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Berührungslose Energieübertragung CPS

Das Kürzel „CPS®“ steht für „Contactless Power Supply“. Mit diesem System werden mobile elektrische Verbraucher kontaktlos mit Energie versorgt. Die Energie wird dabei induktiv von einem stationären (Primär-)Leiter auf einen beweglichen Verbraucher übertragen. Einzigartig bei CPS® ist, dass über diesen Primärleiter ebenfalls Daten kontaktlos übertragen werden können. Das VAHLE CPS® wird seit 1997 ständig weiterentwickelt und findet heute mit über 450 realisierten Anlagen in vielen Industriezweigen Anwendung. Dazu gehört das große „Know-how“ der Firma VAHLE, gemeinsam mit dem Kunden problemorientiert Lösungen zu finden.


Innovative Entwicklung
Bei der Entwicklung der CPS®-Technik wurden wichtige Kriterien wie z.B. die wirtschaftliche Abdeckung eines großen Leistungsbereiches, breitgefächerte Einsatzmöglichkeiten, aber auch eine größtmögliche Umweltverträglichkeit in den Vordergrund gestellt. So ergibt sich z.B. aufgrund des außergewöhnlich niedrigen Streckenstroms von nur 70 A (bei speziellen Anwendungen sogar nur 35 A) ein besonders hoher Wirkungsgrad, sowie eine extrem gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV/EMF). Um den vielfältigen Anforderungen in der Fördertechnik gerecht zu werden, wurden neben der reinen Energieübertragung auch noch zusätzliche Systemfeatures wie die induktive Datenübertragung und die induktive Spurführung in das CPS® integriert.

CPS Funktionsprinzip

Transformatorprinzip
Die VAHLE-CPS®-Technik liefert elektrische Energie ohne jeglichen mechanischen Kontakt. Sie arbeitet nach dem Induktionsprinzip, ähnlich dem der Primär-/Sekundär-Übertragung
eines Transformators. Bei einem Transformator befinden sich Primär- und Sekundärwicklung auf einem gemeinsamen, geschlossenen ferromagnetischen Kern. Die CPS®-Technik hingegen „streckt“ die Primärwicklung zu einer langen Leiterschleife und platziert die Sekundärwicklung auf einen offenen ferromagnetischen Kern. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung beider Wicklungen zueinander ermöglicht. Durch die Nutzung einer hohen Übertragungsfrequenz von 20 kHz wird das Übertragungsverhalten optimiert.

Hohe Frequenz
Der CPS®-Primärinverter setzt die bauseits vorhandene Drei-Phasen-Wechselspannung in eine Ein-Phasen- Wechselspannung mit einer Frequenz von 20 kHz um. Mit einer Anpassschaltung wird der Primärleiter mit konstantem Strom beaufschlagt. Die in der Pick-Up-Spule induzierte Spannung wird gleichgerichtet und den Erfordernissen des Verbrauchers angepasst.

CPS Vorteile

Gegenüber der herkömmlichen Methode, Energie zu mobilen Verbrauchern zu übertragen, (über Stromschienen, Schleifleitungen und Leitungsführungssysteme) bietet die CPS®-Technik folgende Vorteile:

  • Wartungsfreiheit und damit eine hohe Anlagenverfügbarkeit bei entsprechend geringen Instandhaltungskosten.
  • Keine Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung des mobilen Verbrauchers.
  • Keine Lärmentwicklung und kein Kohleabrieb, da die Energieübertragung völlig berührungslos erfolgt.
  • Hohe Fahrwegtoleranz durch eine entsprechende Auslegung des Luftspalts zwischen Pick-up-Spule und Primärwicklung
  • Uneingeschränkter Einsatz auch unter harten Umgebungsbedingungen wie Staub, Wasser, Eis, Wind usw.
  • Hoher Wirkungsgrad durch optimale Komponentenauswahl und Einsatz modernster Leistungselektronik.

Das neu entwickelte CPS®-Konzept stellt eine Verknüpfung von hoher Effizienz, leichter Installtion sowie großer Zuverlässigkeit dar.

 

CPS Datenübertragung

In vielen Fällen besteht der Bedarf, dem mobilen Teilnehmer der Förderanlage neben der Energie für dessen Antriebsmotoren auch die entsprechenden Steuersignale einer zentralen SPS-Steuerung zu übermitteln. Da hierzu oftmals eine freie Funkübertragung aufgrund der Störempfindlichkeit schnell an ihre Grenzen stößt, bietet sich alternativ die Nutzung des ohnehin für die Energieversorgung vorhandenen Primärleiters für eine störsichere Datenübertragung an.
Dieses Konzept der integrierten Datenübertragung „VAHLE Powercom CPS®"ist ausgelegt für die sichere Übertragung von Steuerungsdaten mit einer Datenrate von 187,5 kBit/s auf Basis einer industrieüblichen RS485-Schnittstelle, wie sie z.B. der Profibus DP aufweist.


Vorteile der Datenübertragung mit VAHLE Powercom® CPS®

  • Durch die gleichzeitige Nutzung des Energieleiters für die Übertragung des Datensignals sind entlang der Fahrstrecke keinerlei zusätzliche Komponenten erforderlich
  • Datenrate bis 187,5 kBit/s
  • Absolut störsichere Übertragung durch großen Frequenzabstand zu derzeit gängigen Funkübertragungssystemen
  • Nachträgliche Änderungen der Fahrzeuganzahl oder der baulichen Umgebung problemlos möglich ohne aufwändige HF-Feldanalyse
  • Völlig transparente Übertragung des Datensignals ohne Eingriff in die Programmiersoftware
 

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