Die Sensor-/Aktorverkabelung überführt die zahlreichen kleinen Verbindungen eines Automatisierungssystems in einen reproduzierbaren Standard. Werden für eine Lichtschranke, einen Näherungssensor, einen Druckschalter, ein Ventil oder einen dezentralen I/O-Punkt die falsche Polzahl, Kodierung, Kabelqualität oder Abgangsrichtung gewählt, zeigt sich das Problem häufig erst bei der Inbetriebnahme. Das Sensor-/Aktor-Kabel- und Steckverbinderportfolio von Phoenix Contact umfasst vorkonfektionierte Kabel in verschiedenen Baugrößen, insbesondere M8 und M12, Verbindungen mit offenem Ende, beidseitig konfektionierte Kabel, feldkonfektionierbare Steckverbinder, Verteiler und M12-Push-Pull-Lösungen mit Schnellverriegelung.
Dieser Leitfaden ordnet die Produkte nicht allein nach dem Steckverbinderdurchmesser ein. Für eine fundierte Auswahl müssen das Anschlussbild des Geräts, die Stift- oder Buchsenschnittstelle, die Polzahl, die Kodierung, die gerade oder gewinkelte Bauform, die Kabellänge, der Schirmungsbedarf, der feste oder bewegte Einsatz, Öl- und Chemikalieneinflüsse, Temperatur, Vibration und die angestrebte Schutzart gemeinsam bewertet werden. Zwei äußerlich gleiche M12-Verbindungen können sich in Kodierung oder Pinbelegung unterscheiden. Auch zwei mechanisch passende Enden gewährleisten keine elektrisch korrekte Signalzuordnung; die genaue Artikelnummer und die Pinbelegungstabellen beider Geräte müssen verglichen werden.
Definieren Sie die Sensor-/Aktorverbindung durchgängig
Die Auswahl des Anschlusspunkts beginnt beim Feldgerät, endet jedoch nicht dort. Der M8- oder M12-Anschluss des Sensors, der Port des lokalen Verteilers oder I/O-Blocks, beide Kabelenden und der Anschluss im Schaltschrank sollten im selben Verbindungsblatt dargestellt werden. Ein Kabel mit einem offenen Ende bietet geräteseitig einen werkseitig montierten, abgedichteten Steckverbinder, während das andere Ende gemäß den Projektvorgaben an Klemmen oder auf der I/O-Seite angeschlossen werden kann. Ein beidseitig mit Steckverbindern konfektioniertes Kabel stellt dagegen eine lösbare, definierte Verbindung zwischen zwei vorhandenen Ports her. Beim Einsatz eines Verteilers sind auch der Gesamtstrom, die Last je Port und die Belastbarkeit des Stammkabels zu berechnen.
Auf der Produktseite von Phoenix Contact werden Signal- und Leistungskabel in unterschiedlichen Kabelqualitäten angeboten: für Standardmaschinenanwendungen ebenso wie für Roboter und Schleppketten, für Außenanwendungen sowie für Anforderungen der Lebensmittelindustrie und Bahntechnik. Dieses breite Spektrum bedeutet nicht, dass jedes M8- oder M12-Kabel in jeder Umgebung eingesetzt werden kann. Kabelmaterial, Schirmaufbau, Zulassungen sowie Biege- und Torsionsdaten unterscheiden sich je nach gewählter Variante. Für eine Roboteranwendung muss die Angabe „für Roboter und Schleppketten“ tatsächlich im technischen Datenblatt des Produkts stehen, und das reale Bewegungsprofil muss innerhalb der angegebenen Grenzen liegen.
Bei der Auswahl von M8 und M12 ist der Durchmesser nicht das einzige Kriterium
M8 ist eine häufig eingesetzte Schnittstelle für Sensoren mit begrenztem Anschlussraum und kompakte Maschinenbereiche. M12 deckt mit unterschiedlichen Kodierungen ein breites Einsatzspektrum für Sensor-/Aktorsignale, Leistung und industrielle Daten ab. Während die A-Kodierung bei typischen Sensor-/Aktoranschlüssen vorkommt, können andere Kodierungen für unterschiedliche Daten- oder Leistungsaufgaben vorgesehen sein. Die Angabe „M12-Kabel“ im Projekt ist daher keine ausreichende technische Beschreibung. Kodierung, Polzahl, Stift-/Buchsenausführung, Kontaktseite, Schirmung, gerade/gewinkelte Bauform und Verriegelungssystem sollten in derselben Position angegeben werden.
