Mit zunehmender Automatisierung der Produktionsstätten werden die mechanischen/elektrischen Grenzen zu einem Schlüsselfaktor für die Verbesserung der Intelligenz. Sich wiederholende Bewegungen erfordern eine elektromechanische Schnittstelle, die nicht nur zuverlässig ist, sondern auch mit hoher Geschwindigkeit Energie an die Last und Daten übertragen kann. Darüber hinaus benötigen Fabriken programmierbare Flexibilität, um Produktionsläufe schnell ändern zu können.
Sich wiederholende Bewegungen erfordern eine elektromechanische Schnittstelle, die nicht nur zuverlässig ist, sondern auch mit hoher Geschwindigkeit Energie an die Last und Daten übertragen kann. Darüber hinaus benötigen Fabriken programmierbare Flexibilität, um Produktionsläufe schnell ändern zu können. Die Implementierung von Software über Kommunikationskanäle wie Ethernet und PNP verbessert die Anpassbarkeit. Daten und Leistung müssen über diese elektromechanische Schnittstelle übertragen werden, während sich die Maschine in ständiger Bewegung befindet. Bisher war dies ein Problem, das zu eingeschränkter Bewegung, zusätzlicher Wartung und verringerter Zuverlässigkeit führte. Eine Lösung für die Übertragung von Daten und Energie über eine Schnittstelle, für die kein mechanischer Anschluss erforderlich ist, kam in Form des ARISO Contactless Connectivity-Systems von TE Connectivity (TE). ARISO Contactless Connectivity bietet eine einzigartige, hybride Kombination von Technologien, die HF-Kommunikation und magnetische Energieübertragung für kontaktlose Konnektivität nutzt.
Schleifringe sind eine gängige Technologie für die Übertragung von Energie und Daten. Dabei ist eine mechanische Schnittstelle erforderlich, die zu Problemen wie Kurzschluss oder Ringverschleiß führen kann. Außerdem kann der Kabelbaum in Verbindung mit Schleifringen die Bewegung einschränken.
Um den direkten Anschluss über Schleifringe zu vermeiden, werden in der Regel vier Technologien auf eine elektromechanische Schnittstelle angewendet. Diese Technologien sind: optische Kopplung, kapazitive Kopplung, HF-Kopplung und magnetische Kopplung. Für Anwendungen wie Werkstoffträgerfunktionen, Roboterarme und Werkzeugmaschinenbestückung gelten noch weitere Einschränkungen. Diese Einschränkungen werden häufig noch verstärkt in Umgebungen, in denen die Smart Factory-Komponenten durch Wasser, Feuchtigkeit, Schmutz oder sogar Wände getrennt sind. Lösungen sind vorhanden, um die Einschränkungen der vier Technologien zu überwinden und die Smart-Factory-Technologie voranzubringen.
Die optische Kopplung bietet eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle und Isolation. Diese Technologie ist in der Fabrikumgebung für viele Anwendungen nützlich. Allerdings ist die Ausrichtung der Übertragungs- und Empfangsabschnitte von entscheidender Wichtigkeit. Die Schnittstelle muss frei von Hindernissen wie Staub, Flüssigkeiten und lichtundurchlässigen Konstruktionen wie Wänden oder Raumteilern sein. Außerdem weist die optische Kopplung eine begrenzte Energieübertragungsfähigkeit auf. Dazu kommt, dass sich die Qualität von LEDs mit der Zeit verschlechtert und sich dadurch schließlich die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems verringert.
Die kapazitive Kopplung ist eine hervorragende Wahl für die Übertragung von Daten und Energie in einer stationären Umgebung. Allerdings muss der Übertragungspunkt über einen festen Abstand mit nur geringer Abweichung verfügen. Diese Einschränkung begrenzt die kapazitive Kopplung bis zu einem Punkt, an dem sie für eine Drehmaschine mit einer elektromechanischen Schnittstelle keine brauchbare Alternative mehr ist.
Die HF-Kopplung ist eine beliebte Methode für die Übertragung von Daten. Bei der Nahfeldkommunikation (NFC) erfolgt die Übertragung von Daten in HF-Tags sowie anderen Methoden, welche die intelligente Fabrik weiter entwickeln. Die NFC-Übertragung ist unempfindlich gegenüber Flüssigkeiten, Staub und vielen Barrierematerialien, die für Wände oder Raumteiler verwendet werden. Allerdings ist NFC keine gute Methode für die Übertragung von Energie.
Die magnetische Kopplung ist ebenfalls eine hervorragende Methode für die Übertragung von Energie und Daten zwischen Schnittstellen. Diese Technologie ist unempfindlich gegenüber Staub, Licht, Flüssigkeiten und vielen Barrierematerialtypen. Allerdings ist die Bandbreite bei der magnetischen Kopplung begrenzt. Dadurch werden Datenübertragungsraten stark reduziert.
Überwindung vieler Design-Barrieren durch die ARISO Contactless Connectivity-Technologie
Um den Funktionsumfang der intelligenten Fabrik weiter zu entwickeln, wurden die Vorteile von HF-Kommunikation und magnetischer Energieübertragung in einer einzelnen, robusten Lösung kombiniert. Diese Lösung heißt ARISO Contactless Connectivity und ermöglicht unbegrenzte Kontaktverbindungen sowie Bewegungsfreiheit über eine elektromechanische Schnittstelle. Darüber hinaus ist diese Option nicht nur wartungsfrei, sondern auch unempfindlich gegenüber den meisten Umgebungsfaktoren. Die erste Variante ist für Sensoranwendungen ausgelegt und unterstützt bis zu 8 PNP-Kanäle und bis zu 12 W bei 24 V.
