22.11.2018
Grundlagen

3 grundlegende Dinge, die man über Rundsteckverbinder wissen sollte

Steckverbinder sind für eine Maschine elementar, denn ohne sie fließt nichts: keine Daten, keine Signale, keine Leistung. Daher ist es gut, mit den Grundlagen von Rundsteckverbindern vertraut zu sein. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick.

Das metrische Einheitensystem erstmals 1793 im Zuge der französischen Revolution eingeführt, findet bis heute nahezu weltweit Anwendung. Auf diesem Einheitensystem setzen auch metrische Rundsteckverbinder auf, die in rauen industriellen Anwendungen ein bekannter Standard sind. In diversen Durchmessern und Kodierungen sind sie eine zuverlässige Verbindung für die drei Lebensadern industrieller Anwendungen: Daten, Signale und Leistung. Alle drei sind unabdingbar für Antrieb, Steuerung und Kommunikation. Das typisch runde Erscheinungsbild mit dem Gewinde zum Einschrauben ist bis heute im Einsatz. Aber auch Klassiker weisen oft noch Potenzial auf. Mit der PushPull-Verriegelung und dem Com-Lock will Harting zwei runde Vertreter fit für die Zukunft machen.
Metrische Rundsteckverbinder sind eine der verbreitetsten Schnittstellen weltweit, wenn es um die Verkabelung von Maschinen, Industrieanlagen und Geräten geht. Ihren Ursprung haben sie in der Formgebung durch ihre Verriegelung. Diese ist an die Maße und Normung von Schrauben angelehnt, die der ISO 1502 entsprechen. Dementsprechend haben metrische Rundsteckverbinder im Bereich der Verriegelung stets den fest definierten Durchmesser in Millimetern, wie es alle genormten Schraubverbindungen haben, M8 = 8 Millimeter usw.
Gängige Größen in dieser Rubrik, die sich weltweit zahlenmäßig am meisten durchgesetzt haben, sind M8 und M12. Neben diesen gibt es noch Verbindungen in der metrischen Größe M23. Verlässt man das Feld der metrischen Größen, gibt es noch den recht verbreiteten Rundsteckverbinder in der Größe 7/8 Zoll. Er dient häufig für die Übertragung von Versorgungsspannungen, die sich über kleinere Steckverbinder bisher nicht realisieren ließen.
 

1. Die drei Lebensadern
Unterteilen lassen sich die Rundsteckverbinder am leichtesten nach ihren Aufgabengebieten, sprich nach den Lebensadern, die sie ins Gerät bringen. Diese sind klassisch:

◾  1.

Daten auf Ethernet-Protokoll-Basis für die Kommunikation mit bis zu 10 Gbit/s,
◾  2. Signale für die I/O-Kommunikation und Ansteuerung von Sensoren,
◾  3. Leistung für die Spannungsversorgung von Anwendungen, für Steuerung, Antrieb und Co.

