Immer kleiner, immer smarter und schneller und gleichzeitig für den Einsatz in dezentralen Einheiten: Die Erbauer und Betreiber von Produktionsmaschinen stellen stetig höhere Ansprüche an moderne Steckverbinder. Dabei ist die Übertragung von Energie, Daten und Signalen durch lediglich eine Verbindung deutlich favorisiert. Bisherige Verbindungslösungen können diese Bedürfnisse allein schon aufgrund mechanischer Einschränkungen nur bedingt erfüllen. Durch die fest verankerte Verbindung mit einem Kabel lassen sich beispielsweise in der Robotik nur eingeschränkte Bewegungsabläufe realisieren, eine volle Rotation um 360 Grad ist nicht möglich. Konstante Vibrationen, Schmutz oder Wasserspritzer beanspruchen Steckverbinder zudem stark und stellen Risikofaktoren dar: Denn sie können dazu beitragen, dass Steckverbinder sich lösen, beschädigt oder Energie und Daten nicht korrekt übertragen werden. Das kann zu Ausfall von Maschinen, Ausschuss oder Produktionsstillstand führen. Erste Lösungsansätze bieten intelligente Steckverbinder an, die sowohl Energie als auch Daten und Signale übertragen. Bereits eingesetzt werden ebenso kontaktlose Verbindungsstücke. Ihre technische Leistungsfähigkeit ist jedoch im Hinblick auf Größe, Leistungsspektrum und Effizienz begrenzt.
Kontaktlose Übertragung
Nahezu grenzenlose Einsatzmöglichkeiten und hohe Flexibilität in Bezug auf Größe, Leistungsspektrum und Effizienz bietet das neue kontaktlose Übertragungssystem ARISO. Mit diesem System lassen sich kontaktlose Verbindungen für unterschiedliche Anwendungen realisieren. Aufgrund verschiedener Technologien, die in dem Übertragungssystem vereint sind, kann die smarte Lösung zugleich Energie, Daten und Signale übertragen. Die kontaktlose Übertragung basiert auf induktiver Kopplung. Der Sender-Teil des Kontaktsystems wandelt elektrische Energie in ein Magnetfeld um. Dieses kann sich gefahrlos sowohl in Luft als auch in Flüssigkeiten und nicht-metallischen Stoffen ausbreiten. Ein Empfänger-Teil fängt das Magnetfeld auf und wandelt es in elektrische Leistung zurück. Sender und Empfänger verzichten auf mechanische Kopplung, denn das Magnetfeld überwindet kurze Distanzen von mehreren Millimetern. Auch durch nicht-metallische Materialien realisiert das System die Energieübertragung. Dadurch überbrückt es nicht-metallische Stoffe wie Fette, Reinigungsmittel, Wasser, Öle, Plastik, Gas, Schmutz, Staub oder sogar dünne Wände. Frei von Störungen oder mechanischen Einschränkungen kann der Empfänger weitere Elemente mit Energie versorgen, zum Beispiel Sensoren, Mikroprozessoren, Ventile oder Kameras. Für die kabellose Datenübertragung setzt das System auf einen 2,4-GHz-RF-Chip in Kombination mit Nahfeldantennen. Es bietet zudem die Möglichkeit, acht diskrete (8 x I/O) oder vier analoge (4 x 4 bis 20 mA oder 4 x 0 bis 10 V) Sensorsignale zu übertragen. So können gleichzeitig mit der Energieübertragung Informationen gesendet werden. Schon heute kann das kontaktlose Übertragungssystem in einigen Bereichen bestehende Steckverbinder problemlos ersetzen. Doch es bietet viel mehr als nur ein verbessertes System: Durch die kontaktlose Übertragung lassen sich Prozesse, Produktdesigns und Einsatzmöglichkeiten völlig neu denken. Denn es eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten, Anwendungen zu verknüpfen. Energie lässt sich frei von Risiken durch die Luft übertragen - egal, in welchem Winkel Sender und Empfänger zueinander stehen. Das macht den Einsatz in rauen Umgebungen interessant, wo Vibrationen fortan keinen Einfluss mehr auf die Funktionalität haben: Der kontaktlose Energiefluss ist ständig gewährleistet und kann nicht abreißen. Selbst wechselnde Winkelstellungen zwischen Sender und Empfänger lassen sich realisieren. Zudem müssen Anlagen und Anwendungen nicht mehr um die Steckverbindung herum konstruiert werden. So sind bei Roboterarmen oder Schwenkeinheiten beispielsweise unbeschränkte Rotationen um 360 Grad möglich - nicht mehr