingangsfilter ist ein einfaches LC-Pi-Filter, das Gegentaktstörungen sehr effektiv dämpft. Der Messaufbau
ist so ausgelegt, dass sich das LC-Pi-Filter
einfach aktivieren oder deaktivieren lässt.
Auf der Leiterplatte befinden sich keine Gleichtaktfilter; daher ist eine externe
Gleichtaktdrossel an die Leiterplatte angeschlossen. Der Abwärtswandler besitzt
kein Gehäuse – die Leiterplatte ist einfach
auf einen Isolierblock auf einer metallischen Masseplatte aufgesetzt. In diesem
Messaufbau wird so die Erzeugung übermäßiger Gleichtaktstörungen vermieden.
Bei der ersten Messung (siehe Abbildung) wurden die Spitzenwerte im
Amplitudenspektrum der Versorgungsleitungen dargestellt. Zuvor wurde mit einer
Referenzpegelmessung der Störpegel desSystems bei ausgeschaltetem Messobjekt
ermittelt. Die zusätzlichen 6 dB bei derErmittlung der Gegentaktstörung wurden
kompensiert, indem die Störanteile auf
beiden Kanälen vor der Durchführung
der FFT getrennt durch 2 geteilt wurden. Für die Gleichtaktstöranteile wurde
dagegen das unveränderte Ergebnis derSummengleichung verwendet, da der Ge-

samtbetrag der Gleichtaktstörungen derSumme auf den beiden Messkanälen entspricht. > Weitere Details zur EMI-Messung können Sie in der Online-Ausgabe
dieses Artikels nachlesen.

Fazit
Ein effektives EMI-Eingangsfilter-Design ist für die Erfüllung der EMI-Normen für leitungsgebundene Störungenbei Schaltnetzteilen von entscheidender
Bedeutung. In vielen Fällen besteht das
EMI-Filter aus einem Gleichtakt- undeinem Gegentaktfilter. Beide Komponenten müssen entwickelt und optimiert
werden. Präzise Informationen über die
Gleichtakt- und Gegentaktstöranteile erleichtern das Design und die Optimierung
von EMI-Eingangsfiltern erheblich.
Mittels einer Netznachbildung mit
zwei Ausgängen (oder alternativ zwei
identischen Netznachbildungen) und einiger Berechnungen an einem Oszilloskop
lassen sich Gleichtakt- und Gegentaktstörungen direkt am Oszilloskop voneinander trennen. Damit erhalten Entwickler
ein effektives Werkzeug zur Optimierung
der beiden Komponenten eines EMI-Filters mit Hilfe der FFT-Funktion des Oszilloskops – ein Messgerät, auf das kein
Entwickler von Versorgungsschaltungenverzichten kann. ☐45

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MEAN WELL
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D E R E N T W I C K L U N G S L E I T E R

Die wichtigsten Stationen desProduktlebenszyklus.

Wie die technische Systemdiagnostik den Erfolg neuer Technologien vorantreibt

Die geheime Macht der Industrie 4.0
Produktionsprozesse und Kapazitätsauslastungen werden stetig verbessert. Individuelle Kundenwünsche werden effizienter umgesetzt. Produktionskosten und Personalkosten werden reduziert.
Wartungen, Inspektionen und Anlagenverbesserungen werden optimiert geplant und durchgeführt. Neue Geschäftsmodelle und neue Kundengruppen werden schneller erschlossen. Kunden,
Partner und Lieferanten sind direkt in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse eingebunden.
TEX T: Heino Brose, Synostik

BIL D ER: Synostik; iStock, Traitov

Bei näherer Betrachtung geht es imEinzelnen um Vernetzung von Systemkomponenten, Digitalisierung von Prozessketten und Ermitteln und Analysieren
von großen Datenmengen. Es ist daher
zu erwarten, dass die Anzahl der Systemkomponenten und ihrer Funktionalitäten
stark ansteigt. Zusätzlich wird sich die
Vernetzung von verteilten Komponenten
erhöhen. Und schließlich sind es nicht nur
die Industrieanlagen selbst, sondern auchderen Anbindungen an vor- oder nachgelagerte technische Systeme, die zu steigender Komplexität führen.
Diese Komplexitätserhöhung hat Auswirkungen auf das Systemverhalten und
fordert weitere Aufgaben in der Systementwicklung. So müssen z.B. neue, effizientere Strategien für Instandhaltung, Inspektion und Wartung entwickelt werden.
Neue oder erweiterte Funktionalitäten

für Software-, Daten- und Variantenmanagement sind notwendig. Die vorhandenen Sicherungs- und Schutzmaßnahmen
müssen geprüft und angepasst werden.
Die Lösungen zu diesen Aufgaben liegenin einem bislang wenig beachteten Gebiet– dem der Systemdiagnostik.
Die Systemdiagnostik ist die geheime
Macht und der entscheidende Motor füreine erfolgreiche Umsetzung der Industrie 4.0. Im Gegensatz zu ihrem Ansehenvor einigen Jahren wird sie heute oft ignoriert, belächelt, vergessen oder nicht
wahrgenommen. Ist nicht so „sexy“ wieautonomes Fahren, Parkplatz-Apps, KI,
Big Data, IoT oder Digitaler Zwilling. Um
die Systemdiagnostik wieder ins verdiente
Blickfeld zu rücken, wagen wir die These:„Im Hintergrund der Industrie 4.0 macht
die technische Systemdiagnostik Innovationen überhaupt erst möglich.“

47

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Systemdiagnostik in derFahrzeugindustrie
Seit der Jahrtausendwende steigt in
der Fahrzeugentwicklung die Anzahl der
Funktionen kontinuierlich an und mit ihnen die Anzahl der beteiligten Teilkomponenten sowie deren Vernetzung untereinander. Dies führte zu zwei Entwicklungen:Zum einen erhöht sich die Anzahl
der potenziellen Fehler. Nicht nur mit derAnzahl der Funktionen, sondern auchmit dem Grad ihrer Vernetzung, da hierzusätzliche Fehlerquellen lauern. Zum
anderen setzen sich Fehler von Teilkomponenten in diesen ständig komplexer
werdenden Gesamtsystemen – oft schleichend und unbemerkt – über mehrere
Funktionen fort. Über Fehlerspeichereinträge ist die eigentliche Ursache oft nicht
mehr direkt zu identifizieren. Im Ergeb-

Anwender-Workshop
29.04.2021 • 10:00 - 17:00 Uhr

Glückliche Hochzeit:

Industrial Real-TimeEthernet und IoT gebensich das Jawort
PROFINET, OPC UA und
Webserver mit dem netX 90
Inhalte des Workshops:
Theoretischer Teil:• netX 90 Grundlagen• Struktur und Wirkungsweise Hilscher DPM Dual Port Memory• cifX API - Softwareschicht• netPROXY Technology, netPROXY HOST API• Konfiguration OPC UA Server, Objekte verwalten
Praktischer Teil:
Inbetriebnahme PROFINET Gerät mit
OPC UA und Webserver:• netXSTUDIO Projekt aufsetzen, Applikationsseite
programmieren• Communication STUDIO Projekt aufsetzen,
OPC UA Konfiguration erstellen• Inbetriebnahme des Geräts innerhalb eines
PROFINET Netzwerkes mit SPS
Die Teilnehmerzahl ist auf 14 Personen begrenzt.
Die Teilnahmegebühr pro Person beträgt EUR 99,00 netto zzgl.
MwSt. In der Gebühr sind enthalten: Teilnahme am Workshop,
ein Teilnahmezertifikat, Seminarunterlagen, Mittagessen und
Erfrischungen während der Pausen.

