Das induktive Prinzip
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
WLAN ist kein Allheilmittel
Gerade durch den großen Erfolg von WLAN wurden inzwischen auch dessen Grenzen offenbar: Insbesondere bei nicht gerichteten Funknetzen stehen Funkübertragungskanäle nicht in unbegrenzter Anzahl zur Verfügung. Je mehr WLAN-Systeme sich an einem Ort häufen, desto stärker machen sich gegenseitige Wechselwirkungen negativ bemerkbar. Ergo müssen beim Bau heutiger Anlagen bereits in der Planungsphase die Applikationen mit WLAN-Anbindung bekannt gemacht, die Frequenzbänder zugewiesen und Störeinflüsse analysiert werden. Langfristig ist eine systematische Verwaltung der verwendeten Frequenzen und Parameter in den Unternehmen unerlässlich. Diese Herausforderung eines „Wireless Network Management“ bedeutet großen Aufwand und folglich hohe Kosten. Bei binärer Sensorik soll dies verständlicherweise vermieden werden.
In diesem Bereich ist das Prinzip der induktiven Kopplung über ein elektromagnetisches Wechselfeld eine Alternative zu WLAN. Diesen physikalischen Effekt nutzt jeder herkömmliche Transformator, wobei dabei entweder das Umformen von Spannungen in der Energieübertragung oder aber die mess- und nachrichtentechnische Spannungs- und Impedanz-Anpassung im Vordergrund stehen. Unter Verzicht auf den Eisenkern, die räumliche Trennung der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators und ihre Unterbringung in separate Gehäuse-Einheiten lässt sich ein induktives Übertragungssystem für Energie und Informationen aufbauen, wie es Pepperl+Fuchs mit dem „Wireless Inductive System“ (WIS) umgesetzt hat. Jedes Mal, wenn die Wicklung der Sekundärseite in ein aktives Wechselfeld der Primärseite eintaucht, wird durch Gegenkopplung Spannung induziert und Energie übertragen. Ein Pulsverfahren stellt die Signale der Sensoren bitweise zur Verfügung. Als Bauform für die Übertragerköpfe bietet sich die Zylinderbauform an, die bei binären Sensoren zum Beispiel in der Größe M30 weit verbreitet ist.
Das Maß der Leistungsübertragung wird vom Kopplungsfaktor bestimmt, der wiederum von der Geometrie der Spulen zueinander beziehungsweise vom Abstand der beiden Übertragerköpfe abhängt. Je näher die beiden Spulen sich sind, desto stärker ist die Kopplung und damit die übertragbare Energie. Bei einem induktiven Wechselfeld mit einer Frequenz von 200 kHz auf der Primärseite, M30-Übertragerköpfen und einem Abstand von 5 mm lässt sich eine Leistung von 1,5 W auf die Sekundärseite übertragen. Dieser Wert ist ausreichend, um mehrere induktive, kapazitive oder optische Sensoren direkt auf einem bewegten Maschinenteil zu betreiben.
Zum Betrieb des Systems bedarf es primär- und sekundärseitiger Übertragersysteme und Auswerte-Elektroniken. Die Elemente der Primärseite werden in einem schaltschrankgerechten Interfacemodul untergebracht. Dort befinden sich die Komponenten zur Anregung der Primärspule sowie eine Reihe von Ausgangskanälen, die die zur Weiterverarbeitung aufbereiteten Sensorsignale verfügbar machen.
Die induktive Übertragung
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