Zukünftige Steckverbindungen für effizientere Antriebe

Rundsteckverbinder der Baugröße M23 sind gegenwärtig der Quasistandard, wenn es um die Leistungsversorgung und den Signalanschluss von Antrieben und Stellmotoren geht. Über diverse Leistungsklassen der Antriebe hinweg, galt der M23 als universeller Anschluss. Robust, einfach zu bedienen, gute EMV-Eigenschaften in Metallausführung und immer genug Leistungsreserven. Aber die Anforderungen wandeln sich.

Steigende Dezentralisierung bei Antrieben

In modernen Produktionen halten die Megatrends wie Digitalisierung und Dezentralisierung auch bei Antrieben Einzug. Während früher wenige große Motoren den Antrieb langer miteinander verbundener Förderstrecken übernahmen, geht der Trend klar zu mehreren, kleineren und dezentralen Motoren. Diese lassen sich individueller ansteuern und steigern die Effizienz im gesamten Prozess. Auch die Betriebssicherheit ist hier ein wichtiges Thema. So reduzieren viele kleine Einzelantriebe die jeweils an einem Punkt angreifende Kraft, im Gegensatz zu einem zentralen Großantrieb, der über Bänder und Ketten verbunden ist. Kommt es hier zu einem Störfall ist die Zerstörungskraft bis zum Notabschalten ungleich höher.

Antriebshersteller entwickeln ihr Portfolio dahingehend kontinuierlich weiter und setzen ebenso auf die Miniaturisierung ihrer Produkte. Antriebe werden kleiner, effizienter und verrichten bei geringerer Leistungsaufnahme die gleiche Arbeit. Das sorgt für Einsparungen im Energieverbrauch, im Ressourcenverbrauch und steigert gleichzeitig die Flexibilität der eigenen Anlagen. Mit immer kleineren Antrieben werden M23-Verbindungen allerdings inadäquat groß zum zukünftigen Antrieb und stehen einer sinnvollen Miniaturisierung im Wege.

Neuartige EMV-Schirmung auf Basis eines Multilayer-CFK-Materials

Elektronische Systeme leiden bei hohen Frequenzen unter „Resonanzkatastrophen“, bei denen die EMV-Schirmdämpfung stark einbricht. Ein CFK-Multilayerabsorber mit magnetischen Füllstoffen reduziert Resonanzen und verbessert die Schirmdämpfung über kHz- bis GHz-Bereiche.

Frank Gräbner

Die Alternativen zu M23

Die nächstkleineren Größen im Bereich robuster Rundsteckverbinder sind die metrischen Größen M17 und Size 15. Wenn es noch etwas kompakter sein soll, können Anwender auf die M12-Powerkodierungen L und K zurückgreifen. Dabei können von klein nach groß folgende Motorleistungen angeschlossen werden: M12 bis 5,5 kW, Size 15 bis 7,5 kW, M17 bis 11 kW. Durch Effizienzsteigerung und den häufigeren Einsatz kleinerer Antriebe durch die Dezentralisierung sind die möglichen 15 kW Übertragungsleistung eines M23 oftmals nicht mehr notwendig.

Große Auswahl bei M12

Durch die große Auswahl an möglichen M12-Powerkodierungen K, L, S und T und deren Leistungsklassen stehen Antriebsherstellern alle Möglichkeiten für zukünftige, kompakte Lösungen offen. Gleichzeitig stehen mit den M12-Kodierungen A, B, D und X genügend Optionen für die Anbindung von Signalen, Feldbussen oder Ethernet zur Verfügung.

M17 schließt die Lücke

M17 schließt leistungstechnisch sinnvoll die Lücke zwischen M12 und M23, bei annähernd gleichen Abmessungen wie ein M12-Powersteckverbinder. Damit ist M17 voll im Trend was miniaturisierte Anschlüsse für Servos und Antriebe angeht und spart sinnvoll Ressourcen ein. Die mögliche Leistungsübertragung bis 7,5 kW reicht für den Großteil der kommenden Antriebsgenerationen mehr als aus. Der Fokus liegt, wie vormals bei M23, auf der Anwendung in Servoantrieben, Bedienpanels und Steuereinheiten. Um im gleichen Form,- und Größenfaktor auch die Signalanbindung sicherzustellen, bietet HARTING M17 Steckverbinder im Power und Signalvarianten bis 17 Pole an. Wie bei anderen Rundsteckverbindern üblich ist der M17 geschützt nach IP Klasse 65/67 also absolut Staub und Wasserdicht. Zusätzlich erfüllt er die IEC-Standards für die Resistenz gegen Schock (IEC 60512-6-3) und Vibration (IEC 60068-2-6).

