Les connecteurs modulaires de HARTING au service de l'innovation dans la fabrication

Les ingénieurs de fabrication comprennent la frustration liée à l'arrêt d'une chaîne de production en raison de la défaillance d'un contrôleur moteur, mais l'accès à ce dernier implique de désassembler des dizaines de connexions de fils. Une opération qui devrait prendre quelques minutes peut durer des heures, le temps pour les techniciens de remonter les circuits à travers les faisceaux de câbles, espérant identifier les fils corrects parmi des centaines de conducteurs similaires. Ce scénario met en évidence un défi lié à la connectivité électrique dans les environnements industriels. Les systèmes câblés, bien que rentables à première vue, peuvent engendrer des inefficacités cachées qui s'aggravent au cours du cycle de vie des équipements, et le problème réside dans la nature rigide des connexions câblées. Heureusement, il existe désormais des solutions de connecteurs modulaires (Figure 1), capables de s'adapter à l'évolution des exigences tout en garantissant une fiabilité de niveau industriel.

Figure 1 : Système de connecteurs Han-Modular®. (Source de l'image : HARTING)

Origines de la technologie de connexion industrielle standardisée

En 1945, Wilhelm HARTING a compris que la croissance industrielle de l'après-guerre exigeait des solutions de connexion fondamentalement différentes des conceptions existantes. À partir d'une petite entreprise de réparation à Minden, en Allemagne, HARTING a développé ce que l'on a appelé les connecteurs à usage intensif (HDC), établissant des principes qui continuent d'influencer la conception de la connectivité industrielle aujourd'hui.

La grande avancée est venue de la création de connecteurs rectangulaires, contrastant avec les conceptions circulaires qui dominaient à l'origine les applications militaires et aérospatiales. Les architectures rectangulaires ont permis une meilleure utilisation de l'espace dans les panneaux de commande industriels et une densité de contact plus élevée dans des empreintes standardisées. La série de connecteurs Han, lancée avant l'essor industriel des années 1960, a démontré comment des connexions standardisées et robustes pouvaient prendre en charge plusieurs types de supports tout en résistant aux environnements industriels difficiles.

Cette base historique est importante car la technologie Han-Modular s'appuie directement sur des principes éprouvés. Plutôt que de réinventer des concepts de base, elle fusionne des conceptions éprouvées avec les matériaux, les techniques de fabrication et les capacités d'intégration les plus récents.

Déconstruire la conception d'un système de connexion modulaire

La technologie Han-Modular de HARTING utilise une approche par blocs fonctionnels où les ingénieurs peuvent sélectionner des modules individuels en fonction des exigences spécifiques (alimentation, signal, données, air, etc.) et combiner ces éléments dans des boîtiers de protection conçus pour des environnements spécifiques.

Les modules Han-Modular gèrent des types de supports spécifiques dans l'assemblage de connecteurs, par exemple des modules d'alimentation pour prendre en charge des courants de 16 A à 200 A pour les applications à usage intensif, des modules de signaux pour prendre en charge des circuits de commande basse tension, et des modules de communication pour les connexions Ethernet, de bus de terrain ou fibre optique. Les ingénieurs peuvent combiner ces différents types de modules au sein d'une même structure d'assemblage, éliminant ainsi le besoin de connecteurs séparés pour chaque support. Les boîtiers de protection fournissent un support mécanique et une étanchéité environnementale pour les combinaisons de modules, avec des boîtiers standardisés s'étendant des configurations compactes Han 6B à Han 48B (Figure 2) convenant aux exigences d'usage intensif/multimédias.

Figure 2 : Exemple de boîtier à montage sur traversée Han 48B. (Source de l'image : HARTING)

La protection environnementale utilise des constructions d'étanchéité graduées en fonction de la spécificité de l'application. Les indices de protection IP65 de base protègent contre l'infiltration de poussière et la pénétration d'eau, fréquentes dans la plupart des usines de fabrication. D'autre part, les spécifications IP69K améliorées permettent aux connecteurs Han-Modular de résister aux procédures de lavage à haute pression requises dans la transformation alimentaire et la production pharmaceutique.

Les connecteurs Han-Modular intègrent plusieurs fonctionnalités de sécurité qui éliminent les erreurs de connexion. Le système de détrompage mécanique utilise des éléments de guidage de forme unique qui permettent de connecter seulement les moitiés mâles et femelles parfaitement correspondantes. Cette conception physique empêche les techniciens de raccorder des connecteurs incompatibles, une erreur de câblage fréquente dans les connexions filaires. Contrairement aux étiquettes de câblage ou aux schémas de circuit qui peuvent s'altérer au fil du temps, le système de détrompage rend les connexions incorrectes physiquement impossibles.

Partenariat entre HARTING et DigiKey : Han Configurator

La spécification des connecteurs ajoute des défis dans les flux de travail d'ingénierie. Les ingénieurs doivent recouper manuellement les spécifications des composants depuis plusieurs fiches techniques, vérifier les caractéristiques environnementales et valider les exigences de compatibilité pour chaque type de connecteur. Ce processus chronophage est source d'erreurs de sélection et affecte les délais des projets.

La collaboration entre DigiKey et HARTING permet de résoudre ces problèmes grâce à des outils de conception intégrés qui automatisent la validation et la sélection des composants. Le configurateur Han Configurator® permet aux ingénieurs d'entrer les exigences du système, par exemple les types de supports, les courants nominaux et les spécifications environnementales, et de recevoir un retour en temps réel sur la compatibilité et la disponibilité des composants. Le configurateur utilise une logique de sélection basée sur des règles qui empêche les combinaisons incompatibles et suggère des alternatives lorsque leurs choix créent des conflits. Il affiche également les assemblages configurés sous plusieurs angles, permettant aux ingénieurs de vérifier l'ajustement mécanique et les exigences de routage des câbles avant l'achat.

