Weidmüller GmbH & Co. KG

Bild: Weidmüller; iStock, beer5020

Hybridsteckverbinder Drei in Einem

16.05.2018

In der elektrischen Antriebstechnik geht der Trend immer mehr zur Einkabellösung in Form eines Hybridkabels. Dieser Trend hat direkte Auswirkungen auf die Anschlusstechnik. Hybridsteckverbinder übertragen sowohl Signale als auch Energie und übernehmen zusätzlich die Schirmung.

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Die Verbindung von Motorspannung, internem Temperaturfühler und einer eventuellen mechanischen Bremse sind die klassischen Anforderungen an diese Schnittstelle. Je nach Anwendung wird auch die Verbindung zu einem Encoder oder Resolver benötigt. Als Lösung bietet Weidmüller auf der Leiterplattenseite (IP20) der Frequenzumrichter oder Servoregler sowie auf der Motorenseite (IP6x) Steckverbinder an. Die Leiterplattensteckverbinder-Generation Omnimate Power Hybrid verbindet in einem einzigen Steckvorgang die Energie- und Signalleitungen sowie den Kabelschirm von Hybridleitungen mit dem Gerät und verriegelt dabei automatisch. Der Hybridsteckverbinder mit Push-in-Anschlusstechnik vereint somit die Themen Sicherheit, Miniaturisierung und den Schirmanschluss in einem Produkt.

Der M23-Hybridsteckverbinder stellt die robuste und zuverlässige Verbindung am Motor dar. Er ist speziell auf die rauen Umgebungsbedingungen im Maschinen- und Anlagenbau aus-
gelegt.

Hybridkabel – One Cable Technology (OCT)

Hybridkabel stellen die Verbindung zwischen Frequenz­umrichtern oder Servoreglern und dem Motor her. Zum Anschließen der Leitung benötigte man bisher drei Steckverbinder: einen Leistungssteckverbinder für den Motoranschluss, einen Signalsteckverbinder zur Erfassung des Motor-Feedbacks und eine Schirmauflage zum Schutz des Datenverkehrs vor elektromagnetischen Störimpulsen. Der Omnimate-Hybrid-Steckverbinder kombiniert alle drei Steckverbinder applikationsgerecht zu einer Gesamtlösung. Er ermöglicht dadurch ein gleichzeitiges, sicheres und blindes Stecken und die Übertragung von Energie und Signalen. Dazu gehört beispielsweise die steckbare Schirm-
auflage oder die automatisch verrastende Einhand-Sicherheitsverriegelung. Die Integration dieser Funktionen sorgt auch bei schwierigen Einbauverhältnissen für eine intuitive, werkzeuglose Handhabung und eine dauerhaft sichere Kontaktierung. Der Hybridsteckverbinder erfüllt den Berührungsschutz gemäß IEC (UL) 61800-5-1 von 3 oder 5,5 mm. Optional ist er auch mit auf- und festellbaren Pushern und geöffneter Kontaktstelle erhältlich. Diese Version vereinfacht die Verdrahtung im Feld wesentlich.

Die Vorteile des Steckverbinders sind nicht nur theoretischer Natur, sondern zeigen sich ebenfalls in der Praxis. Die Firma LTI Motion bietet mit dem System One CM ein sehr kompakt ausgelegtes Automatisierungssystem an. Das System vereint die Steuerungs- und Sicherheitstechnik mit einer zentralen Leistungsversorgung sowie Mehrachsregler. Im Wesentlichen sind es drei Punkte, die das System zum kompaktesten seiner Klasse machen: die Integration der Safety-Steuerung in die SPS-Steuerung, die Integration eines 500-W-Schaltnetzteils in die Versorgungseinheit und schließlich der Einsatz von Doppel- und Dreiachsreglern. Der Servoregler mit einem Nennstrom von 1,5 bis 32 A vereint eine hohe Miniaturisierung mit gleichzeitig mehr
Leistung.

