O+P Fluidtechnik 10/2016

5445
10 Oktober 2016
ORGAN DES FORSCHUNGSFONDS
FLUIDTECHNIK IM VDMA
FLUIDTECHNIK
ELEKTRONIK TRIFFT HYDRAULIK
52 I Leistungsverstärker der
nächsten Generation
38 I SIMULATION
Sicherheit beim
Spritzgießen
76 I FORSCHUNG UND
ENTWICKLUNG
Stick Slip: Berührende
Dichtungen im Wechsel von
Haft- zu Gleitreibung
110. O+P-GESPRÄCHE
18 I PREDICTIVE MAINTENANCE
- TEIL 2
10 I MENSCHEN
UND MÄRKTE
„Veränderungen als
Chance begreifen!“
Ralf Schrempp
oup-fluidtechnik.de

TECHNIKWISSEN FÜR INGENIEURE
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ORGAN DES FORSCHUNGSFONDS
FLUIDTECHNIK IM VDMA
ORGAN DES FORSCHUNGSFONDS
FLUIDTECHNIK IM VDMA
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Produktkatalog:
Deutsche
Fluidtechnik
weltweit erfolgreich
Antriebe
Effektives Biegen
und Umformen von Rohren
INDUSTRIE
109. O+P-GESPRÄCHE
TEIL 1
36 I Ist die Fluidtechnik
bereit für Industrie 4.0?
Formelsammlung,
Normen und
Dissertationen
ORGAN DES FORSCHUNGSFONDS
FLUIDTECHNIK IM VDMA
FLUIDTECHNIK
70 I PRODUKTE UND
ANWENDUNGEN
Selbsthilfe auf hoher See
- Leckagesicherheit bei
Schiffen und Windparks
96 I FORSCHUNG UND
ENTWICKLUNG
Öleinfluss auf den
Wirkungsgrad von
Hydraulikpumpen
08 I MENSCHEN
UND MÄRKTE
Zwei Quereinsteiger
zwischen den Welten
Das gesamte Angebot der
Hydraulik und Pneumatik
in Tabellenform
Das Basiskompendium
für den Ingenieur in
Planung, Konstruktion
und Betrieb. Klar gegliedert.
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Überblick:
Das aktuelle
Produktangebot der
Fluidtechnik
Welche Rolle spielt der
Mensch in der Produktion
der Zukunft?
Produktgruppen:
Pumpen und Pumpenaggregate
Antriebe
Experten aus Forschung
und Industrie diskutieren
Chancen und Risiken von
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Ja, ich möchte die Zeitschrift „O+P“ abonnieren
Das Jahresabonnement umfasst 9 Ausgaben und kostet € 159,- (Ausland € 179,- netto) inkl. Versandkosten. Als Begrüßungsgeschenk
erhalte ich die Powerbank von VOLTKRAFT. Das Abonnement verlängert sich jeweils um ein weiteres Jahr, wenn es nicht spätestens
4 Wochen zum Ende des Bezugsjahres schriftlich gekündigt wird.
Die Bestellung kann innerhalb von 14 Tagen ohne Begründung bei der Vereinigte Fachverlage GmbH widerrufen werden. Zur Wahrung der Frist genügt die rechtzeitige Absendung.
Ihre Daten werden von der Vereinigten Fachverlage GmbH gespeichert, um Ihnen berufsbezogene, hochwertige Informationen zukommen zu lassen. Sowie möglicherweise von ausgewählten Unternehmen
genutzt, um Sie über berufsbezogene Produkte und Dienstleistungen zu informieren. Dieser Speicherung und Nutzung kann jederzeit schriftlich beim Verlag widersprochen werden (vertrieb@vfmz.de).
Name/Vorname
Position
Firma
Abteilung
Straße oder Postfach
PLZ/Ort
Telefon/E-Mail
Datum, Unterschrift
Vereinigte Fachverlage GmbH . Vertrieb . Postfach 10 04 65 . 55135 Mainz . Telefon: 06131/992-0 . Telefax: 06131/992-100
E-Mail: vertrieb@vfmz.de . Internet: www.engineering-news.net
„O+P“ ist eine Zeitschrift der Vereinigten Fachverlage GmbH, Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz, HRB 2270, Amtsgericht Mainz,
Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Umsatzsteuer-ID: DE 149063659, Gerichtsstand: Mainz

TTIP? JA, BITTE!
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
vor einigen Tagen gingen erneut Zehntausende auf die Straßen, um
gegen das Freihandelsabkommen TTIP zu demonstrieren. Die
Protestierenden fürchten unter anderem die Einfuhr minderwertiger
Nahrungsmittel oder Lockerungen beim Datenschutz. Zudem regiert
die Wut über Intransparenz und mangelnde Teilhabe am Entscheidungsprozess.
Nachvollziehbare Emotionen, wenn man das
Abkommen auf diese Aspekte beschränkt und sich die Verhandlungspraxis
betrachtet, wie ich finde.
Was in der Debatte jedoch häufig zu kurz kommt, sind die Vorteile des
Freihandelsabkommens, gerade für die Industrie und somit auch für
die in dieser Branche Beschäftigten. Die Angleichung und gegenseitige
Anerkennung von europäischen wie US-Standards wäre ein
entscheidender Schritt zu mehr Wachstum für den Maschinen- und
Anlagenbau sowie zur zukünftigen Entwicklung gemeinsamer
Richtlinien und Vorschriften. Diese sind dringend nötig, denn die
Mehrkosten bei der Einführung eines Produktes auf dem US-Markt
betragen laut VDMA 5 bis 20 Prozent – ein enormer Wert. So enorm,
dass Dr. Reinhold Festge, VDMA-Präsident, auf der Verbands-
Homepage von einem „Drama“ spricht, sollte TTIP nicht abgeschlossen
werden. Nicht weiter verwunderlich, stellt die USA doch den größten
Absatzmarkt für den deutschen Maschinen außenhandel dar.
Wie sehen Sie das Thema, liebe Leserinnen und
Leser? Welche Emotionen ruft TTIP bei Ihnen
hervor? Wie sieht es Ihr Unternehmen?
Schlagen vielleicht zwei Herzen in Ihrer
Brust – ein „privates“ anti TTIP und ein
„geschäftliches“pro TTIP?
Schreiben Sie es mir, ich
freue mich darauf.
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Halle B1 / Stand 325
Halle 7A / Stand 130

INHALT
18
52
MENSCHEN UND MÄRKTE
SERVICE
BIG PICTURE
06 Kombination aus Technologie
und Leistung
PERSONALIEN
08 Jubiläum bei Zeppelin in Köln
O+P LOUNGE
10 Ralf Schrempp: „Veränderungen
als Chance begreifen!“
SZENE
12 Branchen- und Firmennews
MESSE
16 EuroBLECH: Smarte Fertigungsprozesse
in der Blechbearbeitung
PREDICTIVE MAINTENANCE
18 110. O+P-Gespräche - Teil 2
28 Wenn Industrie 4.0 beflügelt
und inspiriert
03 Editorial
40 Impressum
44 Inserentenverzeichnis
82 O+P Success
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
PREDICTIVE MAINTENANCE
34 Mit dem „Fingerabdruck“ die
Life Cycle Costs minimieren
WETTLAUF GEGEN
ERDBEBEN
46 Gesamtsystem für
Erdbebensimulatoren
ALLES AUS EINER HAND
50 Engineering, Hydraulik und
Know-how für Antriebssystem
TITEL ELEKTRONISCHE
LEISTUNGSVERSTÄRKER
BEREIT FÜR INDUSTRIE 4.0
52 Leistungsverstärker mit
EtherCAT-Schnittstelle
VON DEN MASCHINEN DARF
KEINE GEFAHR AUSGEHEN
56 Ventile minimieren Risiken
RÜCKLAUF-SAUGFILTER
REDUZIEREN KOSTEN
58 Wirtschaftlichere Arbeitsmaschinen
dank Rücklauf-Saugfilter
HYDRAULIKÖL ERHÖHT
ZUVERLÄSSIGKEIT UND
PRODUKTIVITÄT
60 Zwei Produktneuheiten für
stationäre und mobile Anlagen
GEWAPPNET GEGEN
KORROSION
62 Ganzmetallsteckanschlüssen
für Kühlwasseranwendungen
RÜCKSTRÖMENDES ÖL IM
TANK BERUHIGEN
66 Rückstromverteiler beugen
Bildung von Ölschaum vor
BASICS
68 Wie Doppelfilter die Standzeit
erhöhen
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
STEUERUNGEN UND
REGELUNGEN
70 Fail operational controls for an
independent metering valve
DICHTUNGEN
76 Stick Slip: Berührende
Dichtungen im Wechsel von
Haft- zu Gleitreibung
70
4 O+P Fluidtechnik 10/2016

36
QuickDesign TM
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K 2016 – MESSE FÜR DIE KUNSTSTOFF-
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SPECIAL / K
36
38
42
44
DIE 5
Highlights von Balluf zur K 2016 in Düsseldorf
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Wie Sie das Gefahrenpotenzial außerplanmäßig austretender
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MENSCHEN UND MÄRKTE
6 O+P Fluidtechnik 10/2016

Wie machen Sie mit
Wasser einen guten
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Mit Hochdruckwasserstrahlschneiden erleben
Materialien wie Titanlegierungen und
Verbundwerkstoffe einen wahren Höhenflug
in der Luft- und Raumfahrt. Aus gutem
Grund. Denn durch Hochdruckwasserstrahlschneiden
bleiben aufgrund der minimalen
Beanspruchung alle wichtigen Materialeigenschaften,
beispielsweise die Stabilität,
erhalten. Ein überzeugender Vorteil für
die Fertigung von Flugzeugrümpfen und
Motorenteilen.
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Das Hauptaugenmerk der Stangendichtung FR200 liegt auf der
Reduzierung der Reibung. Mit der besonderen Profil- und Dichtlippengeometrie
wird im Vergleich mit anderen Stangendichtungen
eine viel niedrigere Reibung erreicht. Dabei wird die sehr gute Dichtwirkung
der FR200 jedoch nicht beeinträchtigt. Zudem wird eine
zuverlässige Druckentlastungsfunktion sichergestellt. Im Vergleich
mit Standard-Nutringen erzeugt die FR200 eine um bis zu 57%
niedrigere Reibkraft bei unterschiedlichen Drücken und perfekter
Dichtwirkung. Geringere Reibkraft führt zu höherer Energieeffizienz
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PERSONALIEN
ZUSATZINFORMATIONEN
Mehr über das Jubiläum und
Zeppelin in Köln können Sie
hier lesen:
bit.ly/ZeppelinKoeln
50 JAHRE ZEPPELIN IN KÖLN
Die Zeppelin Niederlassung in Köln, die sich auf den Vertrieb und Service von Baumaschinen fokussiert, wurde im Jahr 1966 eröffnet.
Vor wenigen Wochen feierte das Unternehmen das 50-jährige Bestehen seiner Niederlassung in Köln, welche von Stefan Lanio geleitet
wird (rechts im Bild). Festredner war Wolfgang Clement, ehemaliger Ministerpräsident Nordrhein-Westfalens (links im Bild).
www.zeppelin.com
GUIDO JOURET
HOLGER HANAU,
BERTHOLD LEIBINGER,
WILFRIED TREPELS
MENSCHEN UND MÄRKTE
ist seit 1. Oktober 2016 Chief
Digital Officer bei ABB. Er wird
direkt an Ulrich Spiesshofer,
CEO von ABB, berichten. Jouret
wird die Entwicklung und
Bereitstellung von ABBs
digitalen Lösungen für Kunden
weltweit vorantreiben. Nach
seiner Promotion im
Fachbereich Informatik war er
20 Jahre bei Cisco tätig. Zuletzt
übernahm er dort als General
Manager den Geschäftsbereich
Internet der Dinge
Managing Director Switzerland
bei Aventics, kümmert sich nun
auch um den Vertrieb in
Österreich. Mit Wirkung zum
1. Juli 2016 wurde er zum
Managing Director Austria
ernannt. In seiner Doppelfunktion
soll der 44-Jährige das
Wachstum der Pneumatikspezialisten
auf dem österreichischen
Markt weiter vorantreiben.
Hanau ist ein ausgewiesener
Pneumatikexperte
und verfügt über fundierte
Erfahrung im Vertrieb. 2007
wechselte er von Festo zu
Aventics.
Gesellschafter und ehemaliger
Vorsitzender der Geschäftsführung
der TRUMPF GmbH + Co.
KG, wurde mit dem „Orden der
Aufgehenden Sonne am
Halsband, goldene Strahlen“
ausgezeichnet. Der von der
japanischen Regierung
verliehene Preis würdigt damit
seine „Verdienste zur Förderung
des wirtschaftlichen
Austausches und des gegenseitigen
Verständnisses zwischen
Japan und Deutschland“.
wird mit Wirkung zum 1.
Januar 2017 neuer Chief
Financial Officer (CFO) und
Vorstandsmitglied der Wacker
Neuson SE. Herr Trepels folgt
damit auf Herrn Günther C.
Binder, der aus dem Vorstand
ausscheidet. Trepels war zuvor
über 11 Jahre CFO bei der
SAF-HOLLAND Gruppe. Trepels
ist Diplom-Kaufmann und
studierte Betriebswirtschaftslehre
sowie Energie- und
Verfahrenstechnik an der
Universität Aachen.
8 O+P Fluidtechnik 10/2016

SEMINARPROGRAMM
ERHÄLTLICH
Die Internationale Hydraulik
Akademie bietet für 2017/2018
insgesamt 28 verschiedene Seminare
rund um das Thema
Hydraulik an. Im aktuellen Seminarprogramm
finden Sie neue und modifizierte
Seminartypen, die gezielt, auf die sich
stets verändernden Anforderungen des
Marktes, entwickelt wurden. Diese
erfahren Sie u. a. in den Seminaren:
n Workshop und Auffrischung für zur
Prüfung befähigte Personen der hydraulischen
Leitungstechnik gem. BetrSichV
n Druckspeicher in hydraulischen Anlagen
mit Pflichten
Um den Anforderungen für Unternehmer
an Sicherheit und Gesundheitsschutz bei
der Verwendung von Arbeitsmittel
nachzukommen, entsprechen einige IHA-
Seminartypen der DGUV Vorschrift 1, §4
„Unternehmerische Unterweisungspflicht“.
Die IHA hat Seminare und Seminarmodule
für die Fluid- und Leitungstechnik
entwickelt, welche von Praktikern für Praktiker
durchgeführt werden. Neben den
Grundlagenthemen gehören ebenso
Angebote für Fortgeschrittene und Profis
dazu. Nun wurde der erste Teil einer neuen
Seminarschulungsheftreihe „Ventile der
Hydraulik“ veröffentlicht:
n Druckventile
n Wegeventile
n Stromventile
n Sperrventile
n 2-Wege-Einbauventile
Die Seminare werden in der IHA Dresden,
mehreren Standorten in Deutschland, in
Österreich (Linz) und auf Wunsch auch
beim Kunden durchgeführt. Außerdem
besteht die Möglichkeit, sich aus den einzelnen
Modulen ein Seminar individuell
zusammenzustellen.
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ist
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innovative Ideen in
unsere bewährten
pneumohydraulischen
Antriebe einfließen.
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Prinzip ist zigtausendfach
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VERÄNDERUNGEN ALS
CHANCE BEGREIFEN!
Ralf Schrempp ist seit 2009
Geschäftsführer der Sauer Bibus GmbH
in Neu-Ulm. Wir sprachen mit ihm über
grenzüberschreitende Zusammenarbeit,
berufliche Veränderungen und die
Faszination Fluidtechnik.
MENSCHEN UND MÄRKTE
Herr Schrempp, bitte
stellen Sie sich kurz vor;
wie sind Sie zu Ihrer
derzeitigen Position
gekommen?
Ihr Unternehmen gehört
zu einer Schweizer
Holding; welche
Besonderheiten ergeben
sich aus Ihrer Sicht in der
grenzüberschreitenden
Zusammenarbeit?
Nach meinem Studium zum Dipl.-Ing. (FH) habe ich meine ersten Erfahrungen in der
Welt der hydrostatischen Antriebstechnik bei der Bosch Rexroth AG gewinnen können.
Im nächsten Schritt vertiefte ich diese bei der Kramer Werke GmbH.
Im Jahre 2005 hat mich die neue Herausforderung bei der Sauer Bibus GmbH gereizt,
einem mittelständischen Unternehmen mit enormem Erfolgspotenzial, gerade im
Bereich der Eigenentwicklungen. Seit 2009 stehe ich in der Verantwortung als Geschäftsführer
und setze vor allem strategische Schwerpunkte im Bereich Innovation und
Markenentwicklung.
Das ist in der Tat eine sehr vitale Zusammenarbeit, die uns neben dem direkten Austausch
mit der Schweiz auch vielfältige Kontakte mit allen der über 30 weltweiten Schwesterunternehmen
der Holding eröffnet. So haben wir schnellen Zugang zu unterschiedlichsten
Märkten und Machern und können sehr schnell wichtige Informationen aus erster Hand
erhalten und austauschen. Und die regelmäßigen Treffen werden immer zu einem auch
kulturell besonderen Erlebnis.
Was die konkrete Zusammenarbeit mit den Schweizer Kollegen betrifft, kann ich diese nur
als ausgesprochen wohltuend beschreiben. Meetings sind geprägt von hoher
gegen seitiger Wertschätzung und Offenheit, auch für bisweilen kontroverse Standpunkte,
die immer in Einklang gelöst werden.
10 O+P Fluidtechnik 9/2016

„Mich begeistert das Innovationspotenzial
der Fluidtechnik mit
faszinierenden Perspektiven.“
Ralf Schrempp
Insofern kann man als Besonderheit sehr positiv sehen, dass immer ausreichend Zeit für
einander gegeben ist, was in Deutschland bisweilen verloren gegangen scheint.
Was war in Ihrem
bisherigen Berufsleben
die größte Veränderung?
Ich denke, dass mein ganzer Werdegang von Veränderung geprägt war und mir deshalb auch
die Zukunft keine Angst, sondern Freude bereitet. Von der praktischen Arbeit als Werkzeugmechaniker,
über eine leitende Funktion in der Verwaltung bis zur heutigen Position als
Geschäftsführer der Sauer Bibus GmbH galt es für mich immer, offen für Veränderung zu sein.
Ich denke, dass dies auch in Zukunft gerade für junge Menschen eines der wichtigsten
Erfolgsfaktoren sein wird: Keine Angst vor Veränderung, sondern diese als Chance begreifen!
Was macht für Sie die
Faszination Fluidtechnik
aus?
Nun, da ist zum einen natürlich das enorme Innovationspotenzial dieser Branche mit
faszinierenden Perspektiven, gerade auch für mittelständische Unternehmen wie die Sauer
Bibus GmbH. Dazu gehört für mich als ein Bereich das autonome Fahren, in dem wir in
einigen spannenden Projekten mit an Bord sind. Generell liegt die Faszination – aus Sicht eines
Ingenieurs gesehen – in der enormen Kraftübertragung und der starken Verwandtschaft zur
Steuer- und Regelungstechnik mit all ihren technologischen Facetten.
www.sauerbibus.de
O+P Fluidtechnik 10/2016 9/2016 11

SZENE
JOBTRENDS 2016
EIGENE WEBSITE FÜR DIE
WASSERINDUSTRIE
Das Staufenbiel Institut befragte von September bis
November des vergangenen Jahres 297 Unternehmen rund
um das Thema Absolventen und Einstellungskriterien.
Wir haben für Sie die spannendsten Ergebnisse, die Ingenieure
betreffen, ausgewählt.
ENTWICKLUNG DER NACHFRAGE NACH
INGENIEUREN IN DEN NÄCHSTEN 5 JAHREN
2
12
29
stark steigend
57
WELCHE INGENIEURS-ABSCHLÜSSE
PRÄFERIEREN UNTERNEHMEN?
steigend
gleichbleibend
rückläufig
stark rückläufig
Seine Lösungen für die Wasserindustrie präsentiert der Schweizer
Druckmesstechnik-Hersteller Keller auf einer eigenen Website. Zu
den Produkten des Anbieters für diese Sparte zählen z. B.
Fernübertragungseinheiten, Pegelsonden und Datenlogger. Unter
den vier Hauptfeldern Wasserversorgung, Abwasser, Grundwasser
und Oberflächenwasser geben Anwendungsberichte einen
Über blick über das Angebot und stellen die Zusammenarbeit mit
den Kunden dar. Unter jedem Bericht findet sich eine Liste der
Produkte, die für die Lösung verwendet wurden. Diese sind mit
den Standard-Modellen auf der Keller-Internetseite verbunden.
Website: www.keller-h2o.com.
www.keller-druck.com
MENSCHEN UND MÄRKTE
Master
Diplom (Universität)
Diplom (FH) 58 %
Bachelor
Promotion
MBA
8 %
15 %
44 %
65 %
87 % 50 % 11 %
94 %
Mehrfachauswahl – maximal drei pro Fachrichtung – möglich
WORAUF LEGEN UNTERNEHMEN BEIM
STUDIUM DER INGENIEURE WERT?
Studienschwerpunkte Examensnote Ruf der Hochschule
(Universität bzw. FH)
Mehrfachauswahl möglich
Quelle: www.staufenbiel.de/jobtrends
MSR-SPEZIALMESSE RHEIN-RUHR
IN BOCHUM
Eine sehr positive Bilanz zieht der Veranstalter Meorga für
seine MSR-Spezialmessen, die im ersten Halbjahr 2016 in
Frankfurt und Leverkusen stattfanden. Stetig steigende
Besucherzahlen bestätigen das Konzept der Messe „vor der
Haustüre“.
Am 9. November veranstaltet die Meorga nun im Ruhrcongress
Bochum eine regionale Spezialmesse für Mess-, Steuerungs- und
Regeltechnik, Prozessleitsysteme und Automatisierungstechnik.
165 Fachfirmen zeigen von 8 bis 16 Uhr Geräte und Systeme,
Engineering- und Serviceleistungen sowie neue Trends im
Bereich der Automatisierung. 36 begleitende Fachvorträge
informieren den Besucher umfassend. Die Messe wendet sich an
Fachleute und Entscheidungsträger, die in ihren Unternehmen
für die Optimierung der Geschäfts- und Produktionsprozesse
entlang der gesamten Wertschöpfungskette verantwortlich
sind. Der Eintritt zur
Messe und die Teilnahme
an den Fachvorträgen
sind für die
Besucher kostenlos und
sollen ihnen Informationen
und interessante
Gespräche ohne Hektik
oder Zeitdruck ermöglichen.
www.meorga.de
12 O+P Fluidtechnik 10/2016

PIRTEK SCHUTZHANDSCHUH MIT INDUSTRIEPREIS PRÄMIERT
PRODUKTION VON
LENZE IN POLEN
FEIERT JUBILÄUM
SZENE
Der Pirtek „Fluid Power Glove“ wurde mit dem Industriepreis
in der Kategorie Antriebs- und Fluidtechnik als „Best of 2016“
ausgezeichnet und hat es damit unter die besten Innovationen
von über 2000 Bewerbungen beim Wettbewerb
geschafft. Der Handschuh soll über die bekannten Schutzfunktionen
vor Kratzern, Stichen und Schnitten hinaus, auch
vor gefährlichen Einschüssen von Flüssigkeiten wie z. B.
Hydrauliköl schützten. Mehrere Schutzschichten eines
neuartigen Materials aus einer Art Kevlar gewährleisten die
hohe Schutzfunktion und Widerstandsfähigkeit des Handschuhs.
Unabhängige Tests britischer Labore belegen eine
Schutzwirkung bis zu einem Druck von 700 bar. Seit 2006
wird der Industriepreis jährlich vergeben. Ziel dieser Veranstaltung
ist es, Neuheiten und Innovationen der Branche
auszuzeichnen.
www.pirtek.de
Seit 20 Jahren lässt die Lenze-
Gruppe, Spezialist für Antriebsund
Automatisierungstechnik, im
polnischen Tarnów mechanische
Komponenten für Getriebe
produzieren und Getriebemotoren
montieren. Das Jubiläum
feierten die Unternehmerfamilie
und der Vorstand Anfang
September vor Ort mit Geschäftspartnern
und den 160 Mitarbeitern
des Werks. Die Produktion in
Tarnów startete 1996 auf einer
Fläche von 1 000 m 2 , die bis heute
auf 7 000 m 2 angewachsen ist.
Der Standort wurde im Laufe der
Jahre schon mit mehreren
Auszeichnungen bedacht, z. B.
mit dem „Forbes Diamanten
2016“, dem Titel „Investor des
Jahres 2014“ oder die Auszeichnung
„Business Gazelle“ in den
Jahren 2013 und 2015. Die
Unternehmensgruppe ist in Polen
außerdem seit über 20 Jahren mit
einer eigenen Vertriebsgesellschaft
vertreten. Weltweit hat
der Hersteller elf Produktionsstandorte,
u.a. in Deutschland,
Italien, Frankreich, China, USA
und Indien.
www.lenze.com

