Stromversorgung
Feldbus ohne Kabel
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Integration über Versorgungsschiene
Eine Integration in die DIN-Hutschiene erfolgt über eine zusätzliche Versorgungsschiene, welche, in die Hutschiene eingelegt, eine Anbindung aller Teilnehmer über deren Rückseiten ermöglicht. Bestandteil der Versorgungsschiene sind eine längs verlaufende Induktivität, deren Feldvektor senkrecht zur Schienenebene steht, sowie Streifenleiter zur kapazitiven Signalkopplung und -Weiterleitung (Bild 7).
Die magnetischen Feldlinien verlaufen somit durch die Rückseiten der Teilnehmer, ein geometrisch passendes Kernmaterial mit E-Querschnitt zwischen Versorgungs- und Hutschiene ermöglicht eine Feldführung und verhindert das Eindringen des Feldes in Hutschiene und Schaltschrankrückwand, was zu unerwünschten Wirbelstromverlusten führen würde.
Die geometrischen Rahmenbedingungen der Schienenform bedingen eine vergleichsweise große Induktivität in der Versorgungsschiene sowie räumlich kleine Ein- und Auskopplungswicklungen. Das Energie-Einkopplungsmodul besteht aus zwei aneinandergereihten E-Kern-Ferriten und einer Drahtwicklung; auf den Sekundärseiten genügt ein einzelner Ferritkern der somit halben Breite. Die Induktivitäten der Schiene und der Abnehmer sind in planarer Form jeweils in eine mehrlagige Platine integriert.
Die Platinenform wurde aus Gründen der einfacheren Fertigung gewählt; aus demselben Grund sind die Ferrite in der Schiene einzeln angereiht und nicht aus einem Strang gefertigt. Eine möglichst dichte Anordnung der Ferrite bietet darüber hinaus Potenzial, die Übertragungseigenschaften zu verbessern.
Wirkungsgrad ebenso last- wie teilnehmerabhängig
Vorgestellt wurde ein Bussystem (Contactless Power Bus – CPB) zur simultanen Energie- und Datenübertragung für linear angereihte Automatisierungs-Komponenten als Feldbus-Ersatz. Die Entwicklung des Systems erfolgte am Institut Industrial IT (inIT) der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Zusammenarbeit mit Weidmüller Interface GmbH und mit fachlicher Unterstützung der Universität Rostock sowie der Hochschule Amberg-Weiden.
Es zeichnet sich durch die Kombination aus induktivem Verfahren zur Energieübertragung sowie kapazitivem Verfahren zur Datenübertragung aus, um sowohl hohe Wirkungsgrade als auch hohe Datenraten bis in den Mbit/s-Bereich zu ermöglichen.
Es konnte gezeigt werden, dass bei variablen Systemeigenschaften, bedingt durch die Anzahl der vorhandenen sekundären Verbraucher, ein annähernd gleichbleibendes Übertragungsverhalten in Bezug auf das Spannungsübersetzungsverhältnis erzielbar ist. Der erreichbare Wirkungsgrad ist ebenso last- wie teilnehmerabhängig, tendenziell verbessert er sich aber bei hohen Lasten und steigender Teilnehmerzahl.
Durch die Ausführung als doppelte Kopplungsstrecke kann die Versorgungsschiene aus rein passiven Komponenten realisiert werden; ebenso ist eine Kapselung aller beteiligten Komponenten möglich. Diese Anwendung ist daher auch außerhalb des Schaltschranks, z.B. in explosionsgeschützten Bereichen, geeignet.
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