Um über die gesamte Lebensdauer von Servomotoren eine zuverlässige elektrische Verbindung zu gewährleisten, müssen die verwendeten Steckverbinder mechanisch robust konstruiert sein und Vibrationen und Erschütterungen standhalten. Weder Temperaturen von +80 °C und mehr, die während des Betriebs häufig entstehen, dürfen ihnen etwas anhaben, noch dürfen sie ihre Umwelt durch die Emission von elektromagnetischen Feldern unzulässig beeinflussen. Gerade bei Servomotoren treten diese Felder oft auf, da sie aufgrund ihres Funktionsprinzips durch eine modulierte Rechteckspannung angetrieben werden. Die Gesetzgebung zur Elektromagnetischen Verträglichkeit schreibt vor, dass Störaussendungen so gering wie möglich zu halten sind. Eine weitere Anforderung, die vor allem Steckverbinder für Motoren von Werkzeugmaschinen erfüllen müssen, ist ein hoher Schutz gegen das Eindringen von Flüssigkeiten und Fremdkörpern.

Bis vor rund 25 Jahren waren Motorsteckverbinder stark an militärischen Standards ausgerichtet, insbesondere hinsichtlich Bauform, Schirmanbindung und Leitungsabdichtung. Sie konnten zwar in der Industrieautomatisierung eingesetzt werden, eigneten sich für dieses Szenario aber nicht optimal: Sie waren unhandlich, die Kontakte ließen sich meist nicht crimpen, sondern mussten angelötet werden, und die Anbindung der Schirmung war aufwendig und von geringer Güte. Da es zudem in der Mehrzahl nur eine Kabelabgangsrichtung auf der Motorseite gab – das Prinzip lautete häufig gerader Einbau des Steckverbinders und gewinkelter Kabelstecker –, mussten vergleichsweise hohe Einbauräume vorgesehen werden.

Industriegerechte Anschlusstechnik

Neue Generation ­Hybrid-Steckverbinder für Leistungs-, Signal- und Datenübertragung für OCT-Anwendungen (one cable technology).

© TE Connectivity

Mitte der 1990er-Jahre brachte TE Intercontec den ersten Rundsteckverbinder für die Motoranschlusstechnik auf den Markt, der auf Zink-Druckguss-Technik basierte und speziell für die Industrieautomatisierung entwickelt worden war. Diese Technik bildete zugleich die Grundlage für weitere Entwicklungen auf diesem Gebiet bis heute.

Den Anfang machte ein um 330° drehbares Winkelgehäuse für den Motoranbau. Es folgte ein Verriegelungssystem, das für eine dreimal schnellere Installationszeit im Vergleich zur Standard-Schraubverriegelung sorgt. Weitere Stationen waren der erste Hybridrundsteckverbinder, der Signale, Daten und Leistung übertragen kann, und die kleinste, auf den M12-Abmessungen beruhende Einkabellösung für die Motorkonnektivität. Mit der Kronenklemmung wurde bauformübergreifend eine zeitsparende Schirmkontaktierung ermöglicht, da der Schirm nicht mehr abgeschnitten werden muss, sondern durch einen speziellen Mechanismus aufgerollt wird, ähnlich wie ein Gartenschlauch.

Welche technischen Herausforderungen bewältigt werden mussten, um diese Entwicklungen zu realisieren, verdeutlicht das Beispiel der Hybridrundsteckverbinder. Denn um sowohl Signale und Daten als auch Leistung zu übertragen, ist nicht nur eine hohe Packungsdichte der Kontakte erforderlich, auch die Integrität der Daten und Signale in einem Umfeld mit elektromagnetischen Feldern muss sichergestellt werden. Daher musste besonderes Augenmerk darauf gerichtet werden, dass die für den Einsatz in der Industrieautomatisierung vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken gewährleistet sind, obwohl in diesem Umfeld immer wieder mit Verschmutzung zu rechnen ist, die temporär auch leitfähig sein kann. Typischerweise haben die Hybridrundsteckverbinder von TE vier Leistungskontakte für Stromstärken bis 30 A sowie maximal sechs Kontakte für Signale und bis zu drei separat geschirmte Kontaktpaare für Daten, die alle in ein Gehäuse der Bauform M23 integriert sind. 

