Normative Vorgaben prüfen
Hier sind vor allem die RJ45-Norm IEC 60603-7 sowie die M12-Normen IEC 61076-2-xxx relevant. Zusätzlich gibt es weitere Normen, die die elektrischen Anforderungen an die Übertragungsstrecke bei Verwendung eines bestimmten Protokolls definieren. Die wichtigsten sind die ISO/IEC 11801 und EN 50173-1. Ebenso definieren die verschiedenen Feldbusstandards konkrete Schnittstellen. Sollten für Ihr System normative Vorgaben gelten, so ist die Auswahl an Komponenten bereits klar eingeschränkt. Trotzdem sollten Ihnen die folgenden Tipps eine Hilfe bei der finalen Auswahl sein, denn auch innerhalb jeder Steckverbinderfamilie gibt es verschiedenste Variationen.
Schutzart definieren
Wesentliches Kriterium bei der Auswahl eines Steckverbinders in der Industrie ist die Schutzart. Der International Protection Code, auch Ingress Protection (IP) genannt, besteht aus zwei Kennzahlen. Die erste gibt den Schutz gegen Feststoffpartikel an, das heißt gegen das Eindringen von Fremdkörpern aber auch in Bezug auf Berührsicherheit. Die zweite Kennzahl klassifiziert den Schutz gegen das Eindringen von Wasser. Im Wesentlichen gilt: Je höher die Zahl, desto höher sind auch die Anforderungen an die Dichtigkeit. Eine Frage, die in diesem Zusammenhang beantwortet werden muss: Wird der IP-Schutz nur im gesteckten oder auch im nicht gesteckten Zustand des Steckverbinders benötigt? Dies spielt gerade im Hinblick auf höhere IP-Schutzklassen, wie sie meist im Produktionsumfeld Anwendung finden, eine große Rolle, während im Schaltschrankbereich meist mit IP20-Komponenten gearbeitet wird. Der RJ45-Steckverbinder bietet sowohl im IP20- als auch IP65/67/69K-Bereich Lösungen. Der M12-Steckverbinder hingegen ist speziell auf IP68 ausgelegt. Bei Push-Pull-Lösungen starten die Varianten bei IP50.
Übertragungsstandard festlegen
Um eine störungsfreie Kommunikation zwischen den einzelnen Maschinen und Systemkomponenten im Feld sicherzustellen, muss zu Beginn ein Übertragungsprotokoll festgelegt werden, das letztendlich über die verschiedenen Standards auch die jeweiligen Komponenten der Übertragungsstrecke definiert. Speziell bei Gigabit-Ethernet ist zu beachten, dass zwischen den Komponenten nach CAT6A und CAT6A ein deutlicher Unterschied besteht. Der Unterschied besteht darin, dass die internationale Norm ISO/IEC 11801 höhere Werte für das Übersprechen der Übertragungsstrecke verlangt als die US-Norm EIA/TIA. Dementsprechend zeigen Steckverbinder, die nach der ISO/IEC CAT6A gefertigt sind, eine bessere Leistung aufgrund der höheren Anforderungen (3 db). Gemäß ISO/IEC muss jede Komponente der Übertragungsstrecke für sich die Werte für CAT6A einhalten, während nach EIA/TIA bei CAT6A die ganze Übertragungsstrecke betrachtet wird.
Steckzyklen bestimmen
Bei der mechanischen Beanspruchung gilt zweierlei zu beachten: die Frage nach den geforderten Steckzyklen und die mechanische Festigkeit gegen Fremdeinwirkung. Während die mechanische Festigkeit hauptsächlich Auswirkungen auf das Design und die Auswahl des Gehäusematerials hat, gilt die Steckzyklenzahl als typisches Qualitätsmerkmal. Diese kann bei den einzelnen Verbindern unterschiedlich ausfallen und muss der jeweiligen Anwendung Rechnung tragen. Beispielsweise erlauben hochwertige Push-Pull-Systeme problemlos über 5.000 Steckzyklen, während ein M12-Steckverbinder laut Norm lediglich für 100 Steckzyklen ausgelegt ist. Bei RJ45 variiert die Anzahl der Steckzyklen von etwa 500 bis 1.500.
