Die Automatisierungstechnik ist im Wandel – von zentralen hin zu dezentralen Konzepten. Mit anderen Worten: Die Anwender verlagern ihre Geräte vermehrt vom Schaltschrank (IP20) direkt in die Peripherie (IP54 bis IP69k). Einhergeht damit eine immer stärkere Vernetzung und Modularisierung der Komponenten – Stichwort Industrie 4.0 –, die Datenraten steigen enorm an und gleichzeitig ist eine Miniaturisierung von elektrischen Betriebsmitteln und Antrieben bei steigenden elektrischen Kennwerten zu beobachten. Nicht zuletzt bestimmt die Modularität bereits das Engineering im Maschinen- und Anlagenbau. All dem muss die Steckverbinder-Technologie Rechnung tragen.

Die Basis in der Automatisierungstechnik für den Maschinen- und Anlagenbau bilden seit Jahrzehnten die robusten und kompakten Rundsteckverbinder M12. Diskutierten Anwender und Hersteller einst über eine Koexistenz im M12-Bereich von Schraub- und Schnellanschlusstechnik, so ist diese Diskussion mittlerweile „vom Tisch“. Mit einem geschätzten Weltmarktanteil von unter 5 % haben sich M12-Steckverbinder mit Schnellanschlusstechnik nicht durchgesetzt. Der Fokus bei der Weiterentwicklung von M12-Steckverbindern liegt mittlerweile auf den Themen „Kommunikation“ und „Leistungsübertragung“.

S-und T-codierte M12-Steckverbinder für die Übertragung von bis zu 630 V(AC) beziehungsweise 60 V(DC) und 12 A. Beide Varianten sind allerdings nicht steckkompatibel zu anderen M12-Lösungen.

© Weidmüller

Ein Beispiel für diese Entwicklung sind die so genannten M12-X-Type-Steckverbinder für Industrial Ethernet von Weidmüller. Sie erfüllen die Cat.6A-Anforderungen für eine sichere, echtzeitfähige Datenübertragung bis 10 Gbit/s mit hoher Signalreserve. Das entsprechende Portfolio beinhaltet feldkonfek­tionierbare Steckverbinder, umspritzte Leitungen sowie Leiterplattenbuchsen. Die grünen Patchkabel (Querschnitt 4*2*AWG 23/7) sind mit einer neuartigen Umspritztechnologie versehen, die unter anderem Schutz vor Manipulationen bietet. Zudem gestattet das kompakt konstruierte Metallge­häuse der Steckverbinder (IP67) sowie der 360°-Schirmanschluss eine sichere Anwendung unter indust­riellen Um­geb­ungsbedingungen. Das Kontakt­material von Steckverbinder und Leiterplattenbuchse besteht aus CuZn mit vergoldeter Kontaktoberfläche und übersteht mehr als 100 Steckzyklen. Stecker und Buchse eignen sich für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen von –25 °C bis +85 °C.

Wie bereits eingangs erwähnt, finden elektrische Geräte und Antriebe verstärkt im Feld direkt an der Maschine beziehungsweise Anlage Verwendung. Zum Anschließen und „Einschleifen“ dieser elektrischen Betriebsmittel kommen M12-S- und T-codierte Rundsteckverbinder zum Einsatz. Darüber hinaus ist aufgrund der zunehmenden Komplexität der Automatisierungstechnik ein erhöhter Bedarf an Stromversorgungen mit mehr als 250 V und 2 A zu verzeichnen. Diesem Trend Rechnung tragend hat Weidmüller die S-und T-codierten M12-Steckverbinder für den „Leistungsbereich“ für eine Übertragung von bis zu 630 V(AC) beziehungsweise 60 V(DC) und 12 A ausgelegt. Mit einer Länge von 63 mm sind sie trotzdem kompakt ausgeführt.

Die S-codierten M12-Steckverbinder sind mit drei Kontakten und einem voreilenden PE-Kontakt ausgestattet. T-codierte Versionen haben vier gleich lange Kontakte, die mit einer vergoldeten Oberfläche und einem Schraubanschlusssystem ausgeführt sind. Daran lassen sich Leiterquerschnitte bis 1,5 mm2 anschließen. Der Steckverbinder nimmt Leitungen mit einem Durchmesser von 8 bis 11 mm beziehungsweise PG 11 auf. Das Gehäusematerial beider Steckverbinder-Familien besteht aus PA (Polyamid), so dass ein Einsatz im Temperaturbereich von –40 °C bis +85 °C gewährleistet ist. Montiert weisen die Steckverbinder die Schutzart IP67 auf.

