Die Leiterplatte mit ADMV9611/ADMV9621, die ADI in Zusammenarbeit mit Phoenix Contact designt hat (Quelle: ADI)
Flexibilität und Adaptivität sind in heutigen Fertigungen die Gebote der Stunde. Hohe Bedeutung haben deshalb Geräte, die sich einfach neu konfigurieren und modifizieren lassen sowie mit wartungsfreien Kontakten angepasst werden können. Allerdings basiert noch immer ein Großteil der auswechselbaren Geräte in den Fabrikhallen auf traditioneller Steckverbindertechnik, die verschleißanfällig ist und sich negativ auf Materialkosten und Produktivität auswirkt.
„Aufgrund der hohen Anzahl von Steckzyklen beim Werkzeugwechsel wird die Lebenszeit der Steckverbinder signifikant reduziert, weil die Kontakte quasi ,abbrennen‘. Sie verschmutzen oder verbiegen bei den ständigen Wechseln“, verdeutlicht Benjamin Fiene, Product Marketing Kommunikationsschnittstellen bei Phoenix Contact. „Dies führt zu Ausfallzeiten, die weder vorhergesagt noch eingeplant werden können. Die Kosten für reguläre präventive Wartungsintervalle können so schnell in den siebenstelligen Bereich gehen.“
Vom Wunsch zur Wirklichkeit
Solche Szenarien münden in dem Wunsch vieler Anwender nach einer Fertigung ohne mechanische Steckverbinder und stattdessen mit kontaktloser Daten- und Energieübertragung. Die Vision der Fertigung mit schnellen drahtlosen industriellen Verbindungen teilt auch Phoenix Contact. Mit seiner nahezu 100-jährigen Expertise und einem Portfolio von mehr als 60.000 Produkten ist das Unternehmen nah am Markt. Fokussiert auf die Produktivitätssteigerung und Reduzierung der Wartungskosten, identifizierte es die schnelle kontaktlose Kommunikation als die bevorzugte Lösung zur Datenübertragung zum Beispiel zwischen einem Roboter und seinen Werkzeugen. Die größte Herausforderung dabei war es, die geeignete kontaktlose Übertragungstechnologie zu finden.
Die Anforderungen
Idealerweise sollte eine solche die Echtzeitkommunikation sicherstellen, einschließlich einem latenzfreien Betrieb, und frei von Netzwerk-Interferenzen sein sowie sämtliche industrielle Standard-Ethernet-Protokolle unterstützen – und das alles integriert in ein kompaktes Gerätedesign.
„Wir hatten eine Vision, wie das finale Produkt aussehen könnte, und setzten bei der Entwicklung und Fertigung auf unseren eigenen drahtlosen Verbindungssystemen auf. Aber wir brauchten einen Partner mit Expertise in der HF-Technik und fanden ihn in Analog Devices (ADI)”, erzählt Frank Hakemeyer, Director Marketing und Entwicklung von Kommunikationsschnittstellen bei Phoenix Contact. Weiter berichtet er: „Wir hatten das Grundkonzept zu Papier gebracht. Nun hätten wir die nötigen Chips einfach von ADI beziehen und zusammen mit den Antennenverbindungen in unsere Entwicklung integrieren können. Uns war allerdings klar, dass wir hier außerhalb unserer Kernkompetenz arbeiten würden. Wir sind Experten in der industriellen Ethernet-Kommunikation, aber keine Spezialisten in der Gigahertz-Frequenztechnik. Wenn wir entschieden hätten, alles selbst zu machen, hätten wir wesentlich mehr Zeit benötigt.“
Der gemeinsame Weg zur Lösung
Phoenix Contact weihte ADI erstmals im August 2017 in seine Vision ein. Dann folgten Tests des Standard-Transceiver-Chipsatzes HMC6300/HMC6301 von ADI.
„Ich traf mich mit Phoenix Contact im April 2018 auf der Hannover Messe“, berichtet Anton Patyuchenko, Staff Field Applications Engineer (FAE) von ADI. „Dort sagten mir die Experten, dass sie den Original/Standard-V-Band-Transceiver-Chipsatz von ADI in ihren neuen kontaktlosen industriellen Koppler integrieren wollten.“
Ursprünglich für Anwendungen in kleinen Backhaul-Zellen entwickelt, verfügt der HMC6300/HMC6301 über eine spezielle Kombination von Kernfunktionen. Diese ermöglichen den für zeitkritische Industriesysteme benötigten Breitbandbetrieb mit extrem geringer Latenz, den auch Phoenix Contact forderte.
„Im Rahmen der darauffolgenden Besprechungen stellte ich fest, dass daraus das Projekt für eine völlig neue, komplette Systementwicklung werden würde“, erklärt A. Patyuchenko. Dann folgten mehrere Telefonate und persönliche Gespräche. Zudem reiste das ADI-Team zum Standort von Phoenix Contact und arbeitete mit dem dortigen Team eng zusammen, diskutierte Ideen, führte Messungen durch und beantwortete Fragen.
Im August 2019, nach gut einem Jahr Planung, gab Phoenix Contact grünes Licht zur Entwicklung der vorgeschlagenen Lösung. Neben der Zuteilung eines speziellen FAE baute ADI ein dediziertes Projekt-Team auf Ebene einer Technologiegruppe (TG) auf. Mit einem Kern-Team aus sechs Personen aus unterschiedlichen Disziplinen wurden zweiwöchentliche Projekt-Telefonate vereinbart.