Einhaltung elektrotechnischer Normen

Erreicht wird dies durch einen präzisen symmetrischen Aufbau des Steckgesichts sowie dadurch, dass die Daten normalerweise über geschirmte 2-Draht-Leitungen übertragen und somit Gleichtaktstörungen stark unterdrückt werden. Um die notwendige Abschirmung dieser empfindlichen Leitungen sicherzustellen, wird ein separates Schirmelement verwendet. Damit sich die Hybridsteckverbinder trotz der hohen Packungsdichte ohne Spezialwerkzeuge leicht montieren lassen, verfügen sie über mehrteilige, klappbare Kontaktträger, in die die Kontakte seitlich eingeclipst werden.

Der NFC-Chip im Steckverbinder lässt sich mittels eines handelsüblichen Smartphones auslesen.

© TE Connectivity

Mit den Rundsteckverbindern müssen Motorenhersteller nur noch eine Schnittstelle implementieren anstatt wie zuvor zwei, wenn sie Hybridrundsteckverbinder einsetzen. Anlagenbetreiber können den Verkabelungsaufwand reduzieren und die Motoren schneller anschließen. Zum anderen steigt die Flexibilität. Denn die um 330° drehbaren Winkelgehäuse für den Motoranbau sorgen dafür, dass die Kabelabgangsrichtung vor Ort festgelegt werden kann, was beispielsweise im Sondermaschinen- und Anlagenbau hilfreich ist. Andernfalls müssen die Motorenhersteller Versionen mit verschiedenen Kabelabgangsrichtungen bereitstellen, um unterschiedliche Installationsanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus erleichtern die drehbaren Winkelgehäuse die Installation, insofern als die Steckverbinder dort auf den Motor gesteckt werden können, wo sie mit der Hand gut erreichbar sind, und sich dann aus dem Einbauraum wegdrehen lassen, damit die Kabel nicht stören. Die Motorrundsteckverbinder lassen sich leicht konfektionieren und sind durch eine robuste Konstruktion unempfindlich gegenüber Vibrationen und Erschütterung wie auch rauen Umgebungsbedingungen und elektromagnetischen Feldern. 

‚Intelligenter‘ Motoranschluss

Um die Handhabung und den Funktionsumfang von Motorrundsteckverbindern weiter zu verbessern, arbeitet TE an weiteren Lösungen. Ein Beispiel ist die Magnetdraht-Anschlusstechnik, wie sie bereits im Automobilbereich und bei Konsumgütern genutzt wird. In vielen Motoren (etwa für Lüfter oder Waschmaschinen) ist es heute üblich, den Kupferlackdraht für die Motorwicklungen vor der Weiterverarbeitung nicht mehr mit mechanischen, thermischen oder chemischen Verfahren abzuisolieren, sondern durch die auf der Schneidklemmtechnik basierende ‚MagnetWire‘-Technologie zu verbinden. Da dieses Verfahren zunehmend auch in Industriemotoren eingesetzt wird, soll die neue Lösung von TE eine einfachere Verbindung zwischen dem äußeren Motorsteckverbinder und der inneren Motorwicklung ermöglichen.

Eine andere marktreife Entwicklung sorgt für eine ‚intelligente‘ Motoranschlusstechnik. Hierzu bekommen die Rundsteckverbinder einen RFID-Chip implementiert, der dafür sorgt, dass sie eindeutig identifiziert werden können. In einem zweiten Schritt soll dies auch für komplette Kabelbaugruppen möglich sein. Dadurch lassen sich diese Produkte exakt nachverfolgen oder über die Cloud zusätzliche Informa-tionen wie Qualitätsdokumente, Stücklisten oder Bestelldaten einsehen. Damit kommt auch die Motorkonnektivität im Web an.

Autor:
Claus Kleedörfer verantwortet als Globaler Produktmanager das Portfolio der Intercontec-Produkte bei TE Connectivity Industrial in Niederwinkling.