Mit steigender Polzahl kann sich die Anzahl der im selben Steckverbindergehäuse übertragenen Signale erhöhen; zugleich können sich jedoch die Bemessungsgrenzen für Spannung und Strom ändern. Während für einen Sensor ein drei- oder vierpoliger Anschluss ausreichen kann, benötigt ein anderes Gerät möglicherweise mehr Kontakte. Phoenix Contact nennt im Signal- und Leistungskabelportfolio Optionen von M8 bis M40 sowie Anschlüsse mit 1/2 Zoll und 7/8 Zoll. Bei Sensor-/Aktoranwendungen ist der Gerätestandard maßgeblich, nicht die am weitesten verbreitete Schnittstelle. Beim Einsatz eines Adapters oder Übergangskabels müssen die Pinbelegungen beider Seiten in der Zeichnung eindeutig zugeordnet werden.
Gerade, gewinkelte, einseitig offene und beidseitig konfektionierte Kabel
Ein gerader Steckverbinder führt das Kabel in Richtung der Geräteachse heraus; eine gewinkelte Bauform kann die Kabelführung auf einer engen Maschinenfläche zur Seite umlenken. Es sollte nicht angenommen werden, dass eine gewinkelte Ausführung immer weniger Platz benötigt. Der Zugang zum Verriegelungselement mit Hand oder Werkzeug, die natürliche Biegerichtung des Kabels, benachbarte Sensoren und Schutzbleche sind im dreidimensionalen Einbau zu prüfen. Ein scharfes Abknicken des Kabels unmittelbar hinter dem Steckverbinderausgang kann den zulässigen Mindestbiegeradius unterschreiten. An einer bewegten Achse darf die Ausrichtung des gewinkelten Steckverbinders keine Torsion verursachen.
Bei einem Kabel mit offenem Ende dienen die Aderfarben lediglich als ergänzende Kennzeichnung; die verbindliche Pinbelegung ist der aktuellen Produktzeichnung und dem Geräteschaltplan zu entnehmen. Kabelverschraubung, Zugentlastung und Schirmanschluss am Schaltschrankeintritt werden unabhängig von der Schutzart des Steckverbinders ausgelegt. Bei beidseitig konfektionierten Kabeln werden dagegen die Stift-/Buchsenzuordnung beider Enden und die Kombination gerader und gewinkelter Bauformen nach dem vorgesehenen Servicezugang ausgewählt. Ein vorkonfektioniertes Kabel kann die Montagezeit und die Reproduzierbarkeit der Verbindung erhöhen; das Aufrollen eines unnötig langen Kabels kann im bewegten Bereich jedoch ein neues mechanisches Risiko schaffen. Die Länge sollte anhand des tatsächlichen Verlegewegs, der Servicereserve und des Bewegungshubs bestimmt werden.
PVC, PUR, Schirmung und Bewegungsprofil
PVC-Kabel können für viele fest verlegte Standardanwendungen eine geeignete Option sein. PUR-Kabel können je nach Produktvariante unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Bewegung, Abrieb, Öl- und Chemikalieneinflüssen bieten. Die Materialbezeichnung allein darf jedoch nicht als Beständigkeitsnachweis verstanden werden. Halogenfreiheit, Brandverhalten, Ölbeständigkeit, UV-, Hydrolyse- und Mikrobenbeständigkeit sowie der Temperaturbereich sind anhand der technischen Daten des konkreten Kabeltyps zu prüfen. Bei einem für die Energiekette vorgesehenen Produkt sind der minimale dynamische Biegeradius, die zulässige Beschleunigung und Geschwindigkeit, die Zyklenzahl und gegebenenfalls die Torsionsgrenze mit dem Bewegungsprofil des Projekts abzugleichen.
Geschirmte Kabel werden dort ausgewählt, wo die elektromagnetische Umgebung und das übertragene Signal dies erfordern. Ein Schirm im Kabel allein genügt nicht; erforderlich sind eine durchgängige, niederimpedante Schirmanbindung über den Steckverbinder, ein geeigneter Schirmanschluss am Schaltschrankeintritt und ein Erdungskonzept für das System. Die Bezeichnung Advanced Shielding Technology von Phoenix Contact wird für bestimmte geschirmte Produktoptionen verwendet und konzentriert sich auf eine zuverlässige Schirmanbindung unter anspruchsvollen Bedingungen. Es darf nicht angenommen werden, dass alle Sensorkabel über diese Eigenschaft verfügen. Die geschirmte Ausführung der Artikelnummer und die Schirmkontaktierung des Gegenstücks müssen gemeinsam überprüft werden.
Wie liest man ein konkretes Produktbeispiel?
