Kontaktlose Energieübertragung Verbindungssystem für Energie und Daten

Überall dort, wo der Bauraum einen Engpass darstellt oder raue Umweltbedingungen herrschen, bringt Ariso Vorteile.
Überall dort, wo der Bauraum einen Engpass darstellt oder raue Umweltbedingungen herrschen, bringt Ariso Vorteile.

Miniaturisierung und Dezentralisierung sind die Trends, die die Ingenieure von TE Connectivity bei der Entwicklung von »Ariso« getrieben haben: Sie entwickelten ein Verbindungssystem, das auf dem Prinzip kontaktloser Übertragung beruht und sowohl Daten als auch elektrische Energie kontaktlos übertragen kann.

Das ist vor allem in rauen Industrieumgebungen von Vorteil,  bei der Arbeit mit explosiven Stoffen oder immer dann, wenn Flüssigkeiten, wie Wasser, Öl oder Reinigungsmittel ins Spiel kommen. Denn die Sende- und Empfangseinheit bei Ariso berühren sich nicht - das  System – und damit auch empfindliche Anschlüsse – ist hermetisch gegen Schmutz und Flüssigkeiten abgedichtet, was den Wartungsaufwand entscheidend verringert.

Eine mechanische Beanspruchung entfällt ebenfalls.  Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit zu einer vollen 360°-Drehung: Während herkömmliche Steckverbindungen (etwa in Roboterarmen) bei Rotationen immer in eine bestimmte Ausgangssituation zurückkehren müssen, entfällt hier dieser Zwang und lässt eine unbegrenzte Anzahl von Umdrehungen zu.

Zusätzlich funktioniert die Übertragung nicht nur bei einer Rotation sondern auch bei einer Neigung der Koppler zueinander. TE arbeitet laut Auskunft von Dirk-Jan Riezebos, Advanced Development Engineer daran, diesen Neigungswinkel noch zu verbessern. Da die Energie- und Datenübertragung nicht nur durch Luft, sondern auch durch beliebige, nichtleitende Stoffe außer Metall funktioniert, sind auch Schmiermittel kein Problem. Zusätzlich zu Rotation und Neigung kommt das System auch mit einem veränderbaren  Abstand zwischen den Kontakten zurecht, solange der Maximalabstand nicht überschritten wird. Dadurch stellt auch eine starke Vibration, wie sie in Industriemaschinen vorkommen kann, kein Problem dar.

Die kontaktlose Energieübertragung basiert auf der induktiven Nahfeldkopplung zweier Spulen. Ein in der Sende-Spule fließender Wechselstrom verursacht ein Magnetfeld, das in der Empfängerspule einen Strom induziert. Das Magnetfeld kann sich in Luft oder auch in Flüssigkeiten ausbreiten, so dass keine direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig ist. Dadurch kommt die kontaktlose Übertragung zustande. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger beträgt mehrere Millimeter, es gilt allerdings die Faustregel, dass der Abstand kleiner sein muss als der Durchmesser des Kopplers. In diesem Fall liegt der maximale Übertragungsweg für ein M12 System bei wenigen Milimetern. Die Frequenz des Wechselstroms und damit auch der gesamten Energieübertragung beträgt zwischen 150 und 350 kHz. In seiner Standardversion überträgt Ariso  24 V Gleichspannung bei einer Stromstärke von 250 mA und erreicht so eine übertragene Leistung von 6 W. Diese Merkmale sind aber hinsichtlich Größe, Power Signaltyp/-anzahl kundenspezifisch anpassbar und ermöglichen daher eine kundenorientierte Lösung.

Während die Energieübertragung als Umwandlung von elektrischer in magnetische Energie und umgekehrt besteht, nutzt TE zur kabellosen Datenübertragung einen 2,4-GHz-RF-Chip in Kombination mit Nahfeldantennen. Ariso  bietet 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. Die Signalübertragung kann in der jetzigen Version nur in einer Richtung vom Leistungsempfänger zum Leistungssender stattfinden, doch auch hier sieht Riezebos in Form von bidirektionaler Übertragung weitere Optimierungsmöglichkeiten. Gerät ein Gegenstand aus leitendem Material, das die Energie des Magnetfelds absorbiert, zwischen die beiden Kontakte, wird die Übertragung automatisch abgeschaltet, Schäden durch Hitze drohen nicht. Wird das Metall entfernt, baut Ariso die Verbindung sofort wieder auf.

An welche potenziellen Einsätze denkt TE? »Überall dort, wo Bauraum ein Engpass darstellt oder raue Umweltbedingungen herrschen, bringt Ariso Vorteile, sei es im industriellen Einsatz wie in Maschinen oder im Auto. Ob als Schleifringersatz bei Drehtischen oder bei Werkzeugwechselsystemen mit unlimitierten Steckzyklen, und das unabhängig von Umgebungseinflüssen – das System erlaubt verschiedene Einsatzmöglichkeiten in der Industrie. Aber auch weitere Anwendungsgebiete sind denkbar, zum Beispiel in einem Diagnose-Tool im Auto oder für elektrische Verbindungen in der Autotür wäre eine kontaktlose Übertragungstechnik wie Ariso hilfreich.

»Näheres werden wir aber erst auf der kommenden SPS/IPC/Drives verkünden«, sagt Riezebos. Wird Ariso herkömmliche Steckverbinder aus TE’s Portfolio verdrängen? »Nein.  Ariso erfüllt Anforderungen, die teilweise gar nicht mit herkömmlichen Steckverbindern abdeckbar sind«, erklärt der Entwicklungsingenieur. Künftig soll Ariso auch kontaktlos Industrieprotokolle wie Ethernet- Powerlink übertragen, aber auch weitere Bauformen und elektrische Lösungen sind möglich und denkbar. »Wir arbeiten daran«, so Riezebos. Mehr Infos unter www.arisocontactlessconnectivity.com.