Frei anschließbare M12-Steckverbinder gibt es auf dem Markt mit einer Vielzahl von Anschlusssystemen. Aber lange fehlten Versionen mit Crimp-Anschluss. Dieses Manko wurde mit der Ausrichtung der M12-Steckverbinder auf den Maschinen- und Anlagenbau begründet, der der Crimp-Anschlusstechnik in der Vergangenheit mit Skepsis und zum Teil sogar mit Ablehnung gegenüberstand.

Mittlerweile ist auch in diesem Punkt ein Sinneswandel eingetreten, nachdem sich M12-Steckverbinder mit Crimp- und Zugfeder-Anschlusstechnik in vielen Branchen und Applikationen als sehr belastbar erwiesen haben und über viele Jahre problemlos ihre Aufgabe erfüllen – selbst unter schwierigen Bedingungen. Im Fall von Weidmüller handelt es sich dabei um D-codierte M12-Steckverbinder und Steckverbinder als Wanddurchführungen für Profinet, deren Übertragungseigenschaften der Klasse D gemäß IEC 1801-2002 bei einer Datenübertragungsrate von 10/100 Mbits/s entsprechen.

Die Steckverbinder mit ihren vier Kontakten – die mechanische Lebensdauer liegt bei 200 Steckzyklen – sind in Applikationen mit einem Temperaturbereich von –25 °C bis +85 °C einsetzbar bei einer Betriebsspannung von 50 V(DC) und 4 A Bemessungsstrom. Die Crimp-Kontakte sind für Leiterquerschnitte von 0,34 mm2 (AWG 22) bis 0,5 mm2 (AWG 20) ausgelegt, der Leitungseinlass ist für Leiterdurchmesser von 6,5 ±0,20 mm, 6,6 ±0,20 mm, 7,3 ±0,20 mm beziehungsweise 8,3 ±0,20 mm bemessen.

Generell haben sich die Anbieter von M12-Steckverbindern in den vergangenen Jahren gezielt an den Forderungen der Anwender orientiert und ihre Portfolios entsprechend sehr breit aufgestellt. So deckt das M12-Programm heute Power-Applikationen bis 12 A, Signal-Applikationen bis 12 Pole und Daten-Applikationen bis Cat.6A ab. Für Signal-Applikationen werden am Markt zusätzlich 17-polige Varianten angeboten, die aber eher zu den „Exoten“ gehören. Und auch LWL-Steckverbinder für die Signal- und Datenübertragung sind mittlerweile verfügbar. Da von einer  Zunahme der dezentralen Aktorik ausgegangen werden kann, ist im Bereich Power für die Zukunft ein einpoliger M12-Steckverbinder bis 17 A interessant. Der Trend zur Qualitätssicherung via Bildverarbeitung und zu 3-D-Darstellungen auf den Maschinendisplays wird nochmals höhere Datenraten und M12-Steckverbinder bis Cat.7 erfordern. Weiterhin könnten insbesondere für Sonderapplikationen zu den geraden und abgewinkelten Bauformen auch Bauformen hinzukommen, die in verschiedenen Gradzahlen abgewickelt sind. Nicht zuletzt verfügen moderne Schienenfahr­zeuge über umfangreiche Fahrgastinfor­mations- und Entertainment-Systeme, Videoüberwachung und Internet an Bord – auch in diesen Bereichen kommen M12-Steckverbinder vermehrt zum Einsatz und werden speziell darauf abgestimmt.

Die Trends bei M23

Als ideale Ergänzung zu M12/M8 haben sich die M23-Steckverbinder im Maschinen- und Anlagenbau fest etabliert. Während M8- und M12-Steckverbinder zu 80 % zum Verbinden von Sensoren und Aktoren eingesetzt werden – für diese Anwendung wurden sie schließlich konzipiert –, liegt ein Fokus der M23-Steckverbinder auf der Einbindung von elektrischen Antrieben und Servomotoren. Darüber hinaus eignen sich die robusten und leistungsfähigen Steckverbinder aber generell zum Verbinden unterschiedlichster elektrischer Geräte und Betriebsmittel beziehungsweise zum „Einschleifen“ von Funktionseinheiten oder im Feld montierten SAI-Modulen (Sensor-Aktor-Interface). Letztere werden ohne zusätzlichen Schutz vor Ort montiert und für den Anschluss einzelner Sensoren und Aktoren konzipiert, deren Signale zentral gesammelt und über eine Leitung mit M23-Steckverbinder an die E/A-Karten der Steuerung übertragen werden.