Gerätesteckverbinder für die Industrie 4.0

Jürgen Sahm, Produkt-Marketing Pluscon Circular, Business Area Device Connectors, Phoenix Contact Connector Technology GmbH, Herrenberg

Das Leitbild der Industrie 4.0 steht für die zunehmende Individualisierung von Produkten unter den Bedingungen einer hochflexiblen automatisierten Serienproduktion. Die Basis dafür schaffen Komponenten wie Sensoren und Aktoren, I/O-Module und Steuerungen. Ohne diese intelligenten Geräte wären automatisierte Regelkreise – und damit Losgröße 1 zu den Kosten der Serienproduktion – schlicht unmöglich. Die Intelligenz dieser Geräte liegt aber nicht allein in ihrer elektrischen Funktionalität. Ohne Schnittstellen und Übertragungslösungen für Signale, Daten und Leistung würden die Geräte wichtige Funktionen nicht erfüllen. Und so bestimmen auch passive Anschlusskomponenten wie Geräte- und Feldsteckverbinder, wie funktional ein Gerät ist – und wie flexibel es sich an unterschiedliche Anwendungsbereiche anpasst.

Mit der zunehmenden Verbreitung entsprechender Kommunikationsteilnehmer in der Industrie- und Prozessautomation haben Hersteller zahlreiche und oft proprietäre Verkabelungslösungen geschaffen. Ob als Leiterplattenanschluss oder Feldsteckverbinder, ob rund oder rechteckig, ob für analoge oder digitale Signale – für immer neue Anwendungsbereiche entstanden zahlreiche neue Lösungen. Mit der vierten industriellen Revolution stehen die Anbieter nun vor der Herausforderung, diese Lösungen zu vereinheitlichen – um Geräteherstellern, Maschinenbauern und Anlagenbetreibern weltweit flexible Automationsstrukturen zu ermöglichen.

Individualisierung dank Standardisierung? Was zunächst wie ein Widerspruch ausschaut, ist tatsächlich ein Eckpfeiler einer auch künftig wettbewerbsfähigen Massenproduktion. Durch das Zusammenwachsen etablierter Industriestandards und neuer Materialien, Technologien und Produktionsprozesse entsteht ein neuer Grad an Flexibilität bei hoher Konformität. Ein Beispiel sind Rundsteckverbinder der etablierten Baugrößen M8 und M12. In der Verkabelung von Sensoren und Aktoren sowie zur Signal- und Datenübertragung von Maschinen und Anlagen sind sie längst unverzichtbar. Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Automationskomponenten im Feld werden die kompakten Steckverbinder inzwischen auch zur Leistungsversorgung eingesetzt.

Für den Leistungsanschluss kompakter Motoren und Geräte hat Phoenix Contact bereits 2011 die Produktfamilie M12 Power auf den Markt gebracht. Mit der Erweiterung des M12-Standards auf die Leistungsübertragung wurde die letzte Lücke in der durchgängigen Klassifizierung des M12-Steckverbindersystems geschlossen. Für den Anwender bedeutet dies einerseits erhöhte elektrische und normative Sicherheit, da alle Komponenten in IEC-Normen verbindlich beschrieben und durch die Hersteller geprüft und zugelassen sind. Andererseits kann er seine Geräte nun über ein einziges durchgängiges Verkabelungssystem anschließen. Damit schafft der M12-Standard eine große Flexibilität. Hohe Kontaktdichten mit bis zu 17 Polen, schnelle Übertragungsraten von bis zu 10 GBit/s und Leistungen bis 630 V und 16 A sind ebenso möglich wie die Hybridverkabelung zur gleichzeitigen Übertragung von Signalen, Daten und Leistungen mit nur einem Steckverbinder.

Jüngstes Beispiel für die Hersteller-übergreifende Verzahnung durch Standardisierung sind die Gerätesteckverbinder der Produktfamilie M12 Power in K-, L- und M-Kodierung. Phoenix Contact hat die bisher 4-poligen Varianten in S- und T-Kodierung um noch leistungsfähigere 5- und 6-polige Ausführungen ergänzt und diese gleichzeitig in die IEC 61076-2-111 der internationalen Normierung eingebracht. Auf diesem Standard aufbauend, hat sich – im Hinblick auf Industrie 4.0 – ein anwendungsspezifischer und dabei Hersteller-unabhängiger Industriestandard entwickelt: Die Profibus- und Profinet-Nutzerorganisation PI hat den M12 Power mit L-Kodierung inzwischen als Standard für die Niederspannungsversorgung von Automatisierungsgeräten mit bis zu 63 V und 16 A definiert.

Die Gerätesteckverbinder eignen sich zur direkten Leiterplattenmontage im Wellen-, THR- oder SMT-Lötverfahren sowie für die Geräte- und Schaltschrankmontage mit vorkonfektionierten Litzen bis 2,5 mm². Ein Vorteil des zukunftsfähigen Baukastens: Alle Polbilder einer Baugröße verfügen über eine einheitliche Design-in-Bauform. So können die Gerätehersteller alle Leiterplattenanschlüsse einer Baugröße mit einem einheitlichen Leiterplatten- und Gerätewand-Niveau realisieren. Diese Standardisierung senkt die Produktionsaufwände für unterschiedliche Geräte-Designs erheblich – und erlaubt gleichzeitig hochadaptive Geräte, die sich einfach in etablierte Verkabelungsinfrastrukturen integrieren lassen. Besonderen Fertigungskomfort bieten sogenannte Varioport-Gehäuseverschraubungen, die prozessbedingte Fertigungstoleranzen zwischen Leiterplatte und Gehäusedurchführung bis zu 1 mm ausgleichen – womit mechanische Spannungen zwischen Geräteport und Leiterplattenanschluss und damit Belastungen der Lötstellen vermieden werden. Der Einsatz aufwändiger CNC-Verfahren bei der Fertigung kann auf diese Weise entfallen.

Die Gehäuseverschraubungen sind einfach montierbar und selbstjustierend, und sie arretieren zuverlässig, sobald der Kabelsteckverbinder von außen am Geräte-Port verschraubt wird. Auch im ungesteckten Zustand kann wegen der Verschraubung weder Wasser noch Schmutz in das Gerät eindringen. Die schock- und vibrationsfesten Varioport-Verschraubungen sind zudem durchgängig gegen elektromagnetische Einflüsse geschirmt und eignen sich daher auch für den Einsatz in anspruchsvollen industriellen Umgebungen wie beispielsweise in dezentralen Feldbusverteilern. co

Rundsteckverbinder für den direkten Leiterplattenanschluss: Gerätesteckverbinder für den Reflow-Lötprozess ermöglichen wirtschaftliche und kompakte Geräteanschlusslösungen zur Daten-, Signal- und Leistungsübertragung. Sie bieten: