Neue Zukunft für smarte Hydraulik und Pneumatik

Nebenbei wird sie auch noch deutlich energieeffizienter und benutzerfreundlicher.

Was erwarten die Anwender von der Industriehydraulik der Zukunft? Bosch Rexroth befragte in einer Marktstudie zur Digitalisierung Technik-Entscheider unterschiedlicher Branchen und Regionen. Dr. Steffen Haack, Leiter der Geschäftseinheit Industrial Hydraulics, fasst zusammen: „Sie setzen auf eine durchgängige Digitalisierung ihrer Arbeitsabläufe und wünschen sich einbaufertige Module, die sich einfach und schnell in Betrieb nehmen lassen. Betreiber erwarten vor allem minimale Ausfallzeiten und haben konkrete Anforderungen zu Condition Moni­toring, Predictive Maintenance und dem Ersatzteil­management.“

Den Trend bestätigt Axel Schwerdtfeger, Chief Technical Officer (CTO) bei Hawe Hydraulik. Die Industrie sei auf einem guten Weg, das Thema Digitalisierung vollziehe gerade den Wechsel vom Trend zum Stand der Technik. „Das Erfassen, Errechnen und Aufbereiten von Systemdaten sowie das Ermöglichen einer einfachen Installa­tion, Inbetriebnahme und störungsfreiem Betrieb wird dadurch vereinfacht oder sogar erst möglich.“ So brachte Hawe beispielsweise neue Kompaktpumpenaggregate heraus, die über eine integrierte Sensorik verfügen. Via Edge Computing lassen sich aggregierte Zustandsinformationen gewinnen und die Daten an übergeordnete Maschinensteuerungen oder Cloud-Lösungen weitergeben.

Noch bleiben die Daten zuhause. Zwar übernähmen, so Haack, internationale Produktionsnetzwerke eine Vorreiterrolle, aber „derzeit sehen wir in der Fläche einen eindeutigen Trend zur Verarbeitung der Daten in Private Clouds on Premises oder on Edge.“ Informationen werden dabei an vor Ort installierte Rechner übergeben. Das reiche für die Optimierung der Prozesse, verringere aber gleichzeitig die Sicherheitsrisiken. Wie auch immer die Daten fließen, die Fluidtechnik müsse sich absolut nahtlos in die Automatisierungsinfrastruktur eingliedern, ist Georg Winkes überzeugt. Er leitet die Entwicklung bei W.E.St. Elektronik. Winkes: „Dies ist nur zu erreichen durch die konsequente Einbindung hydrau­lischer Regler in Feldbussysteme und die Digitalisierung von Schnittstellen im Allgemeinen, beispielsweise über IO–Link. W.E.St.-Geschäftsführer Thomas Helpenstein ergänzt, dass die Flut an bereitgestellten Daten allerdings auch analysiert und verwertet werden müsse. Erst dann könnten sie helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen, Abläufe bei der Konstruktion der nächsten Maschine zu optimieren oder Zusammenhänge von Ereignissen wie Ausfälle an Sensoren und Aktoren zu erkennen. Das Ziel dabei: „Verkürzte Stillstandszeiten und dementsprechend höhere Produktivität“.

Stichwort Sensorik: jeder zusätzliche Sensor kostet Geld und stellt ein weiteres Ausfallrisiko dar. Doch sie sind gar nicht immer nötig. Viele Informationen lassen sich aus den ohnehin erfassten Größen mit entsprechender Software ableiten. Dierk Peitsmeyer, Leiter Product Portfolio bei Bucher Hydraulics, erklärt: „Mit wenigen Sensoren und den vorhandenen Daten aus dem Antriebsregler beziehungsweise Umrichter kann der Zustand des Subsystems mittels Software gut analysiert werden.“ Das setze allerdings entsprechendes Expertenwissen voraus, das sich in der Software abbilden muss. Konkrete Beispiele nennt Georg Winkes: So berechne ein Achsregler ohnehin den kumulierten Verfahrweg einer Achse. „Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die restliche Standzeit der Dichtungen ziehen.“ Ein Pumpenregler ermittele die Häufigkeit, mit der verschiedene Drücke und Volumenströme gefahren werden. Das lasse sich „nutzen für eine Analyse der Systemauslegung und eine Optimierung der Betriebsweise.“ Und Regler erkennen Instabilitäten im Regelkreis, die dann Alarm schlagen können.

Auf eine Mischung aus ohnehin vorhandenen Größen und Sensorik setzt auch Moog Industrial. Dr. Dirk Becher ist dort Engineering Manager. Er führt als Beispiel die neuen elekrohydrostatischen Antriebssysteme (EAS) seines Hauses an: „In einem EAS sind Sensoren für die Drehzahl der Pumpe, das Fördervolumen, die Betriebsdrücke, die Temperatur und damit Viskosität der Hydraulikflüssigkeit, die Position und Geschwindigkeit des hydraulischen Zylinders bereits integriert. Dazu kommen Informationen auf der elektrischen Seite aus dem Drive, die Rückschlüsse auf das Drehmoment des Motors zulassen.“ Zusammen ermögliche das ein Condition Monitoring der Pumpeneinheit und von Teilen der gesamten Achse. „Allein über Software-Funktionalität können wir so einen Mehrwert für den Kunden erzeugen.“

Auf die Möglichkeit, bestehende Anlagen für mehr Informationen mit Sensorpaketen nachzurüsten, weist Stefan Zauner hin. Der Produktmanager bei Tox Pressotechnik sieht massive Vorteile für den Anwender: „Die Funktion und Position aller Komponenten werden durch den Einsatz verschiedener Sensoren komplett überwacht und in Echtzeit an übergeordnete Systeme weitergeleitet. Zum einen kann er so seine Prozesse einfacher optimieren, zum anderen auftretende Probleme in seinen Anlagen frühzeitig erkennen und unmittelbar darauf reagieren.“

Hydraulikzylinder werden, da sind sich die befragten Experten einig, aufgrund der Kräfte und Robustheit nicht zu ersetzen sein. Allerdings: „Die Regelung, Steuerung und Überwachung muss energieeffizienter, effektiver und einfacher für den Anwender werden“, mahnt Dierk Peitsmeyer. Mit dezentraler Intelligenz ausgestattet, spiele die Antriebstechnologie – hydraulisch oder elektromechanisch – für die Bedienung keine Rolle mehr. „Beide sind mit den gleichen physikalischen Größen Beschleunigung, Geschwindigkeit, Weg und Kraft ansteuerbar oder führen die Trajektorie selbsttätig aus.“ Eine dezentrale Hydraulik benötige auch keine aufwendige Hydraulikinfrastruktur mehr. Sie biete zudem eine vergleichbar hohe Energieeffizienz wie elektromechanische Antriebstechnik. Schon zündet die Fluidtechnik die nächste Entwicklungsstufe: künstliche Intelligenz (KI). Konkrete Schritte in diese Richtung unternimmt bereits Festo. Dr. Michael Hoffmeister ist Experte für das Digital Engineering des Pneumatikspezialisten. So bilden KI-Methoden die Grundlage für „AX Maintenance“. „Anwender verringern ungeplante Stillstände in ihrer Produktion durch Nutzung intelligenter Algorithmen, die vorhersagen, wann Ausfälle an Komponenten und Maschinen zu erwarten sind“, so Hoffmeister. Hierfür würden die Normalzustände einer Anwendung oder einer Komponente mit Hilfe von KI-Algorithmen eingelernt. Abweichungen ließen sich dadurch frühzeitig erkennen und mit Empfehlungen für Korrekturmaßnahmen weiterleiten.

Hoffmeister beschreibt ein Beispiel aus der Praxis: „Ein pneumatisches Spannsystem kostet einen Automobilhersteller gerade einmal 100 Euro, ein unvorhergesehener Stillstand in der Produktion jedoch mehrere 100.000 Euro. Die Einbindung eines Frühwarnsystems für Verschleiß und Verlangsamung von Zykluszeiten war für den Automobilhersteller die Lösung.“ Dieses lernende System bilde jetzt die Basis für die vorausschauende Instandhaltung aller Spannsysteme.