Cytoforce, Bild: Bosch Rexroth

Cytroforce von Bosch Rexroth verdichtet raumgreifende Aufbauten zu einer Kompaktachse für Kraft-, Bewegungs- und Positionieraufgaben. - Bild: Bosch Rexroth

Gleichzeitig werden die Produkte auch sparsamer und lassen sich leichter einsetzen.

Welche Erwartungen haben Anwender an moderne Industriehydraulik? Bosch Rexroth befragte in einer Marktstudie zur Digitalisierung Technik-Entscheider unterschiedlicher Branchen und Regionen. 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.“

Diesen 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 Cloudlösungen weitergeben.

„Anwender verringern ungeplante Stillstände in ihrer Produktion durch Nutzung intelligenter Algorithmen“

Michael Hoffmeister, Experte für Digital Engineering, Festo

Auf dem Weg in die Wolke

Noch bleiben die Daten zu Hause. 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 führt aus: „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“.

Sensor oder nicht – das ist die Frage

Linearantrieb Helax, Bild: Bucher Hydraulics
Hydraulischer Linearantrieb Helax von Bucher Hydraulics: Er löst die starre Kopplung elektromechanischer Antriebe auf. Motor und Pumpe lassen sich praktisch beliebig positionieren. - Bild: Bucher Hydraulics

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.

Doppelpumpenelement Typ DMPE, Bild: Hawe
Kleiner geht es kaum: Das neue Doppelpumpenelement Typ DMPE von Hawe ist ein hydraulischer Zweistufenantrieb mit einer Länge von 34 Millimeter. - Bild: Hawe

Auf eine Mischung aus ohnehin vorhandenen Größen und Sensorik setzt auch Moog Industrial. 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.“

EAS von Moog, Bild: Moog
Elektrohydrostatische Antriebssysteme sind kompakte Alternativen zu herkömmlichen Antriebssystemen. Das EAS von Moog ist dafür ein Beispiel. - Bild: Moog

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.“

Sichere Zukunft für die Hydraulik

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.

Tox-Kraftpaket, Bild: Tox
Das Tox-Kraftpaket lässt sich mit verschiedenen Sensoren ausrüsten; so übermittelt die Komponente Daten in Echtzeit. - Bild: Tox

Schon zündet die Fluidtechnik die nächste Entwicklungsstufe: künstliche Intelligenz (KI). Konkrete Schritte in diese Richtung unternimmt bereits Festo. 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.

Elektronikmodul, Bild: W.E.St.
Das Elektronikmodul zur Steuerung hydraulische Achsen von W.E.St. hat eine integrierte Feldbus-Schnittstelle. - Bild: W.E.St.

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 die Basis für die vorausschauende Instandhaltung aller Spannsysteme.

„Die Hydraulik hat nach wie vor ihre Stärken“

Überzeugt von der Zukunftsfähigkeit der Hydraulik ist Prof. Marcus Geimer vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruher Institut für Technologie: „Die Hydraulik hat nach wie vor ihre Stärken in der hohen Energiedichte, der stufenlosen Verstellbarkeit und der einfachen Steuer- und Regelbarkeit. Ein Kran auf einem Forwarder, der Arm eines Baggers oder die kompakten Linearantriebe eines Kommunalfahrzeuges kann ich mir nicht ohne hydraulische Antriebe vorstellen. Auch sogenannte elek-trische Kompakt-Linearachsen nutzen ja die hydraulische Antriebstechnik. Sicherlich wird sich die Antriebstechnik ändern, beispielsweise durch hoch integrierte elektrische und hydraulische Antriebe. Auch die Steuerungsmöglichkeiten mit Methoden der künstlichen Intelligenz wie dem maschinellen Lernen können in hydraulischen Antrieben nutzbringend eingesetzt werden. Einen besonderen Vorteil dieser Methoden sehe ich im Predictive Maintenance, indem beispielsweise Komponenten erst dann ausgetauscht werden, wenn es notwendig ist oder schädigungsrelevante Belastungen detektiert werden.“

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