SOCIAL MEDIA,
APPS & CO
WEBSITE: SCHNELLER UND EINFACHER
RS Components
(RS), die Handelsmarke
der Electrocomponents
plc,
der globale Distributor
für Ingenieure
und Techniker,
hat tausende von
Verbesserungen
auf seiner Website
umgesetzt, um sie
noch schneller und
ihre Handhabung
für die Kunden
noch einfacher zu
machen. Eine
große Zahl dieser Verbesserungen geht auf direktes Kunden-Feedback
zurück. Auch viele Vorschläge zur Aktualisierung der Gestaltung der
Website stammen direkt von Kunden. Die Maßnahmen unterstützen die
strategische Priorität des Unternehmens, seinen Kunden und Lieferanten
die bestmögliche Nutzererfahrung zu bieten.
de.rs-online.com
INSTANDHALTUNGSPLATTFORM
FÜR INDUSTRIEUNTERNEHMEN
WERKBLiQ betreibt eine herstellerunabhängige
Instandhaltungsplattform für Maschinen im Mittelstand
sowie in der Industrie. Erstmals finden damit
Maschinenbetreiber, Serviceunternehmen, Zulieferer
und Maschinenhersteller in einer gemeinsamen
Online-Community zusammen – die Digitalisierung
der Instandhaltung für die Industrie. U.a. lassen sich
somit Serviceaufträge deutlich schneller und einfach
beauftragen, abwickeln und dokumentieren.
www.werkbliq.de
FEUCHTERECHNER ALS APP
SMARTER EINSTIEG INS
LECKAGEMANAGEMENT
MENSCHEN UND MÄRKTE
Mit dem Online-Feuchterechner von E+E Elektronik können feuchtebezogene
Messgrößen schnell und einfach ermittelt werden. Im
Unterschied zu anderen Programmen lassen sich damit auch Messunsicherheiten
berücksichtigen. Den E+E Feuchterechner gibt es jetzt
auch als kostenlose App für mobile Endgeräte. Als zusätzliches Feature
beinhaltet die App einen Drucktaupunktrechner.
www.epluse.com
Der Druckluft- und Pneumatikspezialist Mader bietet
mit seiner Druckluft-Leckage-App einen „smarten“
Einstieg ins Leckagemanagement. Druckluft-Leckagen
werden papierlos und schnell per Smart Device erfasst
und in Echtzeit dokumentiert, wirtschaftlich und
ökologisch bewertet sowie entsprechend priorisiert.
www.mader.eu
14 O+P Fluidtechnik 10/2016

SZENE
VORTRÄGE ZU SENSORIK UND
MESSTECHNIK GESUCHT
Der Verband für Sensorik
und Messtechnik AMA
hat für seine Kongresse
Sensor und IRS² im
kommenden Jahr den
Call for Papers gestartet.
Gesucht werden
Vorträge zu neuesten
Forschungsergebnissen
aus Sensorik und
Messtechnik. Beide
Kongresse finden parallel
zur Messe Sensor+Test
vom 30. Mai bis 1. Juni
2017 in Nürnberg statt.
Der Schwerpunkt beim
Sensor-Kongress liegt auf
der Entwicklung von Sensoren, Aktoren, Mess- und Prüftechnik.
Beim IRS² werden aktuelle Entwicklungen von Infrarot-Sensoren
und -Systemen präsentiert. Einsendeschluss für Vorträge ist der
17. November 2016.
Mehr Infos unter: www.ama-science.org/direct/call-for-papers.
www.ama-sensorik.de
NACHRUF AUF PETER ZAHN,
KRACHT GMBH
Am 30. August 2016 ist
der Unternehmer, Politiker
und Vater Peter Zahn
verstorben. Er starb im
Alter von 77 Jahren. Peter
Zahn lernte bei der
örtlichen Stadtverwaltung
in Werdohl und wechselte
1959 zur Firma Kracht.
Anfangs tätig in der
Fertigungssteuerung,
besetzte er schnell
verschiedene Führungspositionen
innerhalb des
Unternehmens, bis er
1984 als Geschäftsführer
zur Firma Atomit-Pumpen
wechselte. Im Jahr 1996 übernahm Peter Zahn die angeschlagene
Kracht GmbH und führte die Firma zusammen mit seinem Sohn
Heiko Zahn zum heutigen Erfolg. Neben seinem unternehmerischen
Mut zeichneten ihn seine Aktivitäten als Kommunalpolitiker und
leidenschaftlicher Jäger aus.
www.kracht.eu
PRODUKTION IN CHINA WIRD ERWEITERT
Schaeffler baut einen neuen Produktionsstandort im chinesischen
Xiangtan. Yilin Zhang, CEO Schaeffler Greater China und Günther
Werner, COO Schaeffler Greater China, unterzeichneten eine Kooperationsvereinbarung
mit Vertretern der Provinzregierung Hunan. Diese
beinhaltet die Investition in einen neuen Produktionscampus. Der
neue Standort soll schrittweise ausgebaut werden. Zunächst entsteht
auf 20 ha ein Produktionswerk für Automobilteile und Präzisionslager.
Die Inbetriebnahme ist für Ende 2018 geplant. In einer weiteren
Ausbauphase ist die Errichtung eines zweiten Werkes, eines Logistikzentrums
und einer Schulungseinrichtung vorgesehen.
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Softwareplattform
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• Hohe Betrachtungswinkel
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Messetermine
bauma China, Schanghai (CHN)
22.11. – 25.11.2016
SPS/IPC/DRIVES, Nürnberg
22.11. – 24.11.2016
Halle 7, Stand 150
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MENSCHEN UND MÄRKTE
SMARTE FERTIGUNGSPROZESSE
IN DER BLECHBEARBEITUNG
16 O+P Fluidtechnik 9/2016

MESSE
Die diesjährige 24. Internationale Technologiemesse für
Blechbearbeitung, die vom 25. – 29. Oktober 2016 in
Hannover stattfindet, steht ganz im Zeichen innovativer
Produktion im Zeitalter der fortschreitenden Digitalisierung.
Zur Steigerung der Kosteneffizienz, Flexibilität und Prozess-
Stabilität werden auf der EuroBLECH 2016 zahlreiche neue
Lösungen entlang der gesamten Technologiekette der Blech -
be arbeitung angeboten.
www.euroblech.de
EINE WACHSENDE FACHMESSE
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1 455 Aussteller aus 43 Ländern
1 505 Aussteller aus 39 Ländern
2014
2012
2010
1 573 Aussteller aus 38 Ländern
90.000m²
80.000m²
70.000m²
60.000m²
50.000m²
40.000m²
30.000m²
20.000m²
10.000m²
0m²
84 000m² Nettoausstellungsfläche
86 500m² Nettoausstellungsfläche
2016
2014
2012
89 000m² Nettoausstellungsfläche
Insgesamt 1550 Ausstellerunternehmen aus 40 Ländern haben
derzeit ihren Stand auf der weltweiten Leitmesse für die blechbearbeitende
Industrie gebucht. Mit mehr als 89 000 m 2 Nettoausstellungsfläche
kann die Messe gegenüber der Vorveranstaltung
ein Flächenwachstum von gut 3 % verbuchen. „Viele
Unternehmen präsentieren sich dieses Jahr auf vergrößerten
Standflächen, und wir verzeichnen einen hohen Anteil von
20 % an Neuausstellern. Insgesamt herrscht in der Branche also
eine positive Stimmung. Neue Technologien rund um das
Thema smarte Fertigungsprozesse sind die Treiber dafür, dass
Unternehmen konkret vorausplanen, ihre Fertigungssysteme
auf- und umrüsten und sich damit einen Wettbewerbsvorsprung
sichern. Dass die Aussteller noch mehr Produkte auf
ihren Messeständen vorführen und auch viele neue Unternehmen
auf der Messe vertreten sind, zeigt, dass die Blechbearbeitung
eine Branche ist, die sich dynamisch der Zukunft stellt,“
erklärt Nicola Hamann, Geschäftsführerin des Veranstalters
Mack Brooks Exhibitions.
INTERAKTIVE MESSEVORSCHAU
Eine umfangreiche Messevorschau mit Aussteller- und Produktbeschreibungen
ist ab sofort auf der Messewebseite verfügbar.
Zur Vorbereitung des Messebesuchs können Nutzer die Messevorschau
nach Produktkategorien und Hallen sortieren und sich
so ihre persönliche Vorschau zusammenstellen. Die einzelnen
Beiträge der Messevorschau können erstmals auch in den sozialen
Netzwerken geteilt werden.
INDUSTRIE 4.0 – MEHR ALS EIN HYPE
Das aktuelle EuroBLECH White Paper, das von den Autoren
Dipl.-Ing. Nikolaus Fecht und Dr. Andreas Thoss im Auftrag der
EuroBLECH erstellt wurde, beschreibt anhand von ausgewählten
Beispielen den Stand der Digitalisierung in der blechbearbeitenden
Industrie: „In der Theorie beschreibt Industrie 4.0 die
vollständige Integration von Produktion und Kommunikationstechnik.
Menschen, Maschinen und Prozesse werden durch
Internettechnologien möglichst eng miteinander verbunden,
um Kosteneffizienz, Flexibilität und Prozess-Stabilität weiter zu
steigern. Wie sieht das in der Praxis der Blechbearbeitung aus?
Industrie 4.0 ist mehr als ein Hype und viele Ideen daraus sind
bereits implementiert. Gerade der Mittelstand hat viele Prozesse
schon digitalisiert [...].“ Das vollständige White Paper zu
Industrie 4.0 ist nach Registrierung kostenlos unter dieser
Webadresse herunterzuladen:
www.euroblech.com/deutsch/white-paper/
O+P Fluidtechnik 10/2016 17

PREDICTIVE MAINTENANCE
VON DER HERKÖMMLICHEN INSTANDHALTUNG ZU DATENBASIERTEN,
VORAUSSCHAUENDEN WARTUNGSSTRATEGIEN IN DER FLUIDTECHNIK
110. O+P-GESPRÄCHE
Die Fluidtechnik hat in Sachen Predictive
Maintenance bereits einiges zu bieten. Das
zeigte schon der erste Teil der 110.
O+P-Gespräche (nachzulesen in O+P
Fluidtechnik, Ausgabe 9, oder online, Link auf
Seite 27). Im nun folgenden Teil 2 der
Diskussionsrunde behandeln die Experten u.a.
die Themen Standardisierung,
Geschäftsmodelle sowie Datenverarbeitung
und -speicherung.
MENSCHEN UND MÄRKTE
TEILNEHMER DER 110. O+P GESPRÄCHE
n Dr. Jan Bredau, Head of System Engineering,
FESTO AG & Co. KG
n Andreas Busch, Leiter Technischer Vertrieb,
HYDAC FILTER SYSTEMS GmbH
n Florian Fritz, Geschäftsentwicklung
Vakuum-Komponenten, J. Schmalz GmbH
n Roman Cecil Krähling, Leiter Condition
Monitoring, Fluid Management & Elektronik,
ARGO-HYTOS GMBH
n Dieter Michalkowski, Global Account Management,
AVENTICS GmbH
n Dr.-Ing. Michael Richter, Technologiemanagement
Hydraulische Pressen, Schuler Pressen GmbH
n Peter-Michael Synek, Stellvertretender Geschäftsführer
des Fachverbands Fluidtechnik im VDMA
n Dr. Tapio Torikka, Senior Data Scientist, Bosch Rexroth AG
n Prof. Dr.-Ing. Siegfried Helduser, ehemals
Direktor des IFD der TU Dresden sowie Technisch-
Wissenschaftlicher Beirat von O+P
n Michael Pfister, Redaktion O+P
n Peter Becker, Redaktion O+P
n Svenja Stenner, Redaktion O+P

110. O+P-GESPRÄCHE
WIE WEIT IST DIE FLUIDTECHNIK IN
SACHEN PREDICTIVE MAINTENANCE?
Wo und auf welchem Rechner sollen
die CM-Daten gespeichert und
analysiert werden? Die Analyse von
CM-Daten muss nicht in Echtzeit
erfolgen. Viele fluidtechnische
Geräte, wie Regelventile und
Ventilinseln, haben eine Onboard-
Elektronik, die sich nutzen ließe. Die
Maschinensteuerung, die SPS oder
die CNC, oder ein separater Rechner
vor Ort in der Maschine, bieten
Möglichkeiten zur Datenspeicherung
und Datenverarbeitung. Eine
dritte Möglichkeit sind externe
Rechner mit cloud-basierten
Lösungen.
R. C. Krähling: Parallele Systeme zu installieren bedeutet immer ein zusätzliches
Investment. Die Steuerungstechnik ist mittlerweile so leistungsfähig, dass sie in der
Lage ist, zusätzliche Informationen zu verarbeiten. Ein Investment für ein paralleles
System lohnt sich nur für wirklich große Anlagen, wie Herr Dr. Richter sie beschrieben
hat, oder für Systeme, die nachträglich installiert werden. Zuvor sollte man das
Potenzial eines vorhandenen Bussystems nutzen und damit den Aufwand reduzieren.
D. Michalkowski: Wenn SPS-Programmierer willens wären, CM oder PdM durchzuführen,
dann könnten sie das schon seit 20 Jahren. Sie könnten alle vorhandene Sensoren
und Daten nutzen und Zusatzinformationen generieren. Aber niemand hat das bisher
gemacht; es gab niemals Zeit und Ressourcen für Programmentwicklungen, die nicht
unmittelbar für die Maschinenfunktion notwendig sind. Ich erachte die Lösung mit
dem zweiten Rechner nicht nur für große Anlagen als richtig. Das führt aus der Problematik
heraus: Man stellt einen kleinen PC neben die Anlage oder nutzt bei einer
modernen Steuerung mit Multicore-Architektur den 2., 3. oder 4. Kern für PdM. Die
Fluidtechniker stellen die Informationen in einer standardisierten Schnittstelle, zum
Beispiel OPC-UA, zur Verfügung und der Endkunde kann die Informationen nutzen.
Wenn wir uns als Komponentenhersteller, als die Spezialisten für Fluidtechnik, nicht in
dieses Thema einbringen, dann treten wir die Datenverwertung an IT-Unternehmen ab,
an Unternehmen wie SAP oder Google. Sie werden dem Nutzer der Maschine die
Datenerfassung und -auswertung als Produktivität steigernden Mehrwert anbieten.
F. Fritz: Es bedarf keines kompletten zweiten Busnetzes. Eine unserer Lösungen setzt
direkt auf dem vorhandenen Bus auf und bildet dort eine Art Gateway, also einen
Koppler, der die Datentrennung vornimmt. Mit IO-Link gibt es beispielsweise bereits
eine Kommunikationsschnittstelle, welche die notwendigen Funktionalitäten mitbringt
und die Datentrennung vornimmt. Bereits 2008 hat Schmalz den ersten
Vakuum-Ejektor mit IO-Link auf den Markt gebracht. Damit stellen wir dem Anwender
die CM-Daten frei zur Verfügung. Er kann die Daten abholen und die Auswertungen
selbst durchführen.
Dr. T. Torikka: Die parallele Architektur mit separater Steuerung bietet noch einen
weiteren Vorteil: die Datensicherheit. Insbesondere bei Cloud-Systemen ist es von
Vorteil, wenn man einen separaten Rechenknoten hat.
Dr. J. Bredau: Es wird nicht nur eine Lösung geben, dafür gibt es einfach zu viele
verschiedene Philosophien. Die Rechentechnik ist mittlerweile sehr leistungsfähig
geworden. Was heute auf Feldebene an dezentraler Intelligenz in Ventilinseln eingebaut
ist oder in Kleinsteuerungen vorhanden ist, reicht aus, um gerätespezifische
CM-Daten zu speichern und Analysen durchzuführen. Das Domainwissen sollte beim
Gerätehersteller bleiben, und das ist gewährleistet, wenn die Daten und ihre Auswertung
im Gerät bleiben. Doch an irgendeiner Stelle endet das Geschäftsinteresse des
Geräteherstellers, dann beginnt der Maschinenhersteller mit der Datenspeicherung
und Auswertung – hier sind möglicherweise Cloud-Lösungen vorteilhaft.
Vielleicht denken die Fluidtechniker, allgemein die Hersteller von Technologiekomponenten,
noch zu stark in Hardware. Ein Algorithmus mit Domainwissen erscheint
sicherer, wenn er im eigenen Gerät läuft. Aber der kann, als Produkt, auch in einem
parallelen Rechner oder in einer Cloud sicher laufen. Es wird in den nächsten Jahren
sicher mehr und mehr derartige innovative Lösungen für die Hardware-Strukturen
geben. Die großen IT-Firmen und einige große Forschungsinstitute arbeiten derzeit an
den bereits erwähnten intelligenten Analytics-Methoden aus dem Bereich der künstli-
O+P Fluidtechnik 10/2016 19

chen Intelligenz. Da ist derzeit nicht alles fertig, eine sichere Methodik, vorausschauend
Fehler zu erkennen, ist noch nicht verfügbar. Doch wir sollten damit rechnen, dass hier
demnächst neue Lösungen am Markt erscheinen.
Dr. M. Richter: Die Vorverarbeitung von CM-Daten in den Geräten der Fluidtechnik
sehe ich als sinnvolle Entwicklung, welche die Arbeit der Maschinenbauer unterstützt
und die Echtzeitübertragung aller Rohdaten vermeidet. Die Datenvorverarbeitung
kann ein modulares Diagnosesystem einer Großanlage vereinfachen. Ich
glaube aber nicht, dass man CM für eine Großanlage nur mit vorverarbeiteten
Signalen aus Komponenten gestalten kann. Wenn wir identische Pressen haben,
erleben wir, dass sie bei dem einen Kunden halten und beim anderen Defekte
auftreten. Da spielt das Lastkollektiv im Betrieb eine große Rolle. Als Maschinenhersteller
verstehen wir solche Informationen und können sie auswerten, wenn uns
der Kunde die Daten dazu gibt.
Solange die Fluidtechniker CM und
Diagnose bei ihren Geräten
anbieten und vorverarbeitete
Daten für weitere Analysen zur
Verfügung stellen, ist dies bei den
Maschinenherstellern sicherlich
willkommen. Ändert sich die
Situation, wenn die Fluidtechniker
Diagnose mit Hilfe intelligenter
Messdaten-Analytics für funktionsrelevante
Teilsysteme einer
Maschine oder Anlage anbieten,
beispielsweise der vorhin
erwähnte Antriebsstrang einer
Windenergieanlage oder das
Antriebssystem für eine
Förderanlage?
Dr. T. Torikka: Nein, es wird nicht die gesamte Maschine überwacht. Wir überwachen
die Subsysteme mit ihren hydraulischen Komponenten, aber nicht die komplette
Maschine. Wir arbeiten mit den Anlagenbauern und den Endkunden eng zusammen
und stehen nicht in Konkurrenz zu ihnen.
Dr. J. Bredau: Das möchte ich unterstreichen. Wenn wir ein funktionsrelevantes
Subsystem analysieren, dann stehen wir noch lange nicht in Konkurrenz zu einem
Maschinenbauer. CM, PdM erfordert auch ein anderes Businessdenken als früher. Es
gibt häufig eine Kooperation von Komponenten- und Maschinenhersteller sowie dem
Endanwender; denn Applikationswissen gehört immer zu einer guten Lösung.
R. C. Krähling: Der Wettbewerb besteht meines Erachtens nicht zwischen dem
Maschinenbauer und der Fluidtechnik als Zulieferer, diese sind vielmehr Partner.
Konkurrenz entsteht, wo Maschinendaten anderen Firmen zugänglich sind, die daraus
Geschäftsmodelle entwickeln können und einen Zugang zum Endkunden haben. Dies
trifft insbesondere auf IT-Unternehmen, wie Google, Facebook oder SAP zu, die in
eigene Lösungen für web-basierte Datenverarbeitung investiert haben.
MENSCHEN UND MÄRKTE
Echte PdM-Systeme sind in der
Fluidtechnik bisher praktisch kaum
realisiert. Was sind die wichtigsten
Hindernisse? Sind die Verschleißund
Alterungsmechanismen nicht
hinreichend bekannt oder nicht
ausreichend in mathematischen
Modellen beschrieben?
Prof. S. Helduser: Fassen wir kurz zusammen: Stand der Technik bei hydraulischen
und pneumatischen Systemen sind erste CM-Lösungen auf Komponenten- und
Maschinenebene. Die Verarbeitung/Analyse der CM-Daten zu Informationen für Diagnose
und Wartung erfolgt sowohl in der Feldebene, in Komponenten und Subsystemen
mit Onboard-Elektronik (Ventilinseln, Regelpumpen oder kleine Controllen) als auch
in der Maschinensteuerung. Vorteilhaft erscheint in vielen Fällen der Einsatz eines
parallelen Rechnerns, was bei großen Anlagen und cloudbasierten Diagnosesystemen
bereits Standard ist.
F. Fritz: Für die Vakuumtechnik fehlen schlichtweg noch die Modelle der einzelnen
Komponenten. Die Gründe sind vielfältig. Die Komplexität der Verschleißeigenschaften,
der Materialeigenschaften sowie der Umgebungsbedingungen und unterschiedlichen
Störeinflüsse ist enorm für rein physik-basierte Modelle. Für empirische Modelle fehlen
uns bisher die Daten aus dem Feld. Zwar gibt es seit vielen Jahren eine entsprechende
Funktionalität in unseren Komponenten, aber die Daten wurden nie gespeichert und
nie analysiert, um daraus ein Modell abzuleiten, auch weil die Infrastruktur dafür
nicht vorhanden war. Aber genau diesen Ansatz verfolgen wir zurzeit. Bei aktuellen
Lebensdauertests unserer Komponenten suchen wir Korrelationen zwischen den verschiedenen
Ein- und Ausgangsparametern. Die Untersuchungen beschränken sich
nicht nur auf Laborversuche, denn dabei fehlen vielleicht wichtige Störeinflüsse aus
den zugehörigen Prozessen, sie umfassen auch Tests mit ausgewählten Kunden und
Partnern. Wir speichern alle Daten, wir produzieren erst einmal ein gewaltiges Datenvolumen
(Big Data) und analysieren dieses im Nachgang mit dem Ziel, ein Vorhersagemodell
abzuleiten.
20 O+P Fluidtechnik 10/2016

110. O+P-GESPRÄCHE
Dr. J. Bredau: Um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen: Wir haben zur
Beschreibung des Komponentenverhaltens gute physikalische Modelle als Grundlage.
Aber wie schon gesagt, muss für PdM die Applikation berücksichtigt werden. Aus meiner
Sicht fehlen neben den Vorhersagemodellen hier auch die Plattformen. Wir testen schon
seit Jahren unsere Antriebssysteme unter bestimmten Belastungen im Versuch. Die
Grenzen solcher Verschleißbetrachtungen zeigen sich im praktischen Einsatz beim
Kunden. Um einen Schritt weiter in Richtung PdM gehen zu können, müssen wir verstehen,
wie die Komponenten in einer Applikation belastet werden. Herr Dr. Richter hat dies
vorhin bei den Pressen erläutert: Gleiche Pressen bei unterschiedlichen Kunden (Belastungen)
haben unterschiedlichen Lebensdauervorrat. Wir brauchen Modelle, die Applikationswissen
mit dem Einsatz der Komponente kombinieren. Die Modelle müssen beinhalten,
wie die Anwendung auf die Komponente wirkt und die Lebensdauer verändert.
Können Sie uns das an einem
Beispiel erläutern?
Dr. J. Bredau: Ein interessantes Beispiel aus dem Hause Festo sind Melkroboter: Hier
arbeiten elektrische und pneumatische Achsen zusammen. Natürlich können wir für
jeden Zylinder im Labor Verschleißuntersuchungen machen um vorherzusagen, ab wie
viel km Verfahrweg sie verschleißen. Außerdem gibt es auch B10-Werte. Aber im realen
Fall, wenn zum Beispiel die Kühe beim Melken angelernt werden, reagieren sie ganz
anders und belasten das System ganz anders. Erst mit den Daten aus der Applikation ist
eine Prädiktion möglich. Man benötigt zusätzlich eine Plattform, um qualifizierte Daten
über eine längere Zeit zu sammeln, danach kann man Analysen machen.
Dr. T. Torikka: Das ist in der Hydraulik nicht anders. Genaue Verschleißmodelle für PdM
fehlen noch. Es sind zwar umfangreiche Untersuchungen gemacht worden, in Unternehmen
und an Universitäten, aber die echten Umgebungsbedingungen sind im Betrieb halt
anders als im Labor. Daher folgen wir bei Bosch Rexroth zusätzlich zu physikalischen
Fehlermodellen auch einem datenbasierten Ansatz für die Modelle. Im ersten Schritt
müssen wir die Daten schaffen (Big Data) und dann im zweiten Schritt die
entsprechenden analytischen Vorhersagemodelle generieren. Dafür ist eine Plattform
notwendig, wie das Herr Dr. Bredau bereits erläuterte. Allerdings gibt es heutzutage auch
schon Software-Bausteine dafür. In der IT-Industrie hat sich der Bereich Big Data in den
vergangenen fünf bis zehn Jahren enorm weiterentwickelt. In der Zwischenzeit kann
man von der Cloud die Modelle auch auf die Komponenten spielen. Das ist auch in der
IT-Industrie so passiert. Man hatte zunächst viele Dienste, die nur über die Cloud funktionierten.
Jetzt kann man sie auch lokal, ohne Internetverbindung nutzen.
P.-M. Synek: Wer über die Sonderausstellung „Predictive Maintenance“ im Rahmen der
Hannover Messe 2016 gegangen ist, hat ein großes Getriebe einer Windenergieanlage
gesehen, an dem Messungen des Frequenzgangs, der Lastzyklen, der Temperatur sowie eine
Schwingungsanalyse von Lagern vorgenommen und auf einem Bildschirm angezeigt wurden.
Zusammen mit dem Domainwissen des Lagerherstellers konnte sehr wohl eine Aussage
O+P Fluidtechnik 10/2016 21

MENSCHEN UND MÄRKTE
Wie steht es um die Standardisierung,
vor allem auf internationaler
Ebene?
über den Zustand des Lagers und seine voraussichtliche Restlebensdauer gemacht werden.
Solche Diagnosemöglichkeiten sind in der Praxis schon vorhanden und werden auch eingesetzt.
Ich halte es für möglich, dass man in der Pneumatik und der Hydraulik in der einen
oder anderen Umgebung schon einen Schritt weiter ist, als hier im Moment diskutiert wird.
F. Fritz: Es ist nicht unsere Zielsetzung nur aus großen Datenmengen (Big Data) eine
Korrelation zum Betriebszustand abzuleiten. Das Prozesswissen ist zur Erstellung von
Modellen extrem wichtig, und das unterscheidet uns von den großen IT-Unternehmen.
Wir Fluidtechniker haben das Wissen über die Prozesse und Komponenten; wir müssen
uns nicht darauf beschränken, rein mathematische Korrelationen zwischen verschiedenen
Ein- und Ausgangsdaten herzustellen; wir können Kausalitäten ableiten. Unser
Domainwissen muss in die Modellerstellung einfließen. Sonst lassen wir uns die Vorteile
nehmen, die wir als Maschinenbauer oder Komponentenhersteller haben. Bei rein
mathematischen Vorhersagemodellen sind wahrscheinlich IT-Unternehmen im Vorteil.
P.-M. Synek: Industrie 4.0 ist das bestimmende Thema für den Maschinen- und Anlagenbau.
Antriebs- und Fluidtechnik als wichtige Zulieferbranchen müssen sich mit den
damit verbundenen Herausforderungen auseinandersetzen. Digitalisierung, Vernetzung
der physikalischen und digitalen Welt, Kommunikation, Datenerfassung mit
Verarbeitung und Speicherung, Zugriffsmöglichkeiten und Kommunikation setzen die
Notwendigkeit einer weltweit eindeutigen und herstellerübergreifenden Identifikation
voraus, ebenso die Festlegung von Vokabeln und Syntax sowie eines Kommunikationsstandards
– hier besteht auf für die Zulieferbranchen Handlungsbedarf.
Es gilt aus Sicht der Komponenten- oder Subsystemhersteller entsprechende Schnittstellen,
Protokolle und Festlegungen bzw. Standards festzulegen. Aktiv müssen bestehende
Gestaltungsmöglichkeiten genutzt werden.
Ein wichtiger Baustein im Umfeld von Industrie 4.0 ist für die Fluidtechnik das Thema
„Predictive Maintenance“. Damit kann demonstriert werden, dass Digitalisierung, Vernetzung,
Kommunikation, Datenerfassung mit Verarbeitung und Speicherung sowie
Zugriffsrechte bereits in den präventiven Zustandsüberwachungssystemen umgesetzt
werden. Die Intelligenz und die Funktionen werden zukünftig hauptsächlich durch
die IT bestimmt.
Dr. T. Torikka: Das Wissen über die Physik der Fluidtechnik und ihre Komponenten
spielt natürlich auch eine wichtige Rolle und bleibt Teil unseres Domainwissens. Wir
haben den Vorteil, dass wir auch auf die Daten aus dem Big-Data-System zugreifen und
datenbasierte Analysen durchführen können. Das ist sozusagen eine Kombination aus
beiden Welten.
Prof. S. Helduser: Ein praktisches Problem kann entstehen, wenn in den Maschinen
und Anlagen Aktoren und Sensoren verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen
Kommunikationstechnologien eingesetzt werden. Die Signale aller zur Überwachung
eingesetzten Geräte müssen zur Auswertung und Interpretation der Daten an eine elektronische
Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Für die Kommunikation sind Hardwareund
Software-Standards erforderlich (z. B. IO-Link, Industrial Ethernet). Außerdem
erleichtert eine einheitliche Datenbasis die Entwicklung diagnostischer Systeme.
P.-M. Synek: In Zusammenarbeit mit namhaften Firmen aus der Antriebstechnik und
aus der Fluidtechnik wurde mittels des Einheitsblattes VDMA 24582 „Feldbusneutrale
Referenzarchitektur für Condition Monitoring in der Fabrikautomation“, Ausgabe April
2014, eine feldbusneutrale Referenzarchitektur für den Bereich CM in der Industrieautomation
festgelegt bzw. standardisiert. Schwerpunkte sind Standards für die Feldebene
(Sensoren, Aktoren, dezentrale Intelligenz) und die Maschinensteuerungsebene.
Damit wurde unter anderem den Feldbusorganisationen eine Empfehlung an die Hand
gegeben, wie Profile für die Übertragung von CM-Daten über einen entsprechenden
Feldbus definiert werden können. Mittlerweile greifen namhafte Feldbus-Organisationen
auf die getroffenen Festlegungen zu und erarbeiten entsprechende Protokolle. Die
Mitgliedsfirmen des VDMA sehen auch die Notwendigkeit, diese Festlegungen als
22 O+P Fluidtechnik 10/2016

110. O+P-GESPRÄCHE
internationale Standards zu veröffentlichen. Erste Schritte sind initiiert: Das Thema wird
in einer DKE-Arbeitsgruppe bearbeitet. Ziel ist es, mittelfristig einen IEC-Standard zu
veröffentlichen. Der inhaltliche „back bone“ ist das VDMA-Einheitsblatt 24582.
Dr. J. Bredau: Das VDMA-Einheitsblatt ist ein Leitfaden. Das Profil wurde bereits in die
Profibus Nutzer Organisation (PNO) eingebracht und wird derzeit auf das physikalische
Protokoll Profinet und Profibus umgesetzt. Es gibt auch Gespräche des VDMA-Arbeitskreises
mit der OPC-UA-Foundation. Das sind aktuelle Schritte, um die Standardisierung
von CM voranzubringen.
Als Obmann des VDMA-Arbeitskreises möchte ich alle Firmen motivieren, sich an der
praktischen Umsetzung zu beteiligen. Wenn wir Fluidtechniker die informationstechnische
Durchdringung von CM mit gestalten wollen, dann ist ein erster Schritt, dass
CM-Informationen in unseren Geräten nach einheitlichen Mechanismen funktionieren,
dass wir eine „Condition Monitoring Library“ in Funktionsblöcken erarbeiten, wie es das
Einheitsblatt vorschlägt. Festo setzt bereits nach diesem Einheitsblatt CM-Funktionen
für Komponenten und Handhabungssysteme um.
Dr. M. Richter: Bei Schuler nutzen wir das Einheitsblatt bisher hauptsächlich, um in
einigen Strukturen die Namensgebung zu übernehmen. Die Modelle sehen teilweise
etwas anders aus. In unseren Maschinen befinden sich mehrere Bussysteme, mit denen
man unterschiedliche Daten übertragen kann. In einem hydraulischen Beispiel haben
wir 200 Messkanäle und bis zu 300 Grafiken, in denen wir die geeigneten Signale übereinanderlegen
können, sodass man manuelles CM machen kann. Dazu braucht man
einfach Strukturen; der Kunde muss sich im Maschinenmodell zurechtfinden. Das
gelingt, wenn man sagt, es gibt Ventile, Elektromotoren, Pumpen, Filter, Speicher, und
es gibt Druckmessung, Temperaturmessung, Drehzahlmessung. Bei so vielen Signalen
braucht man ein Handwerkszeug, um sich beim Monitoring und bei der Diagnose
zurechtzufinden. Im weiteren Verlauf unserer Entwicklungsarbeiten wird die
Auswertung der Graphiken automatisch erfolgen.
Prof. S. Helduser: In Gesprächen auf der Hannover Messe 2016 und auch in dieser
Runde hört man von den Fluidtechnikern häufig die Meinung: Wir werten die Daten
zunächst lokal, vor Ort in der Elektronik unserer Komponenten aus und geben dann
relevante Informationen und verdichtete Daten weiter an die Maschinensteuerung oder
einen anderen Rechner. So sichern wir unser Know-how. Die großen IT-Firmen verfolgen
eine andere Strategie: Sie offerieren die Cloud als Plattform für Maschinen- und
Komponentenhersteller, auf der Daten gespeichert und ausgewertet werden können.
Siemens und SAP agieren beispielsweise gemeinsam als Plattformanbieter. Die Datenanalyse
wird ebenfalls bereits als Dienstleistung angeboten.
Entwickelt sich hier ein neues
Geschäftsmodell, und ist es für die
mittelständischen Unternehmen
der Fluidtechnik hilfreich?
D. Michalkowski: Die Aussage der Cloud-Anbieter, wir sammeln zunächst einmal die
Daten, und die Auswertung läuft dann über Apps, die ein Nutzer wie Schuler, Aventics
oder Argo-Hytos schreiben, ist für mich kein komplettes Geschäftsmodell. Damit würde
sich eine IT-Firma auf eine reine Broker-Funktion beschränken: Sie stellt einen Rechner
zur Verfügung auf den Kunden zugreifen können und nimmt als Entgelt die Daten. Aus

MENSCHEN UND MÄRKTE
Vielfach geht von erfolgreichen
Pilotprojekten eine beispielgebende
Wirkung aus, die zu
weiteren neuen Anwendungen
motiviert. Einige sehr interessante
Exponate gab es bereits auf der
Hannover Messe 2016 zu sehen.
Können Sie eventuell einige
weitere Leuchtturm-Projekte kurz
skizzieren?
meiner Sicht ist das zu kurz gesprungen. Die Strategie dahinter ist wohl eher, Big Data zu
machen, Anomalie-Analysen durchzuführen und die Modelle, deren fehlen vorhin
bemängelt wurde, auf datentechnischem Wege zu erzeugen.
Prof. S. Helduser: Die Ergebnisse der Datenanalyse könnte das IT-Unternehmen dann
mit dem vergleichen, was aufgrund des Domainwissens der Fachleute erarbeitet wird,
und so die eigenen mathematischen Analysemethoden immer weiter verfeinern.
D. Michalkowski: Ja, genau. Man erhält das Geschäftsmodell: Ich pflege alle Daten,
mache die Analyse, gebe dem Endkunden Daten für PdM und gebe dem Komponentenhersteller
Informationen, wie er seine Produkte verbessern kann – alles natürlich gegen
Honorar. Letztendlich hat die IT-Firma dann die Kernkompetenz und bestimmt den Markt.
Wenn die Fluidtechniker sich jetzt nicht einbringen, besteht die Gefahr, dass sie zum
reinen Komponentenlieferanten werden, der nur Hardware liefert und austauschbar wird.
A. Busch: Es ist unbestritten, wir müssen bei Big Data mitgestalten. Aber wir müssen
unseren Kunden erklären, was wir messen, wie wir messen und warum. Das muss für
ihn greifbar sein, damit er den Nutzen sieht. Diese Kompetenz müssen wir verstärkt
herausarbeiten.
Dr. M. Richter: Das ist genau unser Weg bei Schuler. Wir haben irgendwann begonnen
aus den Echtzeitsystemen Daten zu sammeln, ohne genau zu wissen, was wir damit
eigentlich machen wollen. In einigen Fällen konnten wir im Nachhinein über Analysen
und aufgrund unseres Fachwissens sagen, warum Schäden aufgetreten sind. Wir
konnten alte Maschinen mit neuen Maschinen vergleichen und unsere Kunden beraten.
Einige Kunden haben nach der dritten, vierten mobilen Messung entschieden, das
Diagnosesystem fest zu installieren. Es gilt also, den Kunden vom Nutzen zu überzeugen,
wobei die Kosten in Relation zum Investment überschaubar bleiben müssen.
Prof. S. Helduser: Zeigt sich an diesem Beispiel nicht auch die Stärke physikalisch
begründeter Modelle? Maschinenbauer und Kunde können das Geschehen nachvollziehen
und verstehen. Mit den rein mathematischen Vorhersagemodellen der IT-
Firmen dürfte das schwierig sein.
D. Michalkowski: Ja, aber da sehe ich nur einen zeitlichen Vorsprung. Die mathematischen
Vorhersagemodelle wachsen rapide, und was man mit Künstlicher Intelligenz
zukünftig machen kann, bleibt abzuwarten. Ich würde nicht sagen, die rein analytischen
Modelle haben auf Dauer keine Zukunft. Die Frage ist vielmehr, wie können wir als
Fluidtechniker uns dieses Wissen, das da entsteht, zunutze machen – darin liegt unsere
große Chance.
Jetzt ist der Zeitpunkt, wo wir uns als Deutscher Maschinenbau des Themas annehmen
müssen. Das zeigten auch meine Gespräche auf unserem Predictive-Maintenance-Stand
während der Hannover Messe 2016. Es waren sehr viele asiatische Kunden auf dem Stand,
die sich intensiv vorbereitet hatten und gezielte Fragen zu dem Thema gestellt haben. Man
hat nicht nur in Deutschland erkannt, dass in den Themen „Industrie 4.0“ und „Predictive
Maintenance“ ein gewaltiges technisches und kommerzielles Potenzial vorhanden ist.
Dr. J. Bredau: Vor etwa sechs Jahren hat die Firma Festo mit der Integration von
Diagnose für pneumatische Schweißzangen in der Automobilindustrie begonnen. In
einem Karosseriewerk sind teilweise 500 bis 1000 Zangen im Einsatz, und wir haben
mittlerweile mehrere Werke weltweit ausgerüstet. In einem dezentralen
Schweißzangen controller werden CM-Daten, wie Reibkräfte, Kraftaufbauzeit, Anzahl
Schweißpunkte, Luftverbrauch gesammelt und modellbasiert analysiert. Das System
leistet mehr als CM, aber ich würde es noch nicht als ein PdM-System bezeichnen. Jetzt
im nächsten Schritt fangen die Automobilhersteller an, die Daten in der firmeneigenen
Cloud zu sammeln. Wir arbeiten hier eng mit dem Automobilhersteller zusammen,
unter anderem geht es darum, welche Daten wo verdichtet werden, wie Daten transportiert
werden. Wir denken hier natürlich auch über die sich ergebenden Geschäftsmodelle
nach, zum Beispiel Unterstützung für die Instandhaltung oder ähnliches.
24 O+P Fluidtechnik 10/2016

110. O+P-GESPRÄCHE
Dieses CM und Diagnosesystem kann aus meiner Sicht eine Erfolgsstory werden, denn der
Kunde erwartet das System von uns im Lieferumfang der Schweißzange. Der Kunde sieht
seinen Nutzen, und wir gewinnen wertvolle Informationen für die Produktverbesserung.
R. C. Krähling: Aus Sicht von Argo-Hytos ist das Filtersystem hinsichtlich einer Zustandsdiagnose
eine der interessantesten Komponenten im Hydrauliksystem; denn irgendwann
fließt alles Öl durch das Filter. Früher verwendete man typischerweise einen einfachen
Differenzdruck-Schalter zur Filterüberwachung und wechselte das Filterelement, wenn
dieser ansprach. In vielen Applikationen ist es jedoch zweckmäßig, einen Sensor
einzusetzen, der die zunehmende Schmutzaufnahme des Filters anzeigt. Aus dem
Gradienten des Schmutzanstiegs lässt sich ableiten, wann das Filter gewechselt werden
muss. Die Einsätze in Hydraulikanlagen auf Schiffen oder in Windenergieanlagen sind
gute Beispiele für die Zweckmäßigkeit dieser Maßnahme, denn ein Filterwechsel ist
immer an Nebenbedingungen gebunden: Ist ein Eingriff in den Betrieb der Anlage zum
voraussichtlichen Zeitpunkt möglich? Ist ein Ersatzfilter vorhanden und ist Servicepersonal
verfügbar? Die richtige, informations-basierte Planung des Filterwechsels reduziert damit
die Instandhaltungskosten signifikant.
Dr. T. Torikka: In einer Minen-Applikation überwacht Bosch Rexroth im Kundenauftrag
mehrere langsam drehende Radialkolbenmotoren, die ein Förderband antreiben, das Erz
im 24-h-Betrieb aus der Mine transportiert. Das darf nicht ausfallen; Stillstand ist sehr
teuer. Wir überwachen online nicht nur die Motoren, sondern auch das Hydraulikaggregat.
Die Systemsteuerung übernimmt eine Bosch Rexroth Steuerung. Parallel dazu ist ein
eigener Rechner für die Datenerfassung vorhanden, der die Daten der Steuerung und
zusätzlicher Sensoren erfasst. Die Datenerfassung ist mit dem Internet verbunden und
schickt die Daten direkt an ein Serversystem bei Bosch. In diesem Big-Data-System
werden die Daten gespeichert und mit Machine-Learning-Algorithmen ausgewertet, und
sowohl wir als auch der Kunde kann sich die Daten und die Auswertergebnisse über ein
Webportal anschauen. Das nutzen unsere Service-Mitarbeiter, um die Anlage für den
Kunden zu überwachen. Wir haben das nicht als Softwarelösung verkauft, sondern als
Wartungsvertrag, den wir mit dem Kunden abgeschlossen haben. Es ist ein technisches
Werkzeug. Der Kunde bekommt regelmäßig einen Statusbericht zum Zustand seiner Anlage
und Empfehlungen für notwenige Wartungsmaßnahmen. Die Verfügbarkeit der Anlage
garantieren wir noch nicht, aber das ist ein Ziel und ein Kundenwunsch.
Der VDMA hat in diesem Jahr
bereits zwei Veranstaltungen
erfolgreich durchgeführt, um
Predictive Maintenance stärker in
den Markt zu bringen. Sind noch
weitere Aktivitäten geplant?
P.-M. Synek: Der VDMA hat mit Sonderveranstaltungen auf der Hannover Messe das
Thema Condition Monitoring mit einer großartigen Unterstützung der Mitgliedsfirmen in
den Jahren 2005, 2007 und 2009 sehr erfolgreich in Szene gesetzt. Wir haben jetzt im Umfeld
der Diskussionen über „Industrie 4.0“ das Thema „Predictive Maintenance“ aufgegriffen.
Aus unserer Sicht ist es ganz wichtig, dass wir uns jetzt mit dem vorgenannten Thema in die
I4.0-Philosophie einbringen. Am 23. Februar 2016 wurde der erste VDMA-Kongress
„Predictive Maintenance 4.0“ durchgeführt. Diese Veranstaltung stieß auf hohes Interesse in
der Industrie. Hochkarätige Referenten stellten Konzepte und Lösungen praxisnah vor. In
den Beiträgen und den Diskussionen spiegelte sich die große Bedeutung des Themas für

MENSCHEN UND MÄRKTE
Komponenten- und Maschinenhersteller sowie Betreiber wider. Die Sonderveranstaltung „Predictive
Maintenance 4.0“ auf der diesjährigen Hannover Messe, unterstützt von zehn Firmen, die mittels
entsprechender Exponante individuelle Lösungen demonstrierten, stieß auf hohes Interesse bei
den Besuchern. Auf der Hannover Messe 2017 wird es erneut eine Sonderausstellung über das
Thema „Predictive Maintenance“ geben – erste diesbezügliche Gespräch wurden bereits mit den
Firmen und der Deutsche Messe AG geführt. Selbstverständlich wird das Thema im MDA-Forum
den Schwerpunkt bilden. Es zeigt sich, dass wir als Fluid- und Antriebstechnik-Branche mit dem
Aufgreifen des Themas „Predictive Maintenance“ im Umfeld von I4.0 und dem Motto der Messe
„Integrated Industry – Discover Solutions“ einen wichtigen Beitrag geleistet haben.
Prof. S. Helduser: Die Themen Datensicherheit, Eigentumsrechte an Daten und Security (Schutz
der Maschine vor unbefugtem Zugriff über eine elektronische Schnittstelle) werden zunehmend
in den Fokus der Entwicklungen und Anwendungen von CM und Diagnosesystemen treten. Sie
müssen mitbetrachtet werden, insbesondere wenn man die Daten nicht nur lokal speichert und
auswertet, sondern über das Internet kommuniziert. Es könnte sonst plötzlich eine fremde
Instanthaltungsfirma mit „meinen Daten“ dem Kunden Wettbewerbsangebote machen.
Wie bewerten Sie diese
Thematik?
Dr. J. Bredau: Dies sind Themen, die auch im Rahmen von I4.0 zentrale Bedeutung haben.
Allerdings stehen Datendiebstahl und Security im Moment bei vielen noch nicht so im Mittelpunkt
der Arbeit – sind aber extrem wichtig. Das muss man unbedingt in Zukunft mitbetrachten,
wenn Big Data und Vernetzung eine noch größere Rolle spielen als heute, wenn Rechennetz und
Fabriknetz mehr und mehr zusammenwachsen.
Dr. T. Torikka: Bei jedem Cloud-System ist Datensicherheit ein wichtiges Thema. Man muss auf
dem aktuellen Stand bleiben und an jeder Stelle, wo Daten sind oder übertragen werden, dafür
sorgen, dass alles sicher ist. Außerdem sollte man über Strategien verfügen, die sicherstellen,
dass jemand, der sich ohne Genehmigung Zugang zu den Daten verschafft, nichts mit ihnen
anfangen kann.
F. Fritz: Da stimme ich zu. Die Sicherheitsproblematik ist extrem wichtig. Aber ich glaube, man
sollte sich durch die potentiellen Risiken jetzt nicht in seinem Tun ausbremsen lassen. Wir sind
hier noch im Anfangsstadium, es gibt zum Teil noch technische Hürden. Doch lassen Sie uns erst
einmal das Bewusstsein für die Chancen der neuen Technik schaffen.
P.-M. Synek: Eine Auswirkung der industriellen Umsetzung von Industrie 4.0 wird sein, dass
klassische Geschäftsmodelle infolge der Digitalisierung in der bekannten Form nicht mehr geben
wird. I4.0 hat zur Folge, dass sich die Zusammenarbeit zwischen Kunden und Hersteller noch
stärker intensivieren wird. Produktinformationen und Dienstleistungen bzw. Services, beispielsweise
Condition Monitoring, Teleservice aber auch Verfügbarkeit von Ersatzteilen, werden
digitalisiert, lassen somit eine direkte Kommunikation und einen Datenaustausch unter den
beteiligten Partnern zu, und führen zu neuen Geschäftsmodellen.

110. O+P-GESPRÄCHE
Meine Herren, unsere interessante, lebhafte Diskussion hat
gezeigt: Condition Monitoring und Predictive Maintenance
beginnen im Umfeld der Strategie „Industrie 4.0“ schnell an
Bedeutung und technischer Machbarkeit zu gewinnen. Wartung
und Instandhaltung werden sich in den nächsten Jahren verändern.
Die Fluidtechniker haben entdeckt, dass in den Systemen
auch ohne zusätzliche Sensoren umfangreiche Daten vorhanden
sind, deren Auswertung wertvolle Informationen über den
Zustand einer Maschine oder Anlagen liefert. Die lokale Elektronik
in den fluidtechnischen Geräten liefert die Basis für eine
kostengünstige Auswertung der Daten und eine Schnittstelle für
die Weiterleitung von vorverarbeiteten Daten und Informationen
an die Maschinensteuerung oder andere parallele Rechner;
denn eine komplette Maschinendiagnose in einem fluidtechnischen
Subsystem erscheint unrealistisch.
Ein großes Hindernis für prädiktive Instandhaltung in der
Fluidtechnik ist das Fehlen praxisgerechter Lebensdauer­
Vorhersagemodelle. Ob sich hier Modelle, die auf den physikalischen
Grundlagen beruhen, oder rein mathematische Vorhersagemodelle
aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz durchsetzen
werden, bleibt derzeit noch offen. Wahrscheinlich
erscheint eine Kombination aus beiden Methoden, da zahlreiche
Verschleißvorgänge bisher kaum hinreichend genau durch
physikbasierte Modelle mathematisch zu beschreiben sind. Mit
dem Erfolg intelligenter analytischer Datenauswertung könnte
auch der Erfolg von IT-Firmen verbunden sein, die datenbasierte
Services zur Analyse des Gesamtzustands einer Maschine oder
Anlage über cloudbasierte Plattformen anbieten. Die Fluidtechnikfirmen
werden diese Aktivitäten sorgfältig beobachten müssen
und nach Möglichkeit für sich nutzen.
Noch steckt auf dem Gebiet der datenbasierten Services vieles
in den Kinderschuhen, aber es lohnt, sich in Position zu bringen.
Im Namen der O+P-Redaktion danke ich Ihnen herzlich für die
Teilnahme an den 110. O+P-Gesprächen. ■
EIN GROSSES
HINDERNIS FÜR
PRÄDIKTIVE
INSTANDHALTUNG IN
DER FLUIDTECHNIK IST
DAS FEHLEN
PRAXISGERECHTER
LEBENSDAUER-
VORHERSAGEMODELLE
Prof. Dr.-Ing. Siegfried Helduser,
Technisch-Wissenschaftlicher Beirat von O+P Fluidtechnik
und Moderator der O+P-Gespräche
110. O+P-GESPRÄCHE: TEIL 1
Unter diesem Link können Sie den ersten
Teil unserer Diskussion zu Predictive
Maintenance in der Fluidtechnik lesen:
bit.ly/OUP0916p32
Prof. Dr.-Ing. Siegfried Helduser
O+P Fluidtechnik 10/2016 27

