HARTING의 모듈식 커넥터로 제조 부문 혁신 도모

제조 엔지니어라면, 모터 컨트롤러 하나에 고장이 나서 생산 라인이 중단되고 게다가 이를 복구하기 위해서는 수십 개의 전선 연결을 해체해야 하는 절망감을 잘 알고 있을 것입니다. 수백 개의 비슷하게 생긴 컨덕터 사이에서 정확한 전선을 찾기 위해 케이블 번들을 통해 회로를 추적하려면, 몇 분이면 끝나야 할 일이 몇 시간씩 걸리게 됩니다. 이 시나리오는 산업 환경의 전기 연결에 관련된 문제점을 잘 보여줍니다. 유선 시스템은 처음에는 비용 효율적이지만 장비 수명 주기에 따라 숨겨진 비효율성이 발생할 수 있으며, 유선 연결의 경직된 특성으로 인한 문제가 발생할 수 있습니다. 다행히도 이제는 산업 등급의 신뢰성을 유지하면서 변화하는 요구 사항에 적응할 수 있는 모듈식 커넥터 솔루션(그림 1)을 이용할 수 있습니다.

그림 1: Han-Modular® 커넥터 시스템(이미지 출처: HARTING)

표준화된 산업용 연결 기술의 기원

1945년, Wilhelm HARTING은 전후 산업의 성장에 따라 기존의 설계와는 근본적으로 다른 연결 솔루션이 필요하다는 점을 깨닫게 되었습니다. 독일의 민덴(Minden)에서 소규모 수리 작업으로 시작한 HARTING은 고강도 커넥터(HDC)로 알려지게 된 제품을 개발했고, 이는 오늘날까지 산업용 연결 설계에 지속적으로 영향을 미치는 원칙들을 확립하게 되었습니다.

초기에 군사 및 항공 우주 분야에서 주로 사용되던 원형 설계 대신, 직사각형 커넥터가 개발됨으로써 획기적인 전환이 시작되었습니다. 직사각형 아키텍처는 산업용 제어 패널에서 공간 활용도를 크게 높였고, 표준화된 크기 내에서 더 높은 접점 밀도가 달성되었습니다. 1960년대 산업 발전기 이전에 출시된 Han 커넥터 계열은 표준화되고 견고한 연결 방식이 다양한 종류의 신호와 전력을 처리하면서도 열악한 공장 환경을 견딜 수 있다는 것을 입증했습니다.

이러한 역사적 기반이 중요한 이유는 Han-Modular 기술이 검증된 원칙에 직접적으로 기반을 두고 있기 때문입니다. 기본 개념을 새로 만드는 대신, 오랜 시간 검증된 설계를 최신 소재, 제조 기술 및 통합 기능과 결합합니다.

모듈식 연결 시스템 설계 해체하기

HARTING의 Han-Modular 기술은 엔지니어가 특정 매체(전력, 신호, 데이터, 공기 등) 요건에 따라 개별 모듈을 선택하고, 특정 환경에 맞게 설계된 보호 하우징 내에서 이러한 소자들을 결합할 수 있는 빌딩 블록 접근 방식을 채택하고 있습니다.

Han-Modular 모듈은 커넥터 조립품 내에서 특정 매체 유형(예: 고강도 응용 제품을 위한 16A ~ 200A의 전류를 수용하는 전력 모듈, 저전압 제어 회로를 지원하는 신호 모듈, 이더넷, 필드버스 또는 광섬유 연결을 위한 통신 모듈)을 처리합니다. 엔지니어는 동일한 조립품 프레임워크 내에서 이러한 다양한 모듈 유형을 결합할 수 있으므로, 각 매체에 대해 별도의 커넥터를 사용할 필요가 없습니다. 보호 하우징은 모듈 조합을 위한 기계적 지원과 환경적 밀폐를 제공하며, 소형 Han 6B 구성부터 중장비/다중 매체 요구 사항에 적합한 Han 48B(그림 2)에 이르는 표준화된 인클로저를 갖추고 있습니다.

