60-GHz-Richtfunk Daten und Energie kontaktlos übertragen

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Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Eurocircuits GmbH

Das Steckverbindersystem RoProxCon ist kontaktlos und bietet aufgrund der daraus resultierenden Flexibilität sowie der einfachen Integration Vorteile für die Vernetzung der Fabrik der Zukunft. Das sind die Details.

In modernen automatisierten Produktionsanlagen ist eine nahtlose Kommunikation – vom „Sensor bis zur Cloud“ – das A und O. Dies erfordert zuverlässige Hochgeschwindigkeitsnetze, um beispielsweise bestehende Anlagen (sogenanntes „Brownfield“) sowie neue Maschinen- und Produktionsumgebungen, also Operational Technologies (OT), mit IT- und ERP-Systemen zu verbinden. Die von den zahlreichen Maschinensensoren erfassten Daten müssen schließlich in Echtzeit sicher in die Cloud sowie an Menschen und Maschinen in der gesamten Organisation und Lieferkette übertragen werden.

Der Schlüssel dazu sind die Steckverbinder, die Strom, Daten und Signale übertragen. Sie müssen in wichtigen Anwendungsfällen hohe Datenraten gewährleisten und rauen Produktionsumgebungen standhalten. Durch häufiges Ein- und Ausstecken besteht jedoch ein hohes Risiko einer begrenzten Lebensdauer des Steckverbinders durch Beschädigung oder Verschleiß der Kontakte.

Als Antwort auf diese Herausforderungen bietet das Steckverbinder-System RoProxCon von Rosenberger eine Übertragung, die nicht durch mechanisches Kontaktieren eingeschränkt ist.

Die Vorteile eines kontaktlosen Stecksystems

Mit dem kontaktlosen Stecksystem ergeben sich für Kon­strukteure und Entwickler neue Möglichkeiten, Verbindungen zu realisieren. Erreicht wird dies durch das speziell dafür entwickelte mm-Wellen-Antennenkonzept.

Im Fokus steht die gleichzeitige und bidirektionale Übertragung von Daten zusammen mit der Energieübertragung, ohne dass der Anwender auf mechanische Flexibilität verzichten muss. Die Energieübertragung auf Basis resonanter induktiver Kopplung sowie die Datenüber­tragung basierend auf 60-GHz-Richtfunk ermöglichen verschleißfreie Verbindungen und können sogar durch unterschiedliche Medien geführt werden.

Damit lassen sich unabhängig vom Rotationswinkel Daten im GBit/s-Bereich über einen Luftspalt übertragen. Darüber hinaus erlaubt die Lösung eine Winkelabweichung und einen radialen Versatz.

In der Regel ist in industriellen Anwendungen nicht bei beiden Kommunikationspartnern eine Stromversorgung vorhanden. Daher muss neben hohen Datenraten auch ausreichend Energie für die Funktion zum Beispiel von Näherungssensoren und Aktoren zur Verfügung stehen. Die Ingenieure aus Friedolfing arbeiten an einer Lösung, mit der Leistung bis zu 30 W übertragen werden kann – bei optimaler Ausnutzung des Bauraums für möglichst kompakte Module.

Das Unternehmen aus Niederbayern unterstützt Interessenten bei der Implementierung in die jeweilige Anwendung. Ethernet-basierte Übertragungen lassen sich mit geeigneten Adapterschaltungen einfach realisieren. Zudem können proprietäre IO-Signale oder Feldbusse verwendet werden.

Keine Einschränkungen mehr bei der Vernetzung

Das Portfolio adressiert die typischen Einschränkungen herkömmlicher Verbindungslösungen im industriellen Umfeld. Eine maximale Flexibilität für die einfache Integration neuer Anwendungen ist ein weiterer Ansatzpunkt.

Für diese Anforderungen ist das RoProxCon – System-on-Module (SoM) gedacht. Es kann einfach an individuelle Kundenanforderungen angepasst werden, von Platine zu Platine oder von Gerät zu Gerät. Mit der speziell entwickelten, auf dem SoM integrierten, Antenne sind Lösungen für eine Reihe von Anwendungen möglich, bei denen der Einsatz herkömmlicher Systeme technische oder preisliche Kompromisse erfordern würde.

Das SoM basiert auf dem mm-Wellen Transceiver ST60A2 von STMicroelectronics, mit denen eine Kooperation besteht. Der Funktransceiver-Chip überträgt Datenraten bis 6,25 GBit/s im 60-GHz-V-Band. Damit lassen sich Lösungen für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit sehr geringem Stromverbrauch und sehr geringer Latenz (≤ 7 ns) realisieren.

Um gleichzeitig bis zu 30 W elektrische Leistung zu übertragen, gibt es den RoProxCon-Hybrid. Neben der Leistungselektronik ist auch die Anpassung an auf Ethernet-basierende Protokolle wie PROFINET, EtherCAT oder EtherNet/IP integriert. Der Hybrid bietet auch Sicherheitsfunktionen wie Fremdkörpererkennung (FOD) und aktive Empfängererkennung.

Durch den Einsatz verschiedener RoProxCon-Adapter und Kabelverbindungen wird eine kostengünstige Retrofit-Lösung für ein einfaches „Plug & Play“-Upgrade der bestehenden Systemlandschaft erreicht. Dadurch können gegenwärtige Anlagen und Systeme mit minimalem technischem und regulatorischem Aufwand nachgerüstet werden, um die Gesamtbetriebskosten zu reduzieren.

Fazit: Das Übertragungssystem RoProxCon bietet durch sein mechanisches Entkopplungskonzept sowie die einfache Integration Vorteile für die Vernetzung der smarten Fabrik. Das Verbindungssystem ermöglicht endlose Drehbewegungen und eröffnet Entwicklern dadurch völlig neue Anwendungsmöglichkeiten und Perspektiven. (kr)

* Johannes Winkler, M.Sc., ist Director Electronic Circuits & Systems Research & Development bei Rosenberger Hochfrequenztechnik in Friedolfing.

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