Le configurateur Han Configurator génère également une documentation complète, comme des nomenclatures avec les prix et la disponibilité actuels. L'intégration directe avec les systèmes d'approvisionnement de DigiKey contribue à éliminer la création et la commande manuelles de listes de pièces. Les ingénieurs peuvent utiliser les outils de comparaison a posteriori pour évaluer les alternatives modulaires et câblées, ou utiliser des bibliothèques préconfigurées comme point de départ pour des applications courantes dans de nombreux secteurs.

Avantages pratiques pour les équipes de fabrication

Les connecteurs Han-Modular de HARTING offrent des améliorations mesurables du temps d'installation par rapport aux méthodes de câblage. Les jeux de connecteurs pré-assemblés éliminent le processus fastidieux de terminaison individuelle des fils sur le terrain, et les systèmes de détrompage mécanique évitent les erreurs de connexion qui affectent souvent les installations de câblage. Les conceptions de boîtier standardisées, s'étendant des configurations compactes Han 6B (Figure 3) aux assemblages Han 48B pour les applications complexes, permettent l'installation uniforme pour diverses exigences système.

Figure 3 : Exemple de boîtier à montage sur traversée Han 6B. (Source de l'image : HARTING)

La conception modulaire simplifie les procédures de maintenance en remplaçant les opérations complexes de traçage de circuits et de recâblage par de simples déconnexions/reconnexions de connecteurs. Lorsque les techniciens doivent remplacer des composants ou intervenir en cas de défaillance, ils peuvent facilement identifier et isoler les problèmes. Le mécanisme de verrouillage à levier permet également aux agents de maintenance d'effectuer les opérations rapidement sans équipement spécialisé.

Un autre avantage clé est la possibilité de tester des assemblages de connecteurs complets dans des conditions contrôlées, éliminant ainsi toutes les variables susceptibles de créer des problèmes de fiabilité avec les connexions terminées sur le terrain. Les usines de fabrication peuvent contrôler la qualité de préparation des conducteurs, la force d'insertion des contacts et l'intégrité de l'étanchéité, ce qui n'est pas possible lors de l'installation sur le terrain. Les tests environnementaux garantissent également que les assemblages répondent aux indices IP65 ou IP69K spécifiés avant la livraison.

Globalement, les modifications sont beaucoup plus simples avec la conception modulaire. Les interfaces standard permettent aux ingénieurs de mettre à niveau la tenue en puissance, d'ajouter des canaux de communication ou même d'intégrer de nouveaux composants en échangeant des modules individuels.

Validation dans les secteurs manufacturiers critiques

Les chaînes de montage automobiles (Figure 4) comptent parmi les applications les plus exigeantes en matière de connectivité. Par exemple, les cellules de soudage robotisées requièrent la transmission simultanée de fort courant de soudage (généralement supérieur à 600 A), de signaux de servocommande pour le positionnement des robots et d'une communication Ethernet haut débit pour la coordination des mouvements en temps réel. Cela signifie que les défaillances de connexion peuvent interrompre des lignes de production entières, conférant à la fiabilité un caractère essentiel. Les connecteurs Han-Modular sont conçus pour résister aux contraintes mécaniques continues des mouvements robotiques, préservant ainsi l'intégrité électrique et la fiabilité à long terme dans des conditions ambiantes extrêmes.

Figure 4 : Chaîne de montage automobile typique. (Source de l'image : Adobe Stock)

De même, les installations de générateurs à distance doivent fonctionner de manière fiable en conditions de températures extrêmes, qu'il s'agisse de conditions arctiques ou d'environnements désertiques, souvent avec un accès minimal à la maintenance pendant de longues périodes. Ces applications requièrent des connecteurs capables de gérer simultanément la distribution d'alimentation primaire à fort courant et les circuits de commande sensibles dans des assemblages uniques. Les connecteurs Han-Modular dans les installations de générateurs restent opérationnels pendant des années sans intervention de maintenance, validant l'approche de conception dans les conditions les plus difficiles.

Les équipements miniers et de construction fonctionnent également dans des environnements agressifs avec une exposition extrême à la poussière, une contamination des fluides hydrauliques et des impacts mécaniques importants. Dépassant la plupart des spécifications industrielles, les connecteurs Han-Modular contribuent à maintenir une protection étanche et une continuité électrique dans des conditions qui dégradent rapidement les solutions de connectivité conventionnelles.

Les usines chimiques constituent probablement les environnements de validation les plus difficiles, où les connecteurs doivent résister à l'exposition chimique et respecter les exigences de protection contre les explosions. La conception Han-Modular permet de tester les assemblages dans des conditions de laboratoire contrôlées avant le déploiement dans des zones dangereuses, afin d'éviter les défaillances qui pourraient aller au-delà de l'interruption de la production et poser des problèmes de sécurité.

Conclusion

La connectivité modulaire a fondamentalement changé la manière dont les ingénieurs abordent la conception de systèmes. Plutôt que d'optimiser des composants individuels, cette approche privilégie la conception d'une infrastructure de connectivité robuste répondant à la fois aux exigences et aux innovations technologiques futures. Pour les ingénieurs cherchant à optimiser les performances des systèmes à long terme, la connectivité modulaire offre la capacité d'adaptation essentielle à la gestion des changements technologiques et permet de maintenir une haute fiabilité opérationnelle pour un large éventail d'applications industrielles. Les ingénieurs doivent considérer la connectivité comme une infrastructure qui peut soit permettre, soit limiter les modifications futures des systèmes.