PREDICTIVE MAINTENANCE
SONDERAUSSTELLUNG
PREDICTIVE MAINTENANCE
WENN INDUSTRIE 4.0 BEFLÜGELT UND INSPIRIERT
Von Sensoren erfasste und von Software ausgewertete Daten über
Betriebszustände ermöglichen es dem Instandhalter nicht nur, den optimalen
Wartungszeitpunkt und drohende Stillstandszeiten zu erkennen, um so
Produktionsausfälle zu vermeiden. Dank der vorausschauenden Wartung mit
Hilfe intelligenter Datenanalyse lassen sich auch Prozesse optimieren und
beschleunigen. Die Sonderausstellung Predictive Maintenance auf der Hannover
Messe Industrie beleuchtete den Stand der Dinge.
Eine mutige, visionäre Premiere wagte der Fachverband
Fluidtechnik im VDMA auf der Hannover Messe Industrie:
Namhafte Firmen beleuchteten Predictive
Maintenance aus unterschiedlichsten Blickwinkeln.
Die Bandbreite der Exponate und Show Cases in der Halle 17
reichte von der zuverlässigen Überwachung fluidtechnischer
Anlagen, der Kontrolle von Vakuum-Komponenten bis zum
intelligenten Windgetriebe.
MENSCHEN UND MÄRKTE
ZUKUNFTSTECHNOLOGIE – NAH AM MARKT
„Bei Predictive Maintenance geht es darum, Intelligenz in die
Mechanik und in die fluidtechnischen Komponenten zu bekommen“,
erklärte Wilhelm Rehm, Mitglied des Vorstandes
der ZF Friedrichshafen AG und Vorsitzender des Fachverbandes
Antriebstechnik im VDMA auf der Hannover Messe.
„Die Sonderschau ist eine hervorragende Plattform, um Beispiele
für die Umsetzung von Predictive Maintenance zu sehen
und das Thema weiter in die Öffentlichkeit zu tragen.“
„Es war ein Kraftakt, den wir aber gemeinsam mit der
Deutsche Messe AG mit Bravour gestemmt haben“, ergänzte
Hartmut Rauen, stellvertretender VDMA-Hauptgeschäftsführer
und Geschäftsführer der Fachverbände Antriebstechnik
und Fluidtechnik. „Traditionell sind wir mit der Antriebstechnik
und Fluidtechnik nur alle zwei Jahre in Hannover auf
der Motion, Drive & Automation MDA, der internationalen
Leitmesse für Antriebs- und Fluidtechnik, vertreten.“ Doch
das MDA-Präsidium habe sich auf der letzten Sitzung im November
2015 klar dafür entschieden, auf der Hannover Messe
mit der Sonderschau Predictive Maintenance 4.0 etwas zu
zeigen, das „sehr nah am Markt und nah an der Umsetzung
von Industrie 4.0 ist“. Rauen: „Quasi um das Thema „vorzuglühen“
haben wir im Februar zusätzlich eine voll ausgebuchte
Konferenz „Predictive Maintenance 4.0“ veranstaltet.“
ZUM AUTOR
Dieser Artikel wurde von Nikolaus Fecht,
Fachjournalist aus Gelsenkirchen, im Auftrag
des VDMA verfasst.
28 O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE
HYDRAULIK – ALLES ANDERE ALS ALTBACKEN
Predictive Maintenance ist auch für Christian H. Kienzle, CEO ARGO-HYTOS Group
und des Vorstands des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA, ein wichtiger Baustein
von Industrie 4.0. Das Unternehmen aus Kraichtal-Menzingen entwickelt seit
2008 maßgeschneiderte Lösungen zur Zustandsüberwachung von fluidtechnischen
Systemen. Durch den Einsatz dieser Messsysteme sind Kunden in der Lage, Predictive
Maintenance-Konzepte umzusetzen und die Betriebskosten von Maschinen effektiv
zu senken. „Wir konzentrieren uns auf der Sonderausstellung auf das Condition
Monitoring des Hydrauliköls“, erklärte der CEO. „Es handelt sich um Partikelzähler,
die sich zum Beispiel in sehr teuren und wertvollen Geräten mit sehr viel
Ölvolumen im Tank einsetzen lassen.“ Außerdem demonstrierte ARGO-HYTOS anhand
von Ölzustandssensoren, wie sich der Zustand von Gesamthydrauliksystemen
ermitteln lässt. „Hydrauliköl in der Hydraulikanlage ist wie Blut im menschlichen
Körper: Die Analyse bringt wichtige Erkenntnisse über den Gesamtzustand“, so
Kienzle.
Für Kienzle war auf der Sonderausstellung auch wichtig, dass sich die Hydraulikbranche
als moderner Industriezweig darstellt, der nicht als „old economy“ angesehen
wird. Ein Gegenbeweis ist der neue ferro-magnetische Wear-Sensor, der eisenhaltige
Partikeln aus dem Öl aufspürt. Dank einer CAN-Bus-Schnittstelle kann der
Sensor Daten an ein übergeordnetes Informationsnetzwerk weiterleiten, das beispielsweise
den Anwender per Smartphone rechtzeitig vor einem kurz bevorstehenden
Getriebeausfall warnt. Dank derartiger vernetzter Technologie müssten Anwender
nicht mehr wie früher Bauteile sicherheitshalber gemäß eines bestehenden
Maintenance-Plans – oft viel zu früh – ausbauen und recyceln. Kienzle: „Wir können
dank der „sprechenden Produkte“ und Predictive Maintenance Wartung besser planen
und so die Verfügbarkeit von OEM-Komponenten erhöhen.
RESTLEBENSDAUER PRÄZISER
ABSCHÄTZEN
Für Windenergieanlagen gedacht ist auch die auf
der Ausstellung gezeigte hydraulische Rotorblattverstellung
der HYDAC International GmbH aus
Sulzbach/Saar: Sie besteht aus zwei hydraulischen
Zylindern (für die Rotorblattverstellung) mit integriertem
Wegmesssystem, aufgebautem Steuerblock
mit Regelventil und Kolbenspeicher (für Notfunktionen)
sowie elektronischer Regelung. „Wir sind
hier, weil hier Predictive Maintenance als Umsetzung
des Industrie 4.0-Gedankens praxisnah gezeigt
wird“, bemerkte HYDAC-Produktmanager
Christian Meindl. „Dazu stellen wir das Thema anhand
der mit einer Fluidzustandsüberwachung
ausgestatteten Einrichtung zur Rotorblattverstellung
plakativ dar.“ Der Einfluss von Industrie 4.0
zeige sich vor allem beim CM-Expert-System aus
dem Hause HYDAC, einem Zustandsüberwachungs-,
Messdatenarchivierungs- und Steuerungssystem
für industrielle Anwendungen.
Meindl: „Es bündelt die von Sensoren erfassten Anlagenzustands-,
Betriebs- und Prozessdaten und
korreliert diese zukünftig unter Zuhilfenahme neuartiger
Algorithmen, mit deren Hilfe sich die „Restlebensdauer“
von Anlagenkomponenten präziser
abschätzen lässt.“
Ein „remote-betriebenes“ CM-Expert eignet sich
beispielsweise ideal für Windkraftanlagen und Off-
Shore-Anwendungen, denn es informiert den Betreiber
per Funk- oder LAN-Verbindung permanent
über den aktuellen Zustand seiner Anlage und ermöglicht
das gezielte Ableiten von Wartungsmaßnahmen.
Meindl: „Hier kommt es darauf an, die
richtigen Daten im Vorfeld aufzubereiten und dem
Anwender handlungs- beziehungsweise maßnahmenorientiert
zur Verfügung zu stellen.“
DIE VORGESTELLTEN
PRODUKTE UND
KONZEPTE SIND SEHR
NAH AM MARKT UND
NAH AN DER
UMSETZUNG VON
INDUSTRIE 4.0
Hartmut Rauen,
stellv. VDMA-Hauptgeschäftsführer
O+P Fluidtechnik 10/2016 29

PREDICTIVE MAINTENANCE
WARTUNG PER APP
Eng umlagert war auf der Sonderausstellung stets der Stand der IBG
Robotronic GmbH aus Neuenrade, auf der Software-Entwickler Selim
Gökbas demonstrierte, wie sich ein Roboter per Tablet und Android-App
steuern und überwachen lässt. „Wir haben Predictive
Maintenance in eine 3D-Benutzerschnittstelle - eine sogenannte
HMI – integriert, mit der sich in Echtzeit alle Daten erfassen lassen“,
betonte Gökbas. „Die App bildet die Roboterbewegung und die
Sensorik der zu überwachenden Bauteile daher auch in Echtzeit
ab.“ Die App meldet dem Anwender beim Klicken den aktuellen
Status der Bauteile: So erfahre er bei einem gestörten Spannsystem,
wie viele Hübe es gemacht hat und wie es zur Funktionsstörung
kam. Die App informiert außerdem den Instandhalter der Anlage
per Email oder SMS, das der Spanner ausgefallen ist.
Doch wie reagiert das System auf Totalausfälle, die eine sofortige
Aktion erfordern? „In diesem Fall kann der Anwender Lagerbestände
abfragen, um nach einem Ersatzteil zu suchen“, erklärte Gökbas.
„Wir denken sogar an
eine Lösung, bei der
sich die Maschine
selbst ein Ersatzteil
bestellt. Doch da gilt
es noch rechtliche
Fragen zu klären: Wer
haftet beispielsweise
dafür, wenn eine Maschine
ein Bauteil bestellt,
das dann doch
nicht gebraucht
wird?“ Es lassen sich
aber auch Bedienungsanleitungen
im
System hinterlegen,
die dem Instandhalter
die Demontage des
defekten Bauteils anhand
einer 3D-Anleitung
erklären.
MODULARE SOFTWARE ZUR
VORAUSSCHAUENDEN WARTUNG
„Industry 4.0 ready“ ist auch die modulare Handhabungsplattform
der Festo AG & Co. KG aus Esslingen, die sich mit spezifischen
Front-Ends, Kameras, Sensoren und Schaltschrank erweitern lässt.
Zu den Einsatzgebieten zählen Anwendungen mit höchsten Anforderungen
an die Verfügbarkeit wie Schrauben, Testen oder Stapeln.
„Wir zeigen nach den pneumatischen Lösungen der letzten Jahre,
dass Festo auch das Geschäftsfeld elektrische Antriebe bedient“,
stellte der Leiter Systems Engineering Dr. Jan Bredau fest. „Wir demonstrieren
an einer typischen kleinen Handling-Anwendung für
Großserienproduktion, warum man Condition Monitoring zwingend
braucht, um die Verfügbarkeit der Anlage zu gewährleisten.“
Das Unternehmen setzt dabei auf vorgefertigte Software-Bausteine
zur vorbeugenden Wartung nach dem Einheitsblatt VDMA 24582:
Wenn der Kunde diese Bausteine für Diagnose und Condition-Monitoring
einsetzt, kann er damit durchgängig und feldbusneutral arbeiten.
Dr. Bredau: „Das fängt schon ganz einfach mit den einheitlichen
Statusmeldungen in den gleichen Farben an.“ Diesen Abschied
von proprietären Systemen hin zu offenen Standards sieht er
als einen wichtigen, neuen Trend bei Predictive Maintenance an.
CLOUD-BASIERTE WARNMELDUNGEN
MENSCHEN UND MÄRKTE
Auf den Kundennutzen 4.0 setzt ein direkter Nachbar der Hannover-
Messe: Die Aventics GmbH aus Laatzen präsentierte Pneumatik mit
„Industry 4.0 ready“. Den Praxisnutzen demonstrierte Ernst Georg
Tesch vom Aventics-Vertrieb Pneumatics Deutschland Region Nordost
aus Langenhagen
anhand von Anwendungsbeispielen.
So
führte der Vertriebsmanager
vor, wie sich
ein komplettes Pneumatiksystem
überwachen
lässt. Tesch:
„Der Anwender gibt
eine direkte Zykluszeit
vor, um diese zu
überwachen. Wenn
das Zeitverhalten der
Maschine von dieser
Zykluszeit zu sehr abweicht,
wird eine Meldung
generiert. Diese
Information kann
dann über eine interne
als auch externe
Cloud abgerufen werden.“ Anhand dieser Info kann der Maschinenbauer
ableiten, wann beispielweise eine Wartung geplant werden
sollte. Damit werden ungeplante Anlagenstillstände vermieden und
die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöht. Die Vorgehensweise demonstrierte
Tesch in Hannover an einem kolbenstangenlosen Pneumatikzylinder
mit einer bereits verschlissenen, hydraulischen Dämpfung.
„Das Wartungspersonal könnte per SMS oder Email über den zu
schnell arbeitenden Zylinder informiert und zum Austausch der
Dämpfung aufgefordert werden“, erläuterte Tesch. Tesch weiter: „Wir
haben es bei unserem System beispielsweise so eingestellt, dass die
Meldung erst dann ausgelöst wird, wenn der Wert der Geschwindigkeit
dauerhaft den definierten Bereich verlässt.“ Jeder Maschinenbauer
kann sich die Werte in seiner Cloud individuell einstellen.“ So können
frühzeitig optimierende Maßnahmen ergriffen werden.
Auch bei der Luftaufbereitung und speziell bei der Luftmengenmessung
können zusätzliche Informationen in Sachen Predictive Maintenance
erzeugt werden. Dabei arbeiten die Pneumatikexperten
eng mit der ifm electronic GmbH aus Essen zusammen. Ziel der gemeinsamen
Aktionen ist es, alle Daten vollständig, sicher und unabhängig
von der Maschinensteuerung online zu überwachen und zu
analysieren, um so den Kundennutzen zu steigern. Durch die direkte
Kommunikation der Sensor- und Pneumatik-Systeme können die
Zustandsdaten der Maschine, beispielsweise der aktuelle Energieverbrauch,
effektiver als bislang überwacht werden.
30 O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE
INTELLIGENTES WINDGETRIEBE DER
NÄCHSTEN GENERATION
Zu den Pionieren der vorbeugenden
Instandhaltung
zählen die Hersteller
von großen Getrieben,
die bereits im Jahr 2005
auf der ersten VDMA-Gemeinschaftsausstellung
zum Condition Monitoring
in Hannover von der
Versicherung Allianz zertifizierte
Online-Monitoring-Systeme
für Komponenten
in Windenergieanlagen
(WEA) präsentierten.
Im Zeichen von
Predictive Maintenance
stellte nun die ZF Friedrichshafen
AG auf der Sonderausstellung als Weiterentwicklung das intelligente Windgetriebe
vor, in dem laut Firmenaussage moderne Sensorik und Datenanalyse die Effizienz
und Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen erhöht.
„Das integrierte Drehmomentmesssystem und das aktive Torque-Kontrollsystem ermöglichen
dynamische Lastüberwachung und aktive Drehmomentregelung“, berichtete
Dipl.-Ing. Marton Kurucz aus der Vorentwicklung der ZF Friedrichshafen AG. „Ein Telemetriesystem
wie Openmatics kann die Daten in unsere Cloud weiterleiten. Anschließend
werden die Daten entweder von unseren Experten oder durch entsprechende Algorithmen
analysiert und ausgewertet.“
Anhand dieser Bewertung erfährt der Anwender, ob die Windenergieanlage optimal
läuft, eine Anpassung der Parameter ansteht oder Wartung nötig ist. Hinzu kommt eine
spezielle Form der Schwingungsüberwachung, die das Kontrollieren des Zustandes
der einzelnen mechanischen Elemente des Windgetriebes erlaubt. Dank der intelligenten
Lastüberwachung lassen sich gleichzeitig Leistung und Getriebelebensdauer
erhöhen. „Wir messen das Drehmoment sehr hoch aufgelöst“, ergänzte Dr.-Ing.
Andreas Vath, Projektleiter Simulation Windenergie bei der ZF Industrieantriebe Witten
GmbH aus Lohr am Main „Wir können nun die Dynamik des Windes erfassen, um
dann die Anlage mit Hilfe des Generators innerhalb kurzer Zeit so zu steuern, dass die
Belastung sinkt.“
HYDRAULIKÖL IN DER
HYDRAULIKANLAGE IST
WIE BLUT IM MENSCH-
LICHEN KÖRPER:
DIE ANALYSE BRINGT
WICHTIGE ERKENNTNISSE
ÜBER DEN GESAMT-
ZUSTAND
Christian H. Kienzle, CEO ARGO-HYTOS Group
DATA-MINING-SYSTEME
SCHNELLER AUFBAUEN
Mathematisch analytische Arbeitsweise ist auch
eine Spezialität der Warwick Analytical Software
Ltd aus London, einem Spin-off der Universität
Warwick. „Wir haben Algorithmen für die automatische
Datenanalyse und Vorhersage entwickelt,
die bereits in führenden Branchen wie
Luftfahrt- und Automobilindustrie zum Einsatz
kommt“, berichtete Geschäftsführer Dan
Somers. „Der größte Vorteil besteht in der automatischen
Bewertung sehr heterogener Informationen
im Big Data-Format.“ Mit den Algorithmen
entsteht innerhalb kurzer Zeit maßgeschneiderte
Analysesoftware für Predictive
Maintenance. Somers: „Wir schafften den Aufbau
eines komplexen Data-Mining-Systems innerhalb
von zwei Wochen, sonst dauert es in der
Regel sechs Monate.“ Warwick Analytics verwendete
dabei ihre Automated Information Retrieval
(AIR) Software, um sowohl den Freitext
als auch strukturierten Text aus verschiedenen
Quellen (etwa aus dem ERP-System) in strukturierte
Daten für Analysezwecke zu wandeln. Für
Experten: AIR verändert die Regeln und verwendet
einen Top-Down-Ansatz ohne Annahmen.
AUSFÄLLE MONATE IM
VORAUS PROGNOSTIZIEREN
Direkt neben der Sonderausstellung führten
weitere Firmen und ein Fraunhofer-Institut
ebenfalls Predictive Maintenance-Lösungen
vor: „Scalable Condition Monitoring“ - Maschinenüberwachung,
die sich auf Kundenbedürfnisse
anpassen lässt - ist eine Spezialität der
deutsch-dänischen Brüel & Kjær Vibro GmbH
mit Sitz in Darmstadt und Kopenhagen. Sie hat
ein Verfahren entwickelt, mit dem sich ein bestehendes
Maschinenschutzsystem schnell und
einfach mit Condition Monitoring aufrüsten
lässt. Mit dieser Technik lässt sich das Verhalten
von allen rotierenden mechanischen Systemen
erfassen. „Doch das für uns wichtigste Thema ist
Industrie 4.0“, sagte Produktmanager Sven Kiekbusch.
„Unsere Condition Monitoring-Systeme
schicken die Daten an eine Cloud, von wo sie
per Fernzugriff von unseren Ingenieuren oder
vom Kunden ausgewertet werden.“
Sehr intelligente Messwerterfassung und Onboard-Diagnose
ermöglicht ein Messsystem mit
16 Kanälen. Mit diesem werden beispielsweise
schon über 8000 Windturbinen und Antriebsstränge
remote überwacht. Der Betreiber hat dabei
Zugriff auf Aufzeichnungen und Analysen
aus der gesamten Laufzeit der Maschine. Dank
dieser Datenhistorie konnte die Vorhersagequalität
deutlich verbessert werden. „Wir können
nun den Ausfall eines Getriebes bis zu neun Monate
vorher prognostizieren – also lange, bevor
überhaupt ein erster Fehler auftritt“, so Kiekbusch.
„Das Messsystem sowie die Messverfahren
(Deskriptoren) werden durch permanente
Messungen und Analysen im laufenden Betrieb
verbessert.“
O+P Fluidtechnik 10/2016 31

PREDICTIVE MAINTENANCE
MENSCHEN UND MÄRKTE
OPTIMIERTE FEHLERSUCHE
VIA SMARTPHONE
NFC-Technologie verwendet die J. Schmalz GmbH aus
Glatten, die beim Datentausch unterschiedlicher Systeme
außerdem auf den IO-Link setzt. Es handelt sich
laut IO-Link-Konsortium aus Karlsruhe um den ersten,
weltweit standardisierten Kommunikationsstandard
(IEC 61131-9), mit dem Sensoren und Aktoren kommunizieren
können. Der Hersteller von Vakuumtechnik-
Produkten standardisiert mit IO-LINK die Kommunikation
der Steuerung mit sogenannten „Smart Field Devices“,
also mit intelligenten Vakuum-Komponenten.
„Mit Hilfe von IO-LINK kann der Kunde Daten aus dem
Prozess in der Steuerung sichtbar machen, auswerten
und auslesen“, sagte Walter Dunkmann, Leiter Geschäftsentwicklung,
Vakuum-Komponenten. „Über
den neuen NFC-Kanal kann der Anwender nun auch
Daten auf dem Smartphone lesen.“ Es lassen sich Daten
und Kennwerte unterschiedlichster Art übertragen –
von Prozessdaten, Geräteinformationen bis hin zu Bedienungsanleitungen.
Diese Technik erleichtert Mitarbeitern
auch die Inbetriebnahme von Komponenten.
Predictive Maintenance hat aber auch die Leckagewerte
im Visier. „Anhand dieser Parameter wird ermittelt,
wie sich das Vakuum über einen bestimmten Zeitraum
entwickelt“, konstatierte Dunkmann. Industrie 4.0
sieht er dabei als treibenden Faktor an, „weil Daten
sichtbar werden und sich beispielsweise in einer firmeneigenen
Cloud speichern lassen“. Als optimal empfindet
er, dass der Anwender nun auf die „werthaltigen Informationen
zugreifen kann, um frühzeitig in den Prozessen
einzugreifen“, wenn sich eine Verschlechterung
abzeichne. Diese Weiterentwicklung sei eine erhebliche
Erleichterung für den Service. Wenn bisher etwas
ausfiel, dauerte nicht nur die Suche der ausgefallenen
Komponente lange. „Der Servicetechniker weiß nicht,
wie das Produkt heißt, von wem es stammt und welcher
Fehler vorliegt“, sagte Walter Dunkmann. „Dann musste
er die Komponente ausbauen und im Lager nach einem
Ersatzteil suchen.“ Bei Predictive Maintenance
liest er dagegen per Smartphone den Smartcode des
Gerätes. Der Instandhalter weiß sofort, ob es sich reparieren
lässt oder durch ein Ersatzteil ausgetauscht werden
muss. In diesem Fall wird ihm auch der Lagerort
genannt. Den Einbau des Ersatzgerätes erleichtert eine
Bedienungsanleitung, die der Techniker auch aus der
Cloud abruft.
DATA MINING ERMÖGLICHT
WARTUNGSEMPFEHLUNG
Den Stellenwert von Predictive Maintenance bei der Bosch Rexroth AG aus Lohr
am Main beweist ein Blick auf die Visitenkarte von Janette Kothe, die im Technical
Sales Support Industry 4.0 arbeitet. In Hannover stellte sie das Dienstleistungspaket
ODiN (Online Diagnostics Network) vor, das auf der Erfassung und
Auswertung großer Datenmengen vernetzter Maschinen & Anlagen basiert. Das
Leistungsangebot von Bosch Rexroth lässt sich dabei in drei aufeinander aufbauenden
Ausbaustufen fassen: Gut skalierbare Lösungen zur Überwachung
der Betriebszustände hydraulischer Systeme ermöglichen die schnelle Realisierung
von Quick-Wins, erhalten durch ihre Flexibilität die Zukunftssicherheit und
stellen den Anwender in den Mittelpunkt: „Wir können dank Internet-Technologie
wesentlich komfortablere Lösungen für den Endkunden realisieren“, konstatierte
die Expertin. „Neben der Datenerfassung mit dedizierten und virtuellen
Sensoren entstehen in der zweiten Stufe mit dem Kunden auf seinen jeweiligen
Anwendungsfall zugeschnittene Lösungen, die sich später ausbauen lassen. In
der dritten Stufe nehmen wir das System nicht nur in Betrieb, sondern wir übernehmen
auch die Haltung und Analyse der Daten.“ Diese dritte Ausbaustufe
nennt sich „Predictive Maintenance
as a Service“, die auf
der Basis von ODiN arbeitet
und auf einer Cloud abläuft.
Die gesammelten Daten werden
dann mittels Data Mining
Algorithmen kontinuierlich
ausgewertet, um einen Machining
Health Index zu berechnen.
Fällt dieser Indikator
ab, wird der Kunde umgehend
informiert. „Die passende
Wartungsempfehlung
bekommt er gleich mitgeliefert“,
so Kothe.
VERKNÜPFUNG VON FABRIK- UND ERP-EBENE
Eine Ausnahmeposition unter Anbietern von Predictive Maintenance-Systemen
nimmt die SCS Smart Connected Solutions GmbH aus Karlsruhe ein, denn
sie vereint die technische Fabrikebene mit der kaufmännischen ERP-Welt. „Die
früher üblichen fünf Ebenen der Automatisierung verschwinden zunehmend“,
beobachtete der Geschäftsführer Robert Monsberger. „Übrig bleibt eine Shop-
Floor- und eine Office-Floor-Ebene. Wir decken als einziger Anbieter beide
Ebenen ab.“ Für den Shop-Floor entstand beispielsweise ein cloud-basiertes
Modul „Intelligenter Service“, das auf allen Kommunikationsplattformen vom
PC bis zum Smartphone läuft. Es dient etwa als cleverer Assistent für den Instandhalter,
das ihn in allen Phasen seiner Arbeit unterstützt und sich automatisch
mit der SCS Cloud synchronisiert – lückenlos vom ersten Serviceeinsatz
bis hin zu den automatisierten Dokumentations- und Abrechnungsprozessen.
SOFTWARE LERNT AUS TEXTAUSSAGEN
Die Arbeitsweise eines sogenannten State-Loggers führte das Fraunhofer-Institut
für Fabrikbetrieb und - automatisierung IFF aus Magdeburg unter anderem
vor. „Dieses System wertet Sensordaten mit Hilfe von Fuzzy-Logik aus“, sagte
der wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Thomas Dinkel. „Die Fuzzy-Logik hilft, einer
Software das Wissen eines Experten beizubringen.“ Dazu wird Wissen in
Form von charakteristischen Textaussagen über ein System erfasst. Etwa in diesem
Stil: Wenn die Maschine dauerhaft bei einer Temperatur von X Grad Celsius
und einer Eigenfrequenz von Y Hertz betrieben wird, hält das Lager A nur
noch Z Betriebsstunden. Anhand dieser Regeln lässt sich ein Vorhersage-Programm
entwickeln, das dann beispielsweise sinngemäß warnt: „Achtung! Lager
A fällt spätestens in acht Tagen aus und muss ausgewechselt werden.“ Dr. Dinkel:
„Der Anwender kommt also dem Idealzustand sehr nahe, Bauteile möglichst
lange ohne Produktstillstand einzusetzen.“
32 O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE
DIE WERKZEUGMASCHINE 4.0
Schon seit über 15 Jahren entwickelt die Schaeffler Technologies AG
& Co. KG aus Schweinfurt Instandhaltungskonzepte weiter auf dem
Weg zur Predictive Maintenance. Der Bereich Industrial Services
bietet innovative Lösungen, Produkte und Dienstleistungen rund
um Wälz- und Gleitlager an. „Hierbei konzentrieren wir uns auf das
Thema zustandsbezogene Instandhaltung mit verschiedenen Sensoren
und Aktoren“, sagte Dr.-Ing. Thomas Schumacher, Leiter Service
Engineering bei Schaeffler. „Durch Industrie 4.0 erhält der Anwender
einen anderen Blickwinkel auf den Umgang mit den Daten:
Erkennen wir heute mit hoher Genauigkeit Maschinenzustände mit
wenigen Parametern, können wir morgen – Stichwort Cloud – diese
Informationen mit einer Vielzahl von anderen Daten korrelieren,
um zum Beispiel den Produktionsprozess zu optimieren“ Auf der
Sonderschau präsentierte das Unternehmen Lösungen für die
„Werkzeugmaschine 4.0“. In einem Fräs-Dreh-Universal-Bearbeitungszentrum
sind in nahezu allen für den Bearbeitungsprozess relevanten
Lagerstellen zusätzliche Sensoren zur Messung von
Schwingungen, Kräften, Temperaturen und Drücken integriert, um
Echtzeit-Informationen über den Maschinenzustand zu erhalten.
Damit die Daten allen zugänglich sind, ist ein maschineninternes
Netzwerk eingerichtet, an das alle zusätzlichen Sensoren, Aktoren
aber auch die Auswerteeinheiten angebunden sind. Diese Daten
werden an der Maschine und zusätzlich in der Cloud vorgehalten.
„Wir zeigen mit dem Exponat die Produkte, die Schaeffler für
die Werkzeugmaschine anbietet“, meinte Dr. Schumacher. „Sie
sind mit entsprechender Sensorik zur zustandsbezogenen Instandhaltung,
Sicherung der Qualität und zur Optimierung der
Maschine ausgestattet.“ Dazu zählt beispielsweise ein System,
das die Schmierung von Linearführungen überwacht und
mangelnde Versorgung automatisch abstellt. Die „Werkzeugmaschine
4.0“ hat das Unternehmen zusammen mit der DMG
Mori Aktiengesellschaft aus Bielefeld, einem der größten
Werkzeugmaschinenhersteller Deutschlands, entwickelt. Ein
Pendant dieser Maschine befindet sich in einem Schaeffler-
Werk und lässt sich auch aus der Ferne überwachen. „Wir haben
in Herzogenrath bei Aachen ein Online-Monitoring-Center,
das weltweit den Zustand von Maschinen und Anlagen
überwachen kann“, berichtete der Leiter Service Engineering.
„Wir können also Kunden weltweit Datenanalysen über Fernzugriff
und darüber hinaus Handlungsempfehlungen für die
Instandhaltung anbieten.“
ULTRASCHALLMESSUNG
FÜR KLEINERE MASCHINEN
Ultraschallwellen nicht nur hör-, sondern auch sichtbar macht die
SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH. Das Unternehmen aus
Halle (Saale) entwickelt kundenspezifische Ultraschallwandler und
-sensoren sowie Prüfgeräte und Messtechnik für unterschiedlichste
Branchen. „Unsere Ultraschallprüfgeräte erkennen sehr schnell Leckagen
und kritische Zustände“, erläuterte der SONOTEC-Geschäftsführer
Hans-Joachim Münch. „Weil wir höhere Frequenzen als die
normale Schwingungsanalyse verwenden, lassen sich in einigen Anwendungsfällen
Fehler bei kleinen Maschinen und Anlagen früher
erkennen.“ Bewährt habe sich die Technik bereits bei Anwendern von
Geräten wie Kompressoren, die mit Druckluft arbeiten. Für die Instandhaltung
4.0 gedacht sind die neuen digitalen Ultraschallprüfgeräte,
mit denen der Anwender auch die Größe einer Druckluftleckage
ermitteln kann. Münch: „Der Anwender kann entscheiden, wie gefährlich
und teuer das Leck ist.“ Weil die neuen Geräte auch Frequenzspektren
in Echtzeit darstellen, erkennt der erfahrene Instandhalter
sehr frühzeitig, wenn ein Lager bereits „etwas kratzt“ und sich
daher ein Verschleiß ankündigt.
WECKRUF FÜR PREDICTIVE
MAINTENANCE 4.0
Unterm Strich: Die Sonderausstellung und die in direkter Nachbarschaft
ausstellenden Firmen, die das Thema Predictive Maintenance
ebenfalls aufgriffen, erwiesen sich als echter Publikumsmagnet und
übertrafen bei weitem die Erwartungen. „Das Ergebnis verdanken
wir auch den seit 2005 von uns veranstalteten, ebenfalls erfolgreichen
Sonderschauen zum Condition Monitoring“, freut sich rückblickend
Peter-Michael Synek, VDMA-Projektleiter Predictive Maintenance
und stellvertretender Geschäftsführer des Fachverbandes Fluidtechnik
im VDMA. „Wir werden das Thema auf der Leitmesse MDA 2017
daher auf jeden Fall wieder aufgreifen. Die teilnehmenden Firmen
haben schon heute ihr Interesse an einer erneuten Teilnahme an der
Sonderschau angemeldet. Ich gehe davon aus, dass wir nach dem
diesjährigen „Weckruf“ in Sachen Predictive Maintenance 4.0 sehr
viele weitere namhafte Unternehmen für die zweite Ausgabe der
Sonderschau begeistern werden. Mit Blick auf die Bedeutung und als
"Einstimmung" auf das Thema wird es Anfang Februar 2017 den
zweiten VDMA Kongress "Predictive Maintenance 4.0" geben."
NACH DEM
DIESJÄHRIGEN
WECKRUF HOFFE
ICH AUF VIELE
WEITERE NAMHAFTE
UNTERNEHMEN FÜR
DIE ZWEITE AUSGABE
DER SONDERSCHAU
AUF DER HANNOVER
MESSE 2017.
Peter-Michael Synek, stellvertretender Geschäftsführer
des Fachverbandes Fluidtechnik
im VDMA
O+P Fluidtechnik 10/2016 33

