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Verkabelung im Feld mit System

01  In der Feldinstallation sind M12-Steckverbinder ­eine zuverlässige und wirtschaftliche Schnittstelle

01  In der Feldinstallation sind M12-Steckverbinder ­eine zuverlässige und wirtschaftliche Schnittstelle

02  Bei so einem umfassenden Portfolio, wie dem von Phoenix Contact sollte man sich frühzeitig mit den Anforderungen der Applikation und den geeigneten Komponenten beschäftigen, um die optimale Wahl treffen zu können

02  Bei so einem umfassenden Portfolio, wie dem von Phoenix Contact sollte man sich frühzeitig mit den Anforderungen der Applikation und den geeigneten Komponenten beschäftigen, um die optimale Wahl treffen zu können

03  Umspritzte M12-Steckverbinder – durch Plug-and-play kann viel Zeit bei der Installation gespart werden

03  Umspritzte M12-Steckverbinder – durch Plug-and-play kann viel Zeit bei der Installation gespart werden

04  Konfektionierbare M12-Steckverbinder – Federkraft- (links) und Schneidklemmanschluss ermöglichen eine zuverlässige und schnelle Installation im Feld

04  Konfektionierbare M12-Steckverbinder – Federkraft- (links) und Schneidklemmanschluss ermöglichen eine zuverlässige und schnelle Installation im Feld

Bei der Sensor-Aktor-Verkabelung beginnt die Auswahl der Komponenten schon mit der Planung: Welche Anforderungen sind zu berücksichtigen? Wie ist der Einsatzort beschaffen? Welche mechanischen und elektrischen Aspekte sind von Bedeutung? Welche Rolle spielen Temperatur, Schutzart oder Vibrationen? Der Markt hält zahlreiche Lösungen für die Feldverkabelung bereit – vom Standard-Programm bis hin zum Sonder-Programm für spezielle Anwendungen.

Das Programm der passiven Produkte umfasst in aller ­Regel folgende Komponenten: Wanddurchführungen, Leitungen mit umspritzten Steckverbindern, konfektionierbare Steckverbinder und Verteiler. Dabei dominiert die Schnittstelle im M12-Design den Markt (Bild 1).

Qualitätsunterschiede bei Leitungen
Standard-Programm ist längst nicht gleich Standard-Programm – beispielsweise sind die Unterschiede bei den ­Beständigkeiten beachtlich. Eine wichtige Komponente ist dabei die Leitung der umspritzten Steckverbinder – elektrische, mechanische und thermische Kennwerte sind hier unterschiedlich ausgeprägt. Der Anwender kann zwischen verschiedenen Leitungsqualitäten wählen, von kostengünstigen PVC-Leitungen über ölbeständige und halogenfreie PUR-Leitungen bis hin zu hochflexiblen Leitungen mit Torsionseignung.
Mit der steigenden Anzahl an Sensoren und Aktoren steigt auch die Anzahl der Leitungen. Hier liegt oft ein hohes Einsparpotenzial. Werden beispielsweise nur druckluftbetriebene Ventile angesteuert, müssen die Leitungen nicht ölbeständig sein. Hingegen müssen beim Einsatz in Fräs- oder Drehmaschinen oder bei ständigem Kontakt mit Schmierölen genau diese Leitungen verwendet werden.

Die Auswahl ist kein Kinderspiel
Die optimale Leitung für die jeweilige Applikation zu finden ist jedoch kein Kinderspiel. Marktführende Leitungshersteller sowie Anbieter von Leitungen mit umspritzten Steckverbindern stellen detaillierte Informationen zu den Komponenten in Print- und Online-Katalogen bereit. Auf dieser Basis lassen sich bereits im Vorfeld zahlreiche Varianten ausschließen, und man kann die Auswahl der richtigen Leitung eingrenzen. Bei der weiteren Auswahl von Steckverbindern und Leitungsqualität unterstützen Online-Tools wie etwa Selektoren. Wer sich schon in der Planungsphase mit diesen umfassenden Informationen auseinandersetzt, minimiert das Risiko eine technisch oder wirtschaftlich nicht angemessene Lösung zu installieren (Bild 2).
Auch die Frage, wer vor Ort installiert, muss in Betracht gezogen werden. Ist eine Fachkraft vor Ort, welche die ausgewählten Komponenten verbaut und die Steckverbinder konfektionieren kann? Oder können nur Leitungen mit umspritzten Steckverbindern verwendet werden? In beiden Fällen sollte neben der Leitung auch der Steckverbinder die Anforderungen der Applikation erfüllen. Die Einflüsse etwa von Ölen, Stäuben und Vibrationen sollten die Funktion des Steckverbinders nicht einschränken. Auch hier bietet der Markt unterschiedliche Qualitätsstufen, die nicht immer auf den ersten Blick erkennbar sind. So ist beispielsweise beim Einsatz neben Schweißrobotern ein UV- und Schweißfunken-beständiges Material erforderlich, während beim Einsatz in einer Fräs- oder Drehmaschine Parameter der Ölbeständigkeit und Dichtigkeit im Fokus stehen.