Anmeldung unter: Telefon: 0 61 90 - 99 07 - 0 oder
E-Mail: TReeck@hilscher.com

Die Systemdiagnostik besteht aus vielen einzelnen Bausteinen.

nis ist der Aufwand für Fehlersuche und-behebung deutlich angestiegen. Um dem
entgegenzuwirken haben einige Automotive Hersteller bereits 2005 für ihre Steuergeräte und deren Subsysteme Diagnoseobjekte, Diagnosekommunikation und
Diagnosebeschreibungen standardisiert.
Gleichzeitig wurden die Diagnosefunktionalitäten erweitert. Die Digitalisierung
der Systemdiagnostik war geboren, dem
durch Komplexitätserhöhung steigenden
Analyseaufwand konnte somit gut entgegengewirkt werden.

Was ist die technische
Systemdiagnostik?
Vom Grundgedanken her wurde die
Systemdiagnose entwickelt, um Fehleranalysen von technischen Systemen zu
unterstützen. Ein technisches System lieferte im Fehlerfall einfache Fehlercodesoder Messwerte, die von einem Mechaniker unter Zuhilfenahme eines externen
Systems ausgewertet wurden. Damit hatte
sich die Meinung etabliert „Systemdiagnostik ist Fehlersuche“. Diese Sichtweise hält sich bis heute. Dabei hat sich die
Systemdiagnostik in den letzten 20 Jahren
stark gewandelt, insbesondere deckt sie
heute zahlreiche Aufgaben über den gesamten Produktentstehungsprozess ab. So

Detailliertes Programmoder Anmeldung unter:
www.automatisierungstreff.com/workshops

48

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definieren Fachexperten den Begriff der
Systemdiagnostik heute entsprechend umfassend: „Systemdiagnostik ist die Lehreund Kunst, Zustände von Systemen strukturiert zu erfassen, einzustellen und zu
beschreiben. Darunter werden alle Methoden, Algorithmen, Datenformate, Prozesse, Verfahren und Tools verstanden, deren
Ziel die Entwicklung, Herstellung, Reparatur und Wartung einer elektronischen
Komponente ist. Die Anwendung der Systemdiagnostik umfasst das Konzeptionieren, Spezifizieren, Entwickeln, Testen und
Produzieren sowie das Funktionieren, dasUpdaten, das Reparieren und das Warten
des Systems.“ Die technische Systemdiagnostik beinhaltet damit heute allgemein
genommen alle Funktionalitäten, die eintechnisches System nicht in seiner eigentlichen Funktion ausübt.

Ziele der technischen
Systemdiagnostik
Die zentralen Fragestellungen der heutigen technischen Systemdiagnostik lauten
wie folgt:–– Wie können die Zeiten für Inbetriebnahme und Update verringert
werden?
–– Wie können Fehler im System vermieden werden?

D E R E N T W I C K L U N G S L E I T E R

Die Prädiktive Systemdiagnostik vermeidet Fehler im System.

–– Wie kann die Systemzuverlässigkeit
erhöht werden?
–– Wie kann die Bedien- und Instand­haltungsfreundlichkeit erhöht
werden?
–– Wie können Wartungs- und Instandhaltungskosten verringert werden?
–– Wie können Kundendienst und Support vereinfacht und beschleunigt
werden?
–– Wie kann die Kundenzufriedenheit
erhöht werden?

benszyklus eines technischen Systems. In
der Phase der Produktentwicklung spielt
die Systemdiagnostik eine große Rollevor allem beim Testen und Updaten derSysteme. In der Phase der Herstellungdes Produkts sind die bedeutendsten Anwendungsfälle Datenversorgung, Versionsverwaltung und Inbetriebnahme. In
speziellen Fällen werden die Fehlersuche,
die Geräteeinstellungen und die Qualitätssicherung des Produkts mit systemdiagnostischen Methoden durchgeführt.

Alle Entwicklungen im Bereich derSystemdiagnostik haben das Ziel, dieseelementaren Fragen zu beantworten. Als
Beispiel sei hier die „Prädiktive Diagnostik“ erwähnt. Sie ist in Bezug auf die Erreichung der Ziele der Systemdiagnostikeine starke Instandhaltungsstrategie. Sievermeidet Fehler im System, erhöht die
Systemzuverlässigkeit,
Wartungskosten
und Standzeiten werden reduziert. Kundenzufriedenheit wird gesteigert. Zudem
zahlt sich der erhöhte Aufwand für die
Analyse und Entwicklung der prädiktiven
Diagnostik schnell aus.

In der anschließenden Phase von Verkauf und Vertrieb wird die Systemdiagnostik vor allem dazu verwendet, um das
Produkt zu transportieren und spezielle
Kundenfunktionen freizuschalten. In derAnwendungsphase werden heute oft Monitoring-Funktionen aktiviert, um Daten
für spezielle Analysen aufzuzeichnen, diedann für kommende Entwicklungen herangezogen werden können.

Aufgaben der Systemdiagnostik
Die Anwendungsbereiche der Systemdiagnostik finden sich im gesamten Le-

In der Phase des Kundendienstes sinddie Hauptaufgaben der Systemdiagnostik
Reparatur, Inspektion, Wartung, Funktionsupdates und nachträgliche technischeund funktionelle Erweiterungen. Daten-,
Software-, Funktions- und Variantenmanagement spielen ebenfalls eine größere
Rolle, sowie das Übersetzen der Informa-

49

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tionen in bestimmte Sprachen, das Rücksetzen auf Werkseinstellungen und die
Systemkalibrierung. Nicht zu vergessen
sind die Aufgaben zu Safety und Security.
In der letzten Phase des Recyclings werden
diagnostische Methoden in Einzelfällen
ebenfalls noch genutzt.