PREDICTIVE MAINTENANCE
MIT DEM „FINGERABDRUCK“
DIE LIFE CYCLE COSTS MINIMIEREN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Das Fluid kann in einem Hydrauliksystem als
Fingerabdruck bezeichnet werden, verrät der
Zustand der Flüssigkeit doch viel über die
Maschine oder Anlage. Systeme, die die
Betriebsflüssigkeit kontinuierlich überwachen,
können dabei helfen, die Verfügbarkeit zu
steigern und die Gesamtkosten über die
Lebensdauer der Maschine zu reduzieren.
Wer den Schaden hat, hätte rechtzeitig etwas dagegen
tun können – besser lässt sich der Hauptnutzen von
Predictive Maintenance nicht beschreiben. Ein
solches „zustandsorientiertes“ Konzept schafft die
Voraussetzungen dafür, dass nachteilige Veränderungen in Hydraulikund
Schmiersystemen frühzeitig erkannt und zeitnah
Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Das Prinzip von
Predictive Maintenance basiert auf drei Säulen:
n Den Zustand eines „gesunden“ Systems permanent zu überwachen,
um Verschleiß oder Abweichungen vom Normalzustand
frühzeitig zu erkennen - Fluid Condition Monitoring
n Ist eine Abweichung erkannt, gilt es im einfachsten Fall nur eine
Alarmierung, besser aber die Restlaufzeit einer Komponente oder
eines Subsystems zu bestimmen und auszugeben – im Sinne von
Industrie 4.0
n Basierend auf diesem „Zustand“ der Anlage kann nun sicher ein
kostspieliger Stillstand vermieden und eine kostengünstige
Wartung geplant werden.
In nahezu allen fluidischen Systemen gibt es zahlreiche Möglichkeiten,
den Fluidzustand konsequent zu überwachen und dadurch
unnötige Kosten zu sparen.
DER FINGERABDRUCK DES SYSTEMS
In Hydraulik- und Schmiersystemen tragen Reibung, Verschleiß,
Leckagen und Übertemperaturen zum Eindringen von Verschmut-
34 O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE
zung in die Betriebsflüssigkeit bei. Dies können beispielsweise
partikuläre Feststoffverschmutzung und Wasser sein. Diese
Verschmutzungen, verursachen in der Folge Fehler in Komponenten,
Subsystemen und letztendlich in der gesamten Anlage. Darüber
hinaus bewirkt auch der normale Alterungsprozess des Fluids
Leistungsverluste, die häufig zu Anlagenstillstandszeiten führen.
Um diese aufwendigen und kostspieligen Konsequenzen zu verhindern,
ist die Überwachung des Zustands der Betriebsflüssigkeit von
großer Bedeutung. Der Zustand der Betriebsflüssigkeit ist mit einem
„Fingerabdruck“ des gesamten Systemzustands vergleichbar.
Systeme zum permanenten Überwachen von Fluiden (Online
Fluid Condition Monitoring) werden in diesem Zusammenhang zu
einem entscheidenden Systembaustein. Sie unterstützen sowohl
Maschinenbetreiber als auch Hersteller in ihren Anstrengungen,
die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen, möglichst nur geplante
Wartungen durchzuführen und somit die Gesamtkosten der
Maschinen während ihrer Lebensdauer zu reduzieren. Für zahlreiche
Produktionsbetriebe entscheiden inzwischen die Life Cycle
Costs (LCC), die Kosten über die gesamte Lebensdauer der
Maschine, über Neu- oder Nichtanschaffung. Dadurch können
letztlich die tatsächlichen Gesamtstückkosten reduziert werden,
um im globalen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben. Um den
heutigen Kundenanforderungen wie höherer Produktivität und
Leistung gerecht zu werden, setzt die Industrie verstärkt auf
Elektrohydraulik, höhere Systemdrücke und engere Spaltmaße.
Diesem Trend geschuldet: die Maschinen werden immer
empfindlicher gegen Ölverschmutzung. Werden die Reinheitsniveaus
nicht kontrolliert und Verbesserungsmaßnahmen rechtzeitig
getroffen, kann Verschleiß die Systemleistung schleichend vermindern.
Dies kann durch den Einsatz von effizienten Fluid Condition
Monitoring (FCM) Sensoren und Subsystemen verhindert werden.
Diese erkennen die Abweichungen frühzeitig und ermöglichen
dem Benutzer, vorausschauend Gegenmaßnahmen zu treffen.
WAS KANN EIN FCM-SYSTEM LEISTEN?
Die heutigen Marktanforderungen können sowohl für stationäre als
auch für mobile Maschinen verallgemeinert werden. Die zwei
grundlegenden Forderungen sind die unmittelbare Alarmierung
bei schwerwiegenden Fehlern sowie die Reduzierung der Produkt-
Stückkosten (wobei „Produkt“ ein maschinell hergestelltes Teil
oder eine geförderte Tonnage pro Stunde sein kann).
Um die oben genannten Forderungen zu erfüllen, reichen
„reaktive“ (Betrieb bis zum Ausfall) oder „präventive“ (vorbeugende)
Konzepte nicht aus. Nur ein „vorausschauendes” Konzept
ermöglicht, die volle Lebensdauer aller kritischen Maschinenteile
auszunutzen, indem es bereits zum frühstmöglichen, optimalen
Zeitpunkt eine beginnenden (Fluid-)Abweichung vom Normalzustand
erkennt. Dies ist die Basis für eine wesentliche Betriebskostenreduzierung
durch die Minimierung teurer und ungeplanter
Wartungs- und Stillstandskosten. Sobald eine beginnende
Abweichung festgestellt wird, ist es möglich, die Restlebensdauer
des entsprechenden Parameters oder der Komponente abzuschätzen
und zur Weiterproduktion kontrolliert zu nutzen. Parallel
können Ersatzteile beschafft und eine Wartung mit minimalen
Kosten geplant werden. Durch die Reduzierung der Gesamtbetriebskosten
lohnt sich für den Betreiber auch das anfängliche
Invest in die Mehrkosten eines FCM-Systems.
Ein weiterer Kostenvorteil des Fluid Condition Monitoring ergibt
sich bereits bei der Konstruktion aus der besser angepassten
Dimensionierungsmöglichkeit der Komponenten:
n Komponenten müssen nicht mehr überdimensioniert und damit
teurer werden.
n Die Gefahr, dass Komponenten am Limit betrieben werden,
entfällt.
n Das System hat demzufolge einen höheren Wirkungsgrad.
Der größte Vorteil von permanent installierten Fluid-Zustandssensoren
und Subsystemen ist allerdings die Möglichkeit der Fluidzustandserfassung
auf kontinuierlicher Basis nahezu in Echtzeit.
Die wichtigsten zu überwachenden Systemeigenschaften und die
geeigneten Sensoren (als Ergänzung zu den konventionellen
Sensoren für Druck, Temperatur, Durchfluss, etc.) sind hier in
absteigender Priorität aufgelistet.
Eigenschaft
Verschleiß
Fluid-Quer-Verunreinigung durch
falsche Fluidzugabe oder Leckage
Wassereintritt durch
Kondensation oder Leckage
Fluidalterungszustand aufgrund
von Hydrolyse oder
Oxidation
Sensor
1. Feststoff-Partikelsensor
2. Differenzdrucksensor
für Filter
3. Sensor für freies oder
gelöstes Wasser
4. Ölalterungssensor
5. Differenzdrucksensor
für Filter
Für die Implementierung in ein vorausschauendes Wartungskonzept
müssen die elektrischen Sensorausgänge folgende Bedingungen
erfüllen. Die Ausgangssignale müssen es dem System oder
dem Betreiber grundsätzlich ermöglichen, die Restlebensdauer
einer Komponente oder eines Prozesses abzuschätzen, um eine
geplante Wartung durchzuführen. Zudem sind reine Schalt ausgänge
bei langsamen Prozessen in der Regel ausreichend. Analoge
oder digitale Busausgänge sollten bevorzugt bei hochtransienten
Prozessen eingesetzt werden. Unter diesen Voraussetzungen kann
Predicitve Maintenance auf Basis des Fluids Kosten minimieren
und den Nutzen maximieren.
www.hydac.com
Investition
in Fluid
Condition
Monitoring
Kosten
Produktionsausfall
100%
80%
60%
Gesamtkosten
40%
20%
0%
■ Reaktive Wartung
■ Vorbeugende Wartung
■ Zustandsorientierte Wartung
Typische Wartungskostenverteilung der drei Systeme
Kosten
geplanter
Service
Kosten
ungeplanter
Service
O+P Fluidtechnik 10/2016 35

HIGHLIGHTS
VON BALLUFF ZUR K 2016
IN DÜSSELDORF
SENSORLÖSUNGEN
UND SYSTEME
SPECIAL / K
IO-LINK – ENABLER
FÜR INDUSTRIE 4.0
36 O+P Fluidtechnik 10/2016

SENSORLÖSUNGEN UND SYSTEME
Vom 19. bis 26. Oktober präsentiert Balluff auf der Messe K 2016 in Düsseldorf in
Halle 10, Stand H59, unter anderem Sensorlösungen und Systeme. Zu sehen sind
auch Sensoren für die Druckmessung und die Füllstandserfassung von Pulvern
und Granulaten sowie effiziente Lösungen zur berührungslosen Wegmessung
und Positionserfassung. Diese werden beispielsweise beim Spritzgießen oder
Blasformen benötigt.
www.balluff.com
MIT MOLD-ID SPRITZGIESS-
WERKZEUGEFFIZIENT NUTZEN
IO-LINK – ENABLER FÜR INDUSTRIE 4.0
Wer sich für das Thema Industrie 4.0 interessiert, ist bei Balluff ebenfalls an der
richtigen Adresse. Er kann sich auf der Messe umfassend über den Kommunikationsstandard
IO-Link informieren. Gezeigt wird beispielsweise, wie der Einsatz von
IO-Link die Installation einer Anlage vereinfacht, Kosten spart und intelligente
Diagnose- und Parametrierungskonzepte schnell und kostengünstig Realität
werden können. IO-Link gilt als Enabler-Technologie für Industrie 4.0.
bit.ly/2bdSlt2
MIT MOLD-ID SPRITZGIESSWERKZEUGE EFFIZIENT NUTZEN
Ein Praxisbeispiel, wie auf einfache Weise Industrie 4.0 Einzug in die Produktion
nehmen kann, ist Mold-ID von Balluff. Mittels Industrial RFID macht es den
Einsatz von Spritzgießwerkzeugen rückverfolgbar, gewährleistet deren optimale
Aus lastung und unterstützt die vorausschauende Instandhaltung (Predictive
Maintenance). Der besondere Clou: Durch LAN, W-LAN oder Powerline können
alle Mold-ID-Systeme per Webservices mit der Leitebene, einem ERP- bzw.
MES-System verbunden werden. Dadurch besteht von überall Zugriff auf die
Daten und Prozesse.
bit.ly/2aFRx0r
BEDIENERFREUNDLICHE
SMARTCAMERA
LÖSUNGEN FÜR DIE
POSITIONSERFASSUNG
BEDIENERFREUNDLICHE SMARTCAMERA
Die einfach zu bedienende SmartCamera ist die ideale Lösung, wenn vielfältige,
anspruchsvolle Aufgaben in der industriellen Automatisierung, beispielsweise bei
der Qualitätssicherung und Teileprüfung, mit zielgerichteten Werkzeugen schnell
und flexibel zu lösen sind. Die Anbindung des umfassend mit Kommunikationsschnittstellen
ausgestatteten Systems erfolgt über standardisierte M12-Steckverbinder.
Der Zugriff erfolgt ortsunabhängig über gängige Webbrowser, die Bildverarbeitungssoftware
läuft eigenständig in der Kamera und basiert auf der HALCON-
Funktionsbibliothek. Dies garantiert allgemein anerkannte Funktionsroutinen. Die
Ergebnisdaten lassen sich flexibel für die jeweilige Systemumgebung aufbereiten.
Komplette Prüfberichte mit Bildern können auf einem FTP-Server abgelegt werden.
bit.ly/2bv1n67
LÖSUNGEN FÜR DIE POSITIONSERFASSUNG
Vorgestellt werden auch berührungslos und damit verschleißfrei arbeitende
Positioniersysteme für die präzise Überwachung von linearen Maschinenbewegungen,
etwa an Spritzgießmaschinen. Sie sind äußert robust und leicht in jede
Anwendung zu integrieren. Typische Merkmale der offenen VARAN-Schnittstelle
sind eine schnelle Datenübertragung in Echtzeit mit Zykluszeiten unter 100 µs,
eine automatische Adressierung, ein Hot-Plug-in, eine hohe Ausfallsicherheit,
geringe Implementierungskosten, eine einfache Wartung und ein schneller Service
mit entsprechenden Service- und Diagnosetools.
bit.ly/2aU40yp
O+P Fluidtechnik 10/2016 37

SIMULATION
SICHERHEIT BEIM
SPRITZGIESSEN
SPECIAL / K
Dr. Jörg Sager
Wenn beim Spritzgießen heiße Druckluft
außerplanmäßig austritt, besteht das Risiko
eines Schadens an der Maschine oder sogar
ihrem Bediener. TÜV SÜD Industrie Service
simulierte für einen Anlagenbetreiber die dabei
auftretenden Lasten, um eine Schutzvorrichtung
und deren Verankerungselemente zu
dimensionieren.
Druckluft ist branchenübergreifend für Produktionsprozesse
attraktiv: Der Energieträger ist breit einsetzbar und
vereint Geschwindigkeit, Kraft, Präzision und einfaches
Handling – auch bei der Herstellung von Kunststoffteilen.
Unter Druck stehende Fluide besitzen einen hohen Energiegehalt.
Sicherheitsrisiken entstehen, wenn während der Produktionsprozesse
zusätzlich hohe Temperaturen herrschen. Konstrukteure
und Anlagenplaner stehen vor der Herausforderung, mögliche
Risiken für Mensch und Umwelt richtig einzuschätzen und bei der
Planung zu berücksichtigen – und dies nicht nur für den regulären
Betrieb. Denn die Anlage kann vom geregelten Soll-Zustand abweichen
und in einen kritischen Betriebszustand übergehen. Tritt ein
solcher Fall ein, müssen Sicherheitsvorkehrungen greifen, damit
komprimierte, heiße Fluide nicht zur Gefahr werden.
Autor: Dr. Jörg Sager, Abteilung Strukturzuverlässigkeit / Energiesysteme, TÜV
SÜD Industrie Service GmbH, Dresden
Fluiddynamische Berechnungen und Simulationen sind die
Grundlage für die Ermittlung des tatsächlichen Verhaltens und des
Gefahrenpotenzials der Fluide während eines Störfallszenarios.
Maßgebend dabei sind die physikalischen Eigenschaften der Fluide
und die Betriebsparameter Druck, Temperatur und Volumen, die
während der Produktionsprozesse herrschen. Anhand der Gasgesetze,
der chemischen Gesetzmäßigkeiten und der Erhaltungssätze
für Masse und Energie können die kritischen Zustände der
Systeme numerisch simuliert und analysiert werden. Die Ergebnisse
der Berechnungen bilden die Grundlage, um Schutzmaßnahmen
festzulegen, die sicherstellen, dass auch im Störfall keine
Gefahr von der Anlage und den Fluiden ausgeht.
SICHERHEITSKONZEPT FÜR DIE ANLAGE
Die Notwendigkeit für fluiddynamische Analysen wird deutlich am
Beispiel einer Fertigungsanlage, die Komponenten für die Auto­
POINTIERT
SICHERHEITSRISIKO: AUSTRITT
VON HEISSER DRUCKLUFT
ERMITTLUNG DES GEFAHRENPOTENZIALS
MITTEL FLUIDDYNAMISCHER SIMULATION
KONSTRUKTION EINER SCHÜRZE AUF
GRUNDLAGE DIESER BERECHNUNGEN
MEHR SICHERHEIT FÜR ANLAGE
UND BEDIENER IST DIE FOLGE
38 O+P Fluidtechnik 10/2016

SIMULATION
mobilindustrie aus Kunststoff herstellt: Im Herstellungsprozess wird
flüssiger Kunststoff mit Hilfe von Druckluft in ein Presswerkzeug gefüllt.
Bevor es sich wieder öffnet, wird die Druckluft über eine Entlastungsleitung
kontrolliert abgelassen. Falls dies aber nicht geschieht,
könnte die Druckluft explosionsartig entweichen und Personen in
der Umgebung gefährden. Die Produktionsverantwortlichen sollten
daher ein Sicherheitskonzept entwickeln, um Personenschäden,
aber auch Schäden an der Anlage selbst zu vermeiden.
Eine Schutzvorrichtung, eine sogenannte Schürze, sollte an dem
Werkzeug angebracht werden, die den Luftstrom nach unten
ablenkt und damit mögliche Gefahren abwendet. Doch welche
Materialien sind am besten geeignet, um den Zweck zu erfüllen?
Wie muss die Blende dimensioniert sein? Und welche Kräfte wirken
auf die Befestigungspunkte?
STRAHLKRÄFTE BERECHNEN
Im Auftrag des Anlagenbetreibers beantworteten die Sachverständigen
von TÜV SÜD Industrie Service diese Fragen. Mit fluiddynamischen
Berechnungen ermittelten sie, welche Strahlkräfte auf die
Schürze und ihre Befestigungspunkte im Störfall einwirken, und
bewerten das ausgewählte Material sowie die Dimensionierung der
Schürze und der Verankerung. Dabei waren zwei Parameter maßgebend.
Die Strömungsgeschwindigkeit, mit der die Luft aus dem
Werkzeug entweicht, und der damit im Zusammenhang stehende
Luftmassestrom, also die Menge der austretenden Luft pro Zeiteinheit.
Direkt nach dem Öffnen des Werkzeugs ist die Druckdifferenz
zwischen dem Inneren des Werkzeugs und der Umgebung und somit
die die Strömungsgeschwindigkeit am größten. Die maximale Austrittsgeschwindigkeit
wird jedoch durch die Schallgeschwindigkeit,
die eine Funktion des Drucks und der Dichte des eingeschlossenen
Gases ist, begrenzt. Sie beträgt im vorliegenden Fall 340 m/s. Gleichzeitig
ist der durch den Spalt austretende Luftmassestrom unmittelbar
nach dem Öffnen aufgrund der schmalen Spaltbreite gering.
O+P Fluidtechnik 10/2016 39
Dietzel.indd 1 13.09.2016 14:43:06

