Rundsteckverbinder M23 war gestern – was M17 & Co. für effizientere Antriebe bringen

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M23-Steckverbinder sind Quasistandard bei elektrischen Antrieben und Stellmotoren in industriellen Anwendungen. Durch Digitalisierung und Dezentralisierung steigt die Anzahl kleinerer Antriebe jedoch kontinuierlich an. Große Schnittstellen müssen hier einer platzsparenden Alternative weichen.

Rundsteckverbinder der Baugröße M23 sind gegenwärtig der Quasistandard bei der Stromversorgung und der Signalübertragung von Antrieben und Stellmotoren. Über diverse Leistungsklassen der Antriebe hinweg galt der M23 als universeller Anschluss: Robust aufgebaut, einfach zu bedienen, gute EMV-Eigenschaften und immer genug Leistungsreserven.

Die Folgen einer steigenden Dezentralisierung

In modernen Produktionsumgebungen halten Megatrends wie Digitalisierung und Dezentralisierung auch in der Antriebstechnik 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 dazu ist ein zentraler Großantrieb über Bänder und Schleppketten verbunden. 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 spart Energie und Ressourcen und steigert gleichzeitig die Flexibilität der eigenen Anlagen. Mit immer kleineren Antrieben werden Verbindungen über das Format M23 allerdings inadäquat groß zum zukünftigen Antrieb und stehen einer sinnvollen Miniaturisierung im Wege.

Die Alternativen zum M23-Steckverbinder in der Antriebstechnik

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. Anschließen lassen sich von klein nach groß Motoren mit nachfolgenden Leistungen: M12 bis 5,5 kW, Size 15 bis 7,5kW, M17 bis 11 kW. Durch Effizienzsteigerung und den häufigeren Einsatz kleinerer Antriebe durch die Dezentralisierung ist die Übertragungsleistung von 15 kW eines M23-Steckvervinders oftmals nicht mehr notwendig.

Das Format M12: Durch die große Auswahl an möglichen M12-Power-Kodierungen K, L, S und T und deren Leistungsklassen stehen Antriebsherstellern alle Möglichkeiten für künftige, 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.

Das Format M17: M17 schließt leistungstechnisch die Lücke zwischen M12 und M23, bei annähernd gleichen Abmessungen wie ein M12-Power-Steckverbinder. Damit liegt das Format M17 voll im Trend bei miniaturisierten Anschlüssen für Servos und Antriebe und spart Ressourcen ein. Die Leistungsübertragung bis 7,5kW 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 in Power- und Signalvarianten bis 17 Polen an. Wie bei anderen Rundsteckverbindern üblich, ist der M17 geschützt nach IP-Klasse 66/67, also absolut staub- und wasserdicht. Zusätzlich erfüllt er die IEC-Standards für die Resistenz gegenüber Schock (IEC 60512-6-3) und Vibration (IEC 60068-2-6).

Das Format Size 15: Size-15-Steckverbindungen kommen vorrangig bei 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 (Wird aktuell kaum eingesetzt, da die Leistungsdaten nahezu identisch zu 2 sind.)

Für den sicheren Anschluss kommt ausschließlich eine Bajonettverriegelung zum Einsatz.

Steuerschnittstelle: Bisher immer zwei Steckverbindungen

Neben der Stromversorgung benötigen Antriebe eine zusätzliche Steuerschnittstelle. Üblich in der in der Anwendung sind 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 im Antrieb und Ressourcen in der Herstellung. Hier wollen erste Hersteller entgegensteuern und alle Lebensadern eines Antriebs in einer Schnittstelle kombinieren (One Cable Automation, OCA).

Hybride Lösungen für die One Cable Automation

Um zukünftig weiteren Platz einzusparen, liegt der Fokus ganz klar auf hybriden Anschlusskonzepten. Diese vereinen die Versorgung mit Power und Signalen/Daten und setzen damit die Ziele der „One Cable Automation“-Initiative um. Diese hat zum Ziel, dass jedes Device nur noch über 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 kombinierbare 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 eine unterschiedliche Anzahl an Power-Kontakten geben, kombiniert mit zwei oder vier Steuerkontakten. Diese übertragen wahlweise BUS-Protokolle, Single Pair Ethernet (SPE) oder ein passendes Ethernet-Protokoll.

Zur Hannover Messe 2024 haben die Espelkamper erste standardisierte hybride B23-Lösungen gezeigt. Der Standard -117 für hybride Lösungen mit metrischem Gewinde wird bis zur Verabschiedung noch etwas Zeit benötigen. (kr)

* Christian Bähr ist Global Product Manager für Circular Connectors bei Harting.

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