Motoren sind ein Schlüsselelement der Industrieautomatisierung. Während es vor einer Dekade noch üblich war, die Versorgung von geregelten Motoren über zwei getrennte Steckverbinder für Leistung und Signale zu realisieren setzen sich seither Verbindungslösungen durch, die in einer einzigen Schnittstelle alle Kontakte für Daten, Signale und Leistung kombinieren. Dadurch wurde es möglich, auch bei modernen Servomotoren den Verkabelungsaufwand zu reduzieren, die Inbetriebnahme zu erleichtern und über die gesamte Lebensdauer einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Einsatz in anspruchsvollen Umgebungsbedingungen

Um über die gesamte Lebensdauer der Motoren eine zuverlässige elektrische Verbindung zu gewährleisten, müssen die Steckverbinder mechanisch robust konstruiert sein, sprich Vibrationen und Erschütterungen standhalten. Ferner dürfen ihnen weder Temperaturen von +80 C und mehr, die während des Betriebs häufig entstehen etwas anhaben, noch dürfen sie ihre Umwelt durch die Emission von elektromagnetischen Feldern unzulässig beeinflussen. Gerade bei Servomotoren treten diese Felder oft auf, da sie aufgrund ihres Funktionsprinzips durch eine modulierte Rechteckspannung angetrieben werden. Und die EMV-Gesetzgebung (Elektromagnetische Verträglichkeit) schreibt vor, dass Störaussendungen klar definiert Grenzwerte nicht überschreiten dürfen. Eine weitere Anforderung, die vor allem Steckverbinder für Motoren von Werkzeugmaschinen erfüllen müssen, ist ein hoher Schutz gegen das Eindringen von Flüssigkeiten und Fremdkörpern.

Bis vor rund 25 Jahren waren Motorsteckverbinder stark an militärischen Standards ausgerichtet, insbesondere hinsichtlich Bauform, Schirmanbindung und Leitungsabdichtung. Sie konnten zwar in der Industrieautomatisierung eingesetzt werden, waren für dieses Szenario aber nicht optimal geeignet. Mit anderen Worten: Diese Steckverbinder waren unhandlich, die Kontakte ließen sich meist nicht crimpen, sondern mussten angelötet werden, und die Anbindung der Schirmung war aufwändig und von geringer Güte. Da es zudem in der Mehrzahl nur eine Kabelabgangsrichtung auf der Motorseite gab–das Prinzip lautete häufig gerader Einbau des Steckverbinders und gewinkelter Kabelstecker–mussten vergleichsweise hohe Einbauräume vorgesehen werden.

Entwicklung industrietauglicher Anschlusstechnik

Mitte der 1990er-Jahre brachte TE Intercontec den ersten Rundsteckverbinder für die Motoranschlusstechnik auf den Markt, der auf Zink-Druckguss-Technik basierte und speziell für die Industrieautomatisierung entwickelt worden war. Diese Technik bildete zugleich die Grundlage für weitere Innovationen, die das Unternehmen bis heute auf diesem Gebiet entwickelt hat. Am Beginn stand das um 330°drehbare gewinkelte Gehäuse für den Motoranbau. Es folgte ein Verriegelungssystem, das für eine dreimal schnellere Installationszeit im Vergleich zu der Standard Schraubverriegelung sorgt. Weitere Meilensteine waren der erste Hybridrundsteckverbinder, der Signale, Daten und Leistung übertragen kann, und die kleinste, auf den M12-Abmessungen beruhende Einkabellösung für die Motorkonnektivität.

Mit der Kronenklemmung wurde bauformübergreifend eine zeitsparende Schirmkontaktierung ermöglicht, da der Schirm nicht mehr abgeschnitten werden muss, sondern durch einen speziellen Mechanismus ähnlich wie ein Gartenschlauch aufgerollt wird.

Welche technischen Herausforderungen bewältigt werden mussten, um diese Innovationen zu realisieren, verdeutlich das Beispiel der Hybridrundsteckverbinder. Denn um sowohl Signale und Daten als auch Leistung zu übertragen, ist nicht nur eine hohe Packungsdichte der Kontakte erforderlich, sondern es muss auch die Integrität der Daten und Signale in einem Umfeld mit elektromagnetischen Feldern – Stichwort EMV – sichergestellt werden. Besonderes Augenmerk musste darauf gerichtet werden, dass die für den Einsatz in der Industrieautomatisierung vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken gewährleistet sind, obwohl in diesem Umfeld immer wieder mit Verschmutzung, die temporär auch leitfähig sein kann, zu rechnen ist. Die Hybridrundsteckverbinder von TE haben typischerweise vier Leistungskontakte für Stromstärken von bis zu 30 A sowie bis zu sechs Kontakte für Signale und bis zu drei separat geschirmte Kontaktpaare für Daten, die alle in ein Gehäuse der Bauform M23 integriert sind.

