01.10.2014

Automatisierungslösungen für mobile Arbeitsmaschinen

"Enorme Einsparpotenziale bei mobilen Arbeitsmaschinen"

In der Fabrik werden pneumatische Automatisierungslösungen in vielen Fällen von elektronischen Systemen abgelöst. Ein solcher Wandel wird auch dem Segment der mobilen Arbeitsmaschinen zugeschrieben. Zu recht? Das SPS-MAGAZIN hat bei Nils Watermann, Branchenmanager Mobile Equipment bei Turck, nachgefragt und mit ihm über die Trends der Branche gesprochen.


Bild 1: Nils Watermann, Branchenmanager Mobile Equipment bei der Hans Turck GmbH & Co. KG
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Gibt es eine Ablöse von Hydraulik und Pneumatik hin zu Elektro bei der Automatisierung von mobilen Arbeitsmaschinen, Herr Watermann? Und wenn ja, ist sie schon voll im Gange?

Nils Watermann: Es gibt sie, ganz klar. Der Wandel von Hydraulik zu Elektroantrieben lässt sich auch in der mobilen Automation deutlich beobachten. Allerdings kann man den Wandel noch nicht in den Fuhrparks oder auf den Messen sehen. In den Konzepten für neue Maschinen beschäftigen sich die Hersteller mobiler Maschinen aber schon sehr stark damit.

Welche Treiber sprechen für diesen Wandel und welche Hürden stehen diesem entgegen?

Watermann: Die beiden zentralen Treiber sind die höhere Energieeffizienz der Elektromotoren und die präzisere Steuerung, die damit möglich wird. Elektrische Antriebe haben einen Wirkungsgrad von rund 90%. Hydraulische Antriebe kommen hingegen selbst bei voller Optimierung nur auf etwa 55%. Besonders bei mobilen Arbeitsmaschinen, bei denen viele hydraulische Antriebe durch elektrische ersetzt werden können, sind die Einsparpotenziale enorm. Eine Hürde bei der Umstellung sind die entstehenden Kosten. Es reicht nicht, den hydraulischen Antrieb durch einen elektrischen zu ersetzen, die Umstellung muss im System erfolgen. Dabei muss das gesamte Powermanagement der Maschine betrachtet und anders geregelt werden.

Was bedeutet das für die dahinter stehende Steuerungstechnik?

Watermann: Für die Steuerungs- und Kommunikationstechnik ist das eine positive Entwicklung. Eine höhere Signaldichte führt u.a. zu einem größeren Bedarf an kompakten und robusten Steuerungen und Remote-I/Os. Durch den erhöhten Signalfluss steigt auch der Bedarf an Highspeed-Netzwerken für die Maschinen. Hier ist Turck gut aufgestellt.

Gibt es regionale Unterschiede oder Vorreiter? Welche Märkte sind besonders attraktiv?

Watermann: Ich bin überzeugt, dass etliche Hersteller auch in zehn Jahren noch Maschinen mit hydraulischen Antrieben anbieten werden. Gerade in den BRIC-Staaten ist der Automatisierungsgrad noch nicht so ausgeprägt wie in Europa oder Nordamerika. Die neuen Märkte schließen zwar rasant auf, dennoch glaube ich, dass wir dort noch länger hydraulische Lösungen finden werden. Zum Beispiel in Russland brauchen Sie auch Maschinen, an denen der Bauer notfalls noch selbst Hand anlegen kann. Die Entfernungen in diesen Ländern zum nächsten Service-Techniker sind oft viel zu groß. Auch in China, immerhin der drittgrößte Markt für mobile Arbeitsmaschinen, werden andere Maschinen nachgefragt als in anderen Staaten. Bei den Traktoren sind es beispielsweise kleinere Geräte mit weniger Leistung. Die Landwirtschaft ist dort noch nicht so durchgehend industrialisiert wie in Westeuropa.

Welchen Herausforderungen muss sich die Branche aktuell allgemein stellen?

