Übersicht Was ist ein industrieller Steckverbinder?

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Ohne industrielle Steckverbinder läuft in der modernen Fertigung und Automatisierung buchstäblich nichts. Was sind die gängigsten Steckverbinder und wofür werden sie eingesetzt? Welche Anforderungen werden an Steckverbinder gestellt und welche zentralen Normen sind zu berücksichtigen?

Als elektromechanisches Bauteil verbindet ein Steckverbinder elektrische Leiter, um einen Schaltkreis herzustellen, wobei diese Verbindung bzw. der Schaltkreis jederzeit wieder getrennt werden kann. Steckverbinder dienen somit zur flexiblen Übertragung elektrischer Signale, Leistung, Daten oder audiovisueller Informationen in der Elektrotechnik und Elektronik.

Aus welchen Bestandteilen setzt sich ein Steckverbinder zusammen?

Ein Steckverbinder setzt sich im Allgemeinen aus zwei Teilen zusammen: einem Stecker (männlicher Teil) und einer Buchse (weiblicher Teil), die sich mittels Formschluss oder anderen Mechanismen verbinden lassen. Der Stecker, in der Regel an einem Kabelende angebracht, verfügt hierzu meist über Kontaktstifte für die Buchse, die wiederum die Kontaktöffnungen enthält, in die die Stifte des Steckers eingeführt werden. Die Buchse ist entweder ebenfalls an einem Kabelende befestigt oder ein festes Bauteil in einem Gerät.

Neben den Kontakten zur Übertragung von Signalen, Daten oder Leistung sorgt das Gehäuse eines Steckers für dessen spezifische Formgebung sowie für den Schutz und die mechanische Stabilität. Hinzu kommt eine sogenannte Schale zur Strukturverstärkung und Kraftverteilung sowie ein Abstandshalter zur Positionierung der Kontakte.

Welche Funktionen haben Steckverbinder?

Steckverbinder dienen primär als Kontakte zur Übertragung z. B. von Daten, Strom, Signalen oder audiovisuellen Informationen. Sie ermöglichen es, elektrische Verbindungen einfach herzustellen und bei Bedarf wieder zu trennen. Steckverbinder unterstützen somit u.a. den einfachen Austausch und Wartung von Komponenten in Geräten sowie Anlagen und tragen damit entscheidend zu deren Modularität bei.

Welche Arten von Steckverbindern sind in der Industrie besonders gefragt?

Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften und Anpassungsfähigkeit sind in der Industrie eine Vielzahl an sehr unterschiedlichen Steckverbindern weit verbreitet. Da nicht auf alle Steckverbinder eingegangen werden kann, wird hier nur ein kleiner Auszug vorgestellt, hierzu gehören: Rundsteckverbinder, Flachsteckverbinder, Leiterplattensteckverbinder, RJ45-Steckverbinder und Lichtwellenleiter- bzw. Glasfasersteckverbinder.

Rundsteckverbinder: M8- und M12-Steckverbinder sind defacto die Standardrundsteckverbinder in der Industrie und werden insbesondere für den Anschluss von Sensoren, Aktoren und für die Ethernet-basierte Kommunikation verwendet.

M8-Steckverbinder (Durchmesser 8mm) sind kompakter als M12-Steckverbinder (Durchmesser 12mm) und empfehlen sich daher vor allem für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen. M12-Steckverbinder haben wiederum mehrere Vorteile, die sich für bestimmte industrielle Anwendungen besonders eignen.

Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Anzahl der Pins. Während ein M8-Steckverbinder über 8 Pins verfügt, bietet ein M12-Steckerverbinder bis zu 12 Pins, sodass diese Steckverbinder komplexere Systeme mit einer höheren Anzahl an Sensoren und Geräten unterstützen können. M12-Steckverbinder sind für die Übertragung höherer Datenraten ausgelegt und unterstützen hierbei hohe Bandbreiten.

M12-Steckverbinder sind zudem mit verschiedenen Kodierungen (A-, B-, C-, D-Kodierung) erhältlich und lassen sich somit im Gegensatz zu M8-Steckverbinder mit M8-Kodierung flexibel an verschiedene Protokolle wie z. B. Ethernet, Profibus oder DeviceNet anpassen.

Durch ihre weite Verbreitung sind M12-Steckerbinder außerdem stärker standardisiert als M8-Steckverbinder, sodass es mehrere Optionen für handelsübliche Steckverbinder mit weniger Kompatibilitätsproblemen mit verschiedenen Marken und Herstellern gibt.

Automatisierung

Was ist ein AGV?

