Die Verbindungen zwischen Sensoren, Aktoren, Ventilen, dezentraler I/O und Schaltschrank bilden das unsichtbare Rückgrat der Produktionsfunktion einer Maschine. Selbst bei korrektem Stromlaufplan können eine falsche Steckverbinderausrichtung, ein zu kurzes Kabel, ein für bewegte Anwendungen ungeeigneter Außenmantel oder ein offen gelassener Anschluss die Inbetriebnahme und Wartung erschweren. Die Verbindungslösungen von Nemus Elektronik für Maschinen und Schaltschränke umfassen umspritzte M12- und M8-Kabelsteckverbinder mit A-Kodierung, M12-M8-Übergänge, einseitig offene Kabelsätze, beidseitig konfektionierte Verbindungen und feldkonfektionierbare Steckverbinder für unterschiedliche Anschlussszenarien.
Der Begriff „Schaltschrankanschluss“ bezeichnet in diesem Beitrag keinen im Nemus Portfolio nicht bestätigten Schaltschrank-Steckverbindertyp. Der hier beschriebene Ansatz umfasst den projektbezogenen Anschluss eines einseitig offenen Nemus Kabels an eine geeignete Klemme oder einen I/O-Anschlusspunkt im Schaltschrank, die Verbindung vorhandener Steckanschlüsse im Feld mit beidseitig konfektionierten Kabeln und bei Bedarf die Konfektionierung vorhandener Kabel mit feldkonfektionierbaren Steckverbindern. Die Schutzart gilt nur für die vollständig hergestellte Verbindung: Der jeweilige IP-Wert gilt, wenn kompatible Gegenstücke zusammengesteckt und korrekt festgezogen sind. Das offene Kabelende, die Kabelverschraubung und die Klemmenanordnung im Schaltschrank müssen gesondert projektiert werden.
Verbindungsarchitektur zwischen Schaltschrank und Maschine
Eine zuverlässige Anschlussplanung betrachtet die Verbindung vom Schaltschrank ins Feld nicht als ein einziges durchgehendes Element, sondern als Abschnitte mit klar definierten Aufgaben. Im Schaltschrank können sich Steuerung, dezentrale I/O, Relais, Klemmen und Schutzeinrichtungen befinden; auf der Feldseite sind Sensoren und Aktoren über verschiedene Maschinenbereiche verteilt. Ein M8- oder M12-Kabelsteckverbinder mit offenem Ende bietet geräteseitig eine standardisierte lösbare Verbindung, während das offene Ende an den vorgesehenen Punkt im Schaltschrank angeschlossen werden kann. Beim Gerätetausch lässt sich somit der Feldsteckverbinder trennen, ohne das gesamte Kabel ausbauen zu müssen.
Bei einer Verbindungsstrecke mit vorhandenen Steckanschlüssen an beiden Enden ist ein beidseitig konfektionierter Kabelsatz die passendere Lösung. Der Nemus Katalog führt Stecker- und Buchsenanschlüsse, Gehäuse in 0°- und 90°-Ausführung sowie unterschiedliche Kombinationen als separate Optionen auf. Diese Vielfalt ermöglicht es, das Kabel neben dem Stromlaufplan auch an die räumliche Anordnung anzupassen. Die mechanische Eignung beider Enden allein reicht jedoch nicht aus; Kontaktzahl und Funktion jedes Pins müssen anhand der Anschlussbelegungen beider Geräte geprüft werden. Insbesondere bei M12-M8-Übergängen ist zu beachten, dass eine mechanische Anpassung keine Signalkompatibilität bedeutet.
Schaltschrankseitiger Anschluss mit einseitig offenen Kabeln
Bei den einseitig offenen Kabelsteckverbindern im Nemus Katalog ist der geräteseitige M8- oder M12-Anschluss werkseitig umspritzt; das andere Ende wird an die in der Elektroplanung vorgesehene Klemme angeschlossen. Dadurch bleiben Feldgeräte lösbar angeschlossen, während die Verdrahtung im Schaltschrank projektspezifisch aufgebaut werden kann. Die Aderfarben am offenen Ende allein dürfen nicht als ausreichende Grundlage für die Funktionszuordnung gelten. Das Anschlussbild des jeweiligen Produktcodes ist mit der Pinbelegung des Geräteherstellers abzugleichen; die Leiter sind mit den Klemmennummern aus der Schaltschrankplanung zu kennzeichnen.
