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Lösungen
09/11/2018

Energiehungrige Anwendungen versorgen

Standard für zukünftige Leistungssteckverbinder
Matthias Domberg
Matthias Domberg
Produktmanager, HARTING Electronics

Die stetige Miniaturisierung ganzer Geräte betrifft neben der Daten- und Netzwerktechnik auch immer stärker die eingesetzte Antriebstechnik. Hier gilt das gleiche Prinzip wie in der Datenübertragung. Komponenten sollen kleiner, leichter und gleichzeitig leistungsfähiger werden. Ein Problem stellten aber immer die Schnittstellen zur Spannungsversorgung dar. Lösung könnte hier der M12 in K-Kodierung sein.

Standard für zukünftige Leistungssteckverbinder

Das Streben nach Miniaturisierung und Platzersparnis greift auf alle Komponenten des Gerätebaus über. Gehäuse, Rechnersysteme, Netzwerkanbindung – alles wird in seinen Abmessungen reduziert. Gleichzeitig aber mit mehr Leistung, Geschwindigkeit oder Stabilität versehen. So muss auch die Antriebstechnik schrumpfen. Für elektrische Antriebe mit hoher Leistungsaufnahme war die 7/8“-Schnittstelle bisher Standard. Diese ist jedoch größer und kostet Platz. Auf manchen I/O-Boxen findet man für Daten und Signale nun M12-Buchsen. Mit M12 in K-Kodierung (630 V, 16 A)  wird nun die Lücke zur L-Kodierung (63 V, 16 A) geschlossen und die Grenze der Leistungsdichte weiter nach oben verschoben.

 

Energiehungrige Anwendungen versorgen

Im Bereich der international weit verbreiteten Rundsteckverbinder wurden Spannungsversorgungen bisher über M12 A-Kodierungen übertragen, die aber schnell an ihre Leistungsgrenzen stoßen. Für deutlich energiehungrigere Anwendungen wurde dann die 7/8“-Schnittstelle verbaut. Alles dazwischen musste über andere Schnittstellen abgedeckt werden. Um diese Lücke im Bereich der metrischen Rundsteckverbinder zu schließen, mussten neue Kodierungen und Normen nachgezogen werden.

Im Bereich der PNO (PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.) gibt es dafür im Niederspannungsbereich den L-kodierten M12. Mit Spannungen von 63V bei 16 A ist die L-kodierte M12-Schnittstelle die genormte Lösung für I/O Boxen in der PROFINET-Umgebung. Diese kommen bevorzugt im Bereich der Automobilproduktion zum Einsatz. Sollen aber Antriebe mit höherer Leistungsaufnahme über eine platzsparende Schnittstelle versorgt werden, reichten die Eckdaten der L-Kodierung nicht aus und werden nun durch die K-Kodierung erweitert.

Mit der K-Kodierung kann nun planerisch und technisch der letzte schwarze Fleck auf der Landkarte der Energieversorgung gestrichen werden. Mit 630V bei 16A AC stehen etwa 7kW und damit mehr als genügend Leistung zur Verfügung. Bei Leistungsdaten dieser Größenordnung in einem kompakten M12-Gehäuse, musste ein besonderes Augenmerk auf die Luft- und Kriechstrecken gelegt werden, damit ein ausreichender Schutz der Anwender gewährleistet ist. Dies wird durch einen direkt am Gehäuse angebrachten PE-Kontakt gelöst, der im Steckgesicht als Voreiler, also ein voreilender Kontakt, ausgelegt ist. So lassen sich etwaige Spannungen abführen und im Zweifelsfall ein Überschlag auf das Gehäuse oder von Kontakten untereinander ableiten. Die Leiterplattenbuchse wurde kontaktseitig ebenfalls gegen Spannungsüberschläge geschützt. Dazu sind alle seitlich angebrachten Niederhalter (Einlötpfosten), gegenseitig durch einen Isolierkörper-Stern voneinander getrennt, der beim Leiterplattendesign bedacht werden muss.

Auch mit PushPull

Kabelseitig wird es die K-Kodierung als Crimpversion geben. Als Verriegelung wird neben der bekannten und M12-typischen Verschraubung, auch die neue PushPull-Verriegelung angeboten, die schnell und mit einer akustischen Rückmeldung verriegelt. Neben der K-Kodierung, die leistungstechnisch die Spitze bildet, bedienen die M12-Kodierungen S-, M-, T- und L- die gestiegenen Anforderungen an kleine Schnittstellen zur Spannungsversorgung.

Begriffe der Steckverbindertechnik
 

Crimpverbindung

Eine durch Crimpen hergestellte lötfreie Verbindung. Mit Hilfe eines Crimpwerkzeugs wird der Anschlussbereich des Kontaktteils verformt und damit eine feste, gasdichte Verbindung mit dem Leiter hergestellt. Crimpen eignet sich für ein- oder mehrdrähtige bis feinstdrähtige Leiter (Litzen). Die Crimpverbindung kann durch Handcrimpwerkzeuge oder auf halb- oder vollautomatischen Crimpmaschinen hergestellt werden. Das Abisolieren der Leitungen und das Crimpen der Kontaktteile lässt sich maschinell in einem Arbeitsgang durchführen. (Anforderungen und Prüfungen nach DIN EN 60352)

Voreilender Kontakt

Erfordert der Schaltungsaufbau, dass ein oder mehrere Kontakte eines Steckverbinders beim Stecken zuerst Kontakt herstellen (Schutzleiter oder Masse) oder sich beim Ziehen als letzte trennen, werden verlängerte Kontakte eingesetzt.

Codierungen von M12-Steckverbindern

In der Automatisierung gehört er zu den Standards: Der M12-Steckverbinder ist ein Rundsteckverbinder mit metrischem Verriegelungsgewinde, der in mehreren Varianten und Kodierungen für verschiedene Anwendungen hergestellt wird. Mittlerweile ist der M12-Steckverbinder das weltweit führende Anschlusssystem für Sensoren, Aktoren sowie Feldbusse und in der Netztwerktechnik. Eine spezielle Kodierung sorgt dafür, dass der Stecker nicht falsch angeschlossen werden kann. Die Polzahlen reichen bei der A-Kodierung von 2 bis 17. Geschirmte Versionen werden in 4- und 5-poliger Ausführung mit A- und B-Kodierung in Feldbussen eingesetzt und sind standardisiert. Für Ethernet bis 100 MBit wird die 4-polige D-kodierte Version und im Gigabitbereich die 8-polige X-kodierte Ausführung verwendet.

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