Flachsteckverbinder: Charakteristisch für Flachsteckverbinder sind deren flache, oftmals rechteckige Kontaktflächen, die eine kompakte Steckerbauform sowie einfache Handhabung ermöglichen. Flachsteckverbinder werden häufig in der Niederspannungstechnik, vor allem in der Automobilindustrie und in der allgemeinen Elektrotechnik eingesetzt. Die Kontakte bestehen meist aus verzinntem Messing, was für eine gute Leitfähigkeit und einen guten Korrosionsschutz sorgt. Die Steckverbinder sind u.a. auch als Faston-Steckverbinder bekannt und gehören zum Standard bei der Verbindung von elektrischen Leitungen.

Leiterplattensteckverbinder: Wie der Name schon vermuten lässt, wurden solche Steckverbinder speziell für die Verbindung von Leiterplatten, Kabeln oder externen Komponenten entwickelt und ermöglichen einen universellen Leiterplattenanschluss.

Die Kontakte der Steckverbinder können verschiedene Formen haben (zylindrisch, rechteckig, quadratisch) und müssen zur jeweiligen Federkontaktleiste passen. Leiterplattensteckverbinder sind u.a. in Computern, Industrieanlagen, Automatisierungssystemen und in der Kommunikationstechnik zu finden. In diesem Zusammenhang wird zwischen verschiedenen Leiterplattensteckverbindern unterschieden :

• Board-to-Board-Steckverbinder: Diese Steckverbinder verbinden zwei Leiterplatten direkt miteinander, oftmals im Sinne eines kompakten und modularen Designs.

• Wire-to-Board-Steckverbinder: Sie verbinden Kabel mit einer Leiterplatte, z. B. für die Strom- oder Signalzuführung.

• Spezialsteckverbinder: Steckverbinder, die speziell für Hochfrequenzanwendungen konzipiert wurden (hohe Ströme oder flexible Flachkabel (FFC/FPC)).

RJ45-Steckverbinder: Diese Steckverbinder sind standardisierte Lösungen, hauptsächlich für die Datenübertragung in industriellen Ethernet-Netzwerken. RJ45 steht für „Registered Jack 45“ und bezeichnet eine Schnittstelle mit acht Positionen und acht Kontakten (8P8C), die für eine Datenübertragung mit hohen Geschwindigkeiten sorgen. Die Steckverbinder bestehen aus einem rechteckigen Kunststoffgehäuse und werden an beiden Enden von Netzwerkkabeln angebracht. Die Kabel bestehen meist aus Twisted-Pair-Kabel (z. B. Cat5e, Cat6). Zu den Einsatzbereichen von RJ45-Steckverbinder zählen lokale Netzwerke (LAN), Telekommunikation und Internet sowie die Fabrikautomatisierung und Prozesssteuerung.

Definition

Wie funktioniert ein Elektromotor?

Lichtwellenleiter-/Glasfasersteckverbinder: Ein entscheidender Vorteil von Lichtwellenleiter-Steckverbinder (LWL-Steckverbinder) ist, dass mit ihnen Kabel (Glasfaser- oder Kunststofffaser) verbunden werden können, die hohe Anforderungen an die Übertragungsbandbreite erfüllen. Hinzu kommen sehr geringe Signalverluste (geringe Dämpfung) mit hoher Rückflussdämpfung (geringe Reflexion) bei der Übertragung sowie die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen.

LWL-Steckverbinder sind entweder als Simplex (eine Faser) oder Duplex (zwei Fasern) ausgeführt. Die Fasern werden im Steckverbinder exakt ausgerichtet und bspw. durch Federkraft so zusammengepresst, dass ein optimaler Kontakt entsteht. Die Fasern werden hierzu im Vorfeld meist in sogenannte Ferrule (Präzisionskeramikstifte) eingeklebt, deren polierte Stirnflächen eine exakte Kopplung der Fasern zwischen Stecker und Buchse ermöglichen. In der Praxis existieren zahlreiche verschiedene Steckverbindertypen, die sich in Bauform, Größe und Verriegelungsmechanismus unterscheiden. Die häufigsten sind LC, SC, ST, FC, E-2000 und TOSLINK.

Welche Anforderungen müssen industrielle Steckverbinder erfüllen?

Je nach Einsatzgebiet begegnen Steckverbinder sehr unterschiedlichen Anforderungen. Diese betreffen u.a. sowohl die mechanische Belastbarkeit, die elektrische Leistung als auch die Umgebungsbedingungen.

Daher müssen Steckverbinder in der Regel stoß- und vibrationsfest sein, um neben mechanischen Einflüssen wie Stößen und Vibrationen auch hohen Zugkräften standhalten zu können, um stets eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen. In diesem Zusammenhang sollten sie zudem häufige Steckzyklen ohne Verschleiß und Kontaktprobleme überstehen.