Bei der Kabeleinführung in den Schaltschrank sind Biegeradius, Zugbelastung, Kabelverschraubung und Abdichtung gegenüber der Umgebung gemeinsam zu berücksichtigen. Die für den Steckverbinder angegebene Schutzart IP65, IP66K oder IP67 beschreibt nicht die Schutzart der Schaltschrankverschraubung oder des offenen Kabelendes. Für die Kabeleinführung sind eine geeignete Verschraubung und mechanische Befestigung auszuwählen; Schutzleiterführung und Erdung im Schaltschrank sind entsprechend den Projektanforderungen gesondert zu betrachten. Beim Öffnen der Schaltschranktür darf das Kabel die Klemme nicht mechanisch belasten. Aderreserven für Servicearbeiten müssen geordnet verlegt und Leistungs- und Signalwege gemäß dem Anlagenstandard getrennt werden.
M12-Verbindungen: Anschlussstrecke für Sensoren und Aktoren zwischen Schaltschrank und Feld
M12-Produkte mit A-Kodierung bieten vielfältige Konfigurationen für Sensor- und Aktoranschlüsse in der Maschinenautomatisierung. Der Nemus Katalog zeigt Ausführungen mit 3, 4 und 5 Kontakten, als Stecker oder Buchse, gerade oder mit 90° sowie einseitig oder beidseitig konfektioniert. Repräsentative Tabellen für umspritzte M12-Produkte nennen einen Aderquerschnitt von 0,34 mm² und einen Nennstrom von 4 A je Kontakt; für vier Kontakte wird eine Betriebsspannung bis 250 V und für fünf Kontakte bis 125 V angegeben. Diese Werte sind für die jeweilige Konfiguration und den jeweiligen Produktcode zu bestätigen.
Auch feldkonfektionierbare M12-Steckverbinder sind im Katalog mit 3, 4 und 5 Kontakten, als Stecker oder Buchse sowie in gerader oder 90°-Ausführung aufgeführt. Die Produkttabellen nennen einen maximalen Aderquerschnitt von 0,75 mm² und Varianten für unterschiedliche Kabelaußendurchmesser. Diese Produkte kommen infrage, wenn ein vorhandenes Kabel an der Maschine konfektioniert oder bei Servicearbeiten eine Steckverbindung hergestellt werden muss. Da die Montagequalität das Ergebnis unmittelbar beeinflusst, müssen Abisolierlänge, Schraubanschluss, Dichtungssitz und Festziehen gemäß den Herstelleranweisungen ausgeführt werden.
M8-Verbindungen: kompakte Anschlussstellen an der Maschine
M8-Steckverbinder mit A-Kodierung bieten eine kompakte Anschlussalternative an Maschinenstellen mit begrenztem Platz im Sensorumfeld. Die umspritzten M8-Kabelsätze im Nemus Katalog sind mit 3 und 4 Kontakten, als Stecker oder Buchse sowie in 0°- oder 90°-Ausführung aufgeführt. Die repräsentative technische Tabelle nennt einen Aderquerschnitt von 0,25 mm², eine Betriebsspannungsgrenze von 50 V AC oder 60 V DC für 3 und 4 Kontakte sowie einen Nennstrom von 4 A je Kontakt. Bei der Auswahl einer M8-Schnittstelle sind der Platzvorteil des kleinen Gehäuses und die elektrischen Grenzwerte gemeinsam zu bewerten.
Bei den feldkonfektionierbaren M8-Typen zeigt der Katalog gerade und 90°-Ausführungen mit 3 und 4 Kontakten als Stecker und Buchse. Für diese Baureihe werden ein maximaler Aderquerschnitt von 0,50 mm² und Kabel mit einem Außendurchmesser von 2,5-5 mm angegeben. Eine feldkonfektionierte Verbindung ist nicht automatisch die bessere Alternative zu einem fertig umspritzten Kabel. Sie ist dort sinnvoll, wo die Kabellänge im Projekt nicht vorab festgelegt werden kann, ein vorhandenes Kabel verwendet werden soll oder die Servicefreundlichkeit im Vordergrund steht. Für die Serienfertigung sind umspritzte Kabelsätze mit hoher Wiederholgenauigkeit zu betrachten; wo Flexibilität vor Ort erforderlich ist, sind fachgerecht montierte feldkonfektionierbare Produkte gegenüberzustellen.
