Kontaktlos koppeln Berührungslos auf Basis von induktiver Kopplung

Induktive Kopplung ist eine Technologie, die uns in vielen Bereichen des Alltags begleitet und doch oft unbemerkt bleibt. Sie ermöglicht die Energieübertragung zwischen zwei Geräten ohne physischen Kontakt und wird deswegen auch als „berührungslose Steckverbindung“ bezeichnet. Bekannte Beispiele dafür sind die kabellosen Ladegeräte für Smartphones oder elektrische Zahnbürsten, die mithilfe von induktiver Kopplung Energie beziehen. In der Medizintechnik wird induktive Kopplung zum Beispiel für die kontaktlose Strom- und Signalübertragung bei medizinischen Implantaten wie Herzschrittmachern eingesetzt. Dies sind nur einige Beispiele, die zeigen, wie präsent und vielseitig die Anwendungen von induktiver Kopplung sind.

Verschleiß- und Bewegungsfreiheit

Bei industriellen Anwendungen mit stark beanspruchten Verbindungen, etwa durch Vibrationen oder durch häufiges Stecken und Trennen, spielt nicht nur der Verschleiß als wesentlicher Kostenfaktor eine entscheidende Rolle, sondern auch die damit verbundene Ausfallzeit. Beispiele für solche Anwendungen sind Wechselwerkzeuganlagen, mobile Werkstückträger in ständiger Bewegung oder Rundtakttische. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Elektro-Hängebahnen, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Induktive Koppler bieten dort nicht nur den Vorteil der Verschleißfreiheit, sondern tragen auch zum Vermeiden von Anwenderfehlern bei.

Anstelle herkömmlicher Verbindungen, die sich mit der Zeit abnutzen und regelmäßige Wartung erfordern, ermöglichen die „berührungslosen Steckverbindungen“, also induktive Koppler, eine reibungslose und zuverlässige Übertragung von Informationen und Energie, ohne dass Teile physisch miteinander in Berührung kommen. Das spart Zeit und Geld, da teure Reparaturen oder der Austausch von abgenutzten Verbindungen entfallen.

Kopplerfamilie mit hoher Schockresistenz

Induktive Koppler-Sets bestehen jeweils aus einem Primärteil (Sender) auf der Steuerungs- und einem Sekundärteil (Empfänger) auf der Sensor-/Aktorseite der Verbindung. Mit den neu aufgelegten induktiven Koppler-Sets seines bewährten NIC-Systems liefert Turck neben Leistungsverbesserungen auch neue Funktionen. Die NIC-Koppler arbeiten mit einem hochfrequenten Wechselfeld, das Energie in einem Frequenzbereich von 100 bis 148,5 kHz überträgt. Gleichzeitig erfolgt die Datenübertragung über eine separate Funkverbindung bei 2,4 GHz.

Die NIC-Koppler ermöglichen die Übertragung von Strömen bis zu 750 mAh und einer Leistung von bis zu 18 W, selbst unter hohen Schockbelastungen über eine Luftschnittstelle von sieben mm. Als „drahtlose IO-Link-Kabel“ sind sie absolut verschleißfrei und mit Schutzart IP68 dauerhaft dicht. Damit lassen sich Sensoren und Aktoren wie etwa Lichtvorhänge, Positions- und Näherungssensoren oder auch kleinere Ventilinseln betreiben, ohne dass auf der Sekundärseite ein zusätzlicher Verstärker erforderlich wäre. Zum Anschluss der Primärseite dient ein M12-Steckverbin- der, die Sekundärseite ist mit M12-Kupplung ausgeführt. Mit ihren M30-Gehäusen zählen die Turck-Koppler zu den kompaktesten Geräten auf dem Markt.

Flexibilität in der Signalübertragung mit IO-Link

Die induktiven Koppler lassen sich so einfach anschließen wie eine Kabelverbindung aus Stecker und Buchse. Dabei wird ein IO-Link Device, häufig ein IO-Link Hub, an das Sekundärteil (NICS-EM30-IOL-HK1141) des Kopplersystems angeschlossen. Das Primärteil (NICP- EM30-IOL-H1141) wird auf der gegenüberliegenden Seite des Sekundärteils positioniert und mit einem standardmäßigen M12-3-Pin-Steckverbinder an einen IO-Link-Master angebunden. Diese Konfiguration bietet die Flexibilität, bis zu 16 binäre Signale übertragen zu können und eröffnet eine skalierbare Lösung für Anwendungen, bei denen eine Vielzahl von Signalen erfasst und übertragen werden muss. Sie ermöglicht eine bidirektionale IO-Link-Kommunikation, bei der Funktionen wie Parametrierung und Diagnosedaten genutzt werden können.