Da es in industriellen Anwendungen häufiger staubig und feucht sein kann, sind bei Steckverbindern hohe IP-Schutzarten erforderlich. Typische Schutzklassen sind hierbei IP67 (vollständiger Schutz gegen Staub und geschützt gegen zeitweiliges Eintauchen in Wasser -30 Minuten bei einem Meter Wassertiefe) und IP68 (vollständiger Schutz gegen Staub und dauerhaftes Eintauchen in Wasser). Zur höchsten Schutzklasse zählt IP69K, weil hier der Steckverbinder nicht nur einen vollständigen Staubschutz hat, sondern überdies auch den Einflüssen von Wasser und heißem Wasser unter hohem Druck (80 bis 100bar bei 80 °C) widersteht. Solche Steckverbinder werden daher bevorzugt in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie in Anlagen und mobilen Maschinen eingesetzt, die bspw. häufig intensiv gereinigt werden müssen.

Erklärung

Was ist ein Frequenzumrichter?

Zu den weiteren Anforderungen hinsichtlich der Umgebungsbedingungen gehört die Temperaturbeständigkeit. Steckverbinder sollten daher in einem breiten Temperaturbereich und ggfs. auch in Umgebungen mit extremen Temperaturen einsetzbar sein. Vor diesem Hintergrund schützen u.a. Materialien wie Edelstahl oder beschichtete Metalle die Steckverbinder vor Korrosion z. B. durch Feuchtigkeit und Chemikalien bewahrt.

Industrie-Steckverbinder müssen mitunter zudem hohen Strömen und Spannungen standhalten und, in der Industrie oftmals essenziell, einen hohen EMV-Schutz haben und über entsprechende Abschirmungen gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und elektrostatische Entladungen (ESD) verfügen.

Insbesondere vor dem Hintergrund einer zunehmenden Digitalisierung der Produktion werden heutzutage außerdem hohe Anforderungen an Steckverbinder hinsichtlich der Datenübertragung gestellt. Sie müssen somit nicht nur in der Lage sein, sehr hohe Datenraten zu bewältigen, sondern sollten mit Blick auf eine hohe Signalintegrität durch spezielle Kontaktkonstruktionen und Abschirmungen ein Übersprechen reduzieren und eine durchweg stabile Signalübertragung gewährleisten. Eine gleichermaßen hohe Packungsdichte (kompakte Bauform) und robuste Verbindungen sind hierbei in den meisten Fällen ebenfalls erwünscht.

Welche Normen sind für industrielle Steckverbinder für die Signal- und Datenübertagung besonders wichtig?

Industrielle Steckverbinder müssen selbstverständlich verschiedene internationale und europäische Normen erfüllen. Hier nur einige der wichtigsten Normen für Steckverbinder zur Daten- und Signalübertragung:

IEC/DIN EN 61076-Normenreihe: Anforderungen, Maße, Kennwerte und Prüfungen für industrielle Steckverbinder. Hierzu gehören u.a. die DIN EN IEC 61076-3-124 (10-polige, geschirmte Steckverbinder zur Datenübertragung bis 500 MHz), DIN EN IEC 61076-3-123 (Steckverbinder sowohl für die Stromversorgung als auch Datenübertragung in rauer Umgebung) und DIN EN 61076-2-101, -2-109, -2-113 (Spezifizierung von M12-Rundsteckverbinder mit verschiedenen Kodierungen für unterschiedliche Datenraten und Anwendungen in der Industrie).

ISO/IEC 11801: Internationale Norm für die Übertragungseigenschaften von Verkabelungssystemen in Gebäuden, einschließlich der Anforderungen an Steckverbinder für die Datenübertragung (z. B. Cat5e, Cat6a für Ethernet).

IEC 60309, DIN EN IEC 60309: Norm vor allem für industrielle Leistungssteckverbinder sowie allgemeine Anforderungen an die Bauform und Sicherheit von Steckvorrichtungen in industriellen Umgebungen.

Anbieter von industriellen Steckverbindern (Auszug):

• Binder

• Bürklin

• Digikey

• Erni Electronics

• Harting

• Hirschmann

• IBH Elektrotechnik

• Igus

• Lapp

• Leoni

• Lumberg

• Lutronic

• LQ Group

• Mennekes

• Murrelectronik

• Phoenix Contact

• Rosenberger

• RS Components

• Schneider Electric

• Weidmüller

Quellen:

WikipediaStudysmarterLQ GroupBürklinElektronikpraxisTE ConnectivityTelegärtnerXiamen Kabasi Electric CoLappGlobal Well PCBAIBH ElektrotechnikFS.COMRS ComponentsServiceNet EDV-VertriebsgesellschaftRosenbergerBinderZVEIDigiKeyMurrelectronicMennekesWeidmüller

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