Induktive Koppler für berührungslose Datenübertragung

Details: Veröffentlicht: 26.03.2014; Zuletzt aktualisiert: 06.11.2023; Zugriffe: 13204

Roboter mit Wechselwerkzeugen oder Rundtaktische stellen hohe Anforderungen an die elektrische Verbindungstechnik. Verschleißende Kontakte und Steckverbinder erfordern hier kurze Wartungsintervalle oder führen gar zum Maschinenstillstand. Turck bietet hierfür induktive Datenübertragung mit Kopplern als Alternative zur klassischen Verbindungstechnik: Die NIC-Koppler sind verschleißfrei gegenüber Schleifringen oder mechanisch stark beanspruchten Steckverbindern.

Turck induktive Datenuebertragung

Inhalt

Induktive Koppler mit hoher Schockfestigkeit
Induktive Datenübertragung auf Basis berührungsloser Koppler
- Verschleißfreie induktive Datenübertragung
- Induktive Koppler ohne Verstärker

Induktive Koppler mit hoher Schockfestigkeit

Turck Koppler 06.11.2023 | Turck hat seine induktiven Koppler-Sets neu aufgelegt und präsentiert diese auf der SPS 2023. Neben einer besseren Performance sind sie mit neuen Funktionen wie dem Selective Pairing ausgestattet. Die NIC-Koppler haben eine 600 ms Start-up-Zeit und ermöglichen damit verkürzte Produktionszyklen und eine erhöhte Produktivität. Ausgestattet mit IO-Link COM3 unterstützen die NIC-Koppler eine maximale Datenübertragungsrate von 230,4 kBit/s.

Die robusten induktiven Koppler halten hohen Schockbelastungen stand. Sie übertragen eine Leistung von 18 W über eine Luftschnittstelle von 7 mm. Als berührungslose Steckverbinder sind sie absolut verschleißfrei und mit Schutzart IP68 dauerhaft dicht. Der tolerierte Winkelversatz geht bis 15°. Zusammen mit dem Parallelversatz bis zu 5 mm bieten die Koppler eine hohe Montagefreiheit. Die Diagnosefunktion erkennt das vorhandene Sekundärteil und eventuelle Metallobjekte im Luftspalt.

Über die bidirektionale Kommunikationstechnik lassen sich Aktoren ansteuern und Sensorsignale sammeln. Neben der Kopplung beliebiger Primär- und Sekundärteile (Dynamic Pairing) unterstützen die Koppler das marktweit einzigartige „Selective Pairing“. Hierbei kommuniziert ein Primärteil nur mit ausgewählten Sekundärteilen. Dazu ist das Gerät über IO-Link direkt ansprechbar. Typische Einsatzgebiete der NIC-Koppler finden sich in Wechselwerkzeugen, Rundtakttischen oder fahrerlosen Transportfahrzeugen.

Induktive Datenübertragung auf Basis berührungsloser Koppler

26.03.2014 | Irgendwie hat es immer noch etwas Magisches, wenn man ein Smartphone auf eine kontaktlose Ladestation legt. Strom Übertragung ohne Kabel? Technisch steckt dahinter das Prinzip induktiver Kopplung. Die Technik ist nicht wirklich neu, aber der massenhafte Einsatz für Komponenten im Konsumer Bereich lässt immer noch auf sich warten. Die Ladefunktion für elektrische Zahnbürsten und schnurlose Telefone bleiben bis dato die einzigen Massenanwendungen.

Ihre Stärken kann die induktive Kopplung zur Energieübertragung eher in den Nischenmärkten ausspielen. So sind beispielswiese Herzschrittmacher und andere medizinische Implantate oft zwangsläufig mit der Möglichkeit zur kontaktlosen Strom- und Signalübertragung ausgestattet. Der Vorteil liegt hier auf der Hand: Schon die Vorstellung eines USB-Ports am Brustkorb zum Laden des Herzschrittmachers erinnert eher an Horror- oder Science-Fiction-Filme als an seriöse Medizintechnik.