EMI-Vorschriften in Fahrzeugen einhalten

Mit dem Umstieg auf EVs sind kleinere und leistungsstärkere Lösungen mit V2G-Schnittstellen gefragt. Schnell schaltende DC/DC-Wandler eignen sich optimal für den Job, sofern sie trotz der hohen Schaltfrequenz die EMI-Vorschriften einhalten.

Size 15 für Asynchronmaschinen

Size-15-Verbindungen kommen vorrangig für Anwendungen in Asynchronmaschinen zum Einsatz. Durch ihr Funktionsprinzip und den Einsatz als drehzahlgesteuerte Dauerantriebe ohne feste Drehwinkelposition, ist im Gegensatz zu Servoantrieben keine besondere Schirmung über ein Metallgehäuse notwendig. Daher können Size-15-Steckverbinder aus Kunststoff statt Metall hergestellt werden. Standardisiert ist auch diese Lösung in der IEC-Norm 61076 – 2-115. Diese umfasst drei verschiedene Kodierungen:

• 630 V bei 16 A, 3 Power + 1 PE Kontakt + 2 Signalkontakte 63 V

• 48 V bei 20 A, 2 Power + 1 PE Kontakt + 3 Signalkontakte 48 V

• 24 V bei 20 A, 2 Power + 1 PE Kontakt + 3 Signalkontakte 24 V 

Für den sicheren Anschluss kommt ausschließlich eine Bajonettverriegelung zum Einsatz. 

Bisher immer zu zweit

Neben der Leistungsversorgung benötigen Antriebe eine zusätzliche Steuerschnittstelle. Üblich in der Praxis sind in der Anwendung bisher zwei M23-Schnittstellen, eine für die Spannungsversorgung und eine für die Ansteuerung. Ob über diese Signale, BUS oder Ethernet-Protokolle übertragen werden, ist dabei unerheblich. Somit werden aktuell immer zwei Steckverbindungen benötigt. Das kostet Platz auf dem Antrieb und Ressourcen in der Herstellung. Hier wollen erste Hersteller entgegensteuern und alle Lebensadern eines Antriebs in einer Schnittstelle kombinieren.

Hybride Lösungen für die One Cable Automation (OCA)

Um zukünftig weiteren Platz einzusparen, liegt der Fokus ganz klar auf hybriden Anschlusskonzepten. Diese vereinen die Versorgung von Power und Signalen/Daten und setzen damit die Ziele der One-Cable-Automation-Initiative um. Diese hat zum Ziel, dass jedes Device über nur noch eine zentrale, standardisierte Schnittstelle versorgt wird.

Die entsprechenden Normen für hybride Rundsteckverbinder in diversen Größen sind die IEC 61076-2-117 und die IEC 61076-2-118. Erstere beschreibt metrische Lösungen diverser Größen (M12 bis M40), die kombinierbar Schraub- und Bajonettverriegelungen bieten. Die Zweite (-118) beschreibt die Bajonettlösungen (B12 bis B40). Sie alle vereint die gleichzeitige Übertragung von Power und Signalen/Daten. Dazu wird es verschiedene Anzahlen an Powerkontakten geben, kombiniert mit 2 oder 4 Steuerkontakten. Diese übertragen wahlweise BUS-Protokolle, Single Pair Ethernet (SPE) oder ein passendes Ethernetprotokoll.

Zur Hannover Messe 2024 zeigte HARTING erste standardisierte hybride B23 Lösungen. Der Standard -117 für hybride Lösungen mit metrischem Gewinde wird voraussichtlich im Mai 2026 verabschiedet und veröffentlicht.

Nahezu alle Rundsteckverbinder vereint die internationale Standardisierung nach IEC, die eine herstellerübergreifende Kompatibilität gewährleistet. Das schafft Vertrauen bei Anwendern, die Zugriff auf Second Sources haben und nicht auf proprietäre Lösungen bauen müssen. Denn eins hat sich in der Vergangenheit gezeigt, Anwender setzen auf standardisierte Lösungen. (ts)