Fazit
Die Komplexität technischer Systeme mit ihren internen Vernetzungen und
Anbindungen an vor- oder nachgelagerte
Systeme wird weiterhin stark zunehmen.
Damit einher geht eine stetig wachsende
Anzahl an Aufgaben und Daten, die nur
mit intelligenten Methoden, Algorithmen und Tools bewältigt werden kann.
Die Entwicklung der Systemdiagnostik in
der Fahrzeugtechnik in den letzten beiden Jahrzehnten war darauf ausgerichtet, technische Innovationen über den
gesamten Lebenszyklus überhaupt erst
zu ermöglichen. Die Lernerfahrung hierwar, dass der Fokus auf kundenerlebbare
Funktionen nicht ausreicht. Überträgt die
Industrie die entwickelten, geprüften undetablierten Funktionalitäten auf ihre technisch hochkomplexen Systeme, so ist zu
erwarten, dass sie die Revolution zur 4.0
meistert und sich der Erfolg – vor allem
der wirtschaftliche – schnell einstellt. ☐O P TO E L E K T R O N I K , D I S P L AY & H M I

Seitenlichtfasersystem M-Fibre

Individuelle Lichtspiele
Seitenlichtfasersysteme ermöglichen es, auf ebenso einfache wie
faszinierende Weise, bauraumoptimiert und leicht installierbar, einefunktionale oder dekorative Linienbeleuchtung in unterschiedlichste
Produkte zu integrieren und so vielfältigen funktionalen, ästhetischen
und emotionalen Nutzen zu schaffen. Neue Baukomponenten desflexiblen Fasersystems ermöglichen jetzt die passgenaue Konfiguration
für Anwendungen in unterschiedlichsten Umgebungshelligkeiten.
TEX T: Mentor BILDE R: Mentor; iStock, dzubanovska

50

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Individuell konfigurierbar: Das Seitenlichtfasersystem M-Fibre lässt
sich kundenspezifisch an die Bedürfnisse unterschiedlichster Applikationen
anpassen – von Anwendungen bei
Tageslicht oder direkter Sonnenein­
strahlung, bei Nacht oder in der Dämmerung. Auch Multicolor- oder Lauflichtlösungen sind möglich.

Für verschiedenste Anwendungsbereiche liefert Mentor ein System aus aufeinander abgestimmten Seitenlichtfasern und kompakten, leistungsstarken LED-Modulen – für den Prototypenbau auch
mit passenden Treibern. Die LED-Module der M-Fibre sind mit nur
einer LED ausgestattet – der Kunde wählt zwischen einer weißen,
einer monochromen oder einer RGB-Version. Die LED-Modulebieten bauraumoptimierte Lösungen in zwei Leistungsvarianten. Je
nach Kombination von Faserlänge und LED-Modul sind verschiedenste Konfigurationen des Seitenlichtfasersystems möglich – individuell angepasst an den Bauraum im betreffenden Produkt sowie
an die Umgebungshelligkeit der entsprechenden Anwendung. So
wird bereits bei der Konfiguration der Lichtkomponente sichergestellt, dass der vorhandene knappe Bauraum optimal genutzt wird
und die produktintegrierte Beleuchtung in der jeweiligen spezifischen Anwendungssituation zur Geltung kommt.

Kundenspezifische LösungenDas breite Standardsortiment wird durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Möglichkeiten für kundenspezifische Lösungenergänzt. Sowohl die Zahl der Einzelfasern wie auch Durchmesser,
Material und Farbe des Mantels sind variabel und lassen sich soan die Anforderungen der entsprechenden Anwendung anpassen.
Auch die LED-Module sind individuell konfigurierbar. Die gezielte
Modulation des Aktivierungsprozesses macht es möglich, die Fasern nur partiell leuchten zu lassen. Durch die Kombination solcher Fasern mit mehreren Lichtquellen lassen sich mehrfarbige
Anwendungen oder dynamische Lichtszenarien realisieren.

Warum M-Fibre?
„Anders als andere auf dem Markt verfügbaren Produkte aus
polyoptischen Lichtfasern ist die M-Fibre keine Rollenwaren mit
den bekannten Nachteilen“, erklärt Detlef Reintges, Vertriebsleiter
bei Mentor. Die lichtstreuenden Strukturen im Inneren der vier polyoptischen Einzelfasern werden mittels eines abrasiven Verfahrens
exakt auf die konkrete Länge optimiert. Eine integrierte Mischlinse sorgt im Inneren der RGB-Module für eine gute Farbdurch-mischung und einen gleichbleibenden Farbeindruck. Auch überlängere Strecken und in engen Biegeradien überzeugt die flexible
Seitenlichtfaser so mit einer homogenen Ausleuchtung bei gleichbleibender Helligkeit bei einem Abstrahlwinkel von 360 Grad.
Die dünne, flexible und formbare Faser ist für vielfältige Beleuchtungsszenarien einsetzbar und findet Anwendung in der Automobilindustrie, im Maschinen- und Gerätebau sowie der Haus- undGebäudetechnik, in Arbeits- und Wohnmöbeln, Haushaltsgeräten
sowie in der Sicherheitsbranche. Dank des modularen Aufbaus desSystems können Fasern oder LED-Modul bei Bedarf schnell und
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O P TO E L E K T R O N I K , D I S P L AY & H M I

Eine Folientastatur besteht aus
unterschiedlichen Layern.

Folientastaturen

Funktionaler Schichtaufbau
Auch im digitalen Zeitalter sind Folientastaturen aufgrund ihrer haptischen Eigenschaften
und Funktionalität sehr gefragt und beliebt. Durch den spürbaren Druckpunkt können sie
auch mit Handschuhen bedient werden und um weitere Eigenschaften, wie etwa eine antibakterielle Oberfläche, ergänzt werden.
TEX T: Zabel

B ILDE R: Zabel; iStock, ~UserGI15966731

Jede Folientastatur besteht aus mindestens fünf Ebenen.
Die Dekorfolie, die durch Sieb- oder Digitaldruck ein individuelles Erscheinungsbild erhalten kann, ist die oberste Schicht.
Darunter befinden sich zwei Schaltfolien, die mit Distanzfolien voneinander getrennt sind. Dazwischen ist eine Klebefolie,
die die jeweiligen Schichten miteinander verbindet. Zwischenden einzelnen Folien können zusätzliche Schnappscheiben
eingefügt werden, die einen deutlich spürbaren Druckpunkt

erzeugen. Die Betätigungskraft der einzelnen Tasten kann so
je nach Bedarf und Anwendungsbereich bestimmt werden.
Neben der völligen Gestaltungsfreiheit der Dekorfolie sowie der Betätigungskraft gibt es noch weitere Ausführungsmöglichkeiten der einzelnen Tasten. Durch diverse Prägearten
ist es möglich, jede Taste unabhängig voneinander zu individualisieren und so die Fingerführung zu optimieren. Neben

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Eine Tastaturelement besteht aus
verschiedenen Komponenten.

der einfachen Domprägung, die eine Taste rundlich erhöht,
können bei der Randprägung auch lediglich die Konturen derjeweiligen Taste gewölbt werden. Auch eckige Tasten sind dank
der Hochprägung realisierbar.

Folien­tastatur umgesetzt werden können. In der Tastatur können Fenster in verschiedenen Techniken realisiert werden:
Die einfachste und kostengünstigste Variante ist die Ausstanzung. Die oberste Dekorfolie ist glasklar (oder auch eingefärbt) und gibt so einen direkten Blick auf das darunterliegende Display. Für größere Displays können hinter das Fenster
eine durchsichtige Scheibe auflaminiert werden, sodass die
Folie nicht mehr durchgedrückt werden kann.

Die Palette der Tasten-Eigenschaften einer Folientastaturbietet also aufgrund des spürbaren Druckpunkts, dem gewählten Erscheinungsbild und der individuellen Tastenausführung
noch immer diverse Vorteile gegenüber vergleichbaren Eingabesystemen. Dabei haben die Tasten eine hohe Lebensdauer
von etwa 1 Million Schaltzyklen.

