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Rückgrat der Automation

Steckverbinder
Rückgrat der Automation

Das Jahr 2015 markiert das 30-jährige Bestehen der staub- und wasserdichten M12-Steckverbindungstechnik in der Industrieautomatisierung. In den vergangenen Jahren hat sich dieses Steckverbindungssystem als optimale Lösung für zuverlässige und robuste Verbindungen in rauen Umgebungen etabliert. Doch wie ist die Entwicklung der Steckverbinder verlaufen und weshalb sind sie zur bevorzugten Schnittstelle der heutigen Industrieautomatisierung geworden?

Die Autoren: Tim Senkbeil, Produktlinienleiter M8/M12, und Fabian Seymer, Global Product Manager M8/M12 bei Belden

Die Geschichte von M12- und M8-Steckverbinder geht auf das Jahr 1982 zurück. Damals wurde mit dem RK30 ein wasserdichter, runder, 3-poliger Steckverbinder mit 7/8-Zoll-Verschraubung vorgestellt. Dieser umspritzte Steckverbinder gemäß IP67 war staubdicht und blieb auch bei temporärem Eintauchen wasserdicht. Dieser Vorgänger des M12 eignete sich zum Anschluss industrieller Sensoren und kam im Rahmen der Industrieautomatisierung erstmals in einem Automobilwerk zum Einsatz.
Dieser Markt ist auch heute noch ein Schlüsselbereich für den M12. Davor waren die Möglichkeiten eingeschränkt. Ingenieure hatten bis dato nur die Möglichkeit, Punkt-zu-Punkt zu verdrahten. Diese Lösungen hielten den harten Umgebungsbedingungen häufig nicht stand und verursachten außerdem hohe Instandhaltungskosten.
Der M12-Steckverbinder wurde 1985 vorgestellt und stand während der Hannover Messe 1985 im Zentrum der Aufmerksamkeit. Der M12 in 3-und 4-poliger Version setzte auf das, im Vergleich zum 7/8-Zoll-Steckverbinder, kleinere metrische Gewinde M12, verfügte über Schutzart IP67 bei geringerem Nennstrom.
Die 4-polige Version erlaubte es, leistungsfähige Sensoren und Aktoren in ein System aufzunehmen und anzuschließen. Damals ahnte niemand, dass diese Produktvorstellung die Entwicklung der Steckverbinder im Bereich der Industrieautomatisierung für die nächsten drei Jahrzehnte bestimmen würde. Der M8-Steckverbinder kam vier Jahre später, also 1989, auf den Markt.
Auf die Markteinführung des M8 folgte die Standardisierung sowohl des M8- als auch des M12-Steckverbinders gemäß IEC 61076-2-101, was damit die nahezu universelle Anwendung im Bereich industrieller Steuerungssysteme ermöglichte.
Anwendungsmöglichkeiten für M8- und M12-Steckverbinder
Der M8 und der M12 werden heute bevorzugt verwendet, wenn robuste, staub- und spritzwasserbeständige Steckverbinder benötigt werden. Abgesehen von der Automobilindustrie setzen auch andere Branchen mittlerweile auf die Zuverlässigkeit dieser robusten Steckverbinder. Dazu zählen u.A. Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, Maschinenbau, Kunststoff- und Kautschuk-Produktionen, Textilindustrie sowie Hersteller von Druckerpressen.
Auch als Anschlusstechnik für Sprühventile im landwirtschaftlichen Bereich oder von Kühlmittelventilen in HVAC-Systemen kommen sie zum Einsatz. Die große Vielfalt an Kabeltypen, Steckerausrichtungen und Codierungen ermöglicht es, mit M8- und M12-Steckverbindern vielfältige Aufgaben zu lösen und zahlreiche Anwendungen zu realisieren.
Seit der Einführung der 3- und 4-poligen M12 sind viele weitere Versionen verfügbar. Die Komponenten werden sowohl in gerader als auch gewinkelter Bauform angeboten und sind in 3-, 4-, 5-, 8-, 12- und 17-poliger Ausführung erhältlich. Außer in der Schutzart IP67 sind M8 und M12-Steckverbinder auch in IP65, IP68 und IP69K verfügbar. Dadurch können sie in den anspruchsvollsten Anwendungsbereichen eingesetzt werden, selbst dort, wo Hochdruck-Reinigungsvorgänge verlangt werden.
Für Applikationen, in denen korrosive Substanzen eingesetzt werden, stehen Steckverbinder aus chemikalienbeständigen Materialien wie Edelstahl zur Verfügung. Darüber hinaus gewährleisten folgende, geläufige Kodierungen in M12-Steckverbindern die betriebssichere Installation:
