Verbindungstechnik: M8 / M12

Design-In für Gerätesteckverbinder - geht jetzt noch einfacher

| Autor / Redakteur: Jürgen Sahm* / Ines Stotz

Gehäuseverschraubung mit M12: hier stehen heute vielfältige kompatible Lösungen bereit.
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Gehäuseverschraubung mit M12: hier stehen heute vielfältige kompatible Lösungen bereit. (Bild: Phonenix Contact)

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Mit der Miniaturisierung von Komponenten und der zunehmenden Packungsdichte auf der Leiterplatte werden neue Lösungen für den Geräteanschluss benötigt. Gerätesteckverbinder in M8 und M12 sind heute Standard – sie sorgen für den rationellen Anschluss von Daten, Signalen und Power. Design-In-freundlich und wirtschaftlich sind sie in fortschrittliche Gerätekonzepe integrierbar.

Die M8- und M12-Verbindungstechnik entwickelt sich dynamisch – ein Beispiel dafür ist die Produktfamilie M12 Power, die Phoenix Contact für den Leistungsanschluss von kompakten Motoren und Geräten auf den Markt gebracht hat. Die Erweiterung des M12-Standards auf die Leistungsübertragung schließt eine Lücke, denn nun kann der Anwender seine Geräte durchgängig mit M12 anschließen. Möglich wird damit eine 17-polige Signalübertragung, eine Datenübertragung bis 10 GBit/s sowie eine Leistungsversorgung mit bis zu 630 V und 12 A Dauerstrom.

Durchgängige Vielfalt vom Gehäuse auf die Leiterplatte

Geräte wie Sensoren, Drehgeber, Solarwechselrichter, Frequenzumrichter, Servomotoren, I/O-Baugruppen und Steuerungen sind im industriellen Umfeld üblicherweise in der Schutzart IP 67 ausgeführt. Bei der Serienproduktion dieser Geräte werden besondere Anforderungen an das Design-In der Steckverbinder gestellt. Denn die Bestückung von Steckverbinder-Komponenten ist aufgrund der Baugröße und des Gewichts oft aufwändiger als bei typischen Elektronik–Bauelementen. Außerdem müssen die Steckverbinder als Bindeglied zur IP67-Gehäuseschnittstelle besondere mechanische Eigenschaften aufweisen.

Eine Lösung bieten hier die sogenannten zweiteiligen Gerätesteckverbinder. Durch die Trennung in ein reines Kontaktträger-Element und ein separates metallisches M12-Gehäuseteil können die automatengerechten Steckverbinder-Kontaktträger mittels rationellem Pick & Place-Verfahren auf der Leiterplatte bestückt und direkt im Reflow-Lötprozess weiterverarbeitet werden.

Schon vor über zehn Jahren hat Phoenix Contact die ersten M12-Steckverbinder für den THR(Through-Hole-Reflow)-Prozess auf den Markt gebracht. Seitdem wurde diese Produktfamilie durch neue Polbilder ergänzt und im Zuge der dynamischen Weiterentwicklung des M12-Industriestandards zu einem umfassenden Produktprogramm ausgebaut.

Der modulare Aufbau der Leiterplatten-Steckverbinder ermöglicht es dem Anwender, montagefreundlich und mit geringem Design-In-Aufwand alle M12-Anschlüsse – Signal, Daten, Leistung – mit allen Polbild-Varianten nach einem Baukastensystem auf einem Leiterplatten- und einem Gehäuseniveau zu realisieren.

Neue Lösungen für den Reflow-Prozess

Weil sich die Packungsdichte auf den Leiterplatten ständig erhöht, werden diese immer häufiger beidseitig bestückt. Mit den neuen SMD(Surface-Mounted Device)-fähigen Gerätesteckverbindern in M8 und M12 macht Phoenix Contact das möglich – sie fügen sich nahtlos in das bestehende THR-Produktprogramm ein.

Zur umfassendsten Produktfamilie der M8- und M12-Reflow-Steckverbindern gehören:

  • THR- und SMD-Kontaktträger für M8 und M12;
  • optionale Port-Dichtung – in ungestecktem Zustand in der Schutzart IP 67;
  • optionale Schirmanbindung auf die Leiterplatte;
  • verfügbar in allen gängigen Polzahlen und Kodierungen.

