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Hydraulik und Industrie 4.0 (Teil 2)

Occasional Contributor

Chancen und Herausforderungen

Motion Controls

Motion Controls für hydraulische Aktoren schließen dezentral den Regelkreis und entlasten die übergeordnete Steuerung. Vormals rein hydromechanische oder hydraulisch ausgeprägte Funktionen werden dabei in die Software verlagert: Vordefinierte Funktionen übernehmen die Regelung von Position, Geschwindigkeit, Weg-/Kraft, verschiedenen Gleichgängen mehrerer Zylinder oder das wegabhängige Bremsen. Sind in der Software die Besonderheiten der Fluidtechnik hinterlegt, können die Motion Controls sie intern automatisch ausgleichen. Für die übergeordnete Steuerung verhalten sich hydraulische Antriebe damit genauso wie elektromechanische. Durch die Verlagerung von Funktionen in die Software sind Parameterveränderungen in Echtzeit im laufenden Prozess jederzeit möglich. Der Anwender ändert die Parameter und sendet sie über eine Netzwerkverbindung an die Motion Control. Im nächsten Zyklus sind die neuen Parameter implementiert. Damit unterstützen sie beispielsweise den Trend zur Fertigung kleiner Losgrößen und verringern das Umrüsten auf neue Produkte im Idealfall auf wenige Mausklicks.

 

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Erweiterte Sensorik für neue Dimensionen der Diagnosefähigkeit und Verfügbarkeit

Neben der verteilten Intelligenz für die Regelung von Bewegungen, umfasst die intelligente vernetzte Hydraulik auch eine deutlich erweiterte, teilweise „virtuelle“ Sensorik. So verfügen moderne Hydraulikaggregate über eine eigene Intelligenz mit integrierten Sensorpaketen. Die Sensoren erfassen kontinuierlich die Betriebszustände. Hersteller von Hydraulikkomponenten modellieren und evaluieren derzeit realistische Lebensdauermodelle für alle Bauteile. Sie wissen beispielsweise, wie viele Schaltzyklen ein Ventil aushält. Eine entsprechende Software zählt in der Anwendung die Schaltzyklen und zieht sie von der erwartbaren Lebensdauer ab. Für die Gesamtbeurteilung eines Systems müssen für alle Komponenten Modelle vorhanden sein und das Verhalten in der spezifischen Anwendung simuliert werden. Damit können im betrieb online Aussagen zur Ausfallwahrscheinlichkeit getroffen werden. Dieses Condition Monitoring ist die Voraussetzung für vorausschauende Wartungskonzepte. Über- oder unterschreiten die Messwerte definierte Toleranzen, werden entsprechende Meldungen an die Steuerung oder per SMS oder Email an definierte Personen gesendet.

 

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Der Kombination von Sensorik mit Lebensdauermodellen sowie mathematischen Modellen von Wirkzusammenhängen, hat das Potenzial, die Vorhersagegenauigkeit noch einmal deutlich zu steigern. Dies erfordert aber zunächst Expertenwissen über die zu überwachende Komponente, Systeme und Fluide. Gerade bei Anlagen für kontinuierliche Prozesse ist es ein wichtiger Stellhebel, die Verfügbarkeit zu steigern und extrem teure Produktionsstopps zu verhindern. Erste Hydraulikhersteller rüsten solche Anlagen bereits mit umfangreicher Sensorik aus und analysieren die Daten im Auftrag der Anwender. Dabei geht der Trend von der Offline-Auswertung der gesammelten Daten hin zu einer echtzeitnahen Online-Auswertung mit selbstlernender Software. Mit jedem Datensatz verbreitert sich dabei das Wissen um die Wirkzusammenhänge und damit die Möglichkeiten, die Verfügbarkeit durch vorausschauende Wartung weiter zu erhöhen. Dabei können die Anwender selbst entscheiden, wo die Daten gespeichert werden, ob sie die Wartungsmaßnahmen selbst ausführen oder sie als Dienstleistung komplett vergeben. Auch bereits installierte Hydrauliksysteme können durch die Nachrüstung mit Sensorik und durch Vernetzung diese Vorteile ausschöpfen. Gerade im Bereich Service und Dienstleistungen rund um die Wartung deuten sich neue, disruptive Geschäftsmodelle an.

Einfacheres Engineering

Die intelligente, vernetzbare Hydraulik eröffnet Maschinen- und Anlagenherstellern die Möglichkeit, sie nahtlos in Industrie 4.0-Konzepte einzubinden. Vor allem bietet sie vielfältige Möglichkeiten der Kosteneinsparung und Leistungssteigerung. Mit intelligenter, vernetzbarer Hydraulik sparen OEMs Zeit und Kosten entlang des gesamten Engineering-Prozesses durch Simulation von Systemen, einer schnellen Vernetzung und flexible Konfiguration.

 

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Bei der Auslegung und Konfiguration nutzen die Entwickler der OEMs die virtuellen Abbilder der Motion Controls und ihrer hydraulischen Aktoren. Diese binden sie in Simulationstools ein, welche die Besonderheiten der Fluidtechnologie berücksichtigen. Die Software ermöglicht weiterhin die Simulation der Steuerungsfunktionen. Damit können Maschinen und Anlagenhersteller ihre Konzepte am Rechner validieren sowie Unter- oder Überdimensionierungen aufdecken, ohne erst aufwändig einen Prototypen zu bauen. Die Aufwände für Installation und Inbetriebnahme werden zusätzlich massiv gesenkt. Das verkürzt in Summe das Time to Market und reduziert die gesamten Engineeringkosten erheblich.

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