Es ist zudem möglich, die Folientastatur punktförmig oderflächendeckend mit LED zu beleuchten. Die Folientastaturen
heute verwenden die besonders flachen LEDs, um ein optisches Signal entweder an einer Taste oder an einem anderen
Punkt anzuzeigen.

Folientastatur können mehr
Gerade bei medizinischen Anwendungen sind diese Eingabegeräte häufig vertreten, da die Tastaturen zusätzlich mit
einer antibakteriellen Oberfläche bestückt werden können.
Die Oberflächenbeschichtung wird auf die Dekorfolie geklebt
und beeinflusst das optische Erscheinungsbild nur marginal.
Durch zusätzliche Beschichtungen können Folientastaturen
auch vollständig gegen Wasser und Staub geschützt werden,
UV-beständig oder lösungsmittelresistent sein. Bei der Folientastatur handelt es sich um eine vergleichsweise sehr flache
Tastatur. Sie wird auf das jeweilige Bedienelement aufgeklebt
und ist daher sehr leicht austauschbar und in der Wartung
deutlich kostengünstiger als andere Tastaturen.

Neben kundenspezifischen Trägerplatten und Gehäusen
bietet das Unternehmen Zabel Technik Folientastaturen in jeder Ausführung an. Durch viele bereits realisierte Projekte hat
die Firma große Erfahrung und bietet bestmögliche Beratung,selbst für anspruchsvolle Produkte. Seit mehreren Jahren unterstützt das Unternehmen von der ersten Idee bis zum fertigen Serienprodukt Kunden, die kundenspezifische Bedieneinheiten benötigen.
Das Unternehmen hat sich inzwischen sehr fundiert auf
dem Markt etabliert, sodass es die Anzahl der CNC-Fräsmaschinen verdreifacht hat, um Kundenanfragen zeitnah und ohne Umwege realisieren zu können. Zabel Technik bietet neben
Folientastaturen auch den Gehäusebau aus verschiedenen Materialien wie Edelstahl, Aluminium und Kunststoff mit an. ☐Sehr beliebt bei der späteren Montage sind Frontplatten
aus Aluminium, die durch Bolzen problemlos vor Ort zu montieren sind. Je nach Bedarf ist eine Kombination mit Displays
oder Touchscreens möglich, die mit einem Fenster in der

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SPEZIAL: SENSOREN & WIRELESSSPEZIAL WIRD PRÄSENTIERT VON:SENSOREN & WIRELESSUNSICHTBARES SICHTBAR MACHEN

RADARSENSOREN

INTERVIEW ZU RADARSENSORENDie Umgebung mit anderen Augen sehen SEITE 58
SENSOREN IM IIOT

Effiziente Verarbeitung von Sensordaten SEITE 60
ROBUSTE SENSOREN

Induktiver Ringsensor für die Industrie SEITE 62

BILD-SPONSOR: SOCIONEXT

Unsichtbares sichtbar machen SEITE 56

Radarsensoren für die super-smarte Gesellschaft

Unsichtbares sichtbar machen
Sensoren spielen eine bedeutende Rolle bei der Verwandlung heutiger Immobilien in Smart
Homes mit Geräten von Türklingeln bis zu Thermostaten. Mithilfe der IoT-Funktionalität nutzen diese "intelligenten" Produkte eingebaute Sensoren, um viele Vorgänge auszulösen und sindin der Lage, sich automatisch einzuschalten, sobald eine menschliche Aktivität erkannt wird.
Socionext hat das Potenzial neuer Sensortechnologien erforscht und eine Reihe von Radarsensorprodukten für Heimanwendungen, mobile Geräte oder Industrieanlagen entwickelt.
TEX T: Matthias Neumann, Socionext BIL D ER: Socionext; iStock, sarah5; RO, sarah5

Diese Produkte sind mit einem Netzwerk verbunden und können miteinander interagieren und Dienste anbieten, die menschliches Verhalten erkennen, analysieren und sogar vorhersehen. Mitdieser neuen Generation von technologischen Geräten, bei denen
die digitale Transformation im Mittelpunkt steht, ermöglichen eine nahtlose Integration der physischen und der digitalen Welt. Die
wichtigsten Elemente für die digitale Transformation sind dabei
hochsensible, kompakte, kostengünstige und stromsparende Sensortechnologien, die in verschiedene IoT-Geräte implementiert
werden können.

te Einschränkungen, die in Smart Home-Anwendungen nicht
wünschenswert sind. PIRs bieten nur eine einzige Art von Daten- nämlich EIN und AUS. Für ein modernes IoT-Gerät in einer "Gesellschaft 5.0" ist das nicht ausreichend. Moderne Radarsensoren
mit FMCW-Sensormodus bieten mehr Informationen als nur Bewegungserkennung Ein/Aus, wie z.B. Entfernung und Anwesenheit, und falls der Radar mit mehreren Antennen ausgestattet ist,kann der Sensor auch Informationen über den Winkel ausgeben.
Die Radartechnologie ist robuster gegenüber Umwelteinflüssen.
Insgesamt haben Radarsensoren viel weniger Fehlerkennungen als
PIR-Sensoren. Der Nachteil bei vielen heutigen Lösungen ist jedoch, dass sie oft eine Modulbauweise aus mehreren Komponenten
sind. Der Radarsensor ist mit einer externen Antenne verbunden,
was tiefgreifendes Know-how des analogen HF-Designs für Antennen- und PCB-Design erfordert. Der Ausgang eines solchen Sensors sind I/Q-Daten, die eine leistungsstarke Signalverarbeitung
auf der Host-CPU und Software-Algorithmen zur Berechnung der
Entfernung benötigen.

Warum machen Radarsensoren Sinn?
Ein Radarsensor ist ein elektronisches Gerät, das dazu dient,
die Position und Bewegung eines Objekts in einer bestimmten
Entfernung zu erkennen. Der Erfassungsbereich für eine kurze
Entfernung beträgt bis zu mehreren Metern und er kann jedes Objekt erkennen, das in den Erfassungsbereich fällt. Radarsensorenarbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die von Objekten reflektiert werden und sich mit einer bekannten Geschwindigkeit
ausbreiten. Sie werden weniger von Schaum, Nebel, Pulver undStaub beeinträchtigt, die die Signale anderer Sensortechnologien
stören können. Außerdem können sie hinter nicht-metallischen
Oberflächen, Wänden, Glas- oder Kunststoffgehäusen arbeiten.
Radarsensoren können den Standort und die Bewegung von Personen erkennen, ohne Bilder oder Töne aufzuzeichnen, und bieten
daher Anonymität.

