Metrische Rundsteckverbinder / Harting Eine runde Sache

Ein Kind der französischen Revolution ist auch das metrische Einheitensystem, das 1793 eingeführt wurde. Darauf basieren die metrischen Rundsteckverbinder – ein in rauen industriellen Anwendungen ein bekannter Standard. Ein Überblick über bewährte Grundlagen und neue Entwicklungen.

Metrische Rundsteckverbinder sind eine der am weitesten verbreiteten Schnittstellen weltweit, geht es um die Verkabelung von Maschinen, Industrieanlagen und Geräten unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen. Ihren Ursprung haben sie in der Formgebung durch ihre Verriegelung. Diese ist an die Maße und Normung von Schrauben angelehnt, die der ISO 1502 entsprechen. Dementsprechend haben metrische Rundsteckverbinder im Bereich der Verriegelung stets den fest definierten Durchmesser in Millimetern, wie es alle genormten Schraubverbindungen haben: M8 bedeutet 8 mm usw. 

Gängige Größen in dieser Rubrik, die sich weltweit zahlenmäßig am meisten durchgesetzt haben, sind M8 und M12. Daneben gibt es noch Verbindungen in der metrischen Größe M23. Verlässt man das Feld der metrischen Größen, gibt es noch den recht verbreiteten Rundsteckverbinder in der Größe 7/8 Zoll. Dieser dient häufig zur Übertragung von Versorgungsspannungen, die sich über kleinere Steckverbinder bisher nicht realisieren ließen.

Drei Lebensadern: Kommunikation, Signale und Leistung

Unterteilen lassen sich die Rundsteckverbinder am leichtesten nach ihren Aufgabengebieten, sprich den Lebensadern die sie ins Gerät bringen. Dies sind klassisch:

  • Daten auf Basis des Ethernet-Protokolls für die Kommunikation mit bis zu 10 Gbit/s,
  • Signale für die I/O-Kommunikation und Ansteuerung von Sensoren sowie
  • Leistung für die Spannungsversorgung von Anwendungen, für Steuerung, Antrieb usw.

Sucht man einen möglichst kleinen Rundsteckverbinder für Ethernet, ist der M8 D-kodiert nach IEC 61076-2-114 die richtige Wahl (Bild 1). Harting führt einen solchen ethernet-fähigen M8 seit 2016. Er kombiniert eine miniaturisierte Schnittstelle mit PoE (Power over Ethernet), einer durchgehenden EMV-Schirmung und Schutz gegen Staub und Flüssigkeiten nach IP65/67. In der P-Codierung bietet der Markt eine Ethercat-fähige M8-Schnittstelle an, die wie die D-Codierung mit PoE neben Daten auch Leistung übertragen kann.

Im Bereich M12 spielt neben der D-Codierung vor allem die X-Codierung mit ihrem prägnanten Steckgesicht eine große Rolle für die Datenübermittlung. Mit dem X-förmigen Schirmblech im Steckgesicht ist sie stets leicht als schnelle Ethernet-Schnittstelle für bis zu 10 Gbit/s zu identifizieren. Sie ist nach IEC 61076-2-109 genormt und ist die richtige Wahl, wenn es um breitbandige Übertragung geht, wie sie für moderne hochauflösende Kameraanwendungen und zentrale Übertragungswege notwendig ist. Gerade solche kleinen und platzsparenden Anwendungen wie neue Industriekameras bieten wenig Platz für viele Schnittstellen. Hier kommt der X-Codierung zugute, dass sie auch Leistung über PoE übertragen kann. Darf es etwas weniger Performance sein, steht auch bei M12 die D-Codierung nach IEC 61076-2-101 bereit.

Geht man den nächsten Schritt zur deutlich größeren Schnittstelle M23, ist die Datenübertragung nur in Kombination mit Signalen und Power verfügbar (Bild 2). Diese hybride Lösung ist insofern sinnvoll, da eine so große Schnittstelle nur für die Datenübertragung unnötig viel Platz einnehmen würde. So ist sie direkt mit je vier Leistungs- und Signalkontakten vereint und überträgt alle Lebensadern in einem Steckgesicht.

Als klassische I/O-Signalschnittstelle für kleine Sensoren überträgt der M8 in A- und B-Codierung nach IEC 61076-2-104 Signale bis zu 100 Mbit/s. Die A-Codierung ist für Sensor- und Aktorsignale zuständig und kann dabei auch bis zu 4 A pro Leitung übertragen. Überall wo es um die IP65/67-geschützte Übertragung von Signalen geht, ist er eine gute Lösung um Platz zu sparen.

Im gleichen Revier jagt der M12 mit A- und B-Codierung. Er entspricht der Norm IEC 61076-2-101 und ist im Grunde die größere und etwas robustere Variante des M8 für Signale. Beide kommen wohl mit am häufigsten auf Sensor/Aktor-Boxen zum Einsatz und stellen hier die Verbindung zur Sensorik her.

Der größte Vertreter der signalübertragenden Steckverbinder ist hier der M23. Im robusten Metallgehäuse kann der Anwender sich zwischen Einsätzen mit Polzahlen von sechs bis 19 Pins entscheiden.

Ohne die passende Stromversorgung geht nichts. Keine Maschine, kein Antrieb und keine Steuerung kann ohne die Lebensader Power arbeiten. Doch auch energiehungrige Anwendungen schrumpfen zusehends und bedürfen einer kleinen und gleichzeitig leistungsstarken Schnittstelle. Während bisher 7/8-Zoll-Schnittstellen für die Spannungsversorgung weitverbreitet und gängig waren, übernehmen diese Aufgabe nun neue M12-Codierungen. Genormt sind die Codierungen K, L, M, S, T, E und F in der IEC 61076-2-111. Die Vertreter mit der größten Verbreitung sind momentan die Codierungen K und L (Bilder 1d und 1e).

Während die L-Codierung über vier Kontakte und einen FE 63 V bei 16 A vorwiegend für Profinet-Anwendungen bereitstellt, ist die neue K-Codierung mit 630 V bei 12 A eine leistungsstarke Option für alle Anwendungen im Bereich elektrischer Antriebe. Auch für Sensor/Aktor-Boxen ist der M12-Power ein wichtiges Novum. Bisher waren die Boxen in der Regel mit diversen M12-Schnittstellen plus einer 7/8-Zoll-Schnittstelle ausgelegt. Diese ist deutlich größer und sprengte den sonst einheitlichen Formfaktor. Mit der Stromversorgung über M12 lassen sich nun alle Schnittstellen gleich auslegen und so Platz sparen.

Darf es noch etwas mehr Power sein, kommt M23 wieder ins Spiel. Hier können über fünf Leistungskontakte und eine Schutzerde (PE) bis zu 630 V bei 28 A für die nötige Leistung sorgen. So lassen sich auch auf kleinem Bauraum große Leistungen übertragen.