Die Produktseite von Phoenix Contact für SAC-3P-M12MS/5,0-170/M8FS ist ein hilfreiches Beispiel zur Veranschaulichung der Auswahllogik. Dieses konkrete Produkt wird als 3-polige, 5 m lange, A-kodierte Sensor-/Aktorverbindung mit halogenfreiem PUR-Kabel von einem geraden M12-Stiftstecker zu einer geraden M8-Buchse beschrieben. Auf der Seite werden eine Bemessungsspannung von 48 V AC oder 60 V DC und ein Bemessungsstrom von 4 A sowie Anzugsdrehmomente von 0,4 Nm für die M12-Seite und 0,2 Nm für die M8-Seite angegeben. Diese Werte gelten nicht für das gesamte SAC-, M8- oder M12-Portfolio, sondern ausschließlich für die betreffende Artikelnummer und Dokumentrevision.
Dasselbe technische Datenblatt nennt für das Produkt die Schutzarten IP65, IP67 und IP68, die Schnittstellennormen IEC 61076-2-101 für M12 und IEC 61076-2-104 für M8, eine Betriebstemperatur des Steckverbinders von -25 °C bis +90 °C sowie mindestens 100 Steckzyklen. Im Kabelabschnitt sind ein Mindestbiegeradius von 18 mm bei fester Verlegung und 36 mm bei bewegter Verlegung sowie gesonderte Werte zu den Torsionsbedingungen aufgeführt. Diese Angaben zeigen, wie unvollständig es ist, eine Artikelnummer lediglich als „5 Meter PUR-Kabel“ zu beschreiben. Die Schutzart ist für eine Verbindung zu bewerten, die mit einem kompatiblen Gegenstück korrekt gesteckt und gemäß Herstelleranleitung angezogen wurde.
M12 Push-Pull: nicht dasselbe wie M12 mit Schraubverriegelung
Das M12-Push-Pull-System von Phoenix Contact wurde für die werkzeuglose Schnellverriegelung bei engen Platzverhältnissen und hoher Verkabelungsdichte entwickelt. Das Portfolio umfasst Gerätesteckverbinder, vorkonfektionierte Kabel, feldkonfektionierbare Steckverbinder, IP67-I/O-Geräte und IP67-Stromversorgungen. Varianten mit Innen- und Außenverriegelung decken unterschiedliche mechanische Einbausituationen ab. Die M12-Duo-Kontur ermöglicht an bestimmten Geräteports den wahlweisen Anschluss von M12 mit Schraubverriegelung und Push-Pull. Diese Kompatibilität darf nicht auf alle Standard-M12-Ports übertragen werden. Die Übereinstimmung des Gegenports mit IEC 61076-2-010 und der gewählten Verriegelungsart muss eindeutig überprüft werden.
Die offizielle Seite von Phoenix Contact gibt an, dass der Push-Pull-Anschluss die Montagezeit gegenüber einer herkömmlichen Schraubverbindung um bis zu 80 Prozent reduzieren kann. Dabei handelt es sich um eine von Anwendung, Zugänglichkeit und Arbeitsablauf abhängige „Bis-zu“-Angabe; sie darf nicht in jedem Projekt als feste Einsparung angesetzt werden. Für achtpolige, A-kodierte, vorkonfektionierte Signalkabel werden Stift-/Buchsen-, gerade/gewinkelte sowie geschirmte/ungeschirmte Varianten und die Schutzarten IP65/IP67 beschrieben. Advanced Shielding Technology betrifft die geschirmten Varianten. Ebenso wichtig wie die Installationsgeschwindigkeit sind eine Kodierung zur Vermeidung der Auswahl falscher Ports, die visuelle und mechanische Kontrolle der vollständigen Verriegelung sowie das Wartungsverfahren.
Wann wird ein feldkonfektionierbarer Steckverbinder gewählt?
Vorkonfektionierte Kabel bieten den Vorteil eines werkseitig hergestellten Steckverbinder-Kabel-Übergangs und einer definierten Länge. Feldkonfektionierbare Steckverbinder bieten dagegen Flexibilität, wenn die Kabellänge erst während der Installation festgelegt wird, ein vorhandenes Kabel angeschlossen oder eine Reparatur durchgeführt werden muss. Im Push-Pull-Portfolio von Phoenix Contact sind nicht konfektionierte Varianten mit Push-Lock-Anschluss für die werkzeuglose Feldverkabelung vorgesehen. Der zulässige Kabelaußendurchmesser, der Leiterquerschnitt, der Schirmaufbau, die Abisolierlänge und die Anschlusstechnik hängen jedoch von der genauen Artikelnummer ab.
