Smarte Lösung: Kontaktlose Übertragung

Dezentrale Prozesse, hohe Automatisierungsgrade und raue Industrieumgebungen – die Anforderungen an moderne Steckverbindungen in Produktionsmaschinen sind extrem hoch. Sie müssen Daten und Strom jederzeit und unter noch so harten Bedingungen im Industriealltag übertragen. Und zwar sicher, konstant und zuverlässig. Herkömmliche Steckverbindungen stoßen hier aufgrund mechanischer Einschränkungen oft an ihre Grenzen. Durch die fest verankerte Verbindung mit einem Kabel lassen sich in der Robotik beispielsweise nur eingeschränkte Bewegungen realisieren; eine volle Rotation um 360 Grad ist nicht möglich. Zudem werden physische Verbindungen durch konstante Vibrationen (z.B. durch Motoren), Schmutz und Spritzwasser stark beansprucht. Dabei können die Steckverbinder auch gelöst oder beschädigt werden, was zu Maschinen- und Produktionsstillständen führt. Eine Lösung für diese Herausforderungen bietet das kontaktlose Übertragungssystem „Ariso Contactless Connectivity“ von TE Connectivity (TE), Anbieter von Verbindungslösungen. Das System überträgt gleichzeitig Energie, Daten und Signale für unterschiedlichste Anwendungen kontaktlos, d.h. ohne mechanische Verbindung. Ermöglicht wird dies durch induktive Kopplung: Der Sender-Teil des Kontaktsystems wandelt elektrische Energie in ein Magnetfeld um, das sich gefahrlos in Luft, Flüssigkeiten und nicht-metallischen Stoffen ausbreiten kann. Ein Empfänger-Teil fängt das Magnetfeld auf und wandelt es wieder in elektrische Leistung um. Sender und Empfänger verzichten dabei vollständig auf eine mechanische Kopplung, da das Magnetfeld kurze Distanzen von mehreren Millimetern überwinden kann. Zudem realisiert die Lösung die Energieübertragung durch nichtleitende Materialien, indem es nichtmetallische Stoffe wie Fette, Reinigungsmittel, Wasser, Öle, Plastik, Gas, Schmutz und Staub oder dünne Wände überbrückt. Frei von Störungen oder mechanischen Einschränkungen kann der Empfänger somit weitere Elemente mit Energie versorgen, zum Beispiel Sensoren, Mikroprozessoren, Ventile oder Aktuatoren. Für die Datenübertragung wird ein 2,4-GHz-RF-Chip in Kombination mit Nahfeldantennen genutzt. Es bietet außerdem die Möglichkeit, acht diskrete (8 x I/O) oder vier analoge (4 x 4–20mA oder 4 x 0–10V) Sensorsignale zu übertragen. So können zeitgleich zur Energieübertragung Informationen gesendet werden. Auf diese Weise werden völlig neue Produktdesigns ermöglicht, die früher aufgrund der Kabelbeschränkungen nicht möglich waren. Denn: Anlagen und Anwendungen müssen nicht mehr um die Steckverbindungen herum konstruiert werden. So sind zum Beispiel bei Roboterarmen oder Schwenkeinheiten unbeschränkte Rotationen um mehr als 360 Grad möglich, ohne dass der Arm wieder in seine Ausgangsposition zurückfahren muss. Dadurch gestalten sich Produktionsprozesse deutlich schneller und effektiver. Darüber hinaus entfällt jeglicher mechanische Verschleiß, da sich die Kontaktstellen nicht berühren.

Die Verbindungslösung bietet sich vor allem in rauen Umgebungen an, da Vibrationen keinerlei Einfluss mehr auf die Funktionalität haben: Der kontaktlose Energiefluss ist ständig gewährleistet und Steckzyklen existieren nicht mehr. Selbst wechselnde Winkelstellungen zwischen Sender und Empfänger sind bei der Energieübertragung möglich. Die Produkte sind sowohl im verbundenen als auch im unverbundenen Zustand jederzeit vollständig dicht und können gereinigt werden. Für die Sicherheit des kontaktlosen Übertragungssystems sorgt ein spezieller Schutzmechanismus. Geraten metallische Gegenstände zwischen Sender und Empfänger, greift dieser umgehend ein und stoppt jede Energieübertragung. Dies verhindert das Überhitzen von Maschinenteilen und damit verbundene Störungen. Hinzu kommt: ARISO nutzt zur Energieübertragung ein magnetisches Feld, ist demnach galvanisch getrennt. Somit bleiben Funken aus, so dass das System auch überall dort eingesetzt werden kann, wo explosive Stoffen im Einsatz sind – etwa auf Ölbohr-Plattformen oder bei der Arbeit mit leicht entzündlichen Gasen. Die kontaktlose Verbindungslösung besitzt somit das Potenzial, Arbeits- und Produktionsprozesse im Zuge der vollständigen Digitalisierung der Fertigung, „Industrie 4.0“, neu zu definieren. Das Unternehmen unterstreicht damit seine Vorreiterrolle auf dem Weg zur „Smart Factory“ von morgen.

www.arisocontactlessconnectivity.com; www.te.com