All-in-One- und 24-GHz-Radarsensoren
Vor diesem Hintergrund hat Socionext eine Serie von hochintegrierten Single-Chip-Hochfrequenzsensoren für 24 GHz und
60 GHz mit extrem niedrigem Stromverbrauch entwickelt. Die
SC1230-Serie umfasst 2 Produkte, die den Standort und die Bewegung von Personen mit einem ultrahohen Grad an Empfindlichkeit erkennen können. Der SC1232AR3 misst die Anwesenheit
und die Entfernung eines Objekts, während der SC1233AR3 zusätzlich die Möglichkeit bietet, die Richtung zu erkennen.

In der Vergangenheit haben viele IoT-Geräte Passiv-Infrarot(PIR) als Sensor zur Bewegungserkennung verwendet. PIRs sindseit langem auf dem Markt und haben sich gut etabliert. Viele Jahre lang waren sie die einzige Wahl für die Bewegungserkennung
in Sicherheitsanwendungen. Aber PIR-Sensoren haben bestimm-

Diese Serie ist in der Lage, eine extrem niedrige Leistungsaufnahme in einem ultrakompakten Format von 9 mm x 9 mm zu erreichen, während sie gleichzeitig eine hohe Leistung bietet. Durch

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Mit dem Radarsensor lässt sich ein weites Spektrum an Anwendungenabdecken.

Effiziente 60-GHz-Breitband-Radarsensoren

die Integration grundlegender Signalverarbeitungsfunktionen indas Sensorgerät wird die Anzahl der externen Komponenten reduziert, was eine einfachere Anwendung ohne spezielle Kenntnisse
der Signalverarbeitung ermöglicht.

Die SC1220-Serie integriert gleich mehrere Antennen fürReceiver und Transmitter. Dadurch ist die Serie ideal geeignet fürfortschrittliche Anwendungen bei denen es nicht nur um Detektion und Lokalisierung sondern auch Klassifizierung von Objekten und Bewegungen geht, wie zum Beispiel die Bedienung vonGeräten durch Handgesten. Durch die sehr hohe Bandbreite vonbis zu 6.8 GHz können Bewegungen im Millimeterbereich erfasst
werden. Sie arbeiten mit einer sehr geringen Leistungsaufnahme
von 1 - 2,5 mW, sind sehr hoch integriert und einfach zu bedienen
und beinhalten Antennen, Signal Processing, einen FIFO-Speicher, eine SPI-Schnittstelle und einen intelligenten Sequenzer
zur Leistungssteuerung. Wie auch die anderen Chips erfordern
sie kein spezielles HF-Know-how. Der SC1220AT2 ist in der Lage, dreidimensionale Bewegungen wie das Heben und Senken der
Hände oder Fingerbewegungen einer Person zu erkennen. Der
SC1221AR3 bietet eine hochpräzise Erkennung von zweidimensionalen Bewegungen und erkennt gleichzeitig mehrere bewegte
Objekte innerhalb eines festgelegten Bereichs von bis zu 10 m.

Das All-in-0ne-Paket besteht aus einer eingebauten Antenne,
einem Funkschaltkreis, einem A/D-Wandler und einer Schaltung
zur Entfernungsberechnung und verfügt über eine eingebaute Bewegungserkennungsfunktion, die den Abstand zu einem Objekt
erkennt und bei Erkennung einer Bewegung ein Signal ausgibt.
Das Erkennungsergebnis kann nach dem Einrichten des Systems
von der Host-MCU über I2C/SPI fix ausgelesen werden. Er arbeitet
mit einer Leistungsaufnahme von 0,5 mW für die Erkennung vonPersonen bei einem Tastverhältnis von 0,1 Prozent im Bewegungserkennungsmodus.
Dank des integrierten Spannungsreglers kann der Chip mit
einer einzigen Spannungsversorgung von 1,8 V betrieben werden,
was die Komplexität des Designs und die BOM-Kosten reduziert.
Der SC1232AR3 verfügt über eine digitale Strahlformungsfunktion, die eine Auswahl des Sichtfelds (Field of View - FOV) von
entweder 120 oder 95 Grad bietet. Die Reduzierung des FOV auf
95 Grad ermöglicht es dem Radarsensor, in engen Räumen genauer
zu arbeiten, da mögliche Reflexionen vermieden werden. Der Erfassungsbereich beträgt 8 m zur Frontseite.

Ein Zukunftsausblick
Diese Sensorgeräte repräsentieren die Art von intelligenten
Geräten, die benötigt werden, um auf dem Weg zur superintelligenten Gesellschaft - der "Society 5.0" – voranzukommen und so
den wirtschaftlichen Fortschritt mit der Lösung sozialer Probleme
durch ein System ausgleicht, das den Cyberspace und den physischen Raum hochgradig integriert. Socionext erforscht das Potenzial neuer Sensortechnologien und entwickelt neue Radarsensorprodukte, um deren Einsatz nicht nur für Heimanwendungen,sondern auch für mobile Geräte, Industrieanlagen, Automobilbau,
Sicherheit und Überwachung zu erweitern. ☐Der SC1233AR3 verfügt über ein duales Empfangsantennensystem, das eine 2D-Winkelerfassung ermöglicht. Das Sichtfeld
beträgt 120 Grad mit einem Erfassungsbereich von 8 m in der
Frontrichtung. Zur Winkelerkennung gibt er durch das eingebaute
Signal Processing vorverarbeitete Daten aus, so dass Winkelinformationen mit einer einfachen Beispielrechnung mit Hilfe einer externen MCU gewonnen werden können.

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S P E Z I A L : S E N S O R E N & W I R E L E S S

Radarsensoren für Industrie und mehr

„Die Umgebung mit
anderen Augen sehen"

Moderne Radarsensoren transformieren die reale Umgebung
in eine digitale Welt. Socionext hat hochpräzise MiniaturRadar­sensoren für unterschiedliche Anwendungen entwickelt, die durch elektromagnetische Wellen eine zuverlässige
Erkennung, Lokalisierung und Klassifizierung von Objekten im
Erfassungs­bereich der Sensoren gewährleisten. Was die aktuellen
Radar­sensoren sonst noch alles bieten, verrät Herr Matthias Neumann,
Senior Manager Application bei Socionext, im Interview.
DAS IN TERVIEW FÜHRTE: Bernhard Haluschak, E&E

BI LDER: Socionext; iStock, sarah5

Wie hat sich die Radarsensor-Technologie in den letzten Jahren verändert
beziehungsweise weiterentwickelt?

Radarsysteme haben den Ruf, komplex zu sein, da immer ein analoges Antennen-­
Design notwendig ist. Zudem sind sie durch die aufwendige Technologie häufig teuer,
zu groß und verbrauchen zu viel Strom. Durch die Verwendung der CMOS-Technologiesind wir jetzt in der Lage deutlich kleinere Bauformen mit einem sehr geringen Stromverbrauch und zu einem attraktiven Preis zu realisieren sowohl im 24- als auch im
60-GHz-Bereich. Diese Radarsensoren in einem All-in-One-Gehäuse besitzen mehrere
eingebaute Transmitter- und Receiver-Antennen, Funkschaltungen, A/D-Wandler und
Schaltungen zur Entfernungsberechnung. Das sind große Pluspunkte, die auch neue
Anwendungsfälle entstehen ließen und sicherlich zu den größten technologischen
Sprüngen in den letzten Jahren zählen.