Ausprägung bei umspritzten Steckverbindern
Sind die Anforderungen an den Steckverbinder klar, wird die Ausprägung des kompletten Artikels festgelegt. Leitungen mit umspritzten Steckverbindern ­werden mit Steckverbindern an beiden Seiten sowie mit einem offenen Leitungsende angeboten (Bild 3). Bei der beidseitig umspritzten Variante muss zuvor die Leitungslänge definiert werden, um Leitungsschlaufen in der Maschine zu vermeiden. Vorteilhaft ist diese Ausprägung aber vor allem wegen des Plug-and-play – die Komponenten sind elektrisch geprüft und müssen nur noch gesteckt werden. ­Wegen des codierten Steckgesichtes kann die Verkabelung durch geschultes Personal erfolgen. Eine Konfektionierung vor Ort entfällt, und die Fehlerträchtigkeit bei der Installation sinkt erheblich.
Bei den Varianten mit einseitig umspritzten Steckverbindern muss die Leitungslänge zuvor nicht präzise definiert werden – der Anwender kann die Leitung nach Bedarf kürzen. Auch diese Ausprägung wird elektronisch geprüft – allerdings muss dann noch konfektioniert werden. Im Einsatz mit konfektionierbaren Steckverbindern entsteht eine beidseitig steckbare Schnittstelle.

Bequemer verkabeln mit Schnellanschluss-Technik
Ausschlaggebend für die Wahl des richtigen Steckverbinders sind deren spezifische Funktionen, die der Anwender auch hier genau kennen sollte. Mit der Federkraft- und Schneidklemm-Anschlusstechnik, die beide als Schnellanschlusstechnik gelten, spart der Installateur viel Zeit, da gegenüber der Schraubanschlusstechnik einige Arbeitsschritte entfallen (Bild 4).
Der Anschluss mittels Feder ist die bekannteste Schnellanschlusstechnik. Alle Federanschlüsse ermöglichen einen festen und wartungsfreien Leiteranschluss – selbst bei erhöhten Belastungen durch Schock und Vibrationen. Der Zugfederanschluss ermöglicht eine einfache Installation starrer und flexibler Leiter mit und ohne Aderendhülse. Hierzu wird der Klemmraum mithilfe eines Schraubendrehers vor dem Einführen der Leiter geöffnet.
Noch einen Schritt weiter geht die Push-in-Technik: Eine Schenkelfeder macht es möglich, dass starre oder flexible Leiter mit Aderendhülse einfach in den Klemmenbereich eingeschoben werden. Auf einen Schraubendreher kann dabei genauso verzichtet werden wie auf die Betätigung eines Pushers. Der Pusher ist nur beim Beschalten von flexiblen Leitern ohne Aderendhülse oder beim Endschalten erforderlich.

Abisolieren entfällt
Die Schneidklemm-Anschlusstechnik ist am Markt auch als IDC (Insulation Displacement Connection)-Anschluss ­bekannt. Dabei wird der Draht oder die Litze ohne abzuisolieren direkt zwischen zwei Schneiden geführt. Die Schneiden sind so konstruiert, dass die Isolierung der einzelnen Leiter durchtrennt wird und anschließend eine gasdichte Verbindung entsteht. Durch ihre besondere Beschaffenheit üben die Schneiden eine gleichmäßige Kontaktkraft auf den Draht oder die Litzen aus – und sorgen so für eine sichere und definierte Kontaktierung.
Dabei ist zu beachten, dass die Isolierung der Drähte und Litzen für die Schneidklemme freigegeben und die Litze symmetrisch aufgebaut ist – eine Anforderung, die standardisierte Leitungen im industriellen Umfeld überwiegend erfüllen. Sollte diese Produkteigenschaft im Datenblatt der Steckverbinder nicht aufgeführt sein, muss sie erfragt werden.
Der größte Vorteil der IDC-Anschlusstechnik liegt in der Schnelligkeit und einfachen Handhabung. So lässt sich eine geschirmte vieradrige Sensor-/Aktor-Leitung bequem in weniger als zwei Minuten mit einem Steckverbinder konfek­tionieren. Die geschirmte Leitung muss dazu nur zweistufig abgesetzt werden – ein Abisolieren der Drähte und Litzen entfällt. Weitere Vorteile bei konfektionierbaren Steckverbindern sind die individuellen Leitungslängen und die damit verbundene vereinfachte Lagerhaltung. Der Anwender kann die Leitung vor Ort auf seine gewünschte Länge kürzen und den konfektionierbaren Steckverbinder anschließen.

Fazit
Installationen auf der Basis vorkonfektionierter Leitungen beschleunigen durch Plug-and-play die Inbetriebnahme der Anlage vor Ort. Ob Steckverbinder für eine schnelle Datenübertragung oder für die Signalübertragung im Feld benötigt werden – auf den Komfort einer einfachen und problemlosen Konfektionierung vor Ort muss niemand mehr verzichten.
Oft muss der Anwender vor Ort individuell und schnell verdrahten. Hier sind dann Schnellanschluss-Techniken wie Schneidklemmen oder Federkraft eine zuverlässige und wirtschaftliche Lösung. Je besser die Anforderungen einer Applikation bekannt sind, umso genauer können die richtigen Leitungen und Steckverbinder definiert werden. Den Anbietern solcher Systeme hilft eine genaue Beschreibung der Applikation seitens des Kunden, um ihm das richtige Produkt anzubieten. (no)

Dipl.-Ing. Jörg Hohmeier arbeitet im Bereich ­Product Marketing Pluscon Field & Installation bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg. jhohmeier@phoenixcontact.com

Dipl.-Ing. Jörg Hohmeier arbeitet im Bereich ­Product Marketing Pluscon Field & Installation bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg. jhohmeier@phoenixcontact.com