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Eine Energieübertragung findet in der industriellen Automatisierung in der Regel mit Steckverbindern statt. Bei dieser herkömmlichen Lösung sind abgebrannte, verbogene oder auch verschmutzte Kontakte ein häufiger Grund für zeit- und kostenintensive Produktionsausfälle.

Eine Energieübertragung findet in der industriellen Automatisierung in der Regel mit Steckverbindern statt. Bei dieser herkömmlichen Lösung sind abgebrannte, verbogene oder auch verschmutzte Kontakte ein häufiger Grund für zeit- und kostenintensive Produktionsausfälle.

Bild: iStock, solarseven
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Kontaktlose Verbindungstechnik Energie liegt in der Luft

26.10.2016

Die kontaktlose Energieübertragung mit induktiver Resonanzkopplung ermöglicht bis zu 240 Watt Leistung. Sie ersetzt immer häufiger herkömmliche Steckverbinder. Ein neues System bietet geringe Übertragungsverluste mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent und ist wartungsfrei. Damit gehören hohe Kosten für Wartung und Produktionsausfälle der Vergangenheit an.

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Eine Energieübertragung findet in der industriellen Automatisierung in der Regel mit Steckverbindern statt. Bei dieser herkömmlichen Lösung sind abgebrannte, verbogene oder auch verschmutzte Kontakte ein häufiger Grund für zeit- und kostenintensive Produktionsausfälle. Das gilt umso mehr für solche Applikationen, in denen häufige Steckzyklen erforderlich sind. Dazu zählt beispielsweise der wiederholte Werkzeugwechsel bei Industrierobotern, hierbei ist der Verschleiß besonders hoch.

Für diese Art von Applikationen hat Weidmüller die kontaktlose Energieübertragung „FreeCon Contactless“ entwickelt. Das System erlaubt es, Energie mittels induktiver Resonanzkopplung über einen Luftspalt von bis zu fünf Millimetern zu übertragen – verschleißfrei und effizient. Gegenüber vergleichbaren Lösungen erzielt das System die doppelte Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad. Damit ausgestattete Anlagen laufen länger fehlerfrei und ohne kostspielige Unterbrechung für Wartung, Reparatur oder Austausch.

Das System überträgt mittels induktiver Resonanzkopplung eine Leistung von 240 Watt – 24 Volt und 10 Ampere – bei einem Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Ein spezielles Wärmemanagement und der hohe Wirkungsgrad ermöglichen eine hohe Leistung. Bei FreeCon Contactless wird auf der Primärseite über eine Spule ein magnetisches Feld erzeugt. Der Empfänger besteht ebenfalls aus einer Spule, in der durch das magnetische Feld eine Spannung induziert wird. Sobald an der Spule eine elektrische Last angeschlossen wird, kommt es zum Stromfluss, und eine elektrische Leistung wird übertragen. Der aus dem Übertragungsprinzip resultierenden erhöhten Wärmeentwicklung begegnet Weidmüller mit einem Thermomanagement, das die Wärmeentwicklung in Grenzen hält. Zudem lässt es eine kompakte Bauform des Systems zu.

Direkt per SPS ansteuern

FreeCon Contactless ist derzeit das einzige System am Markt, das über eine Steuerung schaltbar ist und somit die Ansteuerung direkt via SPS erfolgen kann. Ein zusätzliches Schütz ist nicht notwendig. Mit den Abmessungen von 100 Millimeter x 100 Millimeter und einer Höhe von 47 Millimetern ist das System sehr kompakt. Unter Berücksichtigung der Leistungsparameter gilt es aktuell als das kleinste Gerät am Markt.

Für den industriellen Einsatz verfügt das System über ein Gehäuse in der hohen Schutzart IP 65. Die Befestigung geschieht wahlweise mittels Direktmontage, über einen Befestigungswinkel oder ein Nutenprofil, wobei hierfür drei verschiedene Seiten zur Verfügung stehen. Somit erhält der Anwender eine hohe Flexibilität bei der Montage.

Präzise Kopplung durch voreilendes Pairing

Die Einsatzgebiete der kontaktlosen Energieübertragung sind vielfältig. Grundsätzlich eignet sich das System für Applikationen, in denen Steckverbindungen häufig gesteckt und gelöst werden. Dazu zählt das Wechselwerkzeug an einem Roboter: Hier werden mehrere hundert bis tausend Wechsel pro Tag durchgeführt. Die kontaktierende Verbindung muss dementsprechend oft gesteckt und gelöst werden, was zu einem hohen Verschleiß und Folgen wie Kontaktabbrand führt. Das hat einen Qualitätsverlust in der Produktion zur Folge. Um dem vorzubeugen, entstehen durch regelmäßigen Wartungsaufwand hohe Kosten. Weitere Applikationen sind etwa Rundschalttische, fahrerlose Transportsysteme oder Applikationen, die mit einem Schleifring arbeiten.

Zudem sind neue Anwendungsfelder denkbar, da eine bisher manuell zu steckende Verbindung nun automatisiert hergestellt werden kann. FreeCon Contactless bietet hohe Flexibilität durch beliebige Annäherungsoptionen. Die Sekundärseite kann, im Gegensatz zum Steckverbinder, aus beliebigen Richtungen zur Primärseite herangeführt werden und zusätzlich rotieren. Die zielgenaue Kopplung erfolgt durch eine präzise Positionskontrolle. Eine automatische Verbindung kann direkt via SPS-Steuerung erfolgen. Die kontaktlose Energieübertragung auf Basis der induktiven Resonanzkopplung lässt sich fast überall einsetzen, nur beim Durchdringen von Metall nicht: Es ist eine physikalisch unüberwindliche Hürde.

Anwendungsfeld Akku-Ladestation

Die kontaktlose Energieübertragung mit dem System FreeCon Contactless ist auch in Akku-Ladestationen für führerlose Gabelstapler, Transportsysteme oder Roboter einsetzbar. Automatische Transportsysteme, wie sie heute in vielen Lager- und Produktionshallen genutzt werden, wickeln alle Arbeiten ohne menschliche Unterstützung ab. Lediglich zum Herstellen der Steckverbindung, die für das Aufladen der Akkus erforderlich ist, muss ein Mitarbeiter zur Stelle sein. Durch den Einsatz von FreeCon Contactless kann dieser manuelle Arbeitsschritt entfallen. Die fahrerlosen Transportsysteme bewegen sich – kurz bevor der Akku leer ist oder nach Ende der Arbeiten – eigenständig zur Ladestation. Das Ergebnis ist eine echte Zeit- und Kostenersparnis, mit der sich die Investition schnell amortisiert.

Bildergalerie

  • Werkzeugwechsel bei Industrierobotern: Die kontaktlose Energieübertragung spart Zeit und Kosten für die Wartung oder den Austausch der Kontakte.

    Bild: Weidmüller

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