SIMULATION
01 Entwicklung der Strahlkräfte ...
02 ... und des Ruhedrucks sowie der Strömungsgeschwindigkeit
im Zeitverlauf
Die Austrittsgeschwindigkeit bleibt die Schallgeschwindigkeit,
bis das kritische Druckverhältnis unterschritten wird.
Danach nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab, während
der austretende Luftmassestrom mit größer werdender
Austrittsöffnung noch weiter zunehmen kann, sodass die
Maxima von Strömungsgeschwindigkeit und Luftmassestrom
zeitversetzt eintreten. Während sich die Prozessabläufe qualitativ
einfach beschreiben lassen, können quantitative und
somit sicherheitsrelevante Bewertungen nur über fluiddynamische
Simulationen erbracht werden. Die Ergebnisse
der Simulation dieser gegenläufigen Prozesse zeigten, dass
die gesamte Luft in weniger als einer Sekunde aus dem Werkzeug
entweicht und mit entsprechender Krafteinwirkung auf
die Schürze trifft.
MEHR SICHERHEIT – AUCH IM STÖRFALL
Die fluiddynamischen Simulationen lieferten die notwendigen
Daten, um über die Impulsänderung die Strahlkräfte auf die Schutzkonstruktion
zu ermitteln. So konnten die Experten die Schürze und
die Verankerungselemente anforderungsgerecht dimensionieren.
Unabhängige Dritte unterstützen Anlagenplaner und -betreiber auf
diese Weise, angemessene Schutzmaßnahmen zu entwickeln und zu
implementieren. Das bedeutet mehr Sicherheit – auch im Störfall.
Foto: Aufmacher (links) Roger Tully/Getty Images, Aufmacher (rehts) TÜV SÜD
Industrie Service GmbH
www.tuev-sued.de/is
IMPRESSUM
SPECIAL / K
FLUIDTECHNIK
erscheint 2016 im 60. Jahrgang, ISSN 0341-2660
Redaktion
Chefredakteur: Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister
Tel.: 06131/992-352, E-Mail: m.pfister@vfmz.de
(verantwortlich für den redaktionellen Inhalt)
Redaktion:
Peter Becker B. A., Tel.: 06131/992-210,
E-Mail: p.becker@vfmz.de
Svenja Stenner, Tel.: 06131/992-302,
E-Mail: s.stenner@vfmz.de
Redaktionsassistenz: Melanie Lerch,
Tel.: 06131/992-261, E-Mail: m.lerch@vfmz.de,
Angelina Haas, Gisela Kettenbach, Ulla Winter
(Redaktionsadresse siehe Verlag)
Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hubertus Murrenhoff,
Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen
der RWTH Aachen, Steinbachstr. 53, 52074 Aachen,
Tel.: 0241/8027511, Fax: 0241/80-22194,
E-Mail: mh@ifas.rwth-aachen.de,
Internet: www.ifas.rwth-aachen.de
Organ: Organ des Forschungsfonds des Fachverbandes
Fluidtechnik im VDMA
Gestaltung
Mario Wüst, Doris Buchenau, Anette Fröder,
Sonja Schirmer
Chef vom Dienst
Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer
Anzeigen
Andreas Zepig, Tel. 06131/992-206,
E-Mail: a.zepig@vfmz.de
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weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor
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40 O+P Fluidtechnik 10/2016

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O+P Fluidtechnik 9/2016 41

RUBRIZIERUNGSEBENE
STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
"DAS GANZE IST
MEHR ALS
DIE SUMME
SEINER TEILE"
01 Rückschlagventile
der
Baureihe
RKVE...-VD
ermöglichen
bei gleicher
Druckdifferenz
einen um
50 Prozent
höheren
Durchfluss
gegenüber
der bisherigen
Baureihe
SPECIAL / K
Mit globalisiertem Wettbewerb und hohem
Kostendruck steigen auch die Erwartungen an
Komponenten. Dabei rückt deren Auswirkung
auf Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und
Energieeffizienz der Gesamtmaschine in den
Vordergrund. Es lohnt sich somit der Blick auf die
Total Cost of Ownership bei kleinen
Systemelementen wie einem Rückschlagventil:
Denn dieses muss permanent und zuverlässig
funktionieren, kompakt und leistungsstark sein.
POINTIERT
BEI GLEICHER DRUCKDIFFERENZ EINEN UM
50 PROZENT HÖHEREN DURCHFLUSS
ERWEITERUNG DER EINSATZMÖGLICHKEITEN
AUF TEMPERATUREN VON -30 BIS +120 °C
KLASSISCHE EINSATZGEBIETE: ERNTE-, BAU-
UND KUNSTSTOFF-SPRITZGIESSMASCHINEN
Rückschlagventile erlauben die Durchströmung in nur eine
Richtung und verhindern den Rückfluss in die Gegenrichtung.
Was sich so leicht nach „Einbahnstraßen-Prinzip“ anhört, ist
tatsächlich eine ausgefeilte Technologie, die im Laufe der Zeit
immer wieder verfeinert wurde. Bei der Entwicklung der neuen
Baureihe von Rückschlagventilen aus dem Hause Bucher Hydraulics
waren die Ziele eindeutig: Steigerung der Performance ohne Änderung
der Druckdifferenz und Kostenoptimierung.
Langjähriges, unternehmenseigenes Anwendungs-Know-how war
ausschlaggebend für die Neukonstruktion eines einschraub baren
Rückschlagventils auf Basis der bisherigen Typenreihe RKVE. Die technischen
Möglichkeiten hin zu besserem Nutzen, mehr Leistung und
höherer Verfügbarkeit der Gesamtmaschine wurden im Hinblick auf das
Rückschlagventil ausgelotet. Ein weiterer Aspekt galt der Energieeffizienz,
die in Zusammenhang mit dem Begriff „ECOdraulics“ in der
Firmenphilosophie des Hydraulik spezialisten verankert ist.
Meist integriert in hydraulische Steuerblöcke werden Rückschlagventile
sowohl in stationären als auch mobilen Applikationen
eingesetzt. Vom Bagger bis zur Spritzgießmaschine – sämtliche
Anwendungsanforderungen sind mittlerweile geprägt von Superlativen
wie kleiner, sparsamer, leistungsstärker. Aus diesem Grund
ist es für Systemintegratoren sowie Endanwender ein Vorteil, wenn
sie kleinere Ventile mit höherer Performance einbauen können. Die
neuen Rückschlagventile verfügen über mehr Durchfluss-Volumen
bei gleichen Abmessungen.
KLEINE ÄNDERUNGEN – GROSSE WIRKUNG
Die Entwickler bei Bucher Hydraulics stellten die bisherige Baureihen-Konstruktion
auf den Prüfstand und hinterfragten deren
42 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
Querschnitte, den Hub sowie die Bauweise der Ventilkugel. Bei
solchen Kugelrückschlagventilen wird die Ventilkugel mithilfe einer
Feder auf den Ventilsitz gedrückt und somit ein Durchfluss des Mediums
verhindert. Um eine größere Abströmfläche und damit einen
höheren Durchfluss erzielen zu können, verkleinerten die Entwickler
zunächst den Durchmesser der Ventilkugel. Gleichzeitig wurde der
Hub vergrößert, was für optimale Delta-P-Werte am Ventil sorgt. Das
Ergebnis dieses konstruktiven Rundumschlags: Die neue Generation
hydraulischer Rückschlagventile ermöglicht bei gleicher Druckdifferenz
einen bis zu 50 Prozent höheren Durchfluss verglichen mit
der bisherigen Baureihe. Die größere Durchflussmenge spart Energie
und lässt in vielen Fällen den Einsatz kleinerer Ventil-Nenngrößen
zu, was sich positiv auf Kosten und Einbauraum auswirkt.
Spezifische sicherheitstechnische Aspekte standen bei einer
weiteren Detailneuerung im Mittelpunkt. Obwohl ein Federbruch
in Anwendungen nur unter extremen Belastungen vorkommen
kann, wird das daraus resultierende Risiko nun deutlich minimiert:
In allen neuen Rückschlagventilen mit federbelasteter Ventilkugel
sind diese Federn nun gekammert, so dass sie selbst bei einem
Federbruch innerhalb des Ventils verbleiben.
GRÖSSERER EINSATZBEREICH,
GERINGERER FERTIGUNGSAUFWAND
Bei der Anhebung des Standards bezogen die Entwickler auch die
Dichtungstechnik mit ein. Bei den kleineren Rückschlagventilen
von NG04 bis NG16 werden die Ventile eingeschraubt und über
eine Schneidkante metallisch abgedichtet. Während zuvor
angewandte Weichdichtungen noch auf Temperatur und Art des
Mediums abgestimmt werden mussten und teils Sonderlösungen
erforderten, entfallen die Weichdichtungen bei den unteren Nenngrößen
komplett. Damit erhöht sich das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten,
so dass Anwender die Standardausführung der
neuen Rückschlagventile bei Temperaturen von -30 bis +120 °C
installieren können. Die vorgegebene metallische Dichtung
minimiert gleichzeitig das Ausfallrisiko des Ventils, da eine fehlerhafte
Auswahl des Dichtmaterials ausgeschlossen ist.
Basierend auf den positiven Erfahrungen mit Rückschlagventilen
NG04 bis NG16 (12 bis 120 l/min) komplettierte Bucher Hydraulics
nun die Baureihe um Ventile der Nenngrößen NG25 bis NG40 mit
einem Durchfluss von 210 bis 540 l/min. Die neue Generation hat
Gewinde von G1/8“ bis G3/4“ und ist in der Bohrungsform 118°
einsetzbar; bei den Gewinden G1“ bis G 1 ½“ sind die Ventile in der
Bohrungsform 180 ° einsetzbar. Somit können dementsprechende
bisherige Baureihen vollständig ausgetauscht werden. Durch die
Nutzung derselben Einbau-Bohrungsform für Ventile, die in Einschraubrichtung
öffnen (Ventilserie RKVG) bzw. umgedreht in Einschraubrichtung
schließen, benötigen Anwender nur ein Werkzeug.
OPTIMALE PRÜFUNG, VERFÜGBARKEIT ERHÖHEN
Robustheit, Betriebssicherheit und Schmutzunempfindlichkeit sind
bei Rückschlagventilen bedeutende Kriterien. Zwar hat die kleine
Komponente nur einen geringen Anteil an einem Steuerblock, wird
aber permanent hoch beansprucht. Deshalb hängt die Verfügbarkeit
der Maschinen und Fahrzeuge unmittelbar mit der Ausfallsicherheit
des eingesetzten Rückschlagventils zusammen. Hierbei gewährleistet
ein hoher Qualitätsstandard lange Lebensdauer und minimiert
kostspielige und zeitaufwändige Reparaturen. Hochwertige Rückschlagventile
zahlen sich in Bezug auf Total Cost of Ownership somit
für Blockhersteller und Endanwender gleichermaßen aus.
Bucher Hydraulics setzt während der Entwicklungsphase jede
Baureihe auf den Prüfstand und testet auf maximale Druckbelastung,
das heißt die Ventile werden einem Dauertest mit
1,5- fachem Durchfluss bei einem Druck von 350 bar unterzogen.
Sie müssen 2 Millionen Zyklen mit Speichereinsatz standhalten,
bevor sie freigegeben werden. Diese Prüfstandtests führen wiederum
zu weiteren Erkenntnissen hinsichtlich Materialien oder
Materialkombinationen. Darüber hinaus gilt die 100-Prozent-
Kontrolle auf Dichtigkeit.
Bucher Hydraulics auf der K: Halle 11 / C49
www.bucherhydraulics.com
02 Merkmale des Rückschlagventils sind: eine geführte
Ventilkugel mit innenliegender Feder, ein reibschlüssiger
Verbund von Gehäuse und Sitz sowie die Vergrößerung des
Hubs zur Optimierung der Delta-P-Werte
O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 7-8/2016 43

MARKTPLATZ
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einem hitzebeständigen, weichmacherfreien TPE-Kunststoff, hält
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TECHNISCH-WISSENSCHAFTLICHER BEIRAT
Dr.-Ing. C. Boes, Böblingen
Dipl.-Ing. M. Dieter, Sulzbach/Saar
Prof. Dr.-Ing. A. Feuser, Lohr a. M.
Dr.-Ing. M. Fischer, Kraichtal
Dr.-Ing. G. R. Geerling, Elchingen
Prof. Dr.-Ing. M. Geimer, Karlsruhe
Prof. Dr.-Ing. habil. W. Haas, Stuttgart
Dr.-Ing. W. Hahmann, Kempen
Prof. Dr.-Ing. S. Helduser, Krefeld
Frau Prof. Dr.-Ing. M. Ivantysynova,
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. Jacobs, Aachen
Dipl.-Ing. M. Knobloch, München
Dr. L. Lindemann, Mannheim
INSERENTENVERZEICHNIS HEFT 10/2016
bolz, Rellingen83
Bucher, Frutigen (CH)65
Dietzel, Beerwalde39
EKOMAT, Karben49
KASTAS EUROPE, Quickborn13
KELLER, Winterthur (CH) 4.US
MAXIMATOR, Nordhausen7
MEORGA, Nalbach51
MICRO-EPSILON, Ortenburg3
PH Industrie-Hydraulik, Sprockhövel41
Prof. Dr.-Ing. P. U. Post, Esslingen
Dr.-Ing. K. Roosen, Kaarst
Dr.-Ing. P. Saffe, Hannover
Dr.-Ing. MBA IMD A. W. Schultz,
Memmingen
Dipl.-Ing. E. Skirde, Neumünster
Prof. Dr.-Ing. C. Stammen, Krefeld
Dipl.-Ing. P.-M. Synek, Frankfurt
Prof. Dr.-Ing. J. Weber, Dresden
Der Vorsitzende und stellvertretende
Vorsitzende des Forschungsfonds
Fluidtechnik im VDMA:
Prof. Dr.-Ing. P. U. Post, Esslingen
Dr.-Ing. R. Rahmfeld, Neumünster
Pöppelmann, Lohne45
RKP-Servicezentrum, Uslar49
Sensor-Technik Wiedemann,
Kaufbeuren15
SF Filter, Villingen-Schwenningen61
SUN Hydraulik, Erkelenz5
TOX, Weingarten9
TRACTO-TECHNIK, Lennestadt49
Beilagenhinweis:
MEORGA, Nalbach (Teilbeilage)
MASTERBATCHES IN ALLEN FACETTEN
Kunststoffadditive für viele Anwendungen bietet Polytechs an,
z. B. Antiblock-, Infrarot-, Prozessunterstützungs- und Beschlagschutz-Masterbatches
sowie aufblasende, anorganische, antistatische,
viskositätsändernde, gleitende und klebende Masterbatches.
Das Top-Produkt ist PW60, ein Klebeadditiv-Masterbatch
aus PIB mit hohem Molekulargewicht auf einem LLDPE-Träger. Es
wird als Klebrigmacher bei der Herstellung von Folien aus LLDPE
oder LDPE verwendet. In der Linie Clean X bietet der Hersteller
nun auch Reinigungs-Compounds für Spritzgussanlagen an.
Außerdem entwickelt er gerade eine Linie auf Basis von Silikon
und Additiven nachwachsenden Ursprungs.
K 2016, Halle 5, Stand D04-01
www.polytechs.fr
MASCHINEN-SOFTWARE DEUTLICH
SCHNELLER ENTWICKELN
Wie die
Entwicklung
von Spritzgieß-,
Extruder- oder
Blasformanwendungen
vereinfacht
werden kann,
zeigt B&R auf
der K 2016.
Zudem lässt
sich die
Entwicklungszeit mit modularen Softwarebausteinen um durchschnittlich
67 % reduzieren.
Für wiederkehrende Aufgaben bietet B&R modulare Softwarebausteine,
die mit wenigen Mausklicks parametriert sind. Diese mapp-
Funktionen erleichtern die Programmierung jeglicher Maschinensoftware.
„Mit speziellen mapp-Komponenten für Kunststoffmaschinen
wird das Einsparpotential im Software- Engineering
nun noch größer“, sagt Patrick Bruder, Branchen spezialist für die
Kunststoffindustrie bei B&R. Industrie 4.0 verlangt nach einer
Vernetzung von Maschinen und Anlagenteilen, die sich nur mit
einer durchgängigen Kommunikation umsetzen lässt. Mit den
neuen auf OPC UA basierten EUROMAP-Empfehlungen wird diese
Forderung nach standardisierten Schnittstellen erfüllt. Hierfür
stellt B&R neue mapp-Komponenten auf der K 2016 vor.
K 2016, Halle 12, Stand B16
www.br-automation.com
44 O+P Fluidtechnik 10/2016

MARKTPLATZ
3D-GEDRUCKTE SPRITZGUSSWERKZEUGE IN DER FERTIGUNG
www.igus.de
Als Spritzgussteil gespritzt oder in der additiven Fertigung gedruckt – igus
bietet Anwendern Möglichkeiten, sein Kunststoff-Gleitlager in Wunschform
zu erhalten. Dabei hat jede Fertigungsmethode ihre eigenen
Vorteile. Nun hat igus zwei Verfahren miteinander kombiniert, um
sowohl Freiheit in der Materialauswahl zu gewähren, als auch Sonderformen
in größerer Stückzahl zu ermöglichen. Aufgrund des 3D-Drucks
können individuelle Spritzgussformen aus Hochleistungskunststoffen in
kurzer Zeit realisiert werden. Mit dem SLS-Verfahren kann das entsprechende
Werkzeug produziert und direkt in der Spritzgussmaschine
eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass es sich bei den gespritzten
Teilen um einfache Geometrien handelt. Dem Anwender steht bei den
Spritzgussteilen eine Auswahl an tribologisch-optimierten und online
berechenbaren Werkstoffen aus dem iglidur-Programm zur Verfügung.
K 2016, Halle 5, Stand B36 sowie Halle 13, Stand D44
SENSOREN FÜR DIE
KUNSTSTOFFINDUSTRIE
Gefran produziert Automations-,
Antriebs- und Sensoriklösungen
für die Kunststoffund
Kautschukindustrie. Ein
völlig neuartiges System aus
kompakten Sensoren, Magnetadaptern
und einem
Anzeigegerät gestattet die
direkte Messung und Anzeige
von Düsendruck (IN Sensor)
und Düsenanlagekraft (DAK
Sensor) in Kunststoffspritzgießmaschinen
– ganz ohne
komplizierte Umrechnung.
Zusätzlich wird ein Sensor
gezeigt mit dem gleichzeitig
sowohl die Messung der
Schließkraft und des Werkzeuginnendrucks
sowie die
Formschutzüberwachung über
die Holme realisiert werden
kann. Der Hersteller setzt bei
allen Produkten umweltverträgliche
Materialien ein. So
gibt es die Massedrucksensoren
mit verschiedenen RoHSkonformen
Füllmedien oder die
Serie Impact völlig ohne
Füllmedium. Die Sensoren sind
nach PL ‚c‘ und SIL2 zertifiziert
und entsprechen damit den
Kriterien der Maschinenrichtlinie
und von Produktnormen
wie z.B. der Extrudernorm EN
1114-1. Kombiniert mit den
neuen Reglern des Herstellers
können sämtliche Maschinendaten
über Ethernetports
aufgezeichnet und über das
Internet allgemein zugänglich
gemacht werden.
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O+P Fluidtechnik 10/2016 45

WETTLAUF GEGEN ERDBEBEN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Innerhalb eines Jahres wurde in Messina ein
hochmodernes Erdbebenforschungs zentrum aus
dem Boden gestampft. Ingenieure von Bosch
Rexroth koordinierten das Projekt und legten das
Gesamtsystem aus. Zudem lieferte das
Unternehmen alle Komponenten für die
Erdbebensimulatoren.
Weltweit machen sich Forscher Gedanken, wie wir uns
vor Erdbeben schützen können. Ein vielversprechender
Ansatz sind seismische Isolatoren. Sie federn das
Fundament bei Beben ab – wie ein Stoßdämpfer fürs
Haus. Bruno Fazzari, Prüftechnikexperte bei Bosch Rexroth in
Italien, erklärt hierzu: „Das Problem war, dass man die Isolatoren
bisher verlässlich nur verkehrt herum testen konnte. Sie wurden am
Fundament angebracht und hydraulische Kolben bewegten das
Testhaus.“ In Wirklichkeit bewegt sich aber die Erde und nicht das
Haus. Darum entstand an der Universität Messina auf Sizilien die
Idee, einen Erdbebensimulator zu bauen, mit dem sich die Isolatoren
endlich wie bei einem tatsächlichen Beben testen lassen.
Bosch Rexroth gewann die Ausschreibung als technischer
Ausstatter für die drei Test- und Forschungssysteme, und das italienische
Projektteam unter der Leitung von Andrea Palopoli begann
unverzüglich mit der Umsetzung, denn der Zeitplan war sehr eng.
„Im Juni 2014 unterschrieb Bosch Rexroth in Italien den Vertrag.
Der sah vor, das Labor bis Juli 2015 fertigzustellen und dann im
September die Forscher zu schulen. Uns war klar, dass ein Jahr
intensiver Arbeit vor uns lag“, so Jack Bergmans, der als Projektcoach
bei Bosch Rexroth in den Niederlanden arbeitet und das
italienische Projektteam unterstützte.
EIN FELS AUF GRÜNEM FELD
Neben der technischen Projektierung übernahm das Unternehmen
sowohl die Verantwortung für das Gesamtsystem als auch die
Gesamtkoordination der Bauarbeiten. „Als wir am Baugelände
ankamen, fanden wir ein grünes Feld vor, und da, wo das Labor
stehen sollte, lag ein riesiger Fels, der zuerst abgetragen werden
musste“, erzählt Bruno Fazzari. Noch in derselben Woche im Juni
46 O+P Fluidtechnik 10/2016

ANTRIEBE
01
03
02
04
01 Installation des Rütteltischs
02 Präzision war beim Einsetzen des Rütteltischs durch das Dach gefragt
03 Überprüfung des Hydraulikaggregats von Rexroth vor der Lieferung
04 Nur ein Jahr dauerte es, bis das Forschungszentrum fertig war
TESTSTATION FÜR
SEISMISCHE ISOLATOREN
Die Isolatoren liegen auf dem sogenannten Rütteltisch und
werden mit einem variablen Druck von bis zu 2000 Tonnen
an den oberen Stressbalken gepresst. Der Druck simuliert
das Gewicht des Gebäudes. Vier hydraulische Zylinder mit
zwei Millionen Newton maximaler Kolbendruckkraft
bewegen den Tisch in X- und Y-Richtung. Insgesamt bietet
das System Freiheitsgrade in sechs Bewegungsrichtungen.
begannen die Experten von Bosch Rexroth, zusammen mit den Forschern
der Universität Messina unter anderem die mathematischen
Modelle für die Simulationen zu entwickeln und daraus die Software
zu schreiben. Im August beauftragte Fazzaris Team italienische Zulieferer
mit der Fertigung einzelner Komponenten. „Beim Rütteltisch
mit seiner 3,70 auf 4,80 Meter großen Gitterfläche kam es auf präzise
Schweißarbeiten an, Schweißungen an insgesamt rund 40 Tonnen
Blech nahmen wir zum Schluss einzeln ab. Beim Stressbalken
wiederum war es wichtig, einen Partner zu finden, der die schieren
Dimensionen beherrscht. Denn das Bauteil besteht aus 37 Tonnen
Stahl, ist 8,70 Meter lang, 2,10 Meter breit und 1,60 Meter hoch.“ Die
Hydraulikkomponenten wurden im selben Monat bei den Kollegen
in Deutschland bestellt. Zum Einsatz kamen Hydraulikaggregate,
Ventile und Motorpumpengruppen. Jack Bergmans fasst zu sammen:
„Wir haben alles gleichzeitig gemacht.“ Bis Dezember hatte die Baufirma
dann das Fundament gelegt und Außen- sowie Innenmauern
hochgezogen.
KURZ VOR WEIHNACHTEN NOCH DURCHS DACH
Als es auf Weihnachten zuging, begann die Baufirma, das Dach zu
schließen. „Das hatte laut Vertrag noch 2014 zu geschehen. Zuvor
mussten aber noch Rütteltisch und Stressbalken an Ort und Stelle
gebracht werden. Das war nur über das offene Dach möglich.“
Bosch Rexroth organisierte die beiden Schwertransporte von Norditalien
nach Messina und einen riesigen Lastenkran aus Palermo.
„Dem Schwertransporter mit dem Tisch ist auf der Fahrt zweimal
O+P Fluidtechnik 10/2016 47

