Der kon­takt­lo­se Stecker

Eigent­lich sehen Maik Stem­me und Nor­bert Schulz ganz nor­mal aus. Zwei fit­te Her­ren im bes­ten Alter, locker gewan­det und ganz ent­spannt inmit­ten von Kabeln, Mess­ge­rä­ten und Moni­to­ren. Doch die bei­den sind Teil eines Teams, das an der Zukunft schraubt. Und sol­che Leu­te tra­gen doch eigent­lich spa­ci­ge Labor­klei­dung inmit­ten von her­me­tisch abge­schirm­ten Labo­ren … aber wir sind in Bad Pyr­mont und nicht in Hollywood.

Nor­bert Schulz gehört zum Ent­wick­ler­team des NearFi-Kopplers

Der Near­Fi-Kopp­ler sorgt trotz­dem für reich­lich Furo­re. Nicht umsonst hat er jüngst den Auto­ma­ti­on Award der Fach­zeit­schrift elek­tro­Au­to­ma­ti­on gewon­nen. Der kon­takt­lo­se Ste­cker über­trägt sowohl Daten als auch Ener­gie ohne direk­ten Kon­takt von Kup­fer und Kunst­stoff. Der Luft­spalt soll­te aller­dings nicht grö­ßer als weni­ge Zen­ti­me­ter sein, sich also im „Near Field“ bewegen.

Die­se kon­takt­lo­se Über­tra­gung kommt über­all dort zur Gel­tung, wo Ver­bin­dun­gen häu­fig gelöst und wie­der her­ge­stellt wer­den müs­sen. Anwen­dungs­bei­spie­le sind etwa Werk­zeug­wechs­ler bei robo­ti­schen Sys­te­men, bei denen Feh­ler in her­kömm­lich gesteck­ten Werk­zeu­gen zum Still­stand und damit unmit­tel­bar zum Pro­duk­ti­ons­aus­fall füh­ren kön­nen. Bei kon­ven­tio­nel­len Ste­ckern mit ihren emp­find­li­chen Anschluss­stif­ten dro­hen in rau­er Indus­trie­um­ge­bung Ver­schleiß und Ver­schmut­zung und damit eine Beein­träch­ti­gung der Funktionalität.

In einer kon­kre­ten Anwen­dung geht es dar­um, eine Ven­til­in­sel anzu­steu­ern, hin­ter der pneu­ma­ti­sche, also druck­luft­be­trie­be­ne Werk­zeu­ge auf ihren Ein­satz war­ten. Das Werk­zeug selbst ist mit einer Elek­tro­nik aus­ge­stat­tet, die mit 24 Volt ver­sorgt wird. Über die Steue­rung bekommt es die nöti­gen Befehle.

Ener­gie

Die Über­tra­gung von Ener­gie ohne direk­ten Stecker­kontakt kennt man bereits aus dem All­tag, etwa bei Han­dy oder elek­tri­scher Zahn­bürs­te. Die Ladung geschieht induk­tiv mit­tels magne­ti­scher Fel­der. „Das Prin­zip ist hier ähn­lich, aller­dings dann doch ganz anders,“ erklärt Maik Stem­me. Der Ent­wick­lungs­in­ge­nieur erläu­tert die Unter­schie­de: „Bei den im All­tag beschrie­be­nen Situa­tio­nen lie­gen die Gehäu­se anein­an­der an. Und die Ener­gie fließt lang­sam und kon­ti­nu­ier­lich. Das ist beim ­Near­Fi-Kopp­ler ganz anders. Wir kön­nen damit meh­re­re Zen­ti­me­ter Ent­fer­nung über­brü­cken. Außer­dem ist es nötig, bei einer Maschi­nen­steue­rung Last­spit­zen über­tra­gen zu kön­nen. Wäh­rend unser kontakt­loser Kopp­ler kon­stant 50 Watt Dau­er­leis­tung bei 24 Volt wei­ter­lei­ten kann, sind wäh­rend eines Schalt­vor­gangs auch Schalt­spit­zen kein Problem.“