Die vollständige Verfügbarkeit der gängigen Polbilder und Kodierungen sowie die Kompatibilität untereinander bieten dem Anwender vielfältige neue Möglichkeiten beim Design-In - und damit neue Freiheitsgrade bei der Auslegung der Geräteanschlusstechnik. So sind zum Beispiel Mischbestückungen auf einem Leiterplatten-Board möglich. Kombiniert werden können dabei sowohl M8- und M12- wie auch SMD- und THR-Varianten. Der Abstand zur Frontplatte ändert sich dabei nicht.

Innovationen auch bei der Gehäusemechanik

Im Hinblick auf wirtschaftliche Gerätefertigung spielt gerade bei Lösungen in der Schutzart IP 67 das reibungslose Zusammenspiel zwischen Leiterplatten-Komponenten und IP67-Gehäusemechanik eine wichtige Rolle. Die Kontakteinsätze auf der Leiterplatte müssen trotz der Toleranzen, die der Lötprozess bedingt, mit ihren mechanischen Ports an der Gehäusedurchführung passen. Nur so lässt sich die bestückte Leiterplatte exakt in das Gehäuse einsetzten. Bei der Produktion wird dabei oft auf Hilfsmittel zurückgegriffen, etwa auf Montage-Schablonen oder auf exakte und deshalb aufwändige CNC(Computerized Numerical Control)-Bohrungen.

Dieser Aufwand lässt sich erheblich reduzieren. Der von Phoenix Contact entwickelte toleranzausgleichende M12-Port ist einfach montierbar, selbst justierend und selbst fixierend. Diese innovative M12-Verschraubung für IP67-Geräte-Ports ist sonst am Markt nicht verfügbar. Endgültig arretiert wird der Port dann selbsttätig durch das gängige Verschrauben des Kabelsteckverbinders – das Anzugsdrehmoment der Verriegelungsschraube zeigt dabei eine doppelte Wirkung.

Universelle Möglichkeiten

Gerade bei Applikationen mit mehreren M12-Anschlüssen reduzieren sich die Fügekräfte durch die selbsttätige Justierung der M12-Ports deutlich. Leiterplatte und Lötstellen werden so auch mechanisch erheblich weniger belastet. Die toleranzausgleichende Verschraubung besteht aus einem Kunststoffgehäuse und einem Gewindesegment aus Metall. Der Port kann gemäß den gängigen Feldbusstandards oder auch für individuelle Farbkodierungen eingefärbt werden.

Neben diesem neuartigen M12–Port gibt es weitere Möglichkeiten zur Integration zweiteiliger Gerätsteckverbinder. Dazu zählen etwa M12-Verschraubungen, die sich mittels Einschraub- oder Einpress-Montage in das Gehäuse einbauen lassen. Auch eine direkte Integration der entsprechenden Gewindekontur in die Applikation ist unproblematisch.

Fazit: Jede Menge Kombinationen

Das vollständige und durchgängige Anschlusskonzept der M12-Geräteanschlusstechnik bietet dem Anwender vielfältige Lösungen. Dazu gehört der servicefreundliche Feldanschluss mittels einsatzfertiger umspritzter Plug and Play-Anschlussleitungen in M12. Hinzu kommen die feldkonfektionierbaren Steckverbinder, die mittels Schnellanschlusstechnik einfach und flexibel angeschlossen werden. Treffen die zahlreichen Varianten der Feldverkabelung auf innovative Gerätesteckverbinder, schließt sich der Kreis. Denn dann gibt es noch mehr Kombinationsmöglichkeiten für die etablierten M8- und M12-Steckverbinder.

Gute Voraussetzungen also, um den Trend zu M12 auf weitere Applikationsfelder auszudehnen – etwa in der Antriebs- und Gebäudetechnik, in der Infrastruktur oder im Outdoor-Bereich.

* Jürgen Sahm, Produkt-Marketing Manager, Industriesteckverbinder Pluscon, Phoenix Contact, Herrenberg

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