  • A-Codierung – für Sensoren und Aktoren
  • B-Codierung – Profibus-Feldbusanschlüsse
  • C-Codierung (Federpass) – AC-Sensoren und Aktoren
  • D-Codierung – 100-Mbit/s-Ethernet/IP, 4-polig
  • X-Codierung – 10-Gbit/s-Ethernet/IP, 8-polig
Darüber hinaus ergibt sich über die die Kombinationsfähigkeit der Steckverbinder mit verschiedenen Kabeln eine außergewöhnliche Vielfalt an Lösungen. Die derzeit geläufigste Form stellen mit PVC ummantelte Kabel dar, die in verschiedenen Farben lieferbar sind. Zudem eignet sich PVC hervorragend für den Einsatz in industrietypischen Applikationen. Eine Polyurethan-Ummantelung (PUR) hingegen ist die gute Wahl für Anwendungen, in denen konstante Bewegung und Abrieb zu beachten sind. Auch PUR-ummantelte Kabel gibt es in vielen Farben, und einige Versionen sind zudem auch halogenfrei erhältlich.
Die Automobilindustrie in den USA arbeitet inzwischen mit Kabeln, die PLTC- und TC-ER-Klassifizierung benötigen. Des Weiteren können auch geschirmte Kabel mit den Steckverbindern kombiniert werden, was insbesondere für Feldbusanwedungen (z. B. Ethernet, Profinet, Profibus, Devicenet etc.) häufig der Fall ist. Zudem werden geschirmte Sensor- und Aktorkabel in Bereichen mit hoher EMV-Belastung sowie für die analoge Signalübertragung eingesetzt. Weitere Kabelversionen sind für hohe Temperaturen ausgelegt, haben eine Armierung und sind beispielsweise zertifiziert nach UL.
Die vielfältigen Wahlmöglichkeiten erschweren jedoch die Entscheidung für eine geeignete Verbindungsleitung. Vor der Auswahl ist es deshalb unbedingt notwendig, die Einsatzbedingungen zu analysieren und die erforderlichen Eigenschaften entsprechend festzulegen.
M8 und M12 − die Lösung
Bei einem Automatisierungssystem, das mit M12- und M8-Steckverbindern angeschlossen ist, sind die Montage, das Testen sowie die Instandhaltung wesentlich effizienter und damit kostengünstiger. Obwohl die Anfangsinvestitionen in Verbindungsleitungen und Steckverbinder höher sind, können durch die Verwendung von M8 und M12 Kosten bei Arbeitsaufwand und Instandhaltung eingespart werden.
Auch die Inbetriebnahme und das Testen einer Maschine nehmen deutlich weniger Zeit in Anspruch. Ein Großteil der für die Inbetriebnahme aufgewendeten Zeit ist das Ergebnis falsch verdrahteter Geräte. Umspritzte Verbindungsleitungen mit festgelegten Pinbelegungen eliminieren diese Verdrahtungsfehler. Außerdem ergeben sich aus geringeren Ausfallzeiten weitere Effizienzsteigerungen für Unternehmen, da Verbindungsleitungen einfach und ohne größeren Zeitaufwand ausgetauscht werden können. Auch angeschlossene Sensoren und Aktoren können ausgetauscht werden, ohne dass das System insgesamt neu verdrahtet werden muss.
Die Auswahl der richtigen Verbindungsleitung
Wie bei den meisten verfahrenstechnischen Entscheidungen muss eine Balance zwischen Kosten und Leistung gefunden werden. Die Verwendung eines armierten Kabels mit Edelstahl-Kupplungsmuttern ist beispielsweise nicht die effizienteste Lösung für eine Anwendung im Schaltschrank. Zuerst sollte also eine Liste der Umgebungsbedingungen der Applikation erstellt werden, um dann mit der Suche nach einer kostengünstigen Lösung zu beginnen. Ein ungeschirmtes Kabel mit PVC-Ummantelung ist meist die günstigste Variante. Kabel mit PUR-Mantel sind dagegen eine gute und nur wenig teurere Wahl, wenn es notwendig ist, das Kabel flexibel zu verlegen.
In einer Umgebung mit hoher elektromagnetischer Belastung kann ein abgeschirmtes Kabel notwendig sein, um eine verlässliche Kommunikation zwischen Sensoren und Aktoren sicherzustellen. Ist die Installation regelmäßig Wasser ausgesetzt oder befindet sie sich in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit bzw. Salzsprühnebel, sollten Steckverbinder mit Edelstahl-Verschraubungen eingesetzt werden. I

Info & Kontakt

Belden Electronics GmbH Neckartenzlingen
Tel.: 07127 14-0
Weitere Informationen zu den Steckverbindern
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