그림 2: Han 48B Bulkhead 실장 하우징의 예(이미지 출처: HARTING)

환경적 보호는 사용 환경의 심각도에 따라 등급이 매겨진 밀폐 구조의 활용을 통해 제공됩니다. 기본 IP65 등급은 대부분의 제조 시설에서 흔히 발생하는 먼지 침투와 물 침투로부터의 보호를 제공합니다. 반면에 Han-Modular 커넥터의 강화된 IP69K 사양은 식품 가공 및 제약 생산에서 요구되는 고압 세척 절차를 견딜 수 있습니다.

Han-Modular 커넥터에는 연결 오류를 제거하는 여러 보안 기능이 통합되어 있습니다. 기계식 키잉 시스템은 올바르게 결합된 암수 커넥터 반쪽만 서로 연결할 수 있는 고유한 모양의 가이드 소자들을 활용합니다. 이러한 물리적 설계로 인해, 테크니션이 호환되지 않는 커넥터를 연결하는 일(유선 연결에서 자주 발생하는 배선 실수임)이 예방됩니다. 시간이 지나면 불분명해질 수 있는 배선 레이블이나 회로 다이어그램 대신, 키잉 시스템을 사용하면 물리적으로 연결이 잘못되는 일을 원천 봉쇄할 수 있습니다.

HARTING과 DigiKey의 파트너십: Han Configurator

커넥터 사양은 엔지니어링 워크플로에서 어려움을 야기하는 부분입니다. 엔지니어는 여러 규격서에서 부품 사양을 수동으로 상호 참조하고, 환경 등급을 확인하며, 각 커넥터 유형에 대한 호환성 요구 사항을 검증해야 합니다. 이 과정은 시간이 많이 걸려 프로젝트 일정에 영향을 미칠 뿐만 아니라 선택 오류를 유발하기도 합니다.

DigiKey는 HARTING와의 협업을 통해, 검증 및 부품 선택을 자동화하는 통합된 설계 도구를 제공함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 엔지니어는 Han Configurator®를 통해 매체 유형, 전류 정격, 환경 사양 등 시스템 요구 사항을 입력하고 부품 호환성 및 주문 가능성에 대한 실시간 피드백을 받아볼 수 있습니다. 이 구성기는 규칙 기반 선택 논리를 사용하여 호환되지 않는 조합이 발생하는 일을 방지하고, 잘못된 선택이 있을 경우 그에 대한 대안을 제시합니다. 또한 구성된 조립품을 여러 각도에서 표시함으로써, 엔지니어가 제품을 구매하기 전에 기계적 적합성 및 케이블 라우팅 요구 사항을 확인할 수 있습니다.

또한 Han Configurator는 현재 가격 및 주문 가능성 상태가 포함된 자재 명세서와 같은 완전한 문서를 생성합니다. DigiKey의 조달 시스템과 직접 통합하는 경우, 부품 목록 작성 및 주문에 대한 수동 작업이 불필요합니다. 엔지니어들은 사후 비교 도구를 활용해 모듈식 연결 방식과 직접 배선 방식(대안)을 평가하거나, 여러 산업 분야에서 공통적으로 사용되는 응용 제품의 출발점으로 사전 구성된 라이브러리를 사용할 수 있습니다.

제조 팀을 위한 실질적인 이점

HARTING의 Han-Modular 커넥터는 직접 배선 방식에 비해 설치에 걸리는 시간이 상당이 짧습니다. 사전 조립된 커넥터 세트는 현장에서 시간을 많이 소모하는 개별 전선 종단 프로세스에 대한 필요를 없애고, 기계식 키잉 시스템은 배선 설치 시 종종 발생하는 연결 오류를 방지합니다. 소형 Han 6B(그림 3) 구성부터 복잡한 응용 제품을 위한 Han 48B 조립품까지, 표준화된 하우징 설계를 통해 다양한 시스템 요구 사항에 걸쳐 일관된 설치가 가능합니다.

그림 3: Han 6B Bulkhead 실장 하우징의 예(이미지 출처: HARTING)

모듈식 설계는 복잡한 회로 추적 및 재배선 작업을 간단한 커넥터 분리/재연결로 대체함으로써 유지보수 절차를 간소화합니다. 부품을 교체해야 하거나 테크니션이 문제를 해결해야 하는 경우, 문제를 쉽게 식별하고 이를 격리할 수 있습니다. 또한 레버로 작동하는 잠금 장치가 있으므로 유지보수 작업자는 특수 장비를 사용하지 않고도 신속하게 작업을 수행할 수 있습니다.

