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Bild: Hummel; iStock, Jevtic
Thermoelektrisches Design

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Heiße Stecker fordern neue Kleidung

Text: Achim Hoch, Hummel
Die beliebten Steckverbinder M12 Power können neben Daten auch hohe Spannungen und Ströme übertragen. Im Steckergehäuse kann es so heiß hergehen, neue Materialen sind zwingend notwendig. Dafür lassen sich dickere Kabel anschließen.

Mit der M12-Erweiterung in Richtung Leistungsübertragung ändern sich die Systemanforderungen erheblich. Denn mit einer Nennspannung von 630 V und einem Nennstrom von 16 A eignet sich gerade die M12 Power Kodierung K für die Antriebstechnik und damit für den Einsatz am Servomotor. Und dort kann es heiß hergehen, Umgebungstemperaturen von 100° C oder mehr sind keine Seltenheit. Für Stecksysteme in diesem Umfeld ist ein Temperaturbereich von bis zu 125° ein Muss.

Um diesen Spagat zwischen minimierter Bauform der M12-Stecker auf der einen und thermoelektrischem Anspruch auf der anderen Seite zu schaffen, ist der Einsatz neuer Werkstoffe und Designs folglich zwingend notwendig. Seitens des Kontaktträgers musste daher ein thermisch beständiges und formstabiles Material gewählt werden, welches auch in der Lage ist, die gesteigerten geometrischen Herausforderungen zu meistern.

Widerstandsfähige Kontakte

Ungleich größer war die Herausforderung an das eigentliche Kontaktsystem, an die Stifte und Buchsen des M12 Powersteckers. Hohe Stromtragfähigkeit, Festigkeiten, kleine Abmessungen, Alterungsverhalten, Übergangswiderstände, Verarbeitbarkeit oder Umformverhalten sind in dem Zusammenhang Kriterien, die teilweise in Wechselwirkung zueinander stehen beziehungsweise stark divergieren. Schließlich konnten jedoch durch zahlreiche Simulationen (FEM) und Versuchsreihen Werkstoffe und Kontaktgeometrien entwickelt werden, die den technischen Anforderungen auch in Langzeittest entsprechen. Dieses optimierte Zusammenspiel von Kontaktträger und Kontaktsystem wirkt sich positiv auf das Derating-Verhalten aus, welches gemäß DIN EN 60512 das Strom-Temperatur-Verhalten des Stecksystems beschreibt.

Neben den mit TPE umspritzten Ausführungen der M12-Power-Steckverbinder mit Anschlusskabeln sind gerade im Maschinen- und Anlagenbau frei konfektionierbare Varianten nicht weg zu denken. Sie sind in allen gängigen Gehäusebauformen verfügbar, ermöglichen Flexibilität im Feld und garantieren Verfügbarkeit bei der Systeminstallation. Doch parallel zu den elektrischen Anforderungen wirkt sich die hohe Leistungsübertragung des M12 Power Stecksystems in logischer Konsequenz auch auf die mechanischen Belastungen aus. Zuerst einmal bedeutet eine höhere Stromübertragung, dass größere Aderquerschnitte notwendig sind und dickere Kabel eingesetzt werden. Sind es bei den Kodierungen S und T noch 1,5-mm²-Adern, so bieten die beiden Kodierung K und L die Möglichkeit, Querschnitte bis zu 2,5 mm² anzuschließen.

Dickere Kabel möglich

Neue Generationen frei konfektionierbarer M12-Power-Steckverbinder sind daher in der Lage, Kabel bis 11 mm statt wie bisher nur bis 9 mm Außendurchmesser aufzunehmen. Gleichzeitig wird der erforderlichen Robustheit der Stecker dadurch Rechnung getragen, dass statt Kunststoffgehäuse stabile Metallvarianten eingesetzt werden. Sie widerstehen äußeren mechanischen Einflüssen und verkraften ein höheres Maß an Torsion der oftmals starren, schweren Kabel. Trotzdem bleiben die Abmessungen weit unter den in der Bauartnorm definierten Grenzen. Der klar strukturierte Aufbau der frei konfektionierbaren Ausführungen ermöglicht eine schnelle Konfektion der Steckverbindung. Bei den S- und T-Kodierungen kommen die weit verbreiteten Schraubanschlüsse zum Einsatz. Bei K- und L-Kodierungen werden aufgrund der hohen elektrischen Anforderungen nur Crimpkontakte verwendet. Die vorgeschriebene PE-Schutzleiteranbindung ans Steckergehäuse ist bereits konstruktiv realisiert.

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