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09. November 2011

Steckverbinder-Erfolgsmodell M12

Beitrag aus openautomation 6/2011


In den letzten drei Jahrzehnten haben sich M12-Steckverbinder zum Standard entwickelt. Waren früher einmal Lichtschranken, binäre Sensoren und induk­tive Nährungsschalter der Einsatzbereich des M12, so ist der Steckverbinder heute der weltweit führende Anschluss für Sensorik und Aktorik sowie Feldbus- und Netzwerktechnik.

Der Markt für M12-Steckverbinder entwickelt sich rasant, ein Ende ist nicht abzusehen. Grundlage der hohen Akzeptanz ist die stetige Weiterentwicklung und Anpassung an neue Applikations-felder. In der Industrieelektronik hat die Anzahl der Funktionen der Geräte immer weiter zugenommen, während die Gehäuse zunehmend kompakter wurden. Mit den Feldbussen und Industrial Ethernet wurde der M12-Steckverbinder auch für die Datenübertragung interessant.

So stieg die Poldichte von zunächst vier auf die derzeit möglichen 17 Pole. Außerdem erhöhte sich die Datenübertragungsrate auf bis zu 10 Gbit/s. Mit seinem durchgängigen Konzept vom Geräteanschluss bis zur Feldverkabelung bildet der M12-Steckverbinder heute das Rückgrat der Automatisierungstechnik.


Basis des Steckverbinder-Systems
Wichtige Basis für den Siegeszug des M12 war und ist die internationale Standardisierung. Weil neue Polbilder sukzessive in den Normungsprozess einbezogen werden, kommt es zur raschen Fest-legung neuer Standards. Der Anwender kann sich so auf die weltweite Austauschbarkeit zwischen unterschiedlichen Geräten und Herstellern verlassen. Auch grundlegende Eigenschaften des Steckverbinder-Systems bleiben so über Jahre gleich. Zudem schätzen Anwender die robuste Bauweise des Steckverbinders, der auch in rauer Industrieumgebung mit Schmutz, Staub und Flüssigkeiten zuverlässig funktioniert. Selbst mechanische Belastungen, wie starke Vibrationen oder Schock, stellen kein Problem dar.

Eines der Haupteinsatzgebiete für den M12-Steckverbinder ist die Signalübertragung bei der Sensor- und Aktor-Verkabelung. Einfache analoge IO-Signale, zum Beispiel von Lichtschranken oder Drucksensoren, werden in die Steuerung ein-gespeist. In der Aktorik setzen Aktoren die elektronischen Signale in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Größen um. Die Aktoren geben Sollgrößen vor und greifen in das Regelungssystem ein. Werden empfindliche Daten und Signale übertragen, müssen diese vor störenden elektromagnetischen Einflüssen geschützt werden. Dafür werden geschirmte Leitungen und, falls erforderlich, auch rundum geschirmte M12-Steckverbinder eingesetzt.

In der Datentechnik sind die Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften des Systems noch höher. Während in der Feldbustechnik Übertragungsraten bis zu 12 Mbit/s üblich sind, übertragen netzwerkbasierte Systeme, wie Profinet, schon bis zu 100 Mbit/s. Noch anspruchsvollere Anwendungen erreichen bis zu 10 Gbit/s. Möglich wird dies durch eine neue Kontaktanordnung und ein ausgefeiltes Schirmkonzept.

Eines haben alle Anwendungen in der M12-Bauform gemeinsam: Das strukturierte und standardisierte Verkabelungssystem ist für den Anwender einfach in Betrieb zu nehmen. Anschlussfertige Komponenten sichern eine schnelle Inbetriebnahme und minimieren das Fehlerrisiko. Die übersichtliche Installation ermöglicht eine komfortable Diagnose sowie eine schnelle Fehlerbehebung im Störungsfall. Vor allem im Maschinen- und Anlagenbau ist M12 weit verbreitet, kann doch der Inbetriebnehmer alle Komponenten leicht zusammenstecken. Um das „Plug & Play“ der M12-Steckverbinder voranzutreiben, wurden Schnellverriegelungs-Systeme wie Speedcon entwickelt.