1. Daten
Im Bereich der Datenübertragung steht für die kleinen und platzsparenden M8-Steckverbinder die D-Kodierung nach IEC 61076-2-114 zur Verfügung. Harting führt die Ethernet-fähigen M8 seit 2016 unter dem Schirm der Little-Giants-Kampagne für miniaturisierte Ethernet-Schnittstellen und der eigenen Botschafterin Miss M8ty. Diese vertritt die Vorteile der miniaturisierten Schnittstelle, wie PoE, eine durchgehende Schirmung für EMV und Schutz gegen Staub und Flüssigkeiten nach IP-Standard 65/67.
In der P-Kodierung bietet der Markt eine Ethercat-fähige M8-Schnittstelle an, die wie die D-Kodierung mit PoE Daten und Power übertragen kann.
Im Bereich M12 spielt neben der D-Kodierung vor allem die X-Kodierung mit ihrem prägnanten Steckgesicht eine große Rolle für die Datenübermittlung. Mit dem X-förmigen Schirmblech im Steckgesicht ist sie leicht als schnelle Ethernet-Schnittstelle für bis zu 10 Gbit/s zu identifizieren. Sie ist nach IEC 61076-2-109 genormt und die richtige Wahl, wenn es um breitbandige Übertragung geht, wie sie für moderne hochauflösende Kamera-Anwendungen und zentrale Übertragungswege notwendig ist. Gerade solche kleinen und platzsparenden Anwendungen wie neue Industriekameras bieten wenig Platz für viele Schnittstellen. Hier kommt der X-Kodierung zu Gute, dass auch PoE übertragen werden kann.  Wenn weniger Leistung ausreicht, steht auch im metrischen 12er die D-Kodierung nach IEC 61076-2-101 bereit.
Geht man den nächsten Schritt zur deutlich größeren Schnittstelle M23, ist die Datenübertragung nur in Kombination mit Signalen und Power verfügbar. Diese hybride Lösung macht insofern Sinn, da eine so große Schnittstelle nur für die Datenübertragung unnötig viel Platz einnehmen würde. So ist sie direkt mit je vier Power- und Signalkontakten vereint und überträgt alle Lebensadern in einem Steckgesicht.
 

2. Signale
Als klassische I/O-Signal-Schnittstelle für kleine Sensoren überträgt der M8 in A- und B-Kodierung nach IEC 61076-2-104 Signale bis zu 100 Mbit/s. Die A-Kodierung ist für Sensor- und Aktorsignale zuständig und kann dabei auch bis zu 4A-Leitung übertragen. Überall, wo es um die IP65/67 geschützte Übertragung von Signalen geht, ist er eine gute Lösung, um Platz zu sparen.
Im gleichen Metier angesiedelt ist auch der M12 mit A- und B-Kodierung. Er entspricht der Norm IEC 61076-2-101 und ist im Grunde die größere und etwas robustere Variante des M8 für Signale. Beide kommen wohl mit am häufigsten auf Sensor/Aktor-Boxen zum Einsatz und stellen hier die Verbindung zur Sensorik her. Der größte Vertreter der signalübertragenden Steckverbinder ist hier der M23. Im robusten Metallgehäuse kann der Anwender sich zwischen Einsätzen mit Polzahlen von 6 bis 19 Pins entscheiden.
 

3. Leistung
Während bisher 7/8“-Schnittstellen für die Spannungsversorgung weit verbreitet und gängig waren, übernehmen diese Aufgabe nun neue M12-Kodierungen. Genormt sind die Kodierungen K, L, M, S, T, E und F in der IEC 61076-2-111. Die Vertreter mit der größten Verbreitung sind momentan die Kodierungen K und L. Während die L-Kodierung über vier Kontakte und einen FE 63 V bei 16 A vorwiegend für Profinet-Anwendungen breitstellt, ist die neue K-Kodierung mit 630 V bei 12 A eine leistungsstarke Ansage für alle Anwendungen im Bereich elektrischer Antriebe. Auch für Sensor-Aktor-Boxen ist der M12 Power ein wichtiges Novum. Bisher waren die Boxen in der Regel mit diversen M12-Schnittstellen plus einer 7/8“-Schnittstelle ausgelegt. Diese ist deutlich größer und sprengte den sonst einheitlichen Formfaktor. Mit der Powerversorgung über M12 können nun alle Schnittstellen gleich ausgelegt und demenstprechend Platz gespart werden.
Bei M23 können über fünf Powerkontakte und ein PE bis zu 630 V bei 28 A für die nötige Leistung sorgen. So werden auch auf kleinem Bauraum große Leistungen übertragen.