Verschleißfreie induktive Datenübertragung

Turck Datenuebertragung Ein großer Vorteil der induktiven Kopplung zur Signal- und Energieübertragung kommt bei diesen Beispielen aber kaum zum Tragen: Induktive Kopplung ist absolut verschleißfrei. Dieser Vorteil ist beim Privatgebrauch selten besonders wichtig, im Industrie Einsatz aber möglicherweise ein zentrales Entscheidungskriterium. Schließlich sind die resultierenden längeren Wartungsintervalle, kürzeren Stillstandzeiten und höheren Taktraten von Maschinen für Einkäufer und Produktionsplaner schlagkräftige Argumente.

Gerade in Applikationen, in denen sehr häufig Kontakte gesteckt und gelöst werden müssen, ist Verschleiß ein großes Problem – und damit ein entscheidender Kostentreiber. Gehen Hersteller von Anschluss- und Verbindungstechnik Lösungen dazu über Kontakte zu vergolden, wird der echte Bedarf an verschleißfreien Lösungen deutlich. Allein zur Zierde kommt niemand auf Idee, Gold einzusetzen. Auch wenn das Edelmetall die Abnutzung der Kontakte minimiert, so kann es den Prozess doch nicht verhindern. Anwendungen mit stark beanspruchten Verbindungen, ob durch Vibration oder häufiges Schließen und Trennen einer Verbindung, eignen sich somit sehr gut für eine ‚berührungslose Steckverbindung‘. Roboter mit Wechselwerkzeugen oder Rundtakttische sind Beispiele solche Applikationen.

Induktive Koppler als kontaktlose Steckverbinder bestechen außerdem durch die Bewegungsfreiheit, die sie den gekoppelten Komponenten ermöglichen: zum Beispiel bei Robotern mit drehenden Werkzeugen oder bei Wellen, aus denen Sensorsignale ausgeleitet werden müssen. Ein kontaktloser Anschluss der Schnittstelle ist hier von großem Vorteil. Der Schleifring als Alternativlösung ist zwar in der Industrie etabliert, wird aber aufgrund seines Verschleißes wenig geschätzt. Andere Anwendugnen induktiver Koppler sind Elektro-Hängebahnen, wie sie die Automobilindustrie häufig einsetzt.

Induktive Koppler ohne Verstärker

Turck stellt mit seinem NIC-System jetzt eine Familie von induktiven Kopplern vor, die die Herausforderungen der genannten Applikationen meistern kann. Die Koppler-Sets bestehen jeweils aus einem Primärteil auf der Steuerungsseite und einem Sekundärteil auf der Sensor-/Aktorseite der Verbindung. Die NIC-Koppler übertragen bis zu acht PNP-Schaltsignale und bis zu 500 mA starke Ströme mit 12 W Leistung.

Damit lassen sich Sensoren und Aktoren wie Lichtvorhänge, Piezoventile oder kleinere Ventilinseln betreiben, ohne dass auf der Sekundärseite ein zusätzlicher Verstärker erforderlich wäre. Die Primärteile werden über einen vierpoligen M12-Steckverbinder oder ein 30-cm-Pigtail mit zwölfpoligem M12-Steckverbinder angeschlossen. Das Sekundärteil verfügt über ein 30 cm-Pigtail mit vierpoligem M12-Steckverbinder. Mit 80 mm Länge zählen diese Koppler zu den kompaktesten Geräten im M30-Gehäuse.

Drei Varianten mit IO-Link

Turck induktive Signalübertragung

Die induktiven Koppler lassen sich so einfach anschließen wie eine Steckverbindung. Ein Sensor oder eine andere Signalquelle wird an das Sekundärteil (NICS-M30-IOL2P8-0,3-RKC4.4T) angeschlossen; das Primärteil (NICP-M30-IOL2P8X-H1141) wird gegenüber positioniert und mit einem vierpoligen Standard M12 Steckverbinder an eine Steuerung oder ein Feldbusgerät angeschlossen. Dieses Basissystem kann mit einem einfachen VB2-Splitter hinter dem Sekundärkoppler zwei PNP-Schaltsignale berührungslos übertragen. Die Luftschnittstelle darf dabei bis zu 7 mm breit sein.

