„Smarte Systeme schaffen Werte“

„Smarte Systeme schaffen Werte“
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Prof. Dr. Hubertus Murrenhoff

Prof. Dr. Hubertus Murrenhoff
ist seit Oktober 1994 Direktor des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) und Inhaber des gleich namigen Lehrstuhls an der RWTH Aachen University. Beim 11. IFK, das vom 19. bis 21. März 2018 in Aachen stattfinden wird, werden die hier angesprochenen Themen unter dem Motto „Fluid Power Networks“ im Mittelpunkt stehen

Copyright Photo: IFAS

Inhalt

Juli 2017

 

Intelligenz und offene Schnittstellen sind die entscheidenden Voraussetzungen für zukunftsfähige Hydrauliklösungen. Professor Hubertus Murrenhoff vom IFAS der RWTH Aachen weiß, welche Schritte notwendig sind.

Vernetzung gewinnt angesichts der Industrie 4.0 an Bedeutung. Ist die Hydraulik bereit für die Digitalisierung?

Ja, das ist sie. Wir haben den Feldbus als Standard, Sensoren werden immer schlauer, Interaktion wird damit möglich. Jetzt ist es an der Zeit, die Komponente auf eine höhere Ordnung zu bringen und mithilfe smarter Software alle Bausteine zu integrierten Regelkreisen zu vernetzen. Smarte Lösungen bestechen durch eine intensive Interaktion und ausgeprägte Maschinenintelligenz.

Das verstehen Sie unter „intelligenter Hydraulik“?

Ja, denn das Attribut „intelligent“ haben wir zu lange missbraucht. Intelligenz kommt nicht vom Feldbus und man erreicht sie nicht mit einem Wildwuchs an Sensoren. Mit intelligenter Hydraulik meine ich das smarte Gesamtsystem, in dem jede Komponente weiß, was sie ist und was sie tut. Ein System, bei dem alle Bausteine oder Teilnehmer die gleiche Sprache sprechen und so barrierefrei miteinander kommunizieren können. Im Hydrauliksystem von morgen wird es keine stumme Komponente mehr geben.

Was ist wichtig, um aus der Datenflut brauchbare Informationen zu destillieren?

Zunächst sollte man die Datenfülle als Geschenk und nicht als Bedrohung wahrnehmen. Schließlich haben wir die Masse der Rohdaten gut im Griff. Speicherdichte und Rechengeschwindigkeiten sind heute ja schier unerschöpflich. Wir brauchen allerdings die richtige Software, die mit ihren Algorithmen den Fundus analysiert, brauchbare Informationen destilliert und damit konkreten Nutzen stiftet. Der Aktuator 4.0 in der Werkzeugmaschine weiß dann beispielsweise, bevor ein neues Werkstück anrollt, welche Beschaffenheit es hat, welche Bearbeitungsschritte notwendig sind, was danach mit ihm passiert. Die Hydraulik stellt sich proaktiv auf die neue Situation ein und lässt blitzschnelle Produktwechsel zu. Auf der Baustelle 4.0 in 15 bis 20 Jahren wissen alle Maschinen und Fahrzeuge, was wo abgetragen werden muss, in welcher Reihenfolge vorgegangen wird und wo wieder was aufzubauen ist – und synchronisieren sich eigenständig. Je nach anstehender Aufgabe stellt sich die Hydraulik schon im Vorfeld auf die Anforderungen ein.

Smarte Hydraulik braucht Sensoren. Reicht das aus, was wir heute kennen?

Das Gewinnen der Rohdaten ist nicht die Herausforderung, sondern die Heterogenität. Wir haben künftig nicht nur die bekannten harten Fakten wie Druck, Volumenstrom oder Temperatur, sondern müssen auch Bilder, Videos oder Geräuschspektren analysieren und erkennen. Das kann die menschliche Intuition leisten, die Maschinenintelligenz braucht aber dazu noch weitgreifende Entwicklungsschritte. Es muss gelingen, mit maschineller Intelligenz auch in unstrukturierten Daten Muster zu erkennen und Schlüsse abzuleiten. Da stehen wir bestenfalls mitten in der Entwicklung und sind noch lange nicht am Ziel.