Welche Vorteile bieten Radarsensoren
gegenüber Kamera-, Infrarot- oder
Ultraschallsensoren bei der Erkennung
von Bewegungen etwa durch Personenoder Fahrzeugen?

Bei der Betrachtung der verschiedenen Sensortypen gibt es diverse Aspekte zu
berücksichtigen. Ein Infrarotsensor zum Beispiel detektiert ein Objekt mittels Infrarotlichtwellen durch aktivieren oder deaktivieren eines Schaltausgangs. Die Qualität
des erkannten Objektes (zum Beispiel groß oder klein) bleibt dabei unberücksichtigt.
Eine Kamera dagegen kann aus einem Bild ganz viele Informationen extrahieren, nicht
nur die Bewegung, sondern auch noch weitere Details des Objekts – ist aber durch
die vielen benötigten Komponenten sehr komplex im Aufbau. Ein weiteres Thema ist
die Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei wechselnden Umwelteinflüssen. Infrarotsensoren reagieren gerade in Bezug auf Temperatur sehr empfindlich und Kamera-basierte Systeme haben Probleme mit kritischen Lichtverhältnissen oder Dreck auf der
Kameralinse. Radarsensoren dagegen sind in diesem Umfeld sehr robust gegenüber
wechselnden Umweltbedingungen und liefern zuverlässige Ergebnisse. Darüber hinaus
können Radarsensoren sogar Materialien durchdringen. Zum Beispiel kann dieser
eine Person vor einer Haustür erkennen, auch wenn davor ein großer Busch die Sicht
auf die Person und Haustür verdeckt. Auch Regen ist für Radar kein Problem. Die
Stärken von Radarsensoren sind demzufolge das Detektieren, Lokalisieren und mit den
aktuellsten Systemen sogar das Klassifizieren von Objekten. Im Gegensatz zu Kamerasystemen sind sie deutlich günstiger und unempfindlicher gegenüber wechselnden
Umweltbedingungen. Auch das Thema Datenschutzgrundverordnung und hier speziell
Privacy durch nicht autorisierte Kameraaufnahmen von Personen spielt keine Rolle.

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Sie bieten eine Vielzahl von unterschiedlichen Radarsensore an. Wie
unterschieden sich diese technologischund in puncto Anwendungsgebiet voneinander?

Socionext bietet aktuell Produktlinien für 24- und für 60-GHz-Radarsensoren an. Aberauch ASIC-Lösungen für 76- und 79-GHz-Anwendungen haben wir im Portfolio. Die
24-GHz-Technologie ist gegenüber 60-GHz-Sensoren deutlich robuster. Zum Beispielsind die Reichweite und die Durchdringung durch Materialen größer. Damit eignen sie
sich generell besser für den Außenbereich sowie im häuslichen Umfeld wie Küche
oder Bad, wo viel Feuchtigkeit entsteht. Bei den 24-GHz-Sensoren fokussieren wir
unser Anwendungsspektrum hauptsächlich auf Bewegungserkennung und Lokalisation. Wo befindet sich die Person im Raum in Bezug auf Erfassungswinkel, Bewegung
und Entfernung. Unsere 60-GHz-Sensoren sind für den erfahrenen Anwender konzipiert, da diese Technologie mit einer Vielzahl von Antennen arbeitet und entsprechendviele Informationen liefert, die über die reine Bewegungserkennung hinausgeht. Die
Anwendungsgebiete dieser Sensoren beinhalten drei Kategorien: Das sind Detection,
Localisation und Classification von Objekten. So lassen sich diese Sensoren ideal
etwa im medizinischen Umfeld für Vital-Sensing-Aufgaben oder im Automobilbereichfür die Child Presence Detection sowie Gestensteuerung einsetzen. Auch im Indus­
trie- oder Security-Umfeld sind diese Sensoren durch Ihre Robustheit, Genauigkeit und
Zuverlässigkeit uneingeschränkt einsetzbar.

Wie unterstützen Sie Kunden bei der
Entwicklung ihrer eigenen spezifischen
Radar-basierten Lösungen?

Socionext offeriert für alle Radarsensoren Development-Kits. Das heißt, der Kunde
bekommt ein komplettes Paket, bestehend aus einer Hardware inklusive Radarsensor
und eine PC-Software zur Evaluierung. Mit einer grafischen Benutzeroberfläche lassensich alle Parameter sehr leicht konfigurieren und einstellen, sodass der Kunde in derLage ist, seinen Anwendungsfall in puncto Performance und die Eignung des Radarsensor zu testen. Für die weitere Implementierung liefert Socionext auch den Sourcecode sowie die Libraries und die Applikationen, sodass der Kunde sein Zielsystem
mit dem Radarsensor direkt in seine bestehende Anwendung portieren kann. Natürlich bieten wir unseren Kunden auch Support während ihrer Entwicklungsphase vonneuen Systemen an, damit zum Beispiel das Gehäusedesign keinen negativen Einfluss
auf die Empfindlichkeit der Radarsensoren ausübt. Dafür stellen wir an all unseren
Standorten weltweit lokalen Support bereit. So können wir den Kunden auch direkt bei
Problemen unterstützen und helfen. Darüber hinaus stellen wir Guidelines und Handbücher zur Verfügung, um die optimale Leistung und Zuverlässigkeit beim Design vonApplikationen zu gewährleisten.

Der Radarsensor-Markt ist hartumkämpft. Wie differenzieren Sie sichvon Ihren Mitbewerbern? Was machen
Sie besser?

Im Bereich 24-GHz-Sensoren hat Socionext eine gewisse Alleinstellung, da wir dereinzige mir bekannte Anbieter sind, der einen 24-GHz-Radarsensor offeriert, in dem
die Antenne integriert ist. Zudem benötigen alle unsere All-in-One-Solutions kein
komplexes RF-Design und das Signal Processing ist auch bereits inkludiert. Der Kunde
benötigt keine zusätzliche Software und Algorithmen, sondern kann fast wie bei einem
PIR-Sensor die Informationen direkt aus dem Sensor auslesen oder über die Zustandsabfrage eines Chip-Pins eine Bewegung erkennen. Diese reduzierte Komplexität in
Verbindung mit den geringen Abmessungen des Sensors und der niedrigen Leistungsaufnahme ist im 24-GHz-Bereich wohl einmalig auf dem Markt. Bei den 60-GHz-Sensoren haben wir zwei Transmitter- und vier Receiver-Antennen in unterschiedlichen
Konstellationen für 2D- und 3D-Anwendungen auf kleinstem Raum verbaut. Auch hierhaben wir das Signal-Processing (FFT) im Sensor integriert, sowie einen Spannungsregler, der den Sensor mit einer Spannungsversorgung von nur 1,8 V versorgt undeine PLL-Schaltung, sodass nur noch ein externer Oszillator für die Beschaltung nötig
ist. Diese ganzen Aspekte machen unsere Radarsensor-Lösungen sicherlich besonders und einzigartig.
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Mit intelligenten Sensoren lassen sichDaten effizient erfassen und verarbeiten.