Umspritzter Kabelsatz oder feldkonfektionierbarer Steckverbinder?
| Projektsituation | Zu prüfende Lösung | Prüfpunkt |
|---|---|---|
| Direkte Verbindung vom Gerät zum Schaltschrank | Einseitig offenes, umspritztes M8- oder M12-Kabel | Steckverbinderausrichtung, Kabellänge, Ader-Pin-Zuordnung und Schaltschrankdurchführung |
| Verbindung zwischen zwei vorhandenen Steckanschlüssen | Beidseitig konfektionierter Kabelsatz | Stecker- oder Buchsenausführung, Winkel, Pinzahl und Signalzuordnung an beiden Enden |
| Übergang von einem M12-Gerät auf eine M8-Schnittstelle | Beidseitig konfektioniertes M12-M8-Kabel | Elektrische Kompatibilität der Pinbelegung zusätzlich zur mechanischen Verbindung |
| Konfektionierung eines vorhandenen Kabels im Feld | Feldkonfektionierbarer M8- oder M12-Steckverbinder | Kabelaußendurchmesser, Aderquerschnitt, Montageverfahren und Dichtheit |
| Nicht verwendeter M12-Buchsenanschluss | Geeignete Staubschutzkappe | Gewindeabmessung, Dichtung, korrektes Festziehen und Herstellerkompatibilität |
Bei umspritzten Kabelsätzen werden Steckverbindergehäuse und Kabelübergang während der Fertigung hergestellt. Nemus gibt an, bei diesen Produkten elektrische Prüfungen, Hochspannungs-, Funktions-, Pin-zu-Pin- und Kurzschlussprüfungen sowie Sichtprüfungen durchzuführen und jeden Steckverbinder zu 100 Prozent zu prüfen. Feldkonfektionierbare Steckverbinder ermöglichen dagegen die Festlegung der Kabellänge am Einsatzort und die Nutzung vorhandener Kabel. Die gleichbleibende Qualität des Montageergebnisses hängt dabei jedoch stärker von der Vorbereitung und dem Festziehen durch die ausführende Person ab. Der Projektstandard sollte vorab festlegen, wo welcher Ansatz eingesetzt wird.
Kabelmantel entsprechend dem tatsächlichen Bewegungsprofil auswählen
Einer der häufigsten Auswahlfehler innerhalb einer Maschine besteht darin, ein Kabel nur anhand des vorhandenen Öls oder seiner Außenfarbe zu beurteilen. Der allgemeine Nemus Katalog ordnet PVC-Kabel festen Anwendungen, PVC+-Kabel bewegten Anwendungen als wirtschaftliche Lösung und PUR-Kabel bewegten und robotischen Anwendungen als Hochleistungslösung zu. Eine fest auf einer Kabeltrasse verlegte Leitung und eine in einer Energiekette ständig gebogene Leitung dürfen nicht nach denselben Produktkriterien bewertet werden. Für Kabel an Türen, an bewegten Achsen oder an schwingenden Gehäusen muss das Bewegungsprofil gesondert definiert werden.
Der Katalogvergleich nennt bei dynamischer Biegung mit einem Biegeradius vom 10-Fachen des Außendurchmessers 3-5 Millionen Bewegungszyklen für PVC+ und 4-6 Millionen für PUR. Die betreffende Tabelle führt für PVC+ eine Beschleunigung von 10 m/s² und eine Geschwindigkeit von 180 m/dak auf; für PUR werden 30 m/s² und 240 m/dak genannt. Diese Angaben sind nur im Zusammenhang mit dem vom Hersteller angegebenen Biegeradius und Prüfaufbau aussagekräftig; sie dürfen nicht allein als garantierte Lebensdauer im Feldeinsatz verwendet werden. Torsion, Zugbelastung, Füllgrad der Energiekette, Temperatur, Hub und Chemikalienkontakt beeinflussen die tatsächliche Leistung. Leitungsführung und Mindestbiegeradius sind für jede Achse separat zu überprüfen.