Im Vergleich zu marktüblichen Mehrachssystemen spart System One CM auf diese Weise bis zu 40 Prozent Platz im Schaltschrank ein. Einen ganz entscheidenden Anteil am hohen Integrationsgrad sowie der Platzersparnis hat der Omnimate-Power-Hybrid-Steckverbinder. Er erfüllt die Forderungen der Gerätedesigner nach hoher Packungsdichte, hoher Stromtragfähigkeit, zuverlässigem Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen (EMV) und komfortabler und sicherer Handhabung. Die Auswahl der richtigen Anschlusstechnik und ihrer Kombination ergibt einen Kostenvorteil, der vom Gerätedesign über die Installation und den Service der Anlage reicht.

Auch Beckhoff Automation verwendet in seinem Multiachs-Servosystem AX8000 eine One Cable Technology (OCT) für Power und Feedback. Durch den Einsatz des Omnimate-Power-Hybridsteckverbinders reduziert sich die Verkabelung auf die obligatorische Motorleitung, die auch die Feedbacksignale direkt überträgt. Wie bei der sensorlosen Regelung spart sich der Anwender damit eine zusätzliche Feedbackleitung. Alle benötigten Informationen zur Regelung werden, dank der steckbaren Schirm-
auflage des Hybridsteckverbinders, störsicher und zuverlässig über eine digitale Schnittstelle übertragen.

Omnimate-Hybridsteckverbinder – alles vereint

Der Omnimate-Power-Hybrid-Steckverbinder ersetzt mit den direkt in den Leistungssteckverbinder integrierten Signalkontakten sowie dem steckbaren Kabelschirm und dem Einhand-Sicherheitsflansch drei Einzelkomponenten und reduziert drei separate Arbeitsgänge zu einem. Er löst verschiedene typische Herausforderungen beim Gerätedesign:

  • Rastertreue Integration der Signalkontakte in den Leistungsteil: Dadurch lässt sich eine umfangreiche Miniaturisierung beziehungsweise Packungsdichte auf der Leiterplatte und Gerätefront realisieren. Ein Steckvorgang vereinfacht die Konfektionierung, Inbetriebnahme und Wartung des Gerätes.

  • Die steckbare Schirmauflage mit einer Federleiste ersetzt zwei Schraubflansche. Das neuartige Konstruktionsdetail garantiert eine sichere EMV-Abschirmung. Die Kontaktierung des Kabelschirmes erfolgt über die steckbare Federleiste automatisch und bedienerunabhängig. Eine bisher zusätzliche Schraubbefestigung für den Schirmanschluss entfällt. Dadurch werden Platz, Material und Montagezeit gespart.

  • Einhand-Sicherheitsverriegelung: Die werkzeuglose Schnellverrastung ist als Mittelflansch ausgeführt und ersetzt zwei Außenflansche. Die sichere und zuverlässige Verrastung des Mittelflansches erfolgt automatisch und bedienerunabhängig. Durch die baubreitenneutrale Integration der Signalkontakte wird der Platzbedarf am Gerät und auf der Leiterplatte verringert. Ein intuitives Stecken aller vier Funktionen (Energie, Signale, Schirmung und Verriegelung) ist in einem Arbeitsgang – auch ohne Sicht und bei schwierigen Einbauverhältnissen – problemlos möglich.

Die mehrfache Funktionsintegration von Energie-, Daten- und Signalkontakten sowie der steckbare Kabelschirm und die automatische Verrastung reduzieren sowohl die Herstell-, Installations- als auch Instandhaltungskosten deutlich. Weitere Vorteile sind:

  • kürzere Installations- und Wartungszeiten

  • eine geringere Baugröße des Gerätes

  • weniger Platzbedarf im Schaltschrank

  • die Vermeidung von Fehlern

Der Abstand zwischen den Gerätereihen kann um bis zu
10 cm geringer ausfallen, da die installationsgerechte 30-Grad-Geometrie eine schlanke Leitungsführung ermöglicht und die steckbare Kabelschirmauflage einen wesentlich geringeren Montageraum benötigen als herkömmliche Schraubflansche. Insgesamt wird die Anlagenverfügbarkeit durch die neuartige Schirmblechkontaktierung, den Einhand-Sicherheitsflansch und die integrierten Signalkontakte nachhaltig erhöht.

