DER KONSTRUKTEUR 07/2025

AUTOMATISIERUNGSTECHNIKPRODUKTE UND ANWENDUNGENKOPPLER ERHÖHEN VERFÜGBARKEIT VON ROTIERENDEN ANLAGENKONTAKTLOSEECHTZEITKOMMUNIKATIONÜberall dort, wo Energie oder Daten von stationären auf rotierende Systeme übertragenwerden, sind Schleifringe im Einsatz. Doch mechanischer Verschleiß, eine begrenzteLebensdauer und Einschränkungen bei hohen Datenraten setzen ihnen Grenzen.Kontaktlose Kommunikationsmethoden ermöglichen hingegen eine verschleißfreie,kompakte und performante Alternative.Benjamin Fiene, Mitarbeiter im Produktmarketing CommunicationInterfaces, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Bad Pyrmont

AUTOMATISIERUNGSTECHNIKDie Geschichte der Schleifringe beginnt mit den Anfängender Elektrotechnik im 19. Jahrhundert. Schon früh wurdedie Notwendigkeit erkannt, elektrische Energie undSignale zwischen rotierenden und stationären Komponentenweiterzuleiten – etwa in Generatoren, Elektromotorenoder frühen Rundfunkanlagen. Die Lösung: Schleifringe, bestehendaus rotierenden Metallringen und feststehenden Bürsten,die den Stromfluss erlauben. Mit dem technischen Fortschrittwurden Schleifringe immer kompakter, leistungsfähiger und vielseitiger– von der Industrieautomation über Windenergieanlagenbis hin zur Medizintechnik. Trotz ihrer weiten Verbreitung bliebenallerdings Herausforderungen wie Verschleiß, Wartungsaufwandund begrenzte Datenübertragungsraten bestehen.Hier bietet sich der kontaktlose Austausch von Energie undDaten über einen Luftspalt an. Dieser Ansatz setzt nicht nur verschleiß-und wartungsfreie Verbindungen um, sondern sogareine Kommunikation durch Glaswände oder andere nichtleitendeMedien. Damit ergeben sich vielfältige Anwendungsoptionen.Bei NearFi handelt es sich um eine kontaktlose Echtzeit-Übertragungstechnologievon Phoenix Contact, mit der Energie undDaten über einen Luftspalt im Zentimeterbereich ausgetauschtwerden können.LATENZ VON WENIGER ALS 1 MIKROSEKUNDEIn der NearFi-basierten Lösung von Phoenix Contact werdenzwei 60-GHz-Verbindungen – ein Uplink und ein Downlink – parallelauf getrennten Frequenzbändern verwendet, um einenVollduplexbetrieb zu realisieren. Zum Vergleich: WLAN erzeugtbei einer Ethernet-Kommunikation eine Latenz von rund 10 bis20 ms (10.000 bis 20.000 µs). 5G strebt für die Zukunft 1 ms(1.000 µs) an. NearFi funkt jedoch mit einer Latenz von wenigerals 1 µs, ist somit circa tausendmal schneller als 5G. Außerdemunterstützt NearFi eine Ethernet-Übertragung bis 100 Mbit/s inEchtzeit und arbeitet ferner protokollunabhängig. Folglich eignetsich die Technologie auch für zukünftige Entwicklungen.Da die Funkkommunikation im Nahfeldbereich über einensehr geringen Abstand erfolgt, entsteht kein Störspektrum imUmfeld der Geräte. Daher lassen sich zahlreiche NearFi-Systemeparallel nutzen. Darüber hinaus können sie in Koexistenz mitvorhandenen Funktechnologien – zum Beispiel WLAN oderBlue tooth – betrieben werden. Industrielle Störspektren, wie siebeispielsweise beim Lichtbogenschweißen auftreten, können dieNearFi-Technologie ebenfalls nicht beeinflussen. Diese wird erstmalsin den neuen NearFi-Kopplern von Phoenix Contact eingesetzt.Die Geräte ermöglichen die Weiterleitung von 50 W (24 V,2 A) sowie von Echtzeit-Ethernet-Daten über einen Luftspalt biszu einer Entfernung von einigen Zentimetern. Aufgrund desrobusten IP65-Gehäuses mit M12-Anschlüssen für Ethernet undSpannung lassen sich die NearFi-Koppler auch in anspruchsvollenUmgebungen verwenden.AUTOMATISCHE KOPPLUNG OHNEKONFIGURATION ODER PROGRAMMIERUNGDie Energieübertragung geschieht induktiv. Der Base-Kopplererzeugt über eine Spule ein magnetisches Feld, das in die Spuledes Remote-Kopplers induziert wird. Die aktive Regelung wähltimmer die bestmöglichen Parameter für die Kommunikation aus.Dadurch reduziert sich die Leistung nicht über den Abstand, sondernwird auf dem gesamten Arbeitsbereich konstant bei 50 Wgehalten. Endgeräte, wie zum Beispiel I/O-Stationen oderSwitches, lassen sich also kontaktlos mit Energie versorgen. DieKopplung erfolgt automatisch, es ist somit keine Konfigurationoder Programmierung erforderlich.Zum Datenaustausch werden mindestens zwei Geräte benötigt:ein Base- und ein Remote-Koppler. Mit dem Base-Kopplerkönnen beliebig viele Remote-Koppler kombiniert werden. Übereine integrierte Ausrichthilfe wird signalisiert, sobald die GeräteDIE KOPPLER ÜBERTRAGENETHERNET-DATEN BIS ZU100 MBIT/S IN ECHTZEIToptimal verbunden sind. Das leuchtende Kopplergehäuse zeigtdie Betriebsbereitschaft der Koppelstrecke selbst in schwer zugänglichenEinbauplätzen gut sichtbar an. Base- und Remote-Koppler lassen sich aus beliebigen Richtungen ebenso wie rotierendzueinander führen. Zudem muss der Anwender die Gerätenicht exakt zentrieren; sie können sich mit einem Versatz odereinem tangentialen Winkel gegenüberstehen. Das verringert diePräzisionsanforderungen an die mechanische Bewegung vonzwei unabhängigen Anlagenteilen erheblich.ANWENDUNGSBEISPIEL RUNDTAKTTISCHRundtakttische erlauben die präzise Positionierung und den effizientenTransport von Werkstücken zwischen Bearbeitungsstationen– ideal für die Montage sowie Prüfungen oder Qualitätskontrollen.Zur Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs01 Neben der induktiven Energieübertragung bis 50 W erfolgteine protokollunabhängige und latenzfreie Echtzeit-Ethernet-Kommunikation über einen Luftspalt im Zentimeterbereich02 Die NearFi-Koppler widerstehen auch Staub und Schmutz0102www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2025/07 27