Zuverlässige Signalübertragung

Erreicht wird dies durch einen präzisen symmetrischen Aufbau des Steckgesichts als auch dadurch, dass die Daten normalerweise über geschirmte 2-Draht-Leitungen übertagen und somit Gleichtaktstörungen stark unterdrückt werden. Um die notwendige Abschirmung dieser empfindlichen Leitungen sicherzustellen, wird ein separates Schirmelement verwendet. Damit sich die Hybridsteckverbinder trotz der hohen Packungsdichte ohne Spezialwerkzeuge leicht montieren lassen, haben sie außerdem mehrteilige, klappbare Kontaktträger, in die die Kontakte seitlich eingeclipst werden.

Welche Vorteile bieten diese Motorrundsteckverbinder? Zum einen müssen die Motorhersteller nur noch eine Schnittstelle implementieren anstatt wie zuvor zwei, wenn sie Hybridrundsteckverbinder einsetzen. Und die Anlagenbetreiber können durch diese Technik den Verkabelungsaufwand reduzieren und die Motoren schneller anschließen. Zum anderen wird die Flexibilität erhöht. Denn die um 330° drehbaren Gewinkelte Gehäuse für den Motoranbau sorgen dafür, dass die Kabelabgangsrichtung vor Ort festgelegt werden kann, was beispielsweise im Sondermaschinen- und Anlagenbau hilfreich ist. Denn andernfalls müssen die Motorhersteller Versionen mit verschiedenen Kabelabgangsrichtungen bereitstellen, um unterschiedliche Installationsanforderungen zu erfüllen. Außerdem erleichtern die drehbaren Gewinkelte Gehäuse die Installation, da die Steckverbinder dort auf den Motor gesteckt werden können, wo man gut mit der Hand hinkommt, und sich dann aus dem Einbauraum wegdrehen lassen, damit die Kabel nicht stören. Darüber hinaus lassen sich die Motorrundsteckverbinder leicht konfektionieren und sind durch eine robuste Konstruktion unempfindlich gegenüber Vibrationen und Erschütterung als auch rauen Umgebungsbedingungen und elektromagnetischen Feldern. Kurzum: Sie erhöhen die Effizienz von der Konstruktion der Motoren über deren Installation in die Maschinen bis hin zur Produktivität der Anlagen.

Optimale Lösungen für vielfältige Anwendungen

Motorrundsteckverbinder ermöglichen eine optimale Verbindungstechnik für Antriebe, die in zahlreichen Branchen und Applikationen eingesetzt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Industrierobotern, Werkzeug-, Spritzguss- und Fördermaschinen sowie mit rasant steigender Relevanz Flurförderfahrzeuge in Logistikzentren.

Die Anlagenbetreiber sollten jedoch beachten, dass Motorsteckverbinder selbstredend den elektrotechnischen Normen entsprechen es aber keine Standards für die jeweilige Bauform gibt. Das ist angesichts des Innovationstempos bei den Applikationen und den langwierigen Standardisierungsverfahren auch gar nicht möglich. Deshalb können die Vorteile dieser Steckverbinder nur dann genutzt werden, wenn beide Steckverbinderhälften einer Schnittstelle, also Stecker und Kupplung, von demselben Hersteller stammen. Sonst ist selbst dann, wenn sie steckbar sein sollten, nicht gewährleistet, dass etwa die Labyrinth-Strukturen von Hersteller A zu denen von Hersteller B passen und die vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden. Dadurch wird nicht nur die Funktion, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Motoren und der mit ihnen ausgestatteten Maschinen gefährdet, sondern auch deren Zulassungen.

Ausblick

Miniaturisierung sowie die Versorgung von Automatisierungsgeräten über ein Gleichspannungsnetz sind die aktuellen Innovationstreiber. TE Connectivity bereitet innnerhalb des Portfolios von Rundsteckverbindern bereits die entsprechenden Lösungen für diese Trends vor – seien Sie gespannt auf die kommenden Neuigkeiten!