Die Omnimate-Power-Hybrid-Leiterplattensteckverbinder sind mit der Push-in-Anschlusstechnik ausgestattet. Diese innovative Leiteranschlusstechnik ermöglicht eine schnelle Konfektionierung und Installation der Hybridkabel. Der massive oder flexible Leiter, mit Aderendhülse versehen, wird bei Push-in einfach in die Klemmstelle gesteckt.

Verrastbarer Push-Button

Das umfangreich dimensionierte Push-in-Anschlusssystem für den Motoranschluss ist mit verrastbaren Push-Buttons ausgestattet, um eine geöffnete Klemmstelle zu erhalten. Diese ermöglicht einen problemlosen und sicheren Anschluss der aus ESD-Gründen relativ kurz abgemantelten Motorleitungen. Der Push-in-Kontakt wird nach dem Einstecken des Leiters in die Klemmstelle einfach durch seitliches Drücken auf den Push-Button geschlossen. Beim Verwenden von Motoranschlussleitungen ohne Aderendhülsen oder bei Leitungen mit kleinem Querschnitt ist der verrastbare Push-Button ebenfalls von Vorteil. Er hält nach Betätigung die Klemmstelle geöffnet – das ermöglicht dem Monteur eine leichte und komfortable Handhabung der Leitungen beim Anschließen. Einfach gesagt: Der verrastbare Push-Button ersetzt in kniffligen Montagesituationen die „dritte Hand“ oder andere Hilfsmittel.

Die kompakten und robusten M23-Hybridsteckverbinder sind speziell auf einen industriellen Einsatz sowie die rauen Umgebungsbedingungen im Maschinen- und Anlagenbau abgestimmt. Gedacht sind sie beispielsweise zum Anschließen von elektrischen Antrieben und Servomotoren. Kombiniert man sie mit Hybridkabeln stellen sie die perfekte Verbindung in die IP6x-Welt dar, denn sie gewährleisten die in diesem Bereich geforderte hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Sie sind außerdem resistent gegen das Eindringen von Substanzen. Darüber hinaus besitzen die Varianten mit schwarzem Außenring einen Vibrationsschutz.

Für Hybridapplikationen bietet Weidmüller die 4+4-Variante an. Sie besitzt vier Signalkontakte mit jeweils einem Nennstrom von 8 A und vier Leistungskontakte mit je einem Nennstrom von 28 A. Der Schirm wird auf das Metallgehäuse gelegt. Die Nennspannung für die Signalkontakte beträgt 300 V und für die Leistungskontakte 600 beziehungsweise 800 V. Die 4+4-Variante ist sowohl als Kabel- oder Kupplungs- und Winkelsteckverbinder als auch als Gerätesteckverbinder in folgenden Bauformen lieferbar: Vorderwand, mit Rändelmutter, Hinterwand und abge-
winkelt.

Assemblierungsservice

Kunden können sich die Verbindung zwischen Leiterplatte und Motor selbst konfektionieren oder fertig zum Anschluss beim Weidmüller-Assemblierungsservice beziehen. Der Vorteil für den Kunden besteht in der Vereinfachung von Bestellwesen und Lagerhaltung. Er muss nur noch eine Bestellnummer verwalten, denn die Beschaffung der einzelnen Komponenten entfällt. Außerdem werden dadurch Artikelvielfalt und Lagerbestände abgebaut.

Bildergalerie

  • Der Power-Hybrid-Leiterplattensteckverbinder im Einsatz bei einem der derzeit kompaktesten Dreiachsen-Servoregler. Detail: Die Verbindung zu den drei Servomotoren erfolgt über je einen Hybridsteckverbinder.

  • LTI Motion vertraut bei ihrem kompakten System One CM auf Omnimate-Power-Hybrid-Leiterplattensteckverbinder. Im Vergleich zu marktüblichen Mehrachssystemen spart System One CM durch den Einsatz des Hybridsteckverbinders bis zu 40 Prozent Platz im Schaltschrank ein.

  • Der Power-Hybrid-Leiterplattensteckverbinder mit verrastbarem Push-Button verfügt über eine schlanke Leitungsführung mit installationsgerechter 30-Grad-Geometrie. Dieses Konstruktionsdetail ermöglicht kompakte Geräte. Der Abstand zwischen den Gerätereihen kann um bis zu 10 cm geringer ausfallen.

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