Sensoren im Industrial Internet of Things

EFFIZIENTE MESSDATENVERARBEITUNGVON SENSORDATEN
Anwender von Messtechnik benötigen zunehmend mehr Möglichkeiten der Vernetzung und
Digitalisierung. Spätestens, wenn es darum geht, verschiedene Standorte auszurüsten, stelltsich die Frage, wie es gelingt, die Messdaten an einer zentralen Stelle zusammenzuführen undweiter zu verarbeiten.
TEX T: Althen

BILDE R: Althen; iStock, NatalyaBurova

Eine intelligente Vernetzung der Produktionsdaten bringt
zahlreiche Vorteile für Anwender. Um Daten für mehrere Standorte sichtbar zu machen, müssen Vernetzung, Digitalisierung
und eine zentrale Plattformlösung implementiert werden. Hiersind auch die Hersteller von Mess- und Sensortechnik gefragt,
ihre Kunden bei der Umsetzung zu unterstützen und individuelle
Konzepte zu entwickeln.

Die nachträgliche Digitalisierung bereits vorhandener Sensoren und Messtechnik lässt sich teilweise auch mit kostengünstigen Produkten effektiv durchführen. Noch etwas weiter gedacht
ist es auch möglich, die so gewonnenen Informationen ins Warenwirtschaftssystem einzubringen, um rechtzeitig Ersatzteile zu
bestellen und Personal-Ressourcen für eine Wartung einzuplanen. So lassen sich mit Hilfe der Messtechnik Prozesse unternehmensweit optimieren.

Das reine Bereitstellen der Daten ist dabei nur der erste
Schritt. Erst die intelligente Interpretation bildet die Grundlage
für gesteigerte Effizienz in der Produktion, etwa durch Predictive
Maintenance. Die mobile Überwachung von Betriebszuständen
reduziert auch die Notwendigkeit für manuelle Eingriffe.

Von der Messaufgabe hängt es auch ab, ob Daten konstantübertragen werden oder ob es reicht, beim Überschreiten bestimmter Werte ein Alarmsignal auszugeben. Nicht immer ist es
nötig und ratsam, alle verfügbaren Daten zu sammeln und auszuwerten, da dies erhebliche Übertragungskapazitäten und Ressourcen bindet.

Zum Beispiel Althen erweitert sein Lösungsangebot ständig,
um das übergreifende Thema IIoT mit Schnittstellen für Sensorik
und Datenübertragung sowie Auswertung und Visualisierung abzudecken. Peter Rohrmann, Director New Business Development
bei Althen, nennt als eine der Hauptaufgaben die zuverlässige
Digitalisierung der heute noch verbreitet analogen Sensorsignale.
Erst dieser Schritt ermöglicht die IT-technische Verwertung derDaten, die Übertragung auch über große Entfernungen.

Hier versteht sich das Unternehmen als Partner, der die Kunden zur passenden Messtechniklösung berät. Rohrmann hierzu:„Der Bedarf an präzisen Messdaten ist zunächst einmal universell. Unser Ziel ist es, unseren Kunden Lösungsvorschläge zu unterbreiten, wie eine Aufgabe am besten – und unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte – zu lösen ist.“ ☐61

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Entwicklung eines induktiven Ringsensors für raue UmgebungenÜber die BelastungsgrenzehinausDer Elektronikentwickler Turck duotec wurde von AdTime, Hersteller von Bearbeitungsmaschinen für Uhren, beauftragt, einen induktiven Ringsensors zu entwickeln,
der den Arbeitsbedingungen in rauen Umgebungen standhält und gleichzeitig den
Werkzeugzustand zuverlässig überwacht. Das Interview mit Pierre-Alain Membrez,
Geschäftsführer AdTime, beschreibt die Herausforderungen des Projekts.
DA S I NT E RVIE W FÜ HRT E : E&E

BIL D ER: AdTime; iStock, zmeel

AdTime hat seinen Sitz in der Wiege der schweizerischen
Uhrmacherkunst im Kanton Jura und ist Hersteller von Bearbeitungsmaschinen für die Uhrenfabrikation. Vertrieben
werden Maschinen für die Präzisionsmechanik wie Bearbei-

tungsmaschinen und Dekormaschinen, und zwar von derkleinen Tischmaschine bis zum rotierenden Transferzentrum
mit 24 Positionen zum Bohren, Gewindeschneiden und Nachbearbeiten. Die Werkzeuge der Maschinen sind miniaturisiert

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und bearbeiten Stähle in einem rauen Umfeld, das u.a. durch
aggressive Kühlfluide, Metallspäne und Vibrationen gekennzeichnet ist. AdTime suchte nach einer Möglichkeit des Condition Monitoring, um gebrochene oder beschädigte Werkzeuge

frühzeitig zu erkennen, die etwa zu Beschädigungen an den
bearbeiteten Teilen bis hin zum Verlust der bisher geleisteten
Veredelung und Stillstandzeiten führen. Dazu erhielt der Elektronikentwickler Turck duotec den Auftrag zur Entwicklung

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S P E Z I A L : S E N S O R E N & W I R E L E S S

Anwender-Workshop
27.04.2021 • 10:00 - 17:30 Uhr

NETX 90...IT'S ALL YOU NEED!
Dank Umspritzung lässt sichder Ringsensor besonders gut
unter unwirklichen Bedingungeneinsetzen.

Workshop für Hersteller von Feldgeräten:netX 90: In 3 Schritten
zur lauffähigen PROFINET
Kommunikation
Der Workshop richtet sich an die Hersteller vonFeldgeräten. Hierbei hauptsächlich an die Sensorund Encoder Hersteller, die bereits mit PROFINET
arbeiten oder den Einsatz in Zukunft planen.

Inhalte des Workshops:• Vorstellung des netX 90• Einführung in das Built Environment Tool 'netX Studio'• Inbetriebnahme einer PROFINET Applikation• Ausblick auf IIoT Protokolle und Security
Die Teilnehmerzahl ist auf 14 Personen begrenzt.
Die Teilnahmegebühr pro Person beträgt EUR 99,00 netto zzgl.
MwSt. In der Gebühr sind enthalten: Teilnahme am Workshop,
ein Teilnahmezertifikat, Seminarunterlagen, Mittagessen und
Erfrischungen während der Pausen.