Watermann: Neben der Energieeffizienz wird die Sicherheit ein immer wichtigeres Thema - Maschinensicherheit wie auch Personensicherheit. Erst kürzlich war ich mit einem Kollegen bei einem Hersteller von Krananlagen. Er möchte bei seinem neuen Kran permanent überwachen, ob die jeweilige Position des Kranauslegers, also Ausfahrlänge, Drehwinkel und horizontale Position, beim gegenwärtigen Lastgewicht und Ausgleichsgewicht noch einen sicheren Stand gewährleisten. Eine solche sicherheitsrelevante Prüfung ist nur mit zuverlässiger Sensorik, robuster Anschlusstechnik und kompakten Remote-I/O-Lösungen möglich. Im beschriebenen Fall werden die Ausgleichsgewichte sogar noch per RFID identifiziert, um ihr Gewicht zu ermitteln. Turck bietet in solchen Fällen den großen Vorteil, dass wir nicht nur einzelne Komponenten anbieten, sondern eine Lösung aus einem Guss: vom Sensor über die Anschluss- und Remote-I/O-Technik bis zu kleinen Steuerungen oder RFID-Systemen.

Wie spiegeln sich diese Trends in der technischen Umsetzung wider?

Watermann: Die beschriebenen Trends zur Ressourceneffizienz und Sicherheit führen in der Maschinenkonstruktion und im Design von Steuerungskonzepten dazu, dass immer häufiger Bewegungen oder exakte Positionen von bewegten Teilen erfasst werden müssen, statt lediglich die Endlagen abzufragen. Der Grund dafür ist, dass man einen Elektromotor am effizientesten steuern kann, wenn man permanent Informationen über die Lage des angetriebenen Bauteils hat. Mit unseren berührungslosen Drehgebern und Linearwegsensoren sind wir für diese Entwicklung bestens aufgestellt. Bedingt durch ihr Resonator-Messprinzip sind beide Produktgruppen verschleißfrei, schockresistent und erfüllen IP67 oder sogar IP69K. Außerdem können sie in mobilen Anwendungen durch ihre EMV-Festigkeit und chemische Robustheit überzeugen. Aber auch mit unseren kompakten Remote-I/O-Lösungen und unserer Anschlusstechnik sind wir für die gegenwärtigen und kommenden Herausforderungen hervorragend aufgestellt. Vor allem in den USA sind wir mit kundenspezifischen Anschlusstechniklösungen sehr stark.

Die jüngsten Neuheiten aus Ihrem Portfolio bergen also ein hohes Potenzial für den mobilen Bereich?

Watermann: Gerade das Potenzial der berührungslosen Linear- und Drehweg-sensoren ist aus den eben genannten Gründen enorm. Wir spüren das auch deutlich im Vertrieb oder hier im Branchenmanagement. In den kommenden Monaten werden wir auch unser Portfolio an Sensoren mit CANopen-Schnittstelle ausbauen. CAN ist im Bereich der Mobilen Arbeitsmaschine, wie im Auto auch, der wichtigste Feldbus. Großes Potenzial steckt auch in Turcks Multiprotokoll-Ethernet-Technik. Ethernet ist in mobilen Arbeitsmaschinen zwar noch kein Standard, doch durch den verstärkten Einsatz von Kamerasystemen und anderen datenintensiven Geräten zunehmend gefordert. Da aber noch nicht absehbar ist, welches Protokoll sich durchsetzen wird, sind Multiprotokoll-Produkte sicher sinnvoll.

Wie geht es weiter? Steuert die mobile Automation ebenfalls auf eine neue Ära, vergleichbar mit der Vision Industrie 4.0? Bitte wagen Sie einen Ausblick, Herr Watermann.

Watermann: Wenn man nach Parallelen zur Industrie 4.0-Vision sucht, kann man zwei Punkte nennen: zum einen die zunehmende Vernetzung von mobilen Maschinen in Logistiknetzwerke. Zum Beispiel Mähdrescher sind heute schon mit einem Leitsystem vernetzt, das die nachgelagerte Logistik regelt. Der Abtransport des Getreides und die Lagerung werden dadurch fließend im Ernteprozess gesteuert. Bei bevorstehenden Arbeitsaufträgen berücksichtigt das System sogar die Witterungsbedingungen, um Unterbrechungen im Prozess zu vermeiden. Andere Systeme messen die Feuchtigkeit des Bodens, um das Bewässerungsmanagement zu optimieren. Die Steigerung dessen wäre dann der zweite Punkt: Komplett führerlose Systeme sind heute schon Realität - weniger in der Landwirtschaft, aber in der Logistik. In Hafenanlagen finden sie führerlose Fahrzeuge, die Container von Schiffen abladen und an eine definierte oder vom Fahrzeug selbst gesuchte Position bringen. Die Mobile-Equipment-Branche ist hier in Teilen sogar Vorreiter. Und das auch aufgrund intelligenter Automatisierungstechnik. Am Ende wird die mobile Industrie 4.0 vielleicht eher Realität als die in den Produktionshallen.

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