ANTRIEBE
ein Reifen geplatzt. Die Anspannung hielt bis zum Schluss“,
berichtet Bruno Fazzari. In der Nacht vom 23. auf den 24. Dezember
hievte dann der Kran im Scheinwerferlicht Tisch und Stressbalken
ins Gebäude und das Dach konnte nach Weihnachten geschlossen
werden. Bergmans ergänzt: „Kurz darauf wurde Sizilien zum ersten
Mal seit Jahrzehnten komplett eingeschneit. Glücklicherweise war
das Dach dann schon zu.“ Während der Bau weiterging, installierten
die Mitarbeiter von Bosch Rexroth im Januar Tisch und Balken.
Im Februar und März verlegten sie die Elektrik für die Hydraulik
und montierten Kühler und Motorpumpen. Im Sommer wurde der
Bau komplett fertiggestellt und im September nahm das Forschungslabor
den Betrieb auf. „Wir hatten uns ganz auf unser Ziel
fokussiert“, blickt Bruno Fazzari zurück. „Das weckte immer wieder
neu unsere Leidenschaft für das Projekt. So konnten wir den engen
Zeitplan meistern.“
DIE HYDRAULIK IM DETAIL
Das Hydraulikaggregat ist auf die kurzzeitige Erzeugung eines
hohen Förderstroms ausgelegt. In der Leistungsspitze benötigt
das System einen Volumenstrom von 20 000 l/min bei einem
Druck von 22 bis zu 31,5 MPa. Da diese Leistung nur für wenige
Zehntelsekunden abgerufen wird, hat Rexroth das Aggregat mit
hydrau lischen Speichern mit einem kombinierten Fassungsvermögen
von 1600 Litern Hydraulikmedium und 4480 Litern
inertem Gas ausgerüstet. Die installierte elektrische Leistung
des Aggregats beträgt 615 kW.
Das Antriebssystem besteht aus vier vertikal wirkenden Zy lindern
für die Z-Achse und vier horizontal wirkenden Zylindern für die
X- und Y-Achse. Die vertikalen Zylinder sind sowohl mit einem
hochauflösenden digitalen Wegsensor als auch einer Lastmessdose
ausgestattet. Der maximale Hub beträgt 400 mm bei einer Höchstgeschwindigkeit
von 55 mm/s. Die Zylinder sind auf geringste
Reibung ausgelegt und verhindern den Stick-slip-Effekt. Sie werden
von je zwei hochdynamischen, elektronisch geregelten 3-Wege-
Servoventilen angesteuert. Ein Ventil mit großem Durchfluss übernimmt
die Vorwärtsbewegung, eines mit kleinem Durchfluss den
Rückzug. Die Ventile werden einzeln über die Steuerung bestätigt.
In der Kolbenstange ist eine Lastmessdose integriert, die die Kraft
misst, die der Kolben auf den Rütteltisch aufbringt. Der Wegmesssensor
erfasst die Position Mikrometer genau.
Die vier horizontal doppelt wirkenden Aktuatoren sind je paarweise
parallel angeordnet. In der X-Achse sind vier hochdynamische
Servoventile eingebaut, in der Y-Achse zwei. Die maximalen
Geschwindigkeiten betragen in beiden Achsen bis zu 1100 mm/s
und erzeugen das Rütteln mit hoher Frequenz. Den Einrichtbetrieb
übernehmen – wie auch bei den vertikalen Aktuatoren – die kleinen
Servoventile.
NACHGEFRAGT
Warum kam bei diesem
Projekt hydraulische
Antriebs- und Steuerungstechnik
zum Einsatz?
Hydraulik bietet eine einzigartig hohe Kraftdichte, Zuverlässigkeit und Überlastfähigkeit.
Sie erzeugt die in Erdbeben-Simulationssystemen notwendigen Kräfte weitestgehend
verschleißfrei. Das sorgt für niedrige Lebenszykluskosten bei den auf jahrzehntelangen
Betrieb ausgelegten Anlagen.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Welche speziellen
steuerungs- und regelungstechnischen
Anforderungen
mussten gelöst werden und
wie geschah dies?
Die Regelung muss die acht Zylinder entsprechend der Simulationsvorgaben mit einer sehr
geringen Zykluszeit koordinieren und hochdynamische Bewegungen in sechs Freiheitsgraden
erzeugen. Ein typischer Test dauert nur wenige Sekunden.
Das kinematische Modell der Simulationen hat Rexroth in eine Echtzeitsteuerung integriert.
Sie errechnet die Sollwerte für die einzelnen Zylinder und gibt sie über
Lichtwellenleiter an die digitalen Einschubkarten der Achsen weiter.
Diese Motion Controller schließen den Regelkreis dezentral in
Echt zeit mit einer Frequenz von 1 bis 10 kHz, je nach
Versuchsanordnung. Die Regelung der vertikalen Kräfte
übernimmt ein von Bosch Rexroth entwickelter Algorithmus.
Er basiert auf einem kaskadierten Kraft- und Positions-
Regelkreis. Der überlagernde Steuerungsparameter ist die
Gesamtkraft, die Summe der vier Einzelkräfte der vertikalen
Aktuatoren, die auf den Tisch einwirkt. Damit erzeugt das
System die optimalen Tisch bewegungen bei hoher Systemstabilität.
Diese Regelungsstrategie hat Bosch Rexroth speziell
für Erdbebensimulations- Anlagen optimiert und bereits mehrfach
eingesetzt.
www.boschrexroth.com
Helmut Fischer ist Branchenleiter Energie,
Testing und Transport bei Bosch Rexroth
48 O+P Fluidtechnik 10/2016

HOCHDRUCKREGLER FÜR DIE PRÄZISE UND
STUFENLOSE DRUCKLUFTREGELUNG
Mit seiner neuen Serie ITVH bietet SMC Deutschland einen elektropneumatischen
Hochdruckregler für die präzise und stufenlose Druckluftregelung. Die
Serie ITVH zeichnet sich aus durch das besonders stabile Halten des Drucks
und verbessert damit die Eigenschaften der Serie ITVX. Im Vergleich zur Serie
ITV# ist der Einstellbereich nach oben auf bis zu 2 MPa erweitert. Typische
Anwendungsbeispiele der Serie ITVH sind Tank-Prüfdruck-Tests, bei denen der
Druck schrittweise gesteigert wird, Dichtheitsprüfungen und Leckagetests,
Fördermengensteuerung, Zugspannungsregelung sowie Druckkontrolle bei
Klebstoffanwendungen.
Die Druckregelung funktioniert proportional zu einem elektrischen Eingangssignal.
Die Leistungsaufnahme beträgt nur maximal 3 W bei einem Einstelldruckbereich
von 0,2 bis 2 MPa, einem Eingangsdruck bis zu 3 MPa und einem
maximalen Durchfluss von 3 000 l/min (ANR). Die Stabilität beträgt maximal
± 1 % vom Messbereich.
Vorteilhaft sind die kompakte Bauweise (122 × 62 × 52 mm) und das geringe
Gewicht (630 g) des Moduls – insbesondere, wenn der verfügbare Bauraum
stark begrenzt ist, oder die Dynamik (z. B. bei der Montage auf einem Roboterarm)
es erfordert. Die Optionen gerader Stecker/Winkelstecker sowie Befestigungsplatte/ L-Befestigungswinkel
ermöglichen eine bedarfsgerechte Montage.
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Messung und Positionierung
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Wasserdruck bis 10 bar stand
und ist auch für Atex-Zone 1
erhältlich. Das im Zylinder
integrierte Messsystem misst
Bewegungs- und Leistungsdaten,
die eine Auswertung des
Gesamtsystems zur Analyse
von Systemfehlern und der
Überwachung einzelner
Zustände in Prozessen und
Systemen ermöglichen. Mit
dem Sensor ist eine Überwachung
über PC oder eine
speicherprogrammierbare
Steuerung möglich. Zudem
liefert die dazugehörige
Software Details z. B. zum
Bewegungs- und Temperaturverlauf,
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besser auf die Nutzung
abstimmen. Druckzapfen mit
Messing- oder Kunststoff-Fronten
verhindern Beschädigungen
dort, wo die Spannkraft in
das Bauteil eingeleitet wird.
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Spitze wiederum produziert
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schonend auf eine vergrößerte
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ANTRIEBE
ENGINEERING, HYDRAULIK UND
KNOW-HOW AUS EINER HAND
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Ein hydraulisches Antriebssystem für Stanzund
Scheranwendungen ist eine kurzhubige
Ventilzylindereinheit. Aufgrund des modularen
Aufbaus erreicht es in der Anwendung ein hohes
Maß an Flexibilität. Voith präsentiert hierzu das
schlanke Antriebssystem BWIL aus einer Hand.
Hydraulische Antriebssysteme in Rollformanlagen sind
kompakte und robuste Einheiten. Für möglichst wenige
Schnittstellen und kurze Zykluszeiten hat Voith im BWIL-
Antrieb Hydraulikaggregat, Steuereinheit, Aktuator sowie
Steuerelektronik und Applikationssoftware aufeinander
abgestimmt. Die Prozesssteuerung ist bei diesen Antrieben sehr
einfach und sicher. Sie erfolgt mit angebauten, hochdynamischen
Schaltventilen. Von der engen Verbindung zwischen Maschinenund
Antriebssystem profitieren Betreiber durch eine hohe
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Das System ist durch Mehrdruckkreisläufe
und Speichertechnik energetisch effizient und
verfügt über einen modularen Aufbau.
Ein modularer Aufbau verbindet bewährte Komponenten
entsprechend der jeweiligen Maschinenanforderung; so benötigt
der BWIL-Antrieb eine kürzere Entwicklungszeit und ist
schneller verfügbar. Der freiprogrammierbare Hochleistungsantrieb
nutzt hochdynamische Servoventile zur Prozesssteuerung
und ermöglicht so auch komplexe Umform- und
Positionieraufgaben.
Der anwendungsoptimierte elektrohydraulische BWIL-Antrieb
ermöglicht bei Pressanwendungen Stanzkräfte bis 2 500 kN mit
einer Zykluszeit von 400 ms bei 20 mm Hub. Bei Scheraufgaben
sind 1 000 kN Kraft bei 200 mm Hub und Zykluszeiten von bis zu
3 Sekunden möglich.
Voith stattet das Aggregat mit IE3 Motorentechnik für den Antrieb
der Innenzahnradpumpe aus. Die Förderleistung der Pumpe
beträgt zwei Mal 125 l. In Verbindung mit der Speicherladetechnik
und zusätzlichen dreimal 50 l Speicher ist diese Förderleistung
ausreichend, um bei Bedarf auch lange dynamische Hübe zu
realisieren. Die bekannten Speicherladesysteme von Voith und die
effiziente Innenzahnradpumpe ermöglichen im Zusammenspiel
eine gute Energieeinsparung.
www.voith.de
50 O+P Fluidtechnik 10/2016

MARKTPLATZ
METALLBALGKUPPLUNG FÜR DIE
BLINDMONTAGE
Die Metallbalgkupplung EWM von Enemac besteht aus zwei
Teilen: Die längere Seite umfasst eine Aluminiumnabe, die mit
einem Edelstahlbalg verbunden ist, am freien Balgende sitzt ein
Zentrierbund mit konischer Nut. Die kürzere Seite besteht aus der
zweiten Aluminiumnabe sowie einer konischen Mitnehmernase.
Dieser Bund stellt eine exakte Fluchtung der beiden Nabenhälften
sicher. Mit der Type EWM, verfügbar in neun Baugrößen von
10 bis 600 Nm, lässt sich bis zu 80 % der Montagezeit einsparen,
im Falle einer Serienanwendung kann die Montage durch Einsatz
eines Passrings noch weiter vereinfacht werden. Die Kupplung
kann bereits vor Einbau des Motors auf den Motor aufgesteckt
werden und wird später „zusammengefahren“. Auch im Falle,
dass Nase und Nut nicht sofort zusammengeführt werden, wird
der Balg (elastisch) um einige Millimeter gestaucht. Im Servicefall
kann die Kupplung einfach „abgezogen“ werden.
www.enemac.de
SPEZIFISCH ANGEPASSTE KABELVERBINDUNGEN
Individuelle Kabelverbindungen
für die Industrie entwickelt
und produziert Hellwig.
Dazu gehören auch anspruchsvollste
Verbindungslösungen
für Prototypen und
mittlere Serien. Eingesetzt
für Verdrahtungen in Geräten
und Anlagen, besonders der
Messtechnik und der Medizin- und Automationstechnik, sind die
spezifischen Kabel ebenso erhältlich wie konfektioniert mit
beliebigen Steckverbindern. Das Angebot reicht bis hin zum
kompletten Kabelbaum in kundenspezifischer Länge. Die
Montage und Anspritzung von Steckverbindern aller Art ist eine
Standard-Leistung des Herstellers. Dazu kommen Zertifizierungen
nach DIN EN ISO 9001 und DIN EN ISO 14001.
www.hellwig-ase.de
NETZFUND
DER LEISTUNGSSTÄRKSTE
SERIEN-HYDRAULIKHAMMER DER WELT
In unserem Netzfund sehen Sie, wie sich der leistungsstärkste
Serien- Hydraulikhammer der Welt, der neue 10-Tonnen Hammer
HB 10000 von Atlas Copco, durch das härteste Gestein Brisbanes,
Australien, frisst. Der Link zum Video: bit.ly/OUP1016Netzfund
Es ist eine Premiere,
denn die
Earthmoving
Contractors Pty Ltd
(EMC) ist das erste
Unternehmen in
Queensland, das
den Hydraulikhammer
einführte. Die
enorme Produktivitätssteigerung,
die
mit dem Anbaugerät möglich ist, verdeutlichte ein Praxistest:
EMC grenzte einen Abschnitt von 10 Kubikmetern Brisbane Tuff,
dem härtesten Gestein, das in Brisbane vorkommt, und ging mit
dem 7-Tonnen-Hammer HB 7000 auf höchste Stufe. Die Arbeit
war innerhalb von 10 Minuten geschafft. Dann wurde der Test
mit dem Zehntonner HB 10000 von Atlas Copco wiederholt. Hier
wurde das Ziel innerhalb von 5 Minuten erreicht.
www.atlascopco.de
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Mittwoch, 9. Nov. 2016
8:00 bis 16:00 Uhr
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Stadionring 20
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Führende Fachfirmen der Branche präsentieren ihre Geräte und Systeme und zeigen neue Trends im
Bereich der Automatisierung auf. Die Messe wendet sich an Fachleute und Entscheidungsträger die in ihren
Unternehmen für die Automatisierung verantwortlich sind.
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info@meorga.de
Meorga.indd 1 29.08.2016 15:47:29
O+P Fluidtechnik 10/2016 51

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITEL
ELEKTRONISCHE LEISTUNGSVER-
STÄRKER BEREIT FÜR INDUSTRIE 4.0
Ulrich Walter
In den vergangenen Jahrzehnten haben
elektronische Leistungsverstärker die
Weiterentwicklung von Hydraulik und
Steuerungstechnik vorangetrieben. Eins ist aber
bis heute immer gleich geblieben, die
Standardansteuerung dieser Leistungsverstärker
ist analog. Ist es nicht Zeit, dies zu ändern?
Autor: Ulrich Walter, Geschäftsführer der W.E.St. Elektronik GmbH in
Niederkrüchten
Elektronische Leistungsverstärker sind ein notwendiges Übel
zur Steuerung von Proportionalventilen, werden manche
denken. Auf der anderen Seite sind es aber auch die Komponenten,
welche die Weiterentwicklung in der Hydraulik und
der Steuerungstechnik vorantreiben. Betrachtet man die Entwicklungsgeschichte
dieser Produkte, so begann es in den 1970er Jahren
mit voluminösen Geräten und viel Verlustleistung. Später in den
1980ern verschwanden die großen Kühlkörper, und in den 1990ern
konnten sie in die Proportionalventile (mal mehr und mal weniger
gut gelungen) integriert werden. Nach 2000 begann dann ganz
langsam die Digitalisierung der Leistungsverstärker.
VOR- UND NACHTEILE
VERSCHIEDENER BAUFORMEN
Die heutigen Leistungsverstärker gibt es in vielfältigen Bauformen.
Mal im klassischen Europakartenformat, mal als Snap-On
Modul, mal als Steckerverstärker, mal integriert in Proportionalventilen
(On-Board-Elektronik), aber auch integriert in
verschiedenen SPSen.
52 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
PWM-FREQUENZEINSTELLUNG
Die PWM-Frequenzeinstellung wird bei vielen
Produkten und Hydraulikherstellern auch als
Dithereinstellung bezeichnet. Hierdurch kommt es
oft zu Fehlinterpretationen.
n Der Dither ist ein überlagertes Zittersignal
(Brummsignal), wodurch die Hysterese des Ventils
reduziert wird.
n Das Zittersignal wird durch einen Wechselstromanteil
im PWM-Signal generiert.
Dies kann direkt durch das PWM-Signal erfolgen
oder durch ein von der PWM-Frequenz unabhängiges
amplitudenmoduliertes Signal, das über
die Frequenz und die Amplitude an das Ventil
angepasst wird.
n Endstufen mit niedrigen PWM-Frequenzen,
typisch < 300 Hz, generieren das Zittersignal
direkt.
n Endstufen mit hohen PWM-Frequenzen, typisch
> 2000 Hz, benötigen einen zusätzlichen Dither.
Welcher der beiden Lösungsansätze der bessere
ist, hängt im Wesentlichen vom Ventil ab.
Niedrige PWM-Frequenzen haben den generellen
Nachteil, dass es zu einem relativ trägen
Verhalten bei der Ventilansteuerung kommt und
gleichzeitig eine zusätzlich große Totzeit durch
die PWM-Frequenz (100 Hz entspricht 10 ms
Totzeit) vorhanden ist.
POINTIERT
INDUSTRIE 4.0 STELLT NEUE HERAUSFORDE-
RUNGEN AUCH AN LEISTUNGSVERSTÄRKER
MIT DER ETHERCAT-SCHNITTSTELLE HÄLT DIE
DIGITALISIERUNG EINZUG
ÜBERSCHAUBARE KOSTEN DANK NEUER
MIKROPROZESSORFAMILIE
Je nach Anforderungen hat jede Bauform ihre Vor- und Nachteile.
Auf breiter Ebene haben sich heute die On-Board-Elektronik und
die Snap-On-Modultechnik durchgesetzt. Das Europakartenformat
ist durch den mechanischen Aufbau bedingt zu teuer, Steckerverstärker
sind relativ einfach aufgebaut, aber auch eine preiswerte
Alternative zur On-Board-Elektronik (besonders bei einmagnetigen
Ventilen). Die meisten Leistungsverstärker, die in SPSen integriert
sind, haben diverse technische Einschränkungen, und die Einsatzmöglichkeit
muss vorab genau beurteilt werden.
Die On-Board-Elektronik erleichtert den Einsatz, da eine
optimierte Elektronik zusammen mit dem Ventil als eine Einheit
geliefert und somit eine Austauschbarkeit im Wartungsfall ohne
Fachpersonal ermöglicht wird. Die Anschaffungskosten sind jedoch
meist hoch, da die Elektronik und das Elektronikgehäuse auf
kritische Umgebungsbedingungen hin ausgelegt sein müssen.
Dasselbe gilt für 6+PE Stecker plus das typische 7-polige Kabel.
Viele dieser On-Board-Elektroniken (abhängig vom Hersteller)
bieten gleichzeitig eine Möglichkeit der kundenspezifischen Parametrierung.
Steht die einfache Austauschbarkeit im Wartungsfall
im Vordergrund, so sollte auf diese Möglichkeit verzichtet werden,
da durch eine anwendungsspezifische Parametereinstellung der
technische Vorteil der OBE konterkariert wird.
Die Snap-On-Technik bietet das beste Preis-Leistungs-Verhältnis,
die höchste Flexibilität und den besten Funktionsumfang, der heute
für den Einsatz von Proportionalventilen wichtig ist. Neben dem
platzsparenden Einsatz im Schaltschrank und der einfachen Verkabelung
zum Ventil mit einem oder zwei DIN Würfelsteckern, der
direkten und kurzen Verbindung zur SPS sind alle neueren
Snap-On-Module digital aufgebaut und bieten eine erweiterte
Funktionalität, wie sie mit der älteren, analogen Elektronik nicht
möglich war. Ein weiterer und mit der wichtigste Vorteil der
digitalen Realisierung besteht in der Möglichkeit, die Parametersätze
zu speichern sowie zu drucken und so den Datenaustausch
(besonders bei Serienanwendungen) zu erleichtern.
UNIVERSELL UND ROBUST
Nach fast 15 Jahren Erfahrung mit digitalen Leistungsverstärkern
wurde die Baugruppe PAM-199-P der W.E.St. Elektronik GmbH
als eines der universellsten und robustesten Geräte auf dem
Hydraulikmarkt fertiggestellt. Konsequent entwickelt, um alle
O+P Fluidtechnik 10/2016 53

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITEL
01 PAM-199-P, Leistungsverstärker mit analoger Schnittstelle
typischen Ventile der verschiedenen Hydraulikhersteller ansteuern
zu können, ist eine flexible Einstellung aller relevanten
Parameter möglich. Vorteilhaft: der Anwender muss sich nur
einmal einarbeiteten.
Die typischen Funktionen wie unterschiedliche Eingangssignale,
Rampenbildner, MIN-MAX Einstellung ohne gegenseitige Beeinflussung,
Kennlinienlinearisierung und Signalüberwachungen
werden ergänzt durch eine funktional erweiterte Software zur
Magnetansteuerung, die sowohl eine freie PWM-Frequenzeinstellung
erlaubt, als auch die Möglichkeit eines zusätzlichen
unabhängigen Dithers bietet. Darüber hinaus zeichnet sich die
Baugruppe durch die folgenden Punkte aus:
n Spannungsbereich von 10 V bis 30 V,
n USB-Schnittstelle,
n verschiedene Modi (zum Beispiel Ansteuerung von einem
Wegeventil mit zwei Magneten oder von zwei getrennten Drosselventilen),
n kurzschlussfest, übertemperaturfest.
NEUE ANFORDERUNGEN DER INDUSTRIE 4.0
Das Internet lehrt uns: Industrie 4.0 ist ein Organisationsgestaltungskonzept,
das aus vier grundlegenden Organisationsgestaltungsprinzipien
besteht: Vernetzung, Informationstransparenz (Die Fähigkeit,
ein virtuelles Abbild der realen Welt zu erstellen), Technische
Assistenz und Dezentrale Entscheidungen (Die Fähigkeit von cyberphysischen
Systemen, eigenständige Entscheidungen zu treffen).
Durch diese neuen Anforderungen ergeben sich auch neue
Aufgaben und Möglichkeiten für die neuen Leistungsverstärker:
n Vernetzung: Über die Busanbindung ist der Leistungsverstärker
an die digitale Informationsautobahn der Automatisierung
angeschlossen.
n Informationstransparenz: Durch die Vernetzung ist der Leistungsverstärker
keine undurchsichtige „Black Box“ mehr. Seine Parameter
sind in der übergeordneten Maschinensteuerung ebenso
sichtbar wie interne Diagnosedaten und zusätzliche Messgrößen
(z.B. die Versorgungsspannung). Hierdurch kann der Maschinenbetreiber
Fehlfunktionen leichter erkennen und schneller beheben.
n Technische Assistenz: Die über den Bus abrufbaren Informationen
bieten ein detailliertes Bild über den Zustand des Gerätes. Hier ist
noch Raum für künftige Weiterentwicklungen, wie etwa Assistenten
für eine noch leichtere Inbetriebnahme.
n Dezentrale Entscheidungen: Die Sollwertaufbereitung durch
Rampen und Kurvenfunktionen sind dezentrale Funktionen,
ebenso wie die Magnetromregelung. Diese werden im Leistungsverstärker
autonom und zeitoptimiert umgesetzt und belasten die
übergeordnete Ebene nicht.
Weiterhin wird die analoge Schnittstelle durch die digitale Schnittstelle
ersetzt. Dies hat zur Folge, dass es durch die standardisierte
Verkabelung zu weniger Fehlern kommt und dass die Signale
gleichzeitig fehlerfrei übertragen werden.
ABER IST DAS NICHT VIEL ZU TEUER?
Die bisherigen Möglichkeiten der Feldbusankopplung – besonders
wenn die Stückzahl nicht sehr hoch ist – kann als relativ teuer
bezeichnet werden, nur der CAN-Bus, der in vielen Mikrokontrollern
integriert ist, bot bisher ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
Mit der Mikrocontroller-Familie XMC4000 kann dieses gute
Preis-Leistungs-Verhältnis auf Anwendungen mit Ethernet-
Ankopplungen erweitert werden.
Die mögliche Lösung ist in der XMC4000 Prozessorfamilie von
Infinion zu finden. Diese Prozessoren sind von den technischen
Daten her optimal für hydraulische
Anwendungen (mobile Steuergeräte,
On-Board-Elektronik aber
auch für externe Lösungen)
geeignet. Die Rechenleistung
ist ca. 20fach höher, als
für einen Leistungsverstärker
nötig. Das heißt, es kann
viel „Intelligenz“ für eine erweiterte
Diagnose bzw. für zusätzliche
Regelaufgaben implementiert werden. Das Besondere ist aber, dass
der ARM CORTEX M4 Kern um eine EtherCAT-Schnittstelle
erweitert wurde. Doch was bedeutet das?
Die neu vorgestellten Derivate XMC4800 und die preiswertere Variante
XMC4300 ermöglichen es nun, eine EtherCAT-Schnittstelle
ohne erheblichen zusätzlichen Aufwand einzusetzen. Durch die
Integration von Ethernet-Schnittstellen, besonders von der EtherCAT
aber auch der ProfiNet-Schnittstelle, kann die Feldbusankopplung
mit nur geringen Mehrkosten gegenüber den bisherigen Baugruppen
mit analogen Schnittstellen realisiert werden. Neben diesen Eigenschaften
sind u.a. folgende Funktionen integriert:
n ARM CORTEX M4 Prozessor, 144 MHz,
n Floating Point Unit,
54 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
n PWM-Ausgänge,
n 2 x 8 analoge Eingänge mit 12 Bit,
n 2 analoge Ausgänge mit 12 Bit,
n Ethernet-Schnittstelle,
n EtherCAT-Schnittstelle,
n CAN Bus,
n USB Schnittstelle,
n verschiedene Derivate mit ausreichend Speicher.
LEISTUNGSVERSTÄRKER MIT
ETHERCAT-SCHNITTSTELLE
Wie bereits angemerkt, findet zur Zeit der Wechsel von analogen
Signalen hin zur Digitalisierung statt. Die Module der Firma W.E.St.
waren schon immer digital, aber es fehlte die digitale Schnittstelle
zur übergeordneten Maschinensteuerung. Dieser letzte Schritt wird
nun mit der Integration einer EtherCAT-Schnittstelle vollzogen.
Neben der sicheren und schnellen Sollwertübertragung stehen dem
Anwender z. B. auch die aktuellen Stromwerte, der Ansteuerungsgrad
des Ventils und Fehlerinformationen zur Verfügung. Ein weiterer
und vielleicht der wichtigste Vorteil ist die Parametrierung direkt
über die SPS. Dabei ist die Parametrierung selbst nicht auschlaggebend
(sie könnte noch genauso über die W.E.St.-Bedienoberfläche
WPC-300 erfolgen). Vielmehr ist es wichtig, dass die SPS die
Parameter kennt und somit auch speichern kann. Im Fall eines Austausches
des Leistungsverstärkers werden die richtigen Parameter
von der SPS übertragen, und ohne weitere Parametrierung kann die
Maschine wieder in Betrieb genommen werden. Stillstandszeiten
werden so minimiert. Weitere Vorteile sind:
n nahtlose Integration in das Automatisierungssystem: Der Verstärker
wird zum integralen Bestandteil,
n bessere Diagnose: Alle Signale/Informationen sind im Datenprotokoll
verfügbar,
n Verkabelung: einfache Verkabelung zu den Magneten und
standardisierte Kabel auf der EtherCAT-Seite,
n osteneinsparung auf der SPS-Seite: keine digitalen und analogen
IOs erforderlich,
n einfacher Austausch im Fehlerfall: Uber die Maschinensteuerung
können die Module automatisch parametriert werden,
n Ferndiagnose ist grundsätzlich möglich. Optional kann über
einen WebServer der Zustand des Gerätes überwacht werden,
n zusätzlich ist ein direktes Ansprechen des Geräts über WPC-300
und Notebook möglich, so dass die Inbetriebnahme der verbundenen
Achse auch unabhängig von der übergeordneten Steuerung erfolgen
kann,
n bessere Dynamik, da keine Wandlungszeiten für die Übertragung
digital -> analog -> digital nötig sind.
BEZAHLBAR IN DIE DIGITALE WELT
Das Entwicklungsziel, einen Leistungsverstärker in derselben Preisklasse
wie die analogen Leistungsverstärker zu realisieren, ist mit
diesem Produkt gelungen. Die Bauform hat sich nicht geändert, nur
ein paar neue Stecker sind hinzugekommen. Die serielle Schnittstelle
(USB) wurde beibehalten, so dass man wie gewohnt und mit
derselben Parametriersoftware (WPC-300) die Einstellungen
vornehmen kann.
Die Funktionen des Leistungsverstärkers sind identisch mit dem
Standardprodukt PAM-199-P. Er lässt sich als Leistungsverstärker
sowohl für Wegeventile mit zwei Magneten als auch als Leistungsverstärker
für zwei unabhängige Druck- oder Drosselventile
einsetzen. Der maximale Magnetstrom von 3 A dürfte für fast alle
Anwendungen ausreichend sein.
Wie Sie sehen: Mit diesem neuen Produkt kann der Schritt in die
Digitalisierung bezahlbar vollzogen werden. Die Feldbusschnittstelle
ist nicht nur den komplexen Achsreglern vorbehalten, auch
einfachere Produkte wie die Standard-Leistungsverstärker lassen
sich kostengünstig über digitale Schnittstellen ansteuern.
www.w-e-st.de
02 Mit der EtherCAT-Schnittstelle
hält die Digitalisierung Einzug
O+P Fluidtechnik 10/2016 55