Bei der Feldkonfektionierung müssen die Reihenfolge der Dichtungs- und Klemmteile, die Vorbereitung des Kabelmantels, die Kontaktfläche des Schirms und der vollständige Sitz der Leiter gemäß Herstelleranleitung ausgeführt werden. Es darf nicht angenommen werden, dass ein Steckverbinder, der sich mit einem beliebigen Kabel mechanisch schließen lässt, die angestrebte IP-Schutzart erreicht. Der Kabelaußendurchmesser muss zum Dichtbereich passen, der Mantel muss rund und unbeschädigt sein, und Zugkräfte dürfen nicht auf die Kontakte übertragen werden. Vor der Inbetriebnahme sind Pin-zu-Pin-Durchgang, Kurzschlussfreiheit, Schirmdurchgängigkeit, Polarität und Funktion zu prüfen; die Feldkonfektionierung ist zu dokumentieren.
| Auswahlkriterium | Wesentliche Optionen | Prüfpunkt |
|---|---|---|
| Schnittstelle | M8, M12 und weitere Rundsteckverbindergrößen | Standard des Gegenports, Kodierung, Polzahl und Stift-/Buchsenausführung |
| Bauform und Anschlusskonfiguration | Gerade, gewinkelt, mit offenem Ende oder beidseitig konfektioniert | Einbauraum, Servicezugang, Pinzuordnung und tatsächlicher Kabelverlauf |
| Kabelaufbau | PVC, PUR; geschirmte oder ungeschirmte Varianten | Bewegung, Temperatur, Öl- und Chemikalieneinflüsse, EMC und erforderliche Zulassungen |
| Verriegelung | M8/M12 mit Schraubverriegelung oder M12 Push-Pull | Kompatible Portkontur, relevante IEC-Norm und korrektes Montageverfahren |
| Installationsart | Vorkonfektioniertes Kabel oder feldkonfektionierbarer Steckverbinder | Kabelaußendurchmesser, Leiterquerschnitt, Schirmanschluss und Prüfplan |
| Schutz gegen Umgebungseinflüsse | IP-Schutzarten je nach Artikelnummer | Verbindung mit passendem Gegenstück, vollständig verriegelt/angezogen und mit geeignetem Kabel ausgeführt |
Checkliste für Angebot und Bestandsaufnahme vor Ort
- Geräteanschluss erfassen: Übernehmen Sie Portgröße, Kodierung, Polzahl, Stift-/Buchsenausführung und Pinbelegung aus der Herstellerzeichnung.
- Enden getrennt definieren: Geben Sie für beide Enden die gerade oder gewinkelte Bauform, die Schraub- oder Push-Pull-Verriegelung und gegebenenfalls den Anschluss des offenen Endes an.
- Elektrische Daten überprüfen: Prüfen Sie Spannung, Dauer- und Spitzenstrom, den Schirmungsbedarf sowie die Komponente mit den niedrigsten Bemessungswerten innerhalb der Verbindung.
- Bewegung erfassen: Definieren Sie feste Verlegung, Schleppketteneinsatz, Robotertorsion oder intermittierende Bewegung anhand von Hub, Geschwindigkeit, Beschleunigung und erwarteter Zyklenzahl.
- Umgebung dokumentieren: Berücksichtigen Sie Temperatur, Öl, Chemikalien, UV, Reinigung, Vibration, Stoß und branchenspezifische Zulassungen bei der konkreten Produktauswahl.
- Länge anhand des tatsächlichen Verlegewegs bestimmen: Halten Sie den Biegeradius am Steckverbinderausgang und die Servicereserve ein und vermeiden Sie unkontrollierte Kabelschlaufen.
- Durchgängigen Schutz sicherstellen: Schützen Sie ungenutzte Ports mit geeigneten Abdeckungen; bewerten Sie Steckverbinder, Gegenport, Kabel und Schaltschrankeinführung gemeinsam.
- Prüf- und Kennzeichnungsplan erstellen: Dokumentieren Sie die Prüfungen von Pindurchgang, Polarität, Kurzschlussfreiheit, Schirmung, mechanischer Verriegelung und Funktion zusammen mit der Anschlusskennzeichnung.
Oskon wählt Phoenix Contact Sensor-/Aktor-Kabel nicht allein anhand ähnlicher Produktfotos im Katalog aus, sondern auf Grundlage der I/O-Liste der Maschine und der mechanischen Anordnung. Der richtige Steckverbinder muss gleichzeitig zum Geräteanschluss, zur Signalfunktion, zur Leitungsführung, zum Bewegungsprofil und zum Wartungskonzept passen. Der endgültige Bestellcode muss anhand der aktuellen Produktseite von Phoenix Contact, der technischen Zeichnung, der Montageanleitung, des Geltungsbereichs der Zertifikate und der Dokumentation des anzuschließenden Geräts festgelegt werden.