Anmeldung unter: Telefon: 0 61 90 - 99 07 - 0 oder
E-Mail: TReeck@hilscher.com

eines induktiven Ringsensors, der den
anspruchsvollen
Arbeitsbedingungenstandhält und den aktuellen Werkzeugzustand gleichzeitig zuverlässig überwacht. Im Interview mit E&E beschreibt
Pierre-Alain Membrez, Directeur géneral AdTime, Anforderungen und die
entwickelte Lösung.
Was waren die besonderen Herausforderungen bei der Entwicklung des neuen
Produkts?
Wir haben nach einem Sensor zum Einsatz in unseren Werkzeugmaschinen
gesucht, der in der Lage ist, Werkzeuge
aus Stahl oder Stähle mit hohem Kohlenstoffanteil genau zu messen. Derzeit gibt
es auf dem Markt keinen Detektor, derdazu in der Lage ist. Die einzigen verfügbaren Sensorsysteme sind Taststifte, bei
denen jedoch die Gefahr besteht, dassdas Werkzeug bei der Messung bricht.
Zusätzlich muss der benötigte Sensor
beständig gegenüber Chemikalien sein,
da das Werkzeug vollständig in Öl eingetaucht ist. Ein Lasermessverfahren scheidet daher in der dampfhaltigen und öligen Umgebung ebenfalls aus, da es nicht
zuverlässig arbeitet. Unser Sensor nutzt
das beim Einsetzen des Werkzeugs aus
Stahl erzeugte Magnetfeld. Dadurch kannDetailliertes Programmoder Anmeldung unter:
www.automatisierungstreff.com/workshops

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berührungsfrei und ohne klare Sichtlinie gemessen werden, ob das Werkzeug
beschädigt ist. Die Elektronik, die das
Signal an eine Steuereinheit überträgt,
muss jedoch in dieser rauen Umgebung
einwandfrei funktionieren.
Welchen Auftrag erhielt die Turck duotec
genau?
Der Elektronikdienstleister Turck duotec ist für seine Expertise im Elektronikschutz, insbesondere der Umspritzung
mit Thermo- und Duroplast, bekannt.
Die Spezialisten erhielten daher von uns
den Auftrag, eine vorentwickelte Elektronik zu industrialisieren und einen
entsprechenden Gehäuseschutz zu entwickeln. Hinzu kamen einige Spezifikationen von unserer Seite, um den Sensor
später ohne Probleme in unseren Werkzeugmaschinen zur Detektion kleiner
Werkzeuge einsetzen zu können.
Welche Spezifikationen waren das undwie wurden die Anforderungen gelöst?
Turck duotec hat das elektronische Konzept übernommen und es industrialisiert,
also massentauglich gemacht. Um den
Sensor vor den genannten Umwelteinflüssen zu schützen, entschied man sich
zur Umspritzung mit geeigneten Duro-In rauen Umgebungen von zum Beispiel
Werkzeugmaschinen detektiert der
vollumspritzte induktive Sensor
metallische Kleinteile im Ringinneren.

plasten. Erschwerend kamen dabei die
erforderlichen Kabelabgänge hinzu, dieebenfalls dicht sein müssen, um ein Eindringen der Kühlflüssigkeit zu vermeiden. Zusätzlich sollte eine Signalanzeige
in Form einer LED integriert werden.
Duroplasten sind allerdings in der Regelschwarz und absorbieren den überwiegenden Teil des Lichts. Hier hat Turckduotec eine clevere Lösung gefunden, um
im Bereich der LED eine sehr dünne undweniger lichtabsorbierende Kunststoffschicht zu integrieren.
Was sind die Vorteile des Umspritzens im
Vergleich zu einem Gehäuse aus Verguss?
Die Hauptvorteile des Umspritzens fürdieses Produkt sind die sehr dünnen
Wandstärken rund um die Spule vonnur einigen Zehntelmillimetern und die
damit einhergehende Präzision des rundum die Elektronik aufgebauten Gehäuses.
Eine hohe Abdichtung, vergleichbar mit
IP69K, die hohe chemische Beständigkeit
des Gehäuses, der mechanische Schutz
der Elektronik und die damit einhergehende Endqualität des Produkts sind weitere Faktoren. Das Umspritzen mit Duroplasten bietet aber noch weitere Vorteile,
wie etwa ein direkt umspritzter Steckverbinder mit einem integrierten Gewinde

sowie die Integration einer Befestigungsoder Verstärkungseinlage. Weiterhin ist
das Endprodukt sehr leicht, bei einer hohen Steifigkeit des umspritzten Moduls
mit einer äußerst kompakten Dicke (Abmessung). In der Herstellung bietet es außerdem den Vorteil, dass einige manuelle
Montageprozesse, die bei einem Verguss
notwendig wären, entfallen.
Wie hoch sind die Genauigkeit und die
Toleranzen der Produktkomponenten
bzw. der Spule im Inneren des Gehäuses?
Eine der Anforderungen, die es bei derKonzeption des Gehäuses zu lösen galt,
war die Tatsache, dass die Spule desSensors sehr nah an der Gehäusewand
sitzt. Bei der präzisen Positionierung
der Komponenten im fertigen Gehäuse,konnten wir lokal im Bereich der Spuleeine Wandstärke von 0,2 mm erreichen.
Für die Außenabmessungen des Produkts
sind Toleranzen von +/- 0,05 mm realisiert worden, die übrigen entsprechen der
DIN1690. Die Leiterplatte hat eine Standardgenauigkeit von +/- 0,1 mm, und es
ist uns gelungen, im undurchsichtigen
Kunststoff eine transparente Zone zu
schaffen, durch die man die LED sehen
kann. Diese dient als Statusanzeige desSensors für den Anwender.

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Um was für einen Sensor handelt es sichbei dem entwickelten Produkt genau?
Es handelt sich um einen induktiven
Ringsensor, der zuverlässig metallische
Kleinteile im Ringinneren detektiert. Der
Sensor arbeitet induktiv, kontaktlos und
ist dank des Elektronikschutzes unempfindlich gegenüber Einflüssen von Lichtund Öl. Er ist einfach zu implementieren. Der Messabstand ist mit 0,3 mm sehrklein. Der Temperaturbereich, in dem
der Sensor eingesetzt werden kann, reicht
von 0 bis 40 Grad Celsius, und zwar während des Betriebs und der Lagerung. Ohne dass das Produkt beschädigt wird, lässt
sich dieser von -10 bis 50 Grad Celsius
variieren. Der Temperaturbereich desDuroplasten reicht übrigens noch weiter,
nämlich von -40 bis 130 Grad Celsius.
Seit wann haben Sie das Produkt im Einsatz und hat es sich bewährt?
Das Produkt ist bis zur Serienreife entwickelt worden und steht zum Vertrieb bereit. Momentan haben wir etwa hundert
umspritzte, induktive Sensoren auf unseren Transfermaschinen beider Typen im
Einsatz – bislang ohne Probleme. Unsere
Kunden sind außerdem sehr zufrieden
mit der Zuverlässigkeit und Robustheit
des entwickelten Produkts. ☐96,5

QUELLE: BUNDESNETZAGENTUR (STAND: OKTOBER 2020)

DIE ZAHL

Prozent der Fläche in Deutschland ist mindestens von einem Mobilfunknetzbetreiber mit 4G (LTE) versorgt. Gebiete ohne Mobilfunkversorgung bilden zusammen 0,3 Prozent der Landesfläche.

Mit 5G ist bereits die nächste Mobilfunkgeneration am Start. Sie verspricht höhere
Datenraten, geringere Latenzzeiten und geringe Störungsanfälligkeit sowie die industrielle Nutzung durch regionale Nutzungsrechte und Campus-Netze etwa für dieÜbertragung von Sensor-Daten. Mehr zum Thema Sensoren & Wireless erfahren Sie
unter anderem in unseren Spezial-Beiträgen ab Seite 55.
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