Steckverbinder De-facto-Standards für industrielle Anwendungen

Gerade die Steckverbinderhersteller leben sehr gut damit, dass sie für Kunden der verschiedenen Abnehmerbranchen applikationsspezifische Verbindungslösungen entwickeln. Daneben gibt es verschiedene De-facto-Standards, die sich in einzelnen Segmenten, zum Beispiel Daten- oder Automatisierungstechnik, etabliert haben und über Jahre hinweg ihren Durchbruch in weitere Anwendersegmente geschafft haben. USB- und M12-/M8-Steckverbindungen sind dafür gute Beispiele.

Auf seinem Entwicklerforum (IDF) im Herbst 2007 hatte Intel die Version 3.0 des Universal Serial Bus (USB) erstmals erwähnt. Anfang 2009 dann hatte das von Intel geführte Industriegremium USB Implementers Forum die finale Version der neuen Spezifikation zum Download bereitgestellt (www. intel.com/technology/usb/xhcispec.htm). Das knapp 3,5 Mbyte und rund 480 Seiten starke Dokument erläutert vor allem den neuen SuperSpeed-Betriebsmodus, der Datentransferraten bis 300 Mbyte/s ermöglichen soll. Dabei bleibt ein USB-3.0-Host-Adapter kompatibel zu dem – mit USB 2.0 vor etwa acht Jahren eingeführten – High- Speed-Transfermodus, der theoretisch bis zu 60 Mbyte/s (480 Mbit/s) erreicht, sowie zu den bereits mit USB 1.0/1.1 möglichen Betriebsmodi „Fullspeed“ (12 Mbit/s) und „Lowspeed“ für Tastaturen und Mäuse). Anders als beim Übergang von USB 1.1 zu USB 2.0, funktioniert der SuperSpeed- Modus allerdings nur mit neuen USB-Kabeln. Diese benötigen zusätzlich zum bisherigen Datenleitungspaar (D+/D–), das lediglich als Unshielded Twisted Pair (UTP) ausgeführt sein musste, für beide Transferrichtungen je ein separat geschirmtes Adernpaar (Shielded Differential Pair, SDP) sowie zwecks Einhaltung von EMV-Grenzwerten eine gemeinsame Abschirmung des gesamten Kabels.

USB-3.0-Steckverbinder mit fünf zusätzlichen Kontakten

USB-3.0-Steckverbinder werden auch fünf zusätzliche Kontakte enthalten. Dabei bleiben Typ-A-Stecker aber zu bisherigen USB-Buchsen kompatibel – die Entwickler haben die neuen Kontakte in bisher ungenutzte Bereiche gequetscht. Bei Micro-USB- und Typ-BVerbindern klappt das nicht – sie erhalten jeweils einen „Anbau“. Die von Intel 2007 erwähnten optischen Verbinder sind in der Spezifikation nicht enthalten, werden aber möglicherweise nachgereicht – das SuperSpeed-Protokoll ist vom physischen Verbindungsmedium unabhängig. Bereits Mitte 2009 brachten die ersten Steckverbinderhersteller ihre ersten USB-3.0-Steckelemente auf den Markt, und es ist fest damit zu rechnen, dass beispielsweise Messgeräteoder Industrie-PC-Hersteller diese Schnittstelle 2010 bereits in neue Produktgenerationen übernehmen werden. Der Distributor Elmacon (www.elmacon.de) beispielsweise bietet die USB- 3.0-A-Buchsen von Wieson an. Jeder dieser Steckverbinder hat neun Kontakte – vier für USB 2.0 und fünf zusätzliche für USB 3.0 (Bild 1). Vom selben taiwanesischen Hersteller werden zudem auch USB-3.0-Kabel sowie kundenspezifische Versionen und andere USB-3.0-Steckervarianten erhältlich sein. Die kompakt aufgebaute USB-3.0/ Typ-A-Zweifachbuchse 020051-MR0- 18S500ZR von Suyin (www.suyineurope.com) erfüllt ebenfalls mit ihren goldbeschichteten Kontakten, dem Kontaktbild von 2 x 9 Anschlüssen sowie den restlichen physikalischen und technischen Spezifikationen alle Forderungen gemäß USB 3.0. Besonders erwähnenswert sind der geringe Kontaktwiderstand von 20 mΩ(typ.), der hohe Isolationswiderstand von 1000 MΩund die mit 5000 hohe Anzahl der zulässigen Steckzyklen.