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
MASCHINENSICHERHEIT
VON DEN MASCHINEN DARF
KEINE GEFAHR AUSGEHEN
Eine Vielzahl verschiedener Normen und
Richtlinien regeln für Maschinenhersteller und
-betreiber die Bewertung von Arbeitsrisiken und
den Umgang damit. Mit einer Reihe intelligenter
Produkte, die inhärente Schutzfunktionen
besitzen, unterstützt SMC das Ziel, Risiken zu
minimieren und die Arbeitssicherheit zu
erhöhen.
Von Maschinen darf keine Gefährdung für Menschen
ausgehen. „Sicheres Entlüften“, „Sicherer Stopp“,
„Zweihandbetätigung“ oder „Schutz vor unerwartetem
Anlaufen“ sind Funktionen, mit denen viele Ventil- und
Regelsysteme von SMC dazu beitragen den genannten Grundsatz
zu erfüllen. Zudem kann somit ein regelkonformer Betrieb
ermöglicht werden.
In Europa schreibt die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG in
Verbindung mit der Norm EN ISO 13849 vor, dass z.B. beim Öffnen
von Schutzumhausungen alle pneumatischen Antriebe zum
Stillstand kommen. Bei der Entnahme von Ausschussteilen von
einem Förderband, um ein zweites Beispiel zu nennen, müssen
Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, damit alle an die
Gefahren zone grenzenden Antriebe sicher stoppen, wenn eine
Hand in den Gefahrenbereich greift. In der Regel liefert eine Lichtschranke
das Signal. Für den Stopp müssen die Steuerung und intelligente
Systeme sorgen. Gleichzeitig darf es während notwendiger
Arbeiten im Gefahrenbereich zu keinem unerwarteten Anlaufen
der Maschine kommen.
GESICHERTE POSITION
Mit dem Sicherheitsprinzip „Gesicherte Position“ unterstützen
die Magnetventilserien VQC2000-X27, VQC4000-X17 sowie die
Serie SY3000/5000/7000 von SMC genau diese Sicherheitsfunktion.
Beide Serien verfügen über ein weichgedichtetes, bistabiles Ventil
mit Raste (VQC-X77 und SY-X25). Das erfüllt die Vorgaben der EN
ISO 13849 für den Betrieb in sicherheitsgerichteten Steuerungen.
Systeme, die allein auf Reibung basieren, erfüllen diese Art des
regelkonformen Schutzes nicht. Wichtig für die sichere Anwendung
in der Praxis ist, dass die pneumatischen Ventile sowie die
Diagnose mittels Druckschalter auf einer Ventilinsel platziert
werden, um einem unbefugten Zugriff auf die Magnetventile
vorzubeugen. Für die Diagnose hat SMC diverse Drucksensoren
und Signalgeber zur Erkennung der Zylinderkolbenstellung im
Produktportfolio.
POINTIERT
NORMEN UND RICHTLINIEN REGELN
BEWERTUNG VON ARBEITSRISIKEN
SMC BEGEGNET ANFORDERUNGEN MIT
VERSCHIEDENEN SICHERHEITSKONZEPTEN
VENTILSERIE ERFÜLLT EN ISO 13849 BEIM
ÖFFNEN VON SCHUTZUMHAUSUNGEN
MAGNETVENTILSERIE ZUR EIGENSTÄNDIGEN
ENTLÜFTUNG BEI GEFÄHRDUNGSFALL
56 O+P Fluidtechnik 10/2016

MASCHINENSICHERHEIT
01
01 Die Dual Port
Feldbussysteme EX600 mit
QuickConnect-Funktion
zeichnen sich in
Anwendungen aus, in
denen häufige Werkzeugwechsel
vorkommen. Das
Hochfahren und Verbinden
mit EtherNet/
IP-Netzwerken wird so
optimiert
02 Die Entlüftungsventilserie
VP-X555 verfügt über
eine direkte Überwachung
und Softstartfunktion
SICHERES ENTLÜFTEN
Werden während des Betriebs einer Anlage die Schutzgittertüren
geöffnet oder betritt eine Person einen definierten Gefährdungsbereich,
in dem z.B. ein Roboterarm arbeitet, empfiehlt es sich
pneumatische Systeme zu entlüften, um das pneumatische
System bzw. den Roboter sicher zu stoppen. Ferner darf es bei
fälligen Wartungsarbeiten im Gefahrenbereich zu keinem
unerwarteten Anlaufen der Maschine oder des Roboters
kommen. Die Ventile der Serie VP-X536, VP-X538, VP-X555 und
VG342-X87 von SMC bieten diesen Schutz, indem sie im Gefährdungsfall
eigenständig entlüften. Als Sicherheitsbauteil erfüllen
sie die aktuell gültige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Eine
integrierte Schieber abfrage erreicht mittels eines Endschalters
einen Diagnose deckungsgrad von 99 Prozent. Damit sind auch
die Vorgaben der EN ISO 13849 erfüllt. Mit dem Zweihandsteuerventil
VR51 ist zudem der Aufbau von rein pneumatischen
Steuerungen zur Handbindung in Einlegestationen möglich.
STARKER PARTNER
Viele Normen und Regeln sorgen in Europa für eine hohe Sicherheit
des Arbeitspersonals im Umgang mit Maschinen. So fordert
die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG eine Risikobeurteilung nach
der EN ISO 12100, entsprechend der Risiken, die bewertet
und gemindert werden müssen. Die harmonisierte Norm
EN ISO 13849 beschreibt eine probabilistische Methode, um die
Risiken von Steuerungen zu mindern. Sie gilt für mechanische,
pneumatische, hydraulische und elektrische Steuerungen und
hat sich im Maschinenbau bewährt. EN ISO 13849-1 beschreibt
allgemeine Gestaltungsleitsätze und EN ISO 13849-2 die
Vali dierung des Steuerungssystems sowie der Bauteile. SMC
begegnet diesem Bündel an Anforderungen mit unterschiedlichen
Sicherheitskonzepten, die Maschinenhersteller und -betreiber bei
ihren An strengungen für einen sicheren Betrieb optimal
unterstützen.
Fotos: SMC Pneumatik
www.smc.de
02
O+P Fluidtechnik 10/2016 57

WIRTSCHAFTLICHERE ARBEITSMASCHINEN
DANK RÜCKLAUF-SAUGFILTER
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Insbesondere in selbstfahrenden
Arbeitsmaschinen kann der Einsatz von
Rücklauf-Saugfiltern vorteilhaft sein. Sie
ersetzen die erforderlichen Saug- bzw.
Druckfilter für die Füllpumpe des geschlossenen
hydrostatischen Antriebes sowie den
Rücklauffilter für die Arbeitshydraulik im
offenen Kreis. So lassen sich Kosten reduzieren.
In Radladern, Schwarzdeckenfertigern oder Mähgeräten, die mit
hydrostatischem Antrieb (geschlossener Kreis) und kombinierter
Arbeitshydraulik (offener Kreis) ausgerüstet sind, besteht das
Filterkonzept häufig noch aus einem Rücklauffilter (Arbeitshydraulik)
und einem Saug- oder Druckfilter (hydrostatischer
Antrieb). Der Einsatz eines Rücklauf-Saugfilters bietet weitreichende
funktionale Verbesserungen und z.B. folgende Vorteile:
n Nur ein Filter für beide Kreisläufe.
n In beiden Kreisläufen wird im Rücklauf der gesamte Volumenstrom
gefiltert.
n In der Rücklaufleitung fließt ständig mehr Öl, als über die Saugleitung
entnommen wird.
n Exzellentes Kaltstartverhalten, da die Füllpumpe durch ein
Druckhalteventil vorgespanntes Öl saugt.
n Die Füllpumpe wird immer mit gefiltertem Öl versorgt. Ein
Druckbegrenzungsventil ist verbaut, um Wellendichtringe vor
Überlastung zu schützen.
WIE FUNKTIONIERT DER
RÜCKLAUF-SAUGFILTER?
Vom Systemrücklauf (R) kommendes Öl fließt durch das Filterelement
(1) und gelangt durch ein Druckhalteventil (2) auf 0,5 bar
vorgespannt zur Füllpumpe des hydrostatischen Antriebes (S). Der
Überschuss zwischen Rücklauf- und Saugmenge strömt gefiltert in
den Tank (T) ab. Die Vorspannung von 0,5 bar in der Saugleitung
vermindert die Kavitationsgefahr in der Füllpumpe und ermöglicht
somit exzellente Kaltstarteigenschaften.
Ein im Filterelement (1) integriertes Bypassventil (3) verhindert
einen unzulässig hohen Staudruck im Rücklauf (bspw. bei Kaltstart
oder verschmutztem Filterelement). Ein Bypassventilschutzsieb
stellt sicher, dass unter keinen Umständen ungefiltertes Öl in die
Füllpumpe gelangt. Während beim Einsatz getrennter Filter beide
Kreise unabhängig voneinander arbeiten, entstehen durch die
Zusammenführung über ein Rücklauf-Saugfilter zwischen beiden
Kreisläufen Wechselwirkungen. Unter Berücksichtigung der nachfolgend
beschriebenen Auslegungskriterien kommen die Vorteile
des Rücklauf-Saugfilter-Konzepts voll zur Geltung.
58 O+P Fluidtechnik 10/2016

FILTER
POINTIERT
RÜCKLAUF-SAUGFILTER SPART WEITERE
FILTER UND SOMIT KOSTEN EIN
OPTIMIERTES KALTSTARTVERHALTEN
DANK VORGESPANNTEM ÖL
AUCH FÜR DEN LEITUNGSEINBAU
VERWENDBAR
ERFORDERLICHER VOLUMENSTROM
IM SYSTEMRÜCKLAUF
Zur Aufrechterhaltung einer Vorspannung von ca. 0,5 bar am Anschluss
zur Füllpumpe ist unter allen Betriebsbedingungen ein minimaler
Überschuss zwischen Rücklauf- und Saugmenge erforderlich.
n Bei Betriebstemperatur und Nenndrehzahl sollte der Füllpumpenvolumenstrom
80% des Filter-Nennvolumenstromes nicht
überschreiten (z.B. sollte bei einem Rücklauf-Saugfilter mit 200 l/
min Nennvolumenstrom / Rücklaufmenge der Volumenstrom der
Füllpumpe nicht höher als 160 l/min sein).
n Bei extremen Kaltstarts (n = 1000 mm²/s) und leicht erhöhter
Leerlaufdrehzahl (n = 1000 min-1) sollte der Füllpumpenvolumenstrom
≤ 80% des Rücklaufstromes betragen.
Unter diesen Kaltstartbedingungen darf der Druckverlust in den
Saugleitungen 0,4 bar nicht überschreiten. Hierdurch ist sichergestellt,
dass selbst bei teilverschmutztem Filterelement die Füllpumpe
mit genügend Öl versorgt wird.
Wird das Lecköl aus dem hydrostatischen Antrieb über das Filter
geführt, sind zum Schutz der Radial-Wellendichtringe die
zuläs-sigen Lecköldrücke zu beachten. Hierbei sind neben dem
Staudruck des Filters auch die Druckverluste der Leckölleitungen
und des Ölkühlers zu berücksichtigen. Je nach Anwendungsfall
empfiehlt sich der Einsatz eines Kühlerumgehungsventils.
FILTERFEINHEITEN UND ÖLREINHEITEN
Standardmäßig stehen für alle Rücklauf-Saugfilter zwei ARGO-HYTOS-
Filterfeinheiten zu Verfügung: 10EX2 und 16EX2, beide mit dem
patentierten EXAPOR MAX2-Aufbau. Folgende Ölreinheiten nach
ISO 4406 sind damit erzielbar:
n 10EX2 18/15/11 … 14/11/7
n16EX2 20/17/12 … 17/14/10
Von den Herstellern hydrostatischer Antriebe wird für Normalbetrieb
meist eine Ölreinheit von 20/18/15 sowie eine 19/17/14 für
erhöhte Anforderungen (t > 90 °C) empfohlen. Bereits mit der
Filterfeinheit 16EX2 werden diese Forderungen zu 100 % erfüllt.
R (Rücklauf)
S (Saugleitung)
T (Tankleitung)
AUCH FÜR LEITUNGSEINBAU GEEIGNET
Bisher wurden Rücklauf-Saugfilter nur als Version für den Tankaufbau
(Tank top mounting) angeboten. Da insbesondere bei kompakten
Maschinen der Tank meist schwer erreichbar ist, hat ARGO-HYTOS als
bislang einziger Hersteller Rücklauf-Saugfilter für den Leitungseinbau
entwickelt. Diese Leitungseinbau-Varianten können an gut zugänglicher
Stelle in die Rücklauf- und Saugleitung integriert werden.
Fotos: Aufmacher fotolia
Funktionsweise des Rücklauf-Saugfilters
www.argo-hytos.com
O+P Fluidtechnik 10/2016 59

HYDRAULIKÖL ERHÖHT
ZUVERLÄSSIGKEIT UND PRODUKTIVITÄT
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Neue Technologien und veränderte Betriebsbedingungen
stellen die Industrie von heute vor
immer größere Herausforderungen. Daher bringt
Shell jetzt zwei neue Hydrauliköle auf den Markt:
Shell Tellus S2 MX für stationäre Anlagen und
Shell Tellus S2 VX für mobile Anlagen. Beide Öle
wurden entwickelt, um die Zuverlässigkeit und
Produktivität hydraulischer Anlagen zu
optimieren und dadurch Kosten zu senken.
Jörg Spanke, Technical Manager Shell Lubricants Nord-West-
Europa fasst einen Trend in der Hydraulik zusammen: „Viele
Anlagen laufen oft unter größeren Lasten und höheren
Temperaturen als früher. Das führt zu höheren Belastungen
für das Hydrauliköl. Daher haben wir eine verbesserte Formulation
entwickelt, die gegenüber früheren Produktgenerationen eine
deutlich verbesserte Leistungsfähigkeit bietet.“
DREIMAL HÖHERE ÖLSTANDZEIT
So bieten die beiden neuen Produkte eine Ölstandzeit, die nachweislich
die üblichen Anforderungen von Industrie und Erstausrüstern
um das bis zu Dreifache übersteigt. Zudem weisen Shell Tellus S2 MX
und Shell Tellus S2 VX eine verbesserte Filtrierbarkeit auf – auch
unter feuchten Bedingungen. Dies bezieht sich auf den Grenzwert
des Filtrierbarkeitstests ISO 13357-1. Dies senkt das Risiko von Filterverstopfungen
und damit des Anlagenausfalls. So können Anwender
das Maximum aus ihren hydraulischen Anlagen herausholen, die
Produktivität durch längere Wartungszyklen steigern und dank
effizienterem Betrieb Wartungs- und Betriebskosten senken.
60 O+P Fluidtechnik 10/2016

DRUCKFLÜSSIGKEITEN
POINTIERT
DIE ANFORDERUNGEN AN
HYDRAULIKÖLE STEIGEN IMMER WEITER
HYDRAULIKÖL HAT UNMITTELBAREN
EINFLUSS AUF DIE LEISTUNG DER ANLAGE
NEUENTWICKELTES FLUID ERHÖHT
ÖLSTANDZEIT UND EFFIZIENZ
Als eines der ersten Hydrauliköle im Markt erfüllt das neue Shell
Tellus S2 MX für stationäre Anlagen bereits jetzt den neuen Freigabestandard
von Bosch Rexroth nach Rating List RDE 90245. Damit
beweist es optimierte Verschleißschutzeigenschaften – selbst unter
härtesten Betriebsbedingungen. Shell Tellus S2 VX eignet sich
speziell für mobile Hydraulikanlagen. Dabei garantiert ein hoher
Viskositätsindex eine optimale Leistung über eine große Bandbreite
an Betriebstemperaturen hinweg.
URSACHEN FÜR BETRIEBSSTÖRUNGEN
n Verschmutzung und Kontamination
des Hydrauliköls
n Unsachgemäße Fehlerdiagnose bzw.
unsachgemäße Reparatur
n Technische Ausfälle (Lagerschaden durch falsche
Justierung, Dichtungsversagen, Verunreinigungen)
n Systemkomponenten überschreiten
empfohlene Grenzwerte für Geschwindigkeit,
Druck oder Volumen
n Sonstiges
UNMITTELBARER EINFLUSS AUF LEISTUNG
„Unser Ziel bei der Entwicklung von Shell Schmierstoffen ist es,
unsere Kunden bestmöglich dabei zu unterstützen, die Gesamtbetriebskosten
ihrer Anlagen durch verbesserte Schmierung zu
senken. Die Qualität und der Zustand des Hydrauliköls haben
unmittelbare Auswirkungen auf die Leistung der Anlagen“, so Jörg
Spanke. „Deshalb liegt der Fokus für uns nicht nur darauf, neue,
qualitativ hochwertige Schmierstoffe zu entwickeln, sondern außerdem
unsere Kunden dabei zu unterstützen, dass diese korrekt angewendet
werden. So entsteht die Basis für eine optimale Leistung.“
Shell Tellus S2 MX und Shell Tellus S2 VX sind mit früheren Generationen
des Shell Tellus Hydrauliköls sowie mit vielen handels ­
üblichen Hydraulikölen auf Mineralölbasis kompatibel. Das macht
es Anwendern besonders leicht, die Vorzüge der neuen Formulation
in ihren hydraulischen Anlagen zu nutzen.
www.shell.de/tellus
HYDRAULIKÖLE MÜSSEN IMMER MEHR LEISTEN
Die Anforderungen an Hydrauliköle sind immens gestiegen,
wie die folgenden Aspekte zeigen.
n Höhere Leistung: Maschinen u. Anlagen werden bei stärkeren Belastungen
und höheren Temperaturen betrieben
n Höhere Produktivität: Die Stillstandzeiten müssen auf ein Minimum
reduziert werden
n Bessere Effizienz: Optimierte Kraftübertragung ist ein Muss
n Kleinere Sumpfgrößen: Die Leistung muss mit weniger Schmierstoff
über das gesamte Ölwechselintervall erbracht werden
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O+P Fluidtechnik 10/2016 61

VERBINDUNGSELEMENTE
GEWAPPNET GEGEN KORROSION
01 02
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Korrosionsschäden durch aggressive Medien sind
ein bekanntes Problem. Doch auch eine
vermeintlich harmlose Flüssigkeit wie
Kühlwasser verhält sich je nach regionaler oder
lokaler Zusammensetzung aggressiv und kann
zu schleichenden, aber auch zu schnell
verlaufenden Korrosionsschäden an
geschlossenen Kühlwasserkreisläufen führen.
Kühlwasserkreisläufe stellen eigene Anforderungen an die
verwendeten Anschlüsse und Leitungen. Um diesen
gerecht zu werden, hat Eisele mit der Ganzmetallsteckanschlüssen
Liquidline eine eigene Produktlinie für
Kühlwasseranwendungen im Portfolio. Welche Materialien und
Bauformen die richtigen sind, hängt dabei insbesondere von der
Anwendung und den geförderten Medien ab. Um eine zuverlässige
und langlebige Problemlösung zu konstruieren, müssen die
Einsatzbedingungen genau unter die Lupe genommen werden.
Die Bauform eines Kühlwasseranschlusses richtet sich u. a.
nach dem abzuführenden Wärmestrom, der Einbausituation und
der zu erwartenden Druckbeaufschlagung. Hinsichtlich des
Materials gilt es die chemische Beständigkeit über die geplante
Nutzungsdauer sicherzustellen. Hier stellt gerade ein scheinbar
harmloses Medium wie Kühlwasser hohe Ansprüche, da die
Korrosionsgefahr stark von den örtlichen Gegebenheiten und der
Zusammensetzung des zur Verfügung stehenden Kühlwassers
beeinflusst wird.
DAS RICHTIGE MATERIAL AUSWÄHLEN
Je nach Anwendungsfall können Kühlwasseranschlüsse aus
Messing, Edelstahl oder Aluminium hergestellt werden. Die
Messing anschlüsse Liquidline bestehen bei Medienkontakt aus
entzink ungsbeständigem Material. Auf diese Weise ist ein hoher
Korrosionsschutz in den meisten gängigen Anwendungen gegeben.
Sie wurden für Einsatzfälle konzipiert, in denen die Verwendung
teuren säurebeständigen Edelstahls noch nicht erforderlich ist.
Denn Kühlwasser ist mit einem pH-Wert in einer Bandbreite von 5
bis 6 nur leicht sauer. In der Pharmaindustrie oder in Lackierereien
werden z.B. stärkere saure Substanzen verarbeitet, welche für die
Edelstahlanschlüsse besser geeignet sind. In Kreisläufen, die mit
Aluminiumkühlkörpern arbeiten, sind hingegen auch Anschlüsse
aus Aluminium notwendig, damit es nicht zu elektrolytischer
Korrosion am Aluminiumkühler kommt. Flüssigkeitskühler werden
aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Materials häufig aus
Aluminium hergestellt und sind auf eine Einsatzdauer von mehreren
Jahren ausgelegt. Um über die gesamte Zeit eine sichere
Anschlusstechnik zu garantieren, müssen miteinander verträgliche
Werkstoffe eingesetzt werden. Die bewährten Konstruktionsprinzipien
der Ganz metallsteckverschraubungen wie sie in der Serie
2 500 der Liquidline verwirklicht sind, wurden für diese Anwendungen
eigens auf korrosionsbeständiges Aluminium übertragen.
Dafür verarbeitet Eisele das Sondermaterial EN AW-AlSi1MgMn.
Herkömmliche Aluminiumlegierungen erreichen nicht die
62 O+P Fluidtechnik 10/2016

VERBINDUNGSELEMENTE
03
POINTIERT
SCHRAUB- UND STECKVERBINDUNGEN FÜR
DEN EINSATZ IN KÜHLWASSERKREISLÄUFEN
GEFERTIGT AUS ALUMINUM, EDELSTAHL
ODER ENTZINKUNGSBESTÄNDIGEM MESSING
DIE BAUART RICHTET SICH NACH DEM DRUCK
UND DEM ABZUFÜHRENDEN WÄRMESTROM
01 Die Serie 2500 der Liquidline umfasst Steckverschraubungen aus
korrosionsbeständigem Aluminium, um elektrolytische Korrosion an
Alukühlkörpern zu vermeiden
02 Die Liquidline ist in entzinkungsbeständigem Messing verfügbar,
da Korrosion durch Entzinkung bei bestimmten Kühlwasserzusammensetzungen
ein Problem sein kann
03 Der gekammerte O-Ring an der Gewindeseite gewährt Dichtheit
bei geschlossenen Kühlwasserkreisläufen. Der Dichtring auf der
Gegenseite sitzt gut geschützt in der Lösehülse
gewünschte Wasser beständigkeit, weshalb auch die Hersteller von
Flüssigkeitskühlern verstärkt dieses Material wählen.
SICHERHEIT DURCH ABSOLUTE DICHTIGKEIT
Kommt es, z.B. aus Sicherheitsgründen, auf absolute Dichtigkeit
der Kühlwasserkreisläufe an, steht hier insbesondere die verwendete
Anschlusstechnik im Blickpunkt: Gute Druck- und Temperaturbeständigkeit
bei hohen Durchflussraten ist unabdingbar. Außerdem
sollte die verwendete Technik gegen aggressive wässrige
Medien sowie Lösemittel beständig sein. Die Einschraubanschlüsse
der Serie 2600 sind mit einer Dichtung aus FPM (Viton) ausgestattet
und alle Dichtstellen an Schlauch, Gewinde und Gehäuse sind auf
Langlebigkeit ausgelegt. Die Anschlüsse der Serie 2400 verfügen
sogar über zwei Dichtungen und sind für höhere Drücke bis zu 24
bar konzipiert. Mit dieser Dichtungsausstattung kann die Liquidline
u. a. sogar direkt in Schaltschränken oder in Reinräumen ihren
Dienst verrichten.
DER PROBLEMFALL ENTZINKUNG
Entzinkung ist seit langem bekannt und kann u. a. zu
Korrosions schäden an Kühlwasseranschlüssen führen. In Ausnahmefällen
wird sie an Bauteilen aus Messing beobachtet, die
in ständigem Kontakt mit