2. Verriegelung: Trend zur Einfachheit
Die Verriegelung von industriell eingesetzten Steckverbindern ist der wichtigste Faktor einer Schnittstelle. Denn erst die sichere und robuste Verriegelung schafft die elektrische Verbindung und sichert diese gegen Schock, Vibrationen, Fremdkörper, Flüssigkeiten oder Fremdeinstrahlung. Die Zuverlässigkeit einer Verbindung bedeutet im industriellen Umfeld den Unterschied zwischen reibungsloser, planbarer und kosteneffizienter Produktion oder ungeplanter Stillstandzeit und unkalkulierbaren Kosten.
Im Bereich der Rundsteckverbinder ist die klassische Verriegelung wie eingangs beschrieben die Schraubverriegelung mittels metrischem Gewinde. Durch sie wird eine robuste und IP65/67 geschützte Verbindung hergestellt. Wermutstropfen dieser Technik ist die Montagezeit und der dafür benötigte Platz von Werkzeugen zur Kontrolle des korrekten Anzugsdrehmomentes.
Im Bereich der Rundsteckverbinder bietet Harting daher die PushPull-Technik an, die in wenigen Sekunden ohne Werkzeug und mit einem gut wahrnehmbaren Click verriegelt. Sie spart bis zu 70 Prozent Montagezeit gegenüber bisherigen Schraubverriegelungen ein und ist auch von angelerntem Personal schnell und sicher zu bedienen. Zudem bietet die PushPull-Verriegelung gleiche oder sogar höhere Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse. Zum Lösen einfach den Verriegelungsring fassen, ziehen und die Verbindung ist getrennt.
Für M23 heißt diese schnelle Alternative zur Verschraubung Comfortable-Lock, kurz Com-Lock, und wird mittels einer Viertelumdrehung des Sicherungsrings verriegelt. Das Prinzip erinnert in der Handhabung an einen Bajonettverschluss und ist genauso schnell und einfach zu bedienen. Am Markt ist der Trend zu diesen schnell und einfach zu bedienenden Techniken klar zu erkennen. Montagezeit einzusparen bedeutet für Einrichter eine Kostenersparnis und für das Montagepersonal eine Arbeitserleichterung.

3. Anschlusstechniken
Mit Anschlusstechnik ist hier nicht die Verbindung von Stecker zur Buchse gemeint, sondern der Anschluss vom Kabel an den Steckverbinder. Auch dieser Übergang ist, gerade bei Daten- und Power-Verbindungen, ein sensibles Thema. In der Datenweiterleitung muss die Schirmung gegen Übersprechen, Return-loss und Fremdeinstrahlung geschützt werden, in der Leistungsversorgung spielen Kabeldurchmesser und Temperaturen durch Übergangswiderstände eine wichtige Rolle.
Die gängigen Anschlusstechniken im Bereich der Rundsteckverbinder sind Crimp-Verbindungen, bei denen der Kupferleiter in einer Metallhülse verpresst wird. Das Ziel ist stets eine elektrisch leitende und gasdichte Verbindung. Crimpen gilt als sehr zuverlässige und robuste Verbindung, wenn sie sachgerecht ausgeführt ist.
Für feldkonfektionierbare Rundsteckverbinder, die beispielsweise erst beim Errichten einer Betriebsstraße an das passend gekürzte Kabel angeschlossen werden, kommen Schneidklemmen zum Einsatz. Harting nutzt hier im Bereich M12-Steckverbinder die Harax-Schneidklemme, die sich durch eine einfache und schnelle Bedienung sowie einen sicheren Anschluss auszeichnet. Diese Verbindung ist resistent gegen Schock, Vibrationen und bietet ebenfalls eine solide und gasdichte Verbindung für Litzen- und Einzeladern. Eine weitere Technik ist die Verschraubung, bei der der Leiter mittels einer Klemme und einer Schraube festgezogen wird. Auf der Geräteseite werden Buchsen in der Regel über verschiedene Löttechniken verbunden. Hier bietet Harting Lösungen für Wellenlötanlagen oder auch für Reflow-Lötanlagen. In den großen M23-Vertretern können Leiter in vorbereitete Hülsen eingelötet werden.

 

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