Robuste Energie-, Kommunikations- und Sicherheitssysteme dank Digi-Key

Die M23-Verkabelung erleichtert die Erweiterung des kabelgebundenen Netzwerks in der Fabrik, wenn neue Fertigungszellen hinzugefügt werden. (Bild: Molex)

Die Automatisierung hat die moderne Fabrik verändert. Die Kommunikation ist heute ebenso wichtig wie der Strom für Antriebe und Servomotoren großer Produktionsanlagen und auch die Sicherheit ist von entscheidender Bedeutung, da Menschen und Roboter eng zusammenarbeiten. Die Herausforderung für den Automatisierungstechniker besteht heute in der Auswahl und Installation von Energie-, Kommunikations- und Sicherheitsverkabelungen, die die Vorteile der heutigen Technologie nutzen und gleichzeitig die Zukunft im Hinblick auf die Skalierbarkeit im Auge behalten.

So wenden sich Ingenieure zunehmend modularen Systemen zu, die die Verdrahtung für Strom, Kommunikation und Sicherheit im selben Mantel unterbringen und gleichzeitig künftiges Wachstum in Form von Ersatzkabeln ermöglichen. Ein wichtiger Bestandteil dieses Konzepts ist das M23-Stecksystem, das so genannt wird, weil der Durchmesser des Gewindes der Kabelkupplung 23 mm beträgt. Das System ist relativ einfach zu montieren wie zu testen und bietet eine robuste und zuverlässige Energie- und Kommunikationsinfrastruktur.

M23-Kabelsätze 120480 verfügen über Umspritzungen für zusätzlichen Schutz und eine Reihe von Einsätzen; hier sind sechs- und achtpolige Varianten abgebildet. (Bild: Molex)

M23-Steckverbinder – die de-facto-Norm

M23-Steckverbinder und -Kabel sind für die Wartung von elektrischen Antrieben, Servomotoren und Encodern in der Industrieautomation konzipiert. Das M23-System verfügt über eine Reihe von Einsätzen und Gehäusen für Daten, Kommunikation und kombinierte Energie- und Datenübertragung, so dass es sich gleichermaßen für Anwendungen mit Signal- oder Energieübertragung eignet. M23-Kabelsätze können Spannungen von 250, 630 oder 800 V bei Strömen von 9, 18 oder 30 A übertragen.

Die M23-Verkabelung ist zwar nicht durch eine internationale Norm geregelt. Die Hersteller halten sich jedoch in der Regel an die Empfehlungen für die Herstellung der Kabelsätze, was die Interoperabilität ermöglicht. M23 kann somit als de-facto-Norm angesehen werden. Eine Variante des M23-Systems ist das M12-System, das einen Gewindedurchmesser von 12 mm hat. Da das M12 nicht für die Stromversorgung verwendet wird, sind die Kabelsätze kompakter und sparen somit Platz und Kosten.

Der Schlüssel zum Erfolg der M23/M12 ist ihre Flexibilität. Erstens können Entwickler ihre eigenen maßgeschneiderten Systeme zusammenstellen, indem sie Kabel, Kupplungen, Buchsen, Einsätze, Steckergehäuse und sogar den Durchmesser der Gegenstifte spezifizieren. Die Kupplungen sind in geraden und abgewinkelten Ausführungen erhältlich, und die Einsätze können mit verschiedenen Pin-Zahlen und Mustern bezogen werden. Das Ergebnis ist eine breite Palette von anpassbaren Varianten für praktisch jede Anwendung.

Alternativ können Entwickler aus einer Reihe von werkseitig gelieferten Kabel-/Kupplungs- oder Kabel-/Dosenbaugruppen wählen. Der Vorteil vorgefertigter Produkte ist die Zeitersparnis bei der Montage und die Gewissheit, dass die Integrität des Kabels und des Steckers bereits im Werk geprüft wurde. Der Nachteil ist eine relativ begrenzte Auswahl an Lösungen im Vergleich zu einer Neuentwicklung. Das vorgefertigte Sortiment ist jedoch nach wie vor breit gefächert und deckt Alternativen an Steckverbindern und Kabellängen für die meisten Fabrikautomatisierungsoptionen ab, inkl. rotierender Maschinen, Schweißroboter oder automatisierter Montageanlagen.

MPIS-Sicherheitsverteilerboxen von Molex vereinfachen die Sicherheitsverdrahtung und sparen gleichzeitig Platz und Kosten.

Schutz vor Verschmutzung, Vibration und EMV

Von einigen Ausnahmen abgesehen, z. B. bei der Herstellung von Lebensmitteln, Pharmazeutika und Hightech-Elektronik, ist die Fabrikumgebung in der Regel zumeist feucht, staubig, fettig etc., diese harsche Umgebung ist der Feind elektrischer Systeme. Bei anderen Anwendungen kann es erforderlich sein, dass die Kabel- und Steckerlösung gegenüber den bei Produktion und Reinigung verwendeten Säuren und Laugen beständig sein muss, so dass das Eindringen von Flüssigkeiten, Partikeln und anderen Stoffen unabdingbar zu verhindern ist.