Kom­mu­ni­ka­ti­on

Rich­tig rund wird der ecki­ge Kopp­ler aller­dings erst durch sei­ne Fähig­keit, neben Ener­gie auch Daten­strö­me über die Distanz zu über­tra­gen. Auf den ers­ten Blick in Zei­ten von 5G und RFID nicht unbe­dingt spek­ta­ku­lär. Doch auch hier schafft der ­Near­Fi-Kopp­ler einen Tech­no­lo­gie­sprung, wie Tes­t­in­ge­nieur Nor­bert Schulz erklärt: „Wir kön­nen Ether­net-Daten in Echt­zeit über­tra­gen. Die Latenz liegt bei zwei Mikro­se­kun­den, das ist etwa 500 mal schnel­ler als bei den neu­en 5G-Net­zen. Und kom­plett pro­to­koll­un­ab­hän­gig, denn wir legen kein eige­nes Funk­pro­to­koll um die Daten. Man muss die Gerä­te nicht extra auf ein Pro­to­koll para­me­trie­ren. Und das macht unser Sys­tem so schnell und in der Anwen­dung einfach.”

Damit ste­hen Ether­net-Pro­to­kol­le wie PROFINET oder Ether­cat unein­ge­schränkt zur Ver­fü­gung. Und das klappt auch, wenn sich nicht­me­tal­li­sche Mate­ria­li­en wie Glas oder Kunst­stoff zwi­schen die Über­tra­gungs­flä­chen schie­ben. Der Spalt zwi­schen den bei­den Kon­takt­flä­chen kann locker bis zu vier Zen­ti­me­ter groß sein. Das sind wesent­li­che Bedin­gun­gen, um damit etwa prä­zi­se Schalt- und Steue­rungs­vor­gän­ge aus­füh­ren zu können. 

Die Kom­bi­na­ti­on von Ener­gie- und Daten­über­tra­gung ist auf dem Markt einzigartig.”

Maik Stem­me, Ent­wick­lungs­in­ge­nieur Phoe­nix Contact

Team­work

Die Idee zum Near­Fi-Kopp­ler geis­ter­te schon län­ger in den Köp­fen der Inge­nieu­re bei Phoe­nix Con­ta­ct, wie Maik Stem­me erzählt. Der 47-jäh­ri­ge Ent­wick­lungs­in­ge­nieur hat in sei­ner Aus­bil­dung klas­si­sche Hand­werks­wur­zeln, hat zunächst Rund­funk- und Fern­seh­me­cha­ni­ker gelernt. Bei Phoe­nix Con­ta­ct gehör­te er bereits beim The­ma Radio­li­ne zum Ent­wick­ler­team, kennt sich also genau­es­tens beim Trans­fer von Daten über Funk aus. „Die tat­säch­li­che Arbeit an dem Pro­jekt Near­Fi-Kopp­ler hat dann rund 18 Mona­te in Anspruch genom­men, von der sprich­wört­li­chen grü­nen Wie­se bis zum fer­ti­gen Pro­dukt.“ Die posi­ti­ve Reso­nanz setz­te noch viel schnel­ler ein, denn offen­sicht­lich schließt die Neu­ent­wick­lung eine tech­no­lo­gi­sche Lücke.

Es gibt ver­schie­de­ne Vari­an­ten des ­Near­Fi-Kopp­lers. In Zukunft arbei­ten die bei­den Inge­nieu­re und ihr Team unter ande­rem dar­an, das Anwen­dungs­spek­trum der Kopp­ler zu erwei­tern, sich etwa um wei­te­re Lösun­gen zur Daten­über­tra­gung zu küm­mern. Auch wenn sich der Spalt der Über­tra­gung von Ener­gie und Daten nur zen­ti­me­ter­wei­se öff­net – es ist ein Schritt in die Zukunft.

Near­Fi-Tech­no­lo­gie Phoe­nix Contact

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