Steuerungen, Feldbus-Systeme und I/Os benötigen Schnittstellen und Übertragungslösungen für Signale, Daten und Leistungen. Ohne intelligente Geräte bleibt Losgröße 1 zu Kosten der Serienproduktion eine Vision.

Steuerungen, Feldbus-Systeme und I/Os benötigen Schnittstellen und Übertragungslösungen für Signale, Daten und Leistungen. Ohne intelligente Geräte bleibt Losgröße 1 zu Kosten der Serienproduktion eine Vision. Phoenix Contact

Das Leitbild der Industrie 4.0 steht für die zunehmende Individualisierung von Produkten unter den Bedingungen einer hoch flexiblen automatisierten Serienproduktion. Die Basis dafür schaffen elektrische und elektronische Komponenten wie Sensoren und Aktoren, I/O-Module und Steuerungen. Ohne diese intelligenten Geräte wären automatisierte Steuer- und Regelkreise – und damit Losgröße 1 zu den Kosten der Serienproduktion – unmöglich.

Eckdaten

Kommunikationsteilnehmer der automatisierten Produktion lassen sich mit Rundsteckverbindern der Baugrößen M8 und M12 verkabeln und auf einfache Weise an unterschiedliche Anwendungen und Automationskonzepte anpassen. Die Produktfamilie M12 Power in K-, L- und M-Kodierungen etwa bietet eine hohe normative Sicherheit und damit eine standardisierte Lösung für viele Einsatzgebiete wie die Antriebs- und Gebäudetechnik, Infrastruktur oder Verkabelung im Außenbereich.

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. So bestimmen auch passive Anschlusskomponenten wie Geräte- und Feldsteckverbinder, wie funktional ein Gerät ist und wie flexibel es sich an unterschiedliche Anwendungsbereiche anpassen lässt.

Individualisieren oder standardisieren

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

Daher stellt sich die folgende Frage: ist eine Individualisierung dank Standardisierung möglich? Was zunächst wie ein Widerspruch aussieht, ist tatsächlich ein Eckpfeiler einer auch künftig wettbewerbsfähigen Massenproduktion. Durch das Zusammenwachsen von Industriestandards und neuen Materialien, Technologien und Produktionsprozessen entsteht ein neuer Grad an Flexibilität bei hoher Konformität.

Bild 1: Standardisierte Lösungen: Gerätesteckverbinder in den Baugrößen M8 und M12 übertragen Signale, Daten und Leistung.

Bild 1: Standardisierte Lösungen: Gerätesteckverbinder in den Baugrößen M8 und M12 übertragen Signale, Daten und Leistung. Phoenix Contact

Ein Beispiel sind Rundsteckverbinder der Baugrößen M8 und M12. In der Verkabelung von Sensoren und Aktoren sowie zur Signal- und Datenübertragung bei Maschinen und Anlagen sind sie längst unverzichtbar. Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Automationskomponenten im Feld kommen die kompakten Steckverbinder inzwischen auch zur Leistungsversorgung zum Einsatz (Bild 1).

Durchgängiges Steckverbindersystem

Für den Leistungsanschluss von kompakten Motoren und Geräten hat Phoenix Contact die Produktfamilie M12 Power im Jahr 2011 auf den Markt gebracht. Durch die Erweiterung des Standards M12 auf die Leistungsübertragung wurde die letzte Lücke in der durchgängigen Klassifizierung des M12-Steckverbindersystems geschlossen.

Für 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 können Anwender Geräte nun über ein einziges durchgängiges Verkabelungssystem anschließen. Damit schafft der Standard M12 eine große Flexibilität. Hohe Kontaktdichten mit bis zu 17 Polen, schnelle Übertragungsraten von bis zu 10 GBit/s sowie Spannungen und Ströme bis 630 V beziehungsweise 16 A sind ebenso möglich wie eine Hybridverkabelung zum gleichzeitigen Übertragen von Signalen, Daten und Leistungen mit nur einem Steckverbinder.