Verkabeln und Verdrahten im Feld
Zum Verdrahten von Maschinen und Anlagen im Feld mit Peripherie gibt es verschiedene Möglichkeiten. Meist findet man konfektionierte Leitungen für unterschiedliche Anwendungen, feldkonfektionierbare Steckverbinder für die Erstellung individueller Leitungslängen sowie passive Verteilerboxen für die Dezentralisierung. Die ständige Suche nach Ratio­nalisierungspotenzialen ist auch an den Komponenten der Feldverkabelung nicht vorübergegangen. So ist bei den feldkonfektionierbaren Steckverbindern der Schnellanschluss auf dem Vormarsch. Anschlusstechniken, wie Schneid-Klemm-, Käfigzugfeder- oder Piercecon-Technik, verkürzen die Anschlusszeit. Dabei liegen die Verkaufszahlen hier auf der Höhe der Schraubtechnik-Steckverbinder.

Ein unübersehbarer Trend im Produktprogramm vieler Hersteller ist die horizontale Diversifikation. So bietet Phoenix Contact neben neuen Polbildern auch zahlreiche Produktvarianten der gängigen Typen. Für spezielle Anforderungen, etwa in der Lebensmittel- oder Bahnindustrie sowie im Outdoor-Umfeld, sind die Steckverbinder aus Werkstoffen gefertigt, die den hohen Anforderungen gerecht werden.

Bei den konfektionierten Leitungen kann der Anwender unterschiedliche Leitungsqualitäten wählen. Kostengünstige PVC-Leitungen, ölbeständige und halogenfreie PUR-Leitungen sowie hochflexi­ble Leitungen mit Torsionseignung sind nur einige Varianten. Auch hier stehen die Anforderungen der Applikation im Vordergrund.


Die Schnittstelle auf der Geräteseite
Die M12-Dominanz in der Feldverkabelung wirkt sich auch auf die Geräteanschlusstechnik aus. Seitdem immer mehr Elektronik in die Maschine verlagert wird, findet man auch dort die entsprechende Schnittstelle. So wurde der klassische Sensor-Steckverbinder M12 auch in IO-Modulen und sogar in Ethernet-Switches immer populärer. Was hier zählt, ist die einfache und rationelle Anschlussmöglichkeit. Mit THR- oder SMD-Varianten werden Leiterplatten automatisch bestückt. Systeme mit Einzeladeranschluss sind dagegen eher bei der individuellen Beschaltung von Vorteil. Besondere Anforderungen an die EMV-Festigkeit erfüllen die geschirmten Geräte-anschlüsse. Die Schirmübergabe kann über den Anschluss am Gehäuse erfolgen, aber auch die Übergabe durch einen entsprechenden Schirm-Pin auf der Leiterplatte ist eine Option.

Auch bei den Einbau-Steckverbindern entscheiden Umwelteinflüsse über die Auswahl der Materialien. Für besondere Herausforderungen, etwa in der Prozesstechnik oder in der Lebensmittelindus­trie, gibt es Ausführungen aus Edelstahl, und im Outdoor-Bereich kommen auch hier spezielle Kunststoffe zum Einsatz. Die wichtigste Anforderung an den Einbau-Steckverbinder ist der Schutz des elektronischen Innenlebens gegen Me­dien, wie Wasser und Staub. Die Schutzart IP67 wird hierbei auch im ungesteckten Zustand erreicht.


Fazit
Kein Steckverbinder hat so mit dem Fortschritt der Automatisierungstechnik mithalten können wie der M12. Seine Stärken sind Robustheit und einfache Handhabung. Für die unterschiedlichen Anwendungen gibt es eine große Bandbreite entsprechender Lösungen. Außerdem setzen immer mehr Branchen auf dieses System. Abzusehen ist bereits ein weiterer Trend: der Einsatz in der Leistungsübertragung der Antriebstechnik. Denn die Miniaturisierung von Antrieben fordert kleinere und flexiblere Steckverbinder. Es bleibt also spannend, in welcher Form der Wandlungskünstler M12 uns in den nächsten Jahren noch begegnen wird.

Michael Lüdke
Michael Lüdke ist im Produkt-Marketing Industrie-Steckverbinder bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig.

Franz-Josef Niebur
Franz-Josef Niebur ist im Produkt-Marketing Indus­trie-Steckverbinder bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig.

Weitere Informationen unter www.phoenixcontact.de/industriestecker.

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