Die IP-Schutzart betrifft die gesamte Verbindungskette
Nemus gibt in den Produkttabellen für umspritzte M8- und M12-Produkte die Werte IP65, IP66K und IP67 und für feldkonfektionierbare Typen IP67 unter der Voraussetzung an, dass die Verbindung gesteckt und festgezogen ist. Eine offen gelassene, nicht verwendete Buchse, ein nicht vollständig festgezogener Steckverbinder, eine beschädigte Dichtung oder ein inkompatibles Gegenstück erfüllen diese Voraussetzung nicht. Befindet sich die Verbindung in einem Reinigungsbereich, müssen auch die Steckverbinderausrichtung, ein möglicher Wassereintrag entlang des Kabels und die Kontrolle des erneuten Festziehens nach Wartungsarbeiten in den Ablauf aufgenommen werden.
Der Katalog zeigt für M12-Buchsenanschlüsse separate Staubschutzkappen und Staubschutzkappen mit Halteband. Dieses Zubehör ist Teil des Schutzkonzepts für geeignete, nicht verwendete Anschlusspunkte; eine universelle Eignung für jedes offene Ende darf nicht vorausgesetzt werden. Auch das Gewinde M12×1 mm und die Schutzart IP67 der im Katalog aufgeführten Kappe gelten im montierten und festgezogenen Zustand. Bleibt eine zu Wartungszwecken getrennte Verbindung längere Zeit offen, sind ein geeignetes Verschlusselement, das Reinigungsverfahren und die Prüfung vor der Wiederinbetriebnahme festzulegen.
Elektrische Zuordnung und Pinverwaltung
Die Bezeichnung M8 oder M12 beschreibt lediglich die mechanische Baureihe und legt nicht die gesamte Systemauslegung fest. Kontaktzahl, Ausrichtung der A-Kodierung, Versorgungs- und Signalfunktionen der Pins, PNP/NPN-Ausführung des Geräts und Ein-/Ausgangsbelegung der Steuerungshardware müssen in den Projektunterlagen aufeinander abgestimmt werden. Auch wenn der Nemus Katalog Kabelfarbcodes enthält, darf die ausführende Person eine Pinfunktion nicht allein anhand der Farbe zuweisen. Der elektrische Durchgang ist anhand der Kabel- und Geräteschaltbilder zu überprüfen; im Klemmenplan des Schaltschranks müssen Steckverbinder- und Gerätekennzeichnung denselben Bezug aufweisen.
Auch elektrische Grenzwerte dürfen nicht allein anhand der Bezeichnung einer Produktfamilie verallgemeinert werden. Für repräsentative umspritzte M12- und M8-Produkte werden 4 A je Kontakt angegeben; die Spannungswerte variieren jedoch je nach Kontaktzahl und Baureihe. Aderquerschnitt und zulässiger Kabelaußendurchmesser feldkonfektionierbarer Typen unterscheiden sich von denen umspritzter Kabel. Maßgeblich ist der niedrigste Grenzwert von Gerät, Steckverbinder, Kabel und Klemme innerhalb der Verbindung; Kurzschlussschutz und Spannungsfall sind für den gesamten Stromkreis zu berechnen.
Der korrekte Geltungsbereich der UL/CSA-Zulassung
Auf den Katalogseiten von Nemus finden sich für bestimmte Kabeltypen die Angaben UL AWM, UL 1581 FT-1 und UL/CSA. Derselbe Katalog stellt in einer Fußnote ausdrücklich klar, dass die UL/CSA-Normen für die Kabel gelten. Wird im Projekt von einem „Kabelsteckverbinder mit UL/CSA“ gesprochen, muss daher angegeben werden, dass sich die Zulassung auf die Kabelkomponente bezieht. Daraus darf nicht abgeleitet werden, dass die gesamte Steckverbinderbaugruppe eine eigenständige UL/CSA-Zulassung besitzt. Im Zulassungsfeld des Katalogs für feldkonfektionierbare Produkte sind CE und RoHS aufgeführt, UL/CSA hingegen nicht in gleicher Weise.