Die Hybridtechnologie von ARISO Contactless Connectivity kombiniert eine Nahfeldantennen- und Resonanzstromverbindung über den kontaktlosen ICPT-Anschluss
Die Übertragung von Energie und Daten erfolgt über eine kontaktlose Verbindung, die unbegrenzte Verbindungen ohne Verschleiß und Verschlechterung ermöglicht
Autofabriken verfügen über rund 100.000 Schnittstellen für Datenknoten. Viele dieser Schnittstellen befinden sich in Umgebungen mit starken Rotations- oder Vibrationsbewegungen. Kontaktbasierte Verbindungen sind für viele dieser Schnittstellen nicht brauchbar. Die vielen Sensoren und Lasten, wie z. B. Motoren und mechanische Aktoren, benötigen sowohl Energie als auch Daten für ihren Betrieb. Die Übertragung muss hinsichtlich Ausrichtung und Abstand flexibel sein, um Verschleiß, Isolation und Maschinenbewegungen zu berücksichtigen. Die ARISO Contactless Connectivity-Technologie von TE löst dieses Problem, indem sie mehr als 360° Bewegungsfreiheit ermöglicht. Die abgedichtete Lösung ist unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen und eliminiert den Schleifringverschleiß. Abstände von 0 bis 7 mm sorgen für Isolation, während Faktoren für Ausrichtungsfehler durch die Fähigkeit, den Betrieb über einen Winkelbereich hinweg zu ermöglichen, reduziert werden.
Ref [1] Die ARISO Contactless Connectivity-Technologie reduziert Ausrichtungsanforderungen und ermöglicht die Übertragung von Energie und Kommunikation über eine kontaktlose Verbindung
ARISO Contactless Connectivity verwendet Wechselstromübertragung zusammen mit weiteren Vorteilen. Die ausgewählte Methode der LC-Resonanz-Technologie ermöglicht eine effiziente Energieübertragung, die nur wenig Wärme entwickelt und Impulsstörungen reduziert. Resonanzleistungssysteme ermöglichen weiches Schalten ohne das Klingelrauschen, wie es bei hart geschalteten Wandlern auftritt. Durch das Steuern der Resonanzfrequenz ergibt sich eine abgestimmte Schnittstelle.
Die Vorteile von ARISO Contactless Connectivity basieren auf der HF-Technologie und der magnetischen Kopplung. Bei Kombination in einem einzelnen Produkt ergeben sich vielfältige Optionen. Die Paketlösung ist robust, effektiv und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Umgebungsfaktoren, die andere Optionen verbieten.
Ref [3] Die ARISO Contactless Connectivity-Lösung bietet ein robustes Paket, das magnetische Energie und HF-Antennenübertragungstechnologie kombiniert
Die Vorteile dieser Technologie lassen sich auf viele Fabriklasten anwenden, wie z. B.:
ARISO Contactless Connectivity von TE kann als Standard-Anschlussmöglichkeit oder Zubehör bei folgenden Anwendungen verwendet werden:
- Füll- und Verpackungsmaschinen
- Maschinencenter
- Förderbänder und Montagesysteme
- Nahrungsmittel und Getränke
- Vakuumkammern
- Robotik: Systemintegratoren
- Intelligente Werkzeuge und Werkstückhalter
- Anschluss passiver Verteilerkästen, Remote-IOs und Sensoren
ARISO Contactless Connectivity von TE kann auch für die folgenden Geräte angepasst und integriert werden:
- Robotik: Roboterkörper
- Dreheinheiten/Greifer
- Werkzeugaustauscher
- Handhabungsvorrichtungen
- Schwenk- und Dreheinheiten
Wie bei jeder Technologie ist die Fähigkeit, das Produkt in eine funktionierende Anwendung zu implementieren, entscheidend dafür, eine Implementierung mit geringem NRE-Zeitaufwand zu ermöglichen. ARISO Contactless Connectivity ist direkt über TE und die Handelspartner von TE erhältlich.
Zusammenfassung
Die intelligente Fabrik benötigt Energie und Kommunikation, um flexibel und effizient zu bleiben. Durch effiziente Datenübertragung wird die Antwortzeit verbessert. Beispielsweise kann die Farbe eines Produkts in Sekundenschnelle in einer Druckertrommel-Anwendung durch einfache, schnelle Programmierung über eine zuverlässige, kontaktlose Verbindung geändert werden. Oder Toleranzen können sofort angepasst werden, um die Abfallmenge zu reduzieren, wenn Proben nicht den Spezifikationen entsprechen. Die ARISO Contactless Connectivity-Technologie ermöglicht diese und viele weitere Optionen für Ihre Produktionsstätte, indem sie Hindernisse überwindet, die zuvor einschränkend waren. Effizienz und Flexibilität der gesamten Fabrik verbessern sich, wenn Faktoren wie Wartungsbedarf und Einschränkungen aufgrund von rauen Umgebungen reduziert oder eliminiert werden.