Die gestapelt aufgebaute USB-3.0-Doppelbuchse ist für die abgewinkelte Leiterplattenmontage in Durchstecktechnik (THT) konzipiert. Eine Single- Buchsen-Version befindet sich in Vorbereitung. Eine recht clevere Lösung hat sich indes Samtec ausgedacht, das seine Produktlinie der geschirmten AccliMate- Rundsteckverbinder um eine Mini- USB-B-Lösung erweitert. Dieses USB-2.0-konforme System ist gemäß IP 68 spezifiziert, verfügt über Staubund Spritzwasserschutz und eignet sich damit für industrielle Anwendungen ebenso wie für Einsatzfälle in rauer Umgebung (www.samtec.com/ftppub/deutsche_version/scpu_d.pdf, Bild 2). Die verfügbaren Kabelstecker (Serie CPU) und -buchsen (Serie SCRUS) enthalten jeweils einen geschirmten Mini-USB-B-Typ in Größe 10 und können single oder double ended angewendet werden.

M12-Steckverbinder für industrielle Applikationen

In sehr vielen Industrie-Applikationen kommen Rundsteckverbinder zum Einsatz, die – wie das eben gezeigte Beispiel von Samtec – für rauheste Umgebungsbedingungen verwendet werden können. Die Verbindungselemente sind mit verschiedenen Durchmesser-Maßen verfügbar, und als De-facto-Standard hat sich dabei – neben anderen – der M12-Stecker etabliert. Es handelt sich um eine Rundsteckverbindung mit metrischem Gewinde, die in mehreren Varianten und Codierungen für verschiedene Schutzarten hergestellt wird. Für industrielles Ethernet beispielsweise gibt es eine 4-polige M12-Variante. Daneben gibt es aber auch 3-, 4-, 5- und 8-polige Versionen. Die verschiedenen 4- und 5-poligen Varianten werden in Feldbussen verwendet und sind von den entsprechenden Nutzerorganisationen standardisiert. Die 8-polige Variante wiederum erhält in Gigabit-Ethernet- Applikationen den Vorzug. 

M12-Cat.6A –Steckverbinder für 10-Gbit-Ethernet

Durch ihren hohen Stellenwert in der Branche möchten sich die Phoenix- Contact-Gruppe (www.phoenixcontact.de) und die Harting-Technologiegruppe (www.harting-deutschland.de) als Vorreiter einer neuen Generation von M12-Steckverbindern profilieren, die als M12-Cat.6A-Steckverbinder gemeinsam in den Markt eingeführt wird. Gegenüber den bisherigen Lösungen mit vier Kontakten ermöglicht der neue 8-polige Steckverbinder – konform zum Ethernet- Standard – eine Datenübertragungsrate bis 10 Gbit/s über eine Strecke von 100 m. Außerdem gewährleistet ein Schirmsystem inklusive der Abschirmung der einzelnen Datenpaare die sichere Datenübertragung in elektromagnetisch hoch belasteten Umgebungen. Auf der Messe SPS/IPC/Drives Mitte November 2009 wurden erste Wanddurchführungen, umspritzte Leitungen und frei konfektionierbare Steckverbinder vorgestellt, damit Gerätehersteller sowie Maschinen- und Anlagenbauer diesen in der IEC PAS 61076-2-109 genormten Steckverbinder nun auch in ihre Applikationen integrieren können. Auf derselben Messe hatte auch Molex (www.molex.com) angekündigt, dass es einen M12-CAT6-Steckverbinder auf den Markt bringen wird, der sich durch ein innovatives Schirmgeflecht für Datenübertragungsraten bis 1 Gbit/s eignen soll.

Steckverbinder mit eingebautem Drehmoment

Escha (www.escha.de) hat mit seinem Steckverbinder M12Nm indes eine interessante Alternative auf den Markt gebracht, die auch ohne Einsatz eines Drehmomentschlüssels anzeigt, wann sie dicht ist. Die integrierte Drehmomentkontrolle stellt sicher, dass die Steckverbindung gemäß der Schutzklasse IP 67 abdichtet und somit industriell eingesetzt werden kann. Der M12Nm ist als Kupplung und Stecker in gerader und gewinkelter Bauform als 3-, 4- und 5-polige Version erhältlich. Die Funktionsweise des M12Nm ist ebenso simpel wie genial: Zunächst werden Kupplung oder Stecker durch eine axiale Bewegung mit dem vorgesehenen Gegenstück verbunden. Anschließend wird der aus Kunststoff gefertigte Überwurf von Hand festgezogen. Sobald das vorgegebene Drehmoment erreicht ist, dreht der Überwurf frei. Der Anwender bekommt eine klare haptische und akustische Rückmeldung und weiß, dass die Verbindung ab diesem Moment dicht und eine weitere Kompression ausgeschlossen ist.