또 다른 주요 이점은 제어된 조건 하에서 전체 커넥터 조립품을 테스트할 수 있다는 점입니다. 이에 따라 현장에서 종단된 연결에서 발생하는 신뢰성 문제에 대한 변수를 제거할 수 있습니다. 제조 시설은 현장 설치 시에는 불가능한 방식으로 컨덕터 준비 품질, 접점 삽입력 및 밀봉 무결성을 제어할 수 있습니다. 또한 배송 전 이루어지는 환경 테스트를 통해 조립품이 지정된 IP65 또는 IP69K 등급을 충족하는지 확인합니다.

대체로 모듈식 설계를 사용하면 수정이 훨씬 간단해집니다. 엔지니어는 표준 인터페이스를 통해 전력 처리 기능을 업그레이드하거나, 통신 채널을 추가하거나, 개별 모듈을 교체하여 새로운 부품을 통합할 수도 있습니다.

주요 제조 부문 전반에 걸친 검증

자동차 조립 라인(그림 4)은 연결성 문제에 있어 가장 까다로운 응용 분야 중 하나입니다. 예를 들어 로봇 용접 셀은 고전류 용접 전력(일반적으로 600A 이상), 로봇 위치 조정을 위한 서보 제어 신호, 실시간 동작 조정을 위한 고속 이더넷 통신을 동시에 전송해야 합니다. 즉, 연결 장애로 인해 전체 생산 라인이 중단될 수 있으므로, 신뢰성이 매우 중요합니다. Han-Modular 커넥터는 로봇 동작으로 인한 지속적인 기계적 스트레스를 견딜 수 있도록 설계되어, 극한의 환경 조건에서도 전기적 무결성과 장기적인 신뢰성을 유지합니다.

그림 4: 일반적인 자동차 조립 라인(이미지 출처: Adobe Stock)

마찬가지로 원격 발전기 설치는 북극의 조건부터 사막 환경까지 극한의 온도에서, 보통 장기간에 걸쳐 최소한의 유지보수적 접근만으로도 작동해야 합니다. 이러한 응용 분야에서는 단일 조립품 내에서 고전류 1차 전력 분배 및 민감한 제어 회로를 동시에 처리할 수 있는 커넥터가 필요합니다. 발전기 시설의 Han-Modular 커넥터는 유지보수 개입 없이 수년간 작동 상태를 유지하여, 가장 까다로운 조건에서 이러한 설계 접근 방식의 이점을 검증합니다.

광업 및 건설 장비도 극심한 먼지 노출, 유압유 오염, 강한 기계적 충격이 있는 혹독한 환경에서 작동합니다. 대부분의 산업 사양을 능가하는 Han-Modular 커넥터는 기존의 연결 솔루션의 성능이 급격히 저하되는 조건에서도 밀폐형 보호 및 전기적 연속성을 유지하도록 지원합니다.

화학 시설은 커넥터가 화학 물질에의 노출을 견디고 방폭 요구 사항까지 충족해야 하는, 아마도 가장 까다로운 검증 환경입니다. Han-Modular 설계를 활용하면, 위험 지역에 실제로 배치하기 전에 통제된 실험실 조건 하에서 조립 테스트를 수행함으로써 생산 중단을 넘어 안전 문제로까지 확대될 수 있는 고장을 방지할 수 있습니다.

결론

모듈식 연결은 엔지니어가 시스템 설계에 접근하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 개별 부품을 최적화하기보다는, 요구 사항과 미래 기술 혁신을 모두 지원하는 강력한 연결 인프라를 설계하는 데 중점을 둡니다. 장기적인 시스템 성능을 최적화하는 엔지니어에게 모듈식 연결은 기술 변화 관리에 필수적인 적응성을 제공하고 광범위한 산업 응용 분야에서 뛰어난 운영 안정성을 유지합니다. 엔지니어링 의사 결정에서는 연결성을 향후 시스템 수정에 있어 이를 가능하게 하거나 제약할 수 있는 인프라로 간주하여 평가해야 합니다.