nur die heute üblichen 270 Grad. Der Roboterarm muss nicht mehr in seine Ausgangsposition zurückfahren. Dadurch laufen Produktionsprozesse schneller und fließender ab.Ein großer Vorteil des kontaktlosen Übertragungssystems besteht darin, dass kein Verschleiß existiert, der aufgrund der mechanischen Kopplung bei Steckverbindern auftreten kann und ein häufiger Grund für Maschinenausfälle ist. Diese Vorteile zeigen sich beispielsweise bei Spritzgussmaschinen. Zwei hohe Anforderungen kommen beim Einsatz zusammen. Spritzgussmaschinen sollen einerseits eine möglichst gleichbleibende Qualität produzieren. Dafür setzen sie Sensoren ein, die Rückmeldungen über den Einspritzvorgang liefern. Diese sind bislang mit Kabeln verbunden. Andererseits arbeiten Spritzgussmaschinen im Produktionsprozess mit bis zu 100 unterschiedlichen Werkzeugen. Werkzeugwechsel sind an der Tagesordnung. Die Maschine bläst die Werkzeuge mit Druckluft aus. Wasser benetzt dabei immer wieder die Steckverbinder der Sensoren. Werden diese nicht getrocknet, kann mit der Zeit das Signal verfälscht werden. Die Folge sind fehlerhafte Daten über den Einspritzvorgang - was wiederum zu fehlerhaften Produktergebnissen führt.
Gegen Schmutz und Wasser resistent
Dieses Risiko lässt sich vermeiden, wenn der Maschinenbetreiber statt des herkömmlichen Steckverbinders ein kontaktloses Übertragungssystem einsetzt. Gegenüber Schmutz und Spritzwasser ist die kontaktlose Verbindung resistent, sie überträgt die Daten weiterhin fehlerfrei. Das reduziert den Wartungsaufwand für die Maschine, sichert das Produktionsergebnis und steigert sowohl die Maschinenverfügbarkeit als auch die Produktivität. Das kontaktlose Übertragungssystem arbeitet unter hohen Sicherheitsanforderungen und ist mit einem Schutzmechanismus ausgestattet. Geraten metallische Gegenstände zwischen Sender und Empfänger, greift dieser Schutzmechanismus und stoppt sofort jede Energieübertragung. Dies schließt das Überhitzen von Maschinenteilen und dadurch bedingte Störungen aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei kontaktlosen Verbindungen durch die galvanische Trennung der Koppler Funken nicht möglich sind.Dies ermöglicht es, das System insbesondere überall dort einzusetzen, wo der Umgang mit explosiven Stoffen an der Tagesordnung ist - sei es auf Ölbohrplattformen, bei der Arbeit mit leicht entzündlichen Gasen oder in der Lebensmittelindustrie im Umgang mit Mehlstaub. Dies erhöht sowohl die Sicherheit der Produktion und steigert gleichzeitig den Schutz der Mitarbeiter, die in diesen Umgebungen arbeiten.
Fazit
Kontaktlose Verbindungslösungen besitzen das Potenzial, Arbeits- und Produktionsprozesse völlig neu zu definieren. Viele mechanische Grenzen, die bisher durch herkömmliche, kabelgestützte Verbindungen gegeben waren, lassen sich überwinden. Kontaktlose Übertragungssysteme passen perfekt in den Trend, Verbindungen kleiner, effizienter, leistungsfähiger und smarter zu gestalten. Denn sie ermöglichen gleichzeitige Übertragung von Energie, Daten und Signalen und geben uns größere Freiheiten im Maschinendesign bei gleichzeitig verbesserter Leistungsfähigkeit. Kontaktlose Verbindungssysteme reduzieren allein durch ihre Beschaffenheit die Wartungskosten und steuern einen großen Teil zur sicheren, effizienteren Produktion mit deutlich reduzierten Stillstandzeiten bei. Das minimiert Aufwand und Kosten deutlich, die durch störungsbedingte Produktionsstillstände entstehen können. Noch stehen wir ganz am Anfang des kontaktlosen Zeitalters. Doch die Entwicklung steht nicht still. Schon jetzt arbeitet TE Connectivity daran, die Möglichkeiten des kontaktlosen Übertragungssystems noch weiter auszubauen, etwa durch schnellere Übertragungsraten für den Datenaustausch im Zeitalter der Industrie 4.0. Das kontaktlose Übertragungssystem wird uns in Zukunft Möglichkeiten eröffnen, die wir heute noch gar nicht vorhersehen können. Der erste vielversprechende Schritt in diese Richtung ist getan.
