Von Bernhard Rupp

Der Cm2 kombiniert rechteckige Isolierkörper für Power und Feedback im Zinkguss-Gehäuse.

Üblicherweise werden auf geregelten Antrieben jeweils ein Feedback- und ein Leistungssteckverbinder in Form zweier M23-Steckverbinder verwendet. Der Systemaufbau beider Bauelemente ist ähnlich; die Unterschiede liegen lediglich in der Ausführung der Isolierkörper, der elektrischen Gehäuseverbindung und des Erdkontaktes. Bei den Feedback-Steckverbindern, die zur Ansteuerung des Encoder/Resolver-Regelkreises benötigt werden, stehen je nach verwendetem Gebertyp bis zu 17 Kontakte zur Verfügung. Der zur Leistungseinspeisung eingesetzte Power-Steckverbinder ist dank einer Mischbestückung zur Bestromung der 3-phasigen Wicklung und zusätzlich für die Ansteuerung der Bremse und des Thermosensors geeignet. Essenziell ist hier die 360°-Abschirmung, da die Sensorleitungen wie Antennen wirken können.

Das Problem: Obwohl die verwendeten Steckverbinder wie der M23 relativ klein sind, überschreiten die Außenabmessungen dennoch häufig die Wunschmaße des Kunden. Das „CmX“-Steckverbindersystem von ITT Cannon soll dieses Größenproblem beseitigen. Zum besseren Verständnis jedoch zunächst ein Blick in die Historie der Servoantriebs-Steckverbinder.

Anleihen beim Militär

Parallel zu Entwicklung und Verbreitung der Drehstrom-Servoantriebe in den siebziger Jahren begann die Nachfrage nach Steckverbinder-Entwicklungen zum Anschluss dieser Antriebe. Bereits die Servoantriebe der ersten Generation erlebten eine rasante Verbreitung, da durch die verschleißfreien Maschinen neue Wege in der Prozessautomation beschritten werden konnten. Bei den Anwendern entstand zudem der Wunsch nach einer schnellen Austauschbarkeit der Antriebe – was durch die Verwendung von Steckverbindern erleichtert wurde, da sich so Stillstandzeiten der Maschinen erheblich minimieren ließen. Ergo wurden die ursprünglich verwendeten so genannten „Klemmkästen“ schnell zur Ausnahmeerscheinung und durch Rundsteckverbinder mit Metallgehäuse ersetzt. Solange es allerdings noch keine spezifischen Steckverbinder für Servoantriebe gab, griffen die Hersteller auf Steckverbinder aus dem militärischen Anwendungsbereich zurück.

Die Funktion der Leistungs- oder Signalübertragung, die bisher jeweils durch einen kompletten Rundsteckverbinder übernommen wurde, ist auf ein Gebilde bestehend aus Kontakten, Isolierkörpern, Crimphülsen und Dichtungen geschrumpft.

Im asiatischen Raum und teilweise auch in den USA setzen Hersteller noch heute häufig auf MS5015-basierende, weitgehend nicht normkonforme Steckverbinder mit militärischem Hintergrund. Innerhalb der neunziger Jahre kristallisierte sich jedoch neben dieser breiten Subkultur inkompatibler, kundenspezifischer Steckverbinder-Entwicklungen ein Standard heraus, der als #I oder M23 bekannt ist. Dieses von Hypertac entwickelte Steckverbindersystem eignet sich für Servoantriebe im Leistungsbereich von 0,5 bis 5kW. Darüber hinaus umfasst das Spektrum der Leistungsstecker noch die Typen #1,5 (M40) und #3 (M58). Sie finden jedoch nur auf großen Antrieben im Leistungsbereich von 7 bis 50kW Anwendung. Ein Hersteller hat sein Programm durch einen M17-Power- und Feedback-Steckverbinder erweitert.

Wie sieht nun die Lösung von ITT aus? Alle Steckverbinder der „CmX“-Serie beruhen auf nur einem Metallgehäuse, das sowohl den Stecker für die Leistungsübertragung als auch den für die Signalübertragung integriert. Dadurch ist die Baugruppe sehr flach – 20mm bei Cm3 versus 32mm Höhe bei M23 und 36,6mm bei M17. Das Gehäuse bietet eine vereinfachte interne Verkabelung und der Installationsaufwand verringert sich. Insgesamt reduziert sich die Fläche für den Footprint auf dem Servomotor um etwa die Hälfte. Last but not least lässt sich zudem Gewicht einsparen.

Die einzelnen Steckverbindertypen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Abmessung des Power-Steckverbinders; der Feedback-Steckverbinder ist in seiner Größe jeweils gleich gehalten. Beim Cm2 und beim Cm3 werden rechteckige Isolierkörper für Power und Feedback in einem Zinkguss-Gehäuse vereint. Die so genannten Schmetterlings-Isolierkörper vereinfachen den Kontakteinbau oder gegebenenfalls -ausbau. Der modulare Aufbau ermöglicht je nach Encoder-Typ oder Einsatzfall die Verwendung von ein bis drei Feedback-Isolierkörpern mit jeweils sechs Kontakten. Sowohl der Leistungsals auch die Signalisolierkörper sind durch variable Abtrennungen im Gehäuse abgeschirmt. Entsprechend der Verlegung der Signalleitung für Bremse und Thermosensor kann der Anwender mit verschiedenen Gehäusevarianten arbeiten.

Herausforderungen bestanden in der IP67-Abdichtung, der Zugentlastung und Schirmauflage. Der Steckverbinder weist eine komplett neu entwickelte Art der Crimpung (W-Crimp) des Kabelaußenmantels auf: Mittels einer inneren und äußeren Crimphülse, zwischen die der Kabelschirm gelegt wird, werden sowohl die Zugentlastung als auch die elektrische Kontaktierung des Kabelschirms bewerkstelligt. Diese etwa 15mm lange Crimpzone wird mittels eines übergeschobenen Dichtungsteils sowohl zum Gehäuse als auch zum Kabel vollkommen abgedichtet. Die erreichbaren Zugentlastungswerte liegen je nach verwendetem Leitungstyp bei über 100 N, was das Niveau vergleichbarer Verschraubungen wie PG oder metrisch deutlich übersteigt (<60 N).

Autor

Bernhard Rupp ist Mitarbeiter von ITT Cannon in Weinstadt.

Die CmX-Serie

Derzeit gibt es die CmX-Steckverbinder in drei verschiedenen Größen. Cm2-Bauteile sind in Nieder- und Hochspannungsversionen verfügbar. Modifizierte Cm3-Steckverbinder stehen in einer Standardversion mit einem Leistungssteckverbinder und zwei Signalkontakten bereit und darüber hinaus in einer neuen, höher belastbaren „2x power“-Version. Diese Version bietet einen Standard-Leistungssteckverbinder mit drei Leistungskontakten und einem Erdkontakt sowie einen zusätzlichen Leistungssteckverbinder mit vier Leistungskontakten für die zweipoligen Brems- und Temperatursensor-Signale. Darüber hinaus enthalten die Steckverbinder zwei Signalsteckverbinder mit jeweils sechs Kontakten für den Encoder oder Drehgeber. Die Steckverbinder der Baureihe Cm5 mit vier Leistungskontakten zuzüglich vier oder sechs Signalkontakte plus 18 Signalkontakte sind für einen maximalen Strom von 40 A bei 80 ºC ausgelegt.