Ist keine IO-Link-Verbindung gewünscht, kann für die berührungslose Übertragung von zwei Schaltsignalen ein einfacher VB2-Splitter hinter dem Sekundärkoppler verwendet werden. Dazu wird das Primärteil mittels eines vierpoligen Standard-M12-Steckverbinders an die Steuerung oder ein Feldbusgerät angeschlossen.

Sicherheit durch Fremdobjekterkennung

Turcks dynamische Fremdobjekterkennung ermöglicht nicht nur die Identifikation von größeren, sondern auch von kleineren metallischen Objekten zwischen Primär- und Sekundärkoppler. Dabei schaltet das System bei Erkennung solcher Objekte automatisch ab, um mögliche Erhitzungseffekte zu vermeiden. Sobald das Hindernis entfernt ist, schaltet sich das System eigenständig wieder ein. Diese Funktion gewährleistet die Sicherheit und Integrität des Systems und sorgt für einen störungsfreien Betrieb.

Turcks induktive Koppler übertragen über eine Luftschnittstelle bis zu sieben mm die volle Leistung von 18 W. Darüber hinaus sind die Geräte unempfindlich gegenüber Erschütterungen und Verdrehungen von Primär- und Sekundärteil. Wenn Primär- und Sekundärteil bei Nennabstand unmittelbar gegenüber positioniert werden, sind bis zu 5 mm seitlicher Versatz möglich. Wenn die Applikation eine lineare Montage der beiden Kopplerteile unmöglich macht, können die Kopplersysteme auch abgewinkelt zueinander montiert werden. Bei 7 mm Abstand zueinander ist hier ein Winkel bis zu 30 ° und ein seitlicher Versatz von 2 mm möglich.

Schnelles Anlaufen und Selective Pairing

In vielen Applikationen mit häufig wechselnden Verbindungen spielt zudem die Bereitschaftszeit des Sekundärteils eine Rolle. Gerade bei Rundtakttischen sind die Taktzeiten, die mit der Verbindungslösung gefahren werden können, ein zentrales Entscheidungskriterium. Ein schnelles und stabiles Anlaufverhalten mit einer Reaktionszeit von 600 Millisekunden ermöglicht verkürzte Produktionszyklen und damit eine erhöhte Anlagenproduktivität. Mittels „Dynamic Pairing“ lassen sich Primärteile mit beliebig vielen Sekundärteilen kombinieren – und umgekehrt. So werden auch Aufgaben in komplexeren Applikationen mit mehreren Primär- und Sekundärteilen problemfrei gelöst. Anwendungsabhängig kann zudem via IO-Link auch der Koppler selbst angesprochen werden.

Dies ermöglicht neben der Übertragung von Diagnoseinformationen auch das einzigartige „Selective Pairing“, bei dem ein Primärteil nur mit ausgewählten Sekundär- teilen kommuniziert. So lassen sich Fehler und Ausfallzeiten verhindern, die durch eine unerwünschte Kommunikation zwischen Primär- und Sekundärteilen verursacht werden können, beispielsweise wenn ein Werkstückträger nur an einer bestimmten Arbeitsstelle verwendet werden darf. Mittels „Selective Pairing“ lässt sich die Prozesssicherheit erhöhen, indem der Einsatz eines Werkzeugs nur an einer bestimmten Aufnahme gestattet wird – oder andere kritische Zuordnungen gesichert werden.

Großes Potenzial

Die Weiterentwicklung und Optimierung der induktiven Koppler birgt ein enormes Potenzial für die Zukunft der industriellen Automatisierung und verspricht effizientere, zuverlässigere und fortschrittlichere Lösungen für vielfältige Anwendungen in der Produktion. Mit ihrer Robustheit und Vielseitigkeit könnten sie entscheidende Fortschritte ermöglichen.

Trotz der steigenden Relevanz und der Flexibilität kontaktloser Daten- und Energieübertragung bleiben kabelgebundene Verbindungen in der Industrie in den meisten Anwendungsfällen der Goldstandard. Mit seinem umfangreichen Anschlusstechnikangebot hat Turck für nahezu jede Anwendung, ob berührungslos oder kabelgebunden, die richtige Verbindungslösung im Programm, ergänzt durch Feldbus- und Steuerungstechnik, RFID, Sensorik und mehr.