Die erforderliche spezifische Beständigkeit gegen Verunreinigungen hängt von den Anforderungen des Werks ab. Die Hersteller kategorisieren ihre Produkte hilfreicherweise nach dem IP-Klassifizierungssystem. Die IP-Schutzart gibt den Schutzgrad an, den das Produkt bietet, und wird durch die internationale Norm EN 60529 definiert.

Doch nicht nur Schadstoffe können bei schlecht konzipierten elektrischen Anlagen in der Fabrik Probleme verursachen. Die Kabelkonfektionen sind außerdem potenziell thermischen Belastungen, Vibrationen und mechanischer Biegung ausgesetzt (insbesondere beim Einsatz in einer Roboteranwendung, wo die Kabel ständig in Bewegung sind). Darüber hinaus werden in Fabriken in der Regel große Elektromotoren eingesetzt, die beim Einschalten hohe Ströme ziehen und dadurch Strom- und Spannungsspitzen sowie elektromagnetische Interferenzen (EMI) verursachen, die empfindliche Kommunikationssysteme stören können.

Die M23- und M12-Kabelkonfektionen sind speziell für den Einsatz in Werksumgebungen konzipiert und ihre Schraubverbindungen widerstehen Vibrationen und mechanischen Belastungen. Für schwierige EMI-Umgebungen bieten die Kabelsatzhersteller in der Regel Optionen mit integrierter Abschirmung an. So bietet beispielsweise Molex mit seinen umspritzten M23-Stromkabeln Brad® 120480 eine Reihe besonders robuster Stromkabel an. Diese Kabelkonfektionen sind für anspruchsvolle Umgebungen ausgelegt und verfügen über Merkmale wie kunststoffumspritzte Ummantelungen zum Schutz der Kabel/Steckverbinder-Verbindung und optionale EMI-Abschirmung. Sie sind in diskreten Längen von 1 bis zu 20 m erhältlich und zur besseren Sichtbarkeit orange gefärbt.

Die Kabel sind entweder in sechs- oder achtpoliger Ausführung erhältlich. Die maximale Spannung und Stromstärke beträgt 800 V und 18 A, mit einem Kontaktwiderstand von 3 Ohm (Ω) und einem Isolationswiderstand von 100 Megaohm (MΩ). Die Kabelsätze können in einem Temperaturbereich von 25 bis +85 °C betrieben werden und bieten nach dem Zusammenstecken die Schutzart IP67 für Staub und Wasser.

Roboterarbeitszellen erfordern lebenswichtige Sicherheitssysteme zum Schutz menschlicher Arbeitskräfte in der Fabrikautomation. (Bildquelle: Molex)

M23-Steckverbinder sind modular und flexibel

Der Vorteil eines modularen Systems wie M23 ist, dass die Fabrikverkabelung schnell aufgebaut und angepasst werden kann, wenn die Produktion erweitert wird. Das System ermöglicht es dem Techniker, Kabelnetze einfach miteinander zu verbinden und die Kabelenden direkt an Maschinen mit M23-Buchsen anzuschließen. Die Verdrahtung bietet nicht nur die für die Fabrikautomatisierung erforderliche hohe Spannung und Stromstärke, sondern unterstützt auch Kommunikationssysteme wie Ethernet, EtherCAT, Modbus und PROFINET.

Ein M23-Kabelsatz mit einer 23mm-Steckbuchse und einem 8-poligen Buchseneinsatz. (Bildquelle: Molex)

Sicherheit ist das A und O

Große Bedeutung nimmt die Sicherheit in der Fabrikautomation ein, insbesondere dort, wo sich Menschen und Roboter auf engem Raum befinden. So erfordern sämtliche Systeme Safety-Vernetzungen, die das kabelgebundene Netzwerk allerdings schnell komplex und unhandlich gestalten – speziell dann, wenn jeder Sensor von einem Zweig des Hauptnetzwerks der Fabrik versorgt wird.

Demnach vereinfachen Ingenieure diese Situation, indem sie Verteilerkästen des Multiport Interconnection Systems (MPIS) verwenden, die an das Hauptnetz der Fabrik angeschlossen sind. Von dort aus werden M12-Steuerkabel an die Ausgänge der Boxen angeschlossen, um die Sicherheitssysteme der Fertigungszelle zu verdrahten. Ein Beispiel dafür ist der robuste MPIS-Verteilerkasten 1202480510 von Molex mit Schutzart IP67, der die Verwaltung von Sicherheitsvorrichtungen an Maschinen erleichtert.

Onlineshop mit Millionen Komponenten

Eine große, breit gefächerte Auswahl an elektronischen Komponenten bietet Digi-Key Electronics. Das Handelsunternehmen hat stets Millionen von Komponenten auf Lager und ist weltweit autorisierter Distributor namhafter Elektronikanbieter. So ist es gerade in Zeiten schwieriger Just-in-time-Lieferungen ein eklatanter Vorteil, wenn dringend benötigte Komponenten beispielsweise für den Maschinenbau, einer Produktionsanlagenerweiterung oder für die Instandhaltung rasch und zuverlässig geliefert werden. Der Onlineshop von Digi-Key macht so manch Unmögliches möglich.