Innovation durch Dialog

„Wir haben die Erfahrung gemacht, dass wirklich Bahnbrechendes, mitunter auch Disruptives, entstehen kann, wenn sich unsere Techniker mit den Technikern unserer Kunden frühzeitig an einen Tisch setzen, um in einem offenen Ideenaustausch neue Lösungsansätze in Sachen Weg- und Winkelsensorik zu diskutieren.“ Gebhard Kübler, geschäftsführender Gesellschafter bei der Kübler Group.

Kübler präsentiert sich in letzter Zeit vermehrt als „Möglichmacher“ von Industrie 4.0. Welche Lösungen werden dafür zur Verfügung gestellt?

Wir beschäftigen uns in gemeinsamen Kundenprojekten mit der Nutzung von neuen, intelligenten und smarten Drehgeber- und Schleifring-Funktionen, die unser neuestes Portfolio schon hergibt. Dabei können unsere Produkte zusätzlich zu ihren angestammten Aufgaben weitere Funktionalitäten übernehmen – beispielsweise das Sammeln von Daten für Condition-Monitoring-Zwecke. Außerdem arbeiten wir ebenfalls in Projekten mit Kunden daran, digitale Services zu entwickeln, die die Kunden bei der Inbetriebnahme, beim Betrieb und eben auch bei der Wartung ihrer Maschine oder Anlage unterstützen. Die Kunden sollen in Zukunft also wählen können, ob sie bestimmte Funktionalitäten wie „Übertragen und Überwachen“ mit dem Kauf unserer Produkte oder als Product-as-a-Service (PaaS) erwerben wollen. Apropos Kundenprojekte – wir begleiten Kunden immer öfter auch bei der Entwicklung bzw. Umsetzung von „Greenfield-Lösungen“.

Kübler bietet neben einem breiten Angebot an Drehgebern und Schleifringen, die „Industrie 4.0- bzw. IIoT-ready“ sind, auch Unterstützung bei der Umsetzung innovativer Entwicklungsprojekte an.

Spielen Sie damit auf das Angebot der Technologiegespräche von Kübler an?

Ganz genau. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass wirklich Bahnbrechendes, mitunter auch Disruptives, entstehen kann, wenn sich unsere Techniker mit den Technikern unserer Kunden frühzeitig an einen Tisch setzen, um in einem offenen Ideenaustausch neue Lösungsansätze in Sachen Weg- und Winkelsensorik zu diskutieren – möglichst ohne Einschränkungen, die sich durch bestehende Lösungen ergeben. Das fällt natürlich bei Neuentwicklungen leichter.

In der Regel beginnen wir mit einem eintägigen Technologie-Workshop, in dem wir die bisherige Lösung des Kunden mit zukünftigen Anforderungen bzw. Visionen zusammenführen. Dabei ist ein Out-of-the-box-Denken nicht nur erlaubt, sondern sogar erwünscht. Wir ermuntern die teilnehmenden Personen ganz bewusst dazu, disruptive Lösungsansätze zu verfolgen und in den Raum zu stellen. Denn vieles, was in einem ersten Reflex durch die bisher gewählte Herangehensweise beeinflusst mit „funktioniert nicht“ abgetan wird, lässt sich nach näherer Betrachtung unter Ausnutzung moderner Technologien gepaart mit dem Mut, wirklich neue Wege zu beschreiten, dann doch realisieren.

1 Sensorlösung für 500 Motorenvarianten: Die gesamte Motorenplattform von Lenze, die in Summe 500 Varianten mit einem Leistungsvermögen von 120 Watt bis 22 Kilowatt umfasst, lässt sich nun mit ein und demselben Drehgebermodul abdecken.

Können Sie dazu ein konkretes Beispiel nennen?

Unser Kunde Lenze plante eine neue Motorengeneration der Energieeffizienzklasse IE3 und höher. In mehreren gemeinsamen Brainstormings wurde dann erarbeitet, wie man eine Motorenplattform, die in Summe 500 Varianten mit einem Leistungsvermögen von 120 Watt bis 22 Kilowatt umfasst, mit ein und demselben Drehgebermodul bedienen kann. Gesucht war außerdem eine kompaktere Lösung als bisher, die selbst in der kleinsten Baugröße mit 63 mm Achshöhe Platz findet, die aber gleichzeitig eine breite Auswahl an Schnittstellen bietet, um für nachträgliche funktionale Updates offen zu bleiben.

Aus Platz- und Robustheitsgründen wurde sehr schnell ein zu 100 % integriertes magnetisches, lagerloses Drehgebersystem als perfekte Lösung erachtet. Allerdings galt es dabei eine gedankliche Hemmschwelle zu überwinden: Denn das Sensormodul musste auch in unmittelbarer Nähe zu Federkraftbremsen mit magnetischer Belüftung funktionieren und in so einem Fall taucht bei den meisten Ingenieuren reflexartig die Angst vor etwaigen Störfeldern auf. So etwas neige erfahrungsgemäß dazu, schief zu gehen. Die entscheidende Frage dabei ist aber, warum geht das oftmals schief? Immer oder nur ab einer bestimmten Störstärke?

Um dieser Problematik im Detail nachzugehen, wurden dann entsprechende Musterteststellungen aufgebaut. Dabei entdeckte man Grenzen, die wir mit unserem Know-how beherrschen. Und so wurde unter Zuhilfenahme von FEM-Berechnungen und Simulationen mit vereintem Know-how eine innovative Einbautechnologie entwickelt, die das Störfeld der Bremse im Bereich der Sensorik bei allen Motorbaugrößen auf unkritische Werte reduziert. Das war aber nicht der einzige disruptive Lösungsansatz beim Lenze-Projekt: Durch die Unterbringung der Elektronik in einem separaten Modul, das nun in einem Klemmkasten montiert wird, ist ein kompakter Sensorkopf entstanden, der für alle Motorenvarianten – von Achshöhe 63 bis 180 mm – eingesetzt werden kann.

Mit einer speziellen Abschirmtechnologie machte es Kübler möglich, lagerlose Drehgeber in Asynchronmotoren zu integrieren.

Sie erwähnten vorhin, dass Lenze bei dieser Lösung u. a. die Möglichkeit, nachträglich funktionale Updates vornehmen zu können, wichtig war. Wie wurde das realisiert?

Es sollte sowohl eine funktionale Weiterentwicklung als auch eine weitere Digitalisierung möglich sein, ohne den Motor oder den Drehgeber komplett redesignen zu müssen. Mit der gewählten Lösung werden die Schnittstellen HTL, TTL mit und ohne Nullimpuls sowie alle Strichzahlen von 128 bis 2048 abgedeckt. Weitere Strichzahlen lassen sich durch Varianten der Klemmkastenmodule und künftige digitale Drehgeberschnittstellen über entsprechende Anpassungen des Elektronikmoduls im Klemmkasten umsetzen. Zusätzliche digitale Features sind über neue Klemmkastenmodule einfachst integrierbar, ohne am Sensor selbst etwas verändern zu müssen. Sollten sich die Rahmenbedingungen ändern, muss also nicht mehr auf einen anderen Drehgeber gewechselt, sondern nur ein neues Elektronikmodul im Klemmkasten eingesetzt werden. In einem weiteren Schritt ist denkbar, dass sich dies auch mit dem Einspielen zusätzlicher Funktionalitäten per Software machen lässt.

Die smarten Schleifringe von Kübler wurden bei gleicher Baugröße wie die herkömmlichen Typen mit zusätzlicher Weg- und Winkelsensorik ausgestattet. Damit ist eine genaue Messung bzw. Überwachung von Achsbewegungen, Vibrationen und Temperaturen sowie die Speicherung von Lifetime Histogrammen möglich.

Welche Funktionalitäten benötigt ein Drehgeber, um Industrie 4.0 bzw. IIoT-ready zu sein?

Das hängt davon ab, welche Rolle dem Drehgeber zugeteilt wird – wird er als eigenständiges Industrie 4.0-Objekt (Asset) betrachtet oder als ein Teil davon. Daraus ergibt sich, ob der Drehgeber seine eigene Verwaltungsschale haben muss oder in eine bestehende Verwaltungsschale eingebunden wird. Ein Drehgeber mit eigener Verwaltungsschale hat nicht nur Funktionen auf dem „Field Level“, sondern auch auf dem „Control Level“ bis hin zur direkten Edge-Kommunikation zu erfüllen.

Grundsätzlich müssen unsere Sensoren in der Lage sein, sich selbst zu identifizieren – Stichwort elektronisches Typenschild – und Mess- sowie Diagnosedaten zu erfassen. Durch Log- und Time-Stamp-Funktionen in Industrial-Ethernet-Drehgebern besteht außerdem die Möglichkeit, Lifetime Histogramme zu erstellen.

Kübler betrachtet ja auch die eigenen Schleifringe als perfekte Industrie-4.0-Enabler – warum?

Schleifringe sind hochintegrierte Bestandteile von teilweise sehr komplexen Maschinen. Dadurch sitzen sie sozusagen an der Quelle, um Informationen über den Zustand und die Wartungsanforderungen der Maschine zu liefern. Um das zu nützen, wurden unsere smarten Schleifringe bei gleicher Baugröße wie die herkömmlichen Typen mit zusätzlicher Weg- und Winkelsensorik ausgestattet. Damit ist eine genaue Messung bzw. Überwachung von Achsbewegungen, Vibrationen und Temperaturen sowie die Speicherung von Lifetime Histogrammen möglich. Optional stellen wir diese ein Condition Monitoring unterstützende Schleifring-Funktionalität auch als Product-as-a-Service zur Verfügung. In diesem Fall wird von Kübler sichergestellt, dass eine zuverlässige Übertragung von Strom, Signalen und Daten dauerhaft gewährleistet ist. Der Aufbau weiterer digitaler Serviceangebote mit Blick auf Asset-Management und Predictive Maintenance ist bereits am Laufen.

Herr Kübler, vielen Dank für Ihre interessanten Ausführungen!