Condition Monitoring und Predictive Maintenance sind momentan die Gewinner im industriellen IoT. Zu Recht?

Ja, weil das zwei greifbare Facetten sind. Nur dürfen wir die Errungenschaften der smarten Vernetzung nicht bloß darauf reduzieren. Allerdings ist der Ansatz der vorbeugenden Wartung ein guter Weg, um den Kunden zu begeistern, weil er schnell erkennt, dass sich Mehrkosten im Lebenszyklus zügig amortisieren. Ist hier Begeisterung geweckt, schaffen wir auch für weitere Anwendungsfelder ein positives Klima. Beispielsweise für den vorher skizzierten Aktuator 4.0 oder die Baustelle 4.0.

Welche Bedeutung messen Sie dem 3-D-Druck bei?

Der 3-D-Druck schafft immense Freiheitsgrade, die manche Industrie revolutionieren wird. Damit ist er eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Bei Werkstoffen mit geringen Anforderungen, wie etwa bei Kunststoffen, sind 3-D-Drucke heute schon Stand der Technik und Maschinen sind für unter 1.000 Euro zu haben. Natürlich kann der Preis für hochgenaue und komplexe Kunststoffe – wie sie etwa für Dichtungen und Membranen benötigt werden – um mehrere Zehnerpotenzen steigen. Sogar Hochleistungswerkstoffe aus Stahl mit fehlerfreiem Gefüge sind in der Luftfahrttechnik per 3-D-Druck mit Laserverfahren herstellbar und konkurrenzfähig. Sie werden für Strukturbauteile und im Turbinenbau angewendet. Etwas in die Zukunft geschaut ist auch der 3-D-Betondruck auf der Baustelle 4.0 denkbar. Auf der Bauma 2016 haben wir in der Kategorie F & E mit dieser Idee den Innovationspreis gewonnen.

Spielen künftig neue Materialien bei Hydraulikventilen eine Rolle?

Durchaus. Wir beginnen bei uns gerade mit einem AiF-Forschungsprojekt, bei dem kompensierte Keramikflachschieber bei üblichen Drücken von 300 bar absolut tropfdichte Ventile möglich machen sollen. Auch Verbundmaterialien könnten künftig eine zunehmende Rolle spielen. So sind Hydrospeicher mit CFK-Verstärkung heute darstellbar und zählen zum Stand der Technik.

Schaut man auf die Effizienz, dann kommt man an den Themen Energy on Demand und Energiespeicherung über den Zyklus einer Maschine nicht vorbei. Welche Entwicklungen sehen Sie?

Hier ist die Antwort so prägnant, dass sie dem Leser vor Augen geführt werden muss. Denn nichts eignet sich besser als ein robuster und preiswerter Hydraulikspeicher, um große Energiemengen in kürzester Zeit aufzunehmen und zeitversetzt auch wieder abzugeben. Dies ist ein Wettbewerbsvorteil gegenüber elektromechanischen Lösungen, der viel zu wenig hervorgehoben wird. Wir haben mit dem VIP STEAM Projekt am Beispiel eines 18-Tonnen-Radbaggers eindrucksvoll zeigen können, dass eine ganzheitliche Lösung mit Einbeziehung des Dieselmotors ein Riesenpotenzial birgt. Allein mit der Prototypmaschine konnte im Vergleich zum Standard-LS-System ein Effizienzvorteil von 30 Prozent bei reduzierten Zykluszeiten im Feldversuch nachgewiesen werden. Auch hier heben wir das Potenzial nur durch smarte Lösungen, die das Gesamtsystem betrachten und ganzheitlich optimieren.