Verlangt ein Maschinenstandard bestimmte Zertifikate oder Rückverfolgbarkeit, darf nicht allein auf die Katalogübersicht vertraut werden. Für den ausgewählten Bestellcode ist eine aktuelle Konformitätserklärung anzufordern; Produktfamilie und Geltungsbereich im Dokument sind zu prüfen. Insbesondere bei Änderungen an Kabelmantel, Farbe, Länge oder Bewegungsklasse darf nicht vorausgesetzt werden, dass derselbe Zertifizierungsumfang weiterhin gilt. In der technischen Dokumentation sind Produktcode, Datenblattversion und angewendete Montageanweisung gemeinsam aufzubewahren.
Planungsreihenfolge für Maschinen- und Schaltschrankverbindungen
- Erstellen Sie die Anschlusspunktliste: Erfassen Sie für jeden Sensor-, Aktor- und I/O-Anschluss das Betriebsmittelkennzeichen, die Steckverbinderfamilie, die Kontaktanzahl und die Pinbelegung.
- Legen Sie den Leitungstyp fest: Entscheiden Sie sich für eine Leitung mit offenem Ende zum Anschluss im Schaltschrank, eine beidseitig konfektionierte Verbindungsleitung oder eine vor Ort konfektionierbare Lösung.
- Prüfen Sie die mechanische Anordnung: Prüfen Sie den geraden oder 90°-Abgang, den erforderlichen Handfreiraum zum Festziehen des Steckverbinders und den Freiraum zum Trennen bei Wartungsarbeiten.
- Messen Sie den Leitungsweg: Berechnen Sie die Länge anhand des tatsächlichen Verlegewegs, der Wartungsreserve, des Verfahrwegs und der Biegebedingungen in der Energieführungskette.
- Dokumentieren Sie die Umgebungsbedingungen: Berücksichtigen Sie Temperatur, Öl, Reinigungschemikalien, Vibrationen, UV, Staub und Wasser bei der Produktauswahl.
- Vervollständigen Sie die Schutzkette: Bewerten Sie Steckverbinder, Gegensteckverbinder, Kabelverschraubung am Schaltschrank und Abdeckkappen ungenutzter Ports im Hinblick auf dieselbe angestrebte IP-Schutzart.
- Planen Sie die Inbetriebnahmeprüfung: Dokumentieren Sie die Prüfung von Kennzeichnung, Pin-zu-Pin-Durchgängigkeit, Polarität, Funktion und mechanischem Festsitz.
- Legen Sie einen Wartungsstandard fest: Nehmen Sie kritische Artikelnummern in die Ersatzteilliste auf; prüfen Sie Abdeckkappe, Leitung und Dichtfläche regelmäßig.
Erforderliche Angaben für ein Angebot
- M8-, M12- oder M12-M8-Schnittstelle; A-Codierung und Ausführung des Gegensteckverbinders als Stecker oder Buchse
- Kontaktanzahl und elektrische Funktion jedes Pins
- Gewünschte Gehäuseausführung mit 0° oder 90° und erforderliche Kombination für beide Enden
- Entscheidung für einen Anschluss mit offenem Ende, beidseitiger Konfektionierung oder Konfektionierung vor Ort
- Angaben zu Spannung, Nennstrom, Leiterquerschnitt und Spannungsfall
- Einsatzprofil für feste oder bewegte Verlegung als Grundlage für die Auswahl von PVC, PVC+ oder PUR
- Verlegeweglänge, Biegeradius, Beschleunigung, Geschwindigkeit und erwartete Zyklenzahl
- Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Öl, Chemikalien, Wasser, Staub, UV und Vibrationen
- Geforderte Konformitätsnachweise und Zertifizierungsumfang je Artikelnummer
Sind diese Angaben geklärt, lassen sich Nemus-Produkte für die hier beschriebenen Sensor- und Aktoranschlüsse zwischen Schaltschrank und Maschine anhand eines nachvollziehbaren Auswahlsystems bestimmen. Oskon kann durch die gemeinsame Bewertung der I/O-Liste, der Feldgeräte und der mechanischen Anordnung die passende Steckverbinderfamilie, Abgangsrichtung, Leitungsausführung und Länge festlegen. Die endgültige Artikelnummer muss anhand des aktuellen technischen Datenblatts von Nemus, der Montageanleitung des Herstellers, der Konformitätsnachweise und der elektrischen und mechanischen Standards der Anlage festgelegt werden.