Bild 2: Rundsteckverbinder M12 Power: Standard in der Niederspannungsversorgung von Automatisierungsgeräten.

Bild 2: Rundsteckverbinder M12 Power: Standard in der Niederspannungsversorgung von Automatisierungsgeräten. Phoenix Contact

Jüngstes Beispiel für die herstellerübergreifende Verzahnung durch Standardisierung sind die Gerätesteckverbinder der Produktfamilie M12 Power in K-, L- und M-Kodierung. Phoenix Contact hat die bisher vierpoligen Varianten in S- und T-Kodierung um fünf- und sechspolige 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 herstellerunabhängiger Industriestandard entwickelt: Die Profibus- und Profinet-Nutzerorganisation PI hat den Steckverbinder M12 Power mit L-Kodierung inzwischen als Standard für die Niederspannungsversorgung von Automatisierungsgeräten mit bis zu 63 V und 16 A definiert (Bild 2).

Zukunftsfähiger Baukasten

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 Baukastens besteht darin, dass alle Polbilder einer Baugröße über eine einheitliche Design-in-Bauform verfügen. So können die Gerätehersteller alle Leiterplattenanschlüsse einer Baugröße mit einem einheitlichen Leiterplatten- und Gerätewand-Niveau realisieren. Diese Standardisierung senkt den Produktionsaufwand für unterschiedliche Geräte-Designs und erlaubt gleichzeitig adaptive Geräte, die sich auf einfache Weise in vorhandene Verkabelungsinfrastrukturen integrieren lassen.

Rundsteckver-binder für die Leiterplatte

Gerätesteckverbinder für den Reflow-Lötprozess ermöglichen wirtschaftliche und kompakte Geräteanschlusslösungen, um Daten, Signale und Leistungen zu übertragen. Kennzeichen dieser Steckverbindertypen sind:

  • Gerätesteckverbinder in M8 und M12
  • ein- oder zweiteilig für Wellen-, THR- und SMT-Lötprozesse
  • sämtliche Kodierungen für Signale, Daten und Leistung sind vorhanden
  • für hohe Kontaktdichten mit bis zu 17 Polen, Datenraten bis 10 Gbit/s und Ströme bis 16 A
  • gerade und gewinkelte Ausführungen mit optionaler Schirmanbindung
  • Geräte-Ports mit Gewindebefestigung, Einpresskontor oder zur direkten Integration in die Frontplatte.

Besonderen Fertigungskomfort bieten Varioport-Gehäuseverschraubungen, die prozessbedingte Fertigungstoleranzen zwischen Leiterplatte und Gehäusedurchführung von bis zu 1 mm ausgleichen. Die Fertigungstoleranzen können zu mechanischen Spannungen zwischen Geräteport und Leiterplattenanschluss führen und die Lötstellen belasten. Um dadurch bedingte Funktionsausfälle auszuschließen, haben die Gerätehersteller bisher Montageschablonen verwendet oder die Frontplatten im CNC-Verfahren gefertigt. Die toleranzausgleichenden M12-Verschraubungen bieten hier eine effiziente Alternative (Bild 3).

Bild 3: Beim M12 Varioport gleicht die selbstjustierende Gehäuseverschraubung Fertigungstoleranzen bis 1 mm aus.

Bild 3: Beim M12 Varioport gleicht die selbstjustierende Gehäuseverschraubung Fertigungstoleranzen bis 1 mm aus. Phoenix Contact

Die Gehäuseverschraubungen sind einfach montierbar sowie selbstjustierend und arretieren, sobald der Anwender den Kabelsteckverbinder von außen am Geräte-Port verschraubt. Auch im ungesteckten Zustand kann wegen der Verschraubung weder Wasser noch Schmutz in das Gerät eindringen. Die schock- und vibrationsfesten Varioport-Verschraubungen sind vor elektromagnetischen Einflüssen geschirmt und eignen sich daher für den Einsatz in Industrieumgebungen wie beispielsweise in dezentralen Feldbusverteilern.