Bauraum und Zugänglichkeit berücksichtigen
Der verfügbare Bauraum, die Zugänglichkeit der Schnittstelle oder die Möglichkeit des „blinden Steckens“, das heißt Stecken ohne direkten Sichtkontakt, sind ein weiteres Kriterium, welches Sie frühzeitig betrachten sollten. Werden beispielsweise viele Steckverbinder nahe aneinander gesteckt, muss man sich genau überlegen, welche Verriegelung in der Praxis anwendbar ist. Ein Standard-M12-Steckverbinder kann hier unter Umständen zum Problem werden, weil nicht mehr genügend Platz zum Verschrauben ist. Kommt noch die Anforderung Wasserdichtigkeit hinzu, wird oft zu Push-Pull-Systemen gegriffen – gegebenenfalls mit zusätzlichen Entriegelungslaschen. Ist eine IP20-Anwendung ausreichend, dann können RJ45-Stecker auf engstem Raum gesteckt werden.
Spezifikation für das Rohkabel festlegen
Ein wichtiges Thema bei der Auswahl des Steckverbinders ist das Kabel. Oft beginnt man bei der Auslegung des Systems sogar mit diesem Element, denn auch bei den Rohkabeln gibt es eine Vielzahl von Wahlmöglichkeiten. Die elektrischen Eigenschaften und die Qualität der EMV-Schirmung sind wichtig für die Übertragungsqualität. Die mechanischen Anforderungen wie Biegezyklen, Schleppkettenfähigkeit oder Material des Kabelmantels sind wiederum abhängig vom Einsatzgebiet. Nun muss man prüfen, ob die Spezifikationen des Kabels auch zum gewünschten Steckverbinder passen. Die wichtigsten Kriterien sind Kabeldurchmesser und Litzenquerschnitt. Bei umspritzten Steckverbindern ist das Mantelmaterial zusätzlich noch von großer Bedeutung. Wird etwa ein Teflonkabel gewünscht, ist das Umspritzen ein kritischer Prozess. Hier sollte man andere Konfektionsmethoden bevorzugen.
Verarbeitbarkeit im Feld berücksichtigen
Muss ein Kabel einmal ausgewechselt werden oder ist ein Stecker defekt und muss ausgetauscht werden, stehen dem Anwender unterschiedliche Steckverbinder zur Verfügung. Für die einen ist meist vom Hersteller angebotenes Spezialwerkzeug nötig, während andere Steckverbindertypen sich mit Standardwerkzeugen montieren lassen. Derartige Steckverbinder sind in der Regel etwas teurer, aber auch einfach, schnell und ohne großen Aufwand zu montieren. Im Feld und bei Reparaturen spielt oft die Montagezeit und die Verfügbarkeit des verwendeten Werkzeugs eine Schlüsselrolle. Vor allem das Werkzeug steht nicht immer in ausreichender Stückzahl oder am richtigen Einsatzort zur Verfügung.
Anforderung an Signal- und Powerüber- tragung bedenken
Ist im Feld zusätzlich zur Signalübertragung auch noch Leistung notwendig, bietet der RJ45-Steckverbinder Power over Ethernet. Gehen die Anforderungen an die Leistungsübertragung jedoch darüber hinaus, so kommt häufig ein zweites Kabel mit einem zweiten Steckersystem zum Einsatz. Bei den standardisierten M12-Steckgesichtern sind die Themen Signalübertragung und Powerübertragung derzeit getrennt. Im Bereich RJ45 existieren allerdings Steckverbindungssysteme, die voll kompatibel zur RJ45-Schnittstelle sind und trotzdem über zwei zusätzliche Kontakte eine Leistungsübertragung größer als 3 A ermöglichen. Bei Rundsteckverbindern wie zum Beispiel dem Push-Pull-System ist es hier ebenfalls möglich, verschiedene spezifische Polbilder zu realisieren.