Turck IO-Link

Mit dem gleichen System aus Primär- und Sekundärkoppler lassen sich auch Signale von messenden IO-Link-fähigen Sensoren übertragen. Der Primärkoppler muss dazu lediglich an einen IO-Link-Master angeschlossen werden. Auf der Sekundärseite schließt der Anwender entsprechend einen IO-Link Sensor oder jedes andere IO-Link-fähige Gerät an. Diese Kombinationen erlauben sogar die bidirektionale IO-Link-Kommunikation inklusive aller IO-Link Features wie Parametrierung und Diagnosedaten. Wird sekundärseitig der I/O-Hub (TBIL-M1-16DIP) für 16 digitale PNP-Eingänge mit angeschlossen, kann das System auch zur Identifikation beispielsweise an Wechselwerkzeugen genutzt werden. Der Hub übermittelt hier über IO-Link eine eindeutige ID bis in die Steuerung.

Turck Signalübertragung

Die dritte Lösungsvariante kommt zum Einsatz, wenn mehr als zwei Signale übertragen werden sollen: Das IO-Link-Protokoll wird in diesem Fall zur Übertragung von bis zu acht Schaltsignalen verwendet. So lassen sich mit einem Primär- und Sekundärteil sowie einem I/O-Hub acht PNP-Signale übermitteln. Der hier eingesetzte zwölfpolige Primärkoppler NICP-M30-8P8-0,3-RSC12T fungiert dabei als IO-Link Master, der I/O-Hub als Slave. Das Primärteil wird mittels M12-12-Pin-Steckverbinder an herkömmliche PNP-Eingänge eines Feldbusgeräts angeschlossen, sodass der Anwender gar nicht merkt, dass das System intern mit IO-Link-Technologie arbeitet.

Diagnose mit Metallerkennung

Neben den acht PNP-Sensorsignalen stellt das System zwei Pins für Diagnosesignale zur Verfügung. Ein Signal zeigt die Anwesenheit des Sekundärteils an, das zweite dient zur ‚Foreign Object Detection‘. Befinden sich Fremdobjekte aus Metall wie Eisenspäne zwischen Primär- und Sekundärkoppler und reduzieren so die Übertragungsqualität, wird das Fehlersignal an die Steuerung gegeben, sodass die Fehlerquelle direkt lokalisierbar ist. Die Primärkoppler mit 4-Pin-Anschluss zeigen diese Diagnose über rundum sichtbare Status-LEDs direkt vor Ort an. Wird ein IO-Link-Gerät angeschlossen, stehen die Diagnosedaten auch in der Steuerung zur Verfügung.

Luftschnittstelle und Betriebsbereitschaft

Die induktiven Koppler erreichen mit einer maximalen Luftschnittstelle von 7 mm und 12 W Leistungsübertragung die größte Entfernung aller induktiven Koppler in dieser Bauform. Außerdem sind die Geräte immun gegen Erschütterungen und Verdrehung von Primär- und Sekundärteil. Wenn Primär-und Sekundärteil bei Nennabstand unmittelbar gegenüber positioniert werden, sind bis zu 5 mm seitlicher Versatz möglich.

Macht die Applikation eine lineare Montage der beiden Kopplerteile unmöglich, können die Kopplersysteme auch abgewinkelt zueinander montiert werden. Bei 5 mm Abstand zueinander ist hier ein Winkel bis zu 15° möglich. Auch bei stärkeren Neigungen bricht das Signal nicht direkt ab. Die Leistung wird dann zwar zunehmend schwächer, kann aber je nach Applikation dennoch ausreichen.

In vielen Applikationen mit häufig wechselnden Verbindungen spielt zudem die Bereitschaftszeit des Sekundärteils eine Rolle. Gerade bei Wechselwerkzeug-Roboter-Anwendungen sind die Taktzeiten, die mit der Verbindungslösung gefahren werden können, ein zentrales Entscheidungskriterium. Das Sekundärteil des Turck-Kopplers ist in weniger als 10 ms betriebsbereit. Das feststehende Primärteil wird ohnehin permanent versorgt. Mit dieser Start-up-Zeit ist das System eines der schnellsten am Markt.

Selbstverständlich lassen sich Primärteile mit beliebig vielen Sekundärteilen kombinieren und umgekehrt. Mittels ‚Dynamic Pairing‘ lassen sich auch komplexere Applikationen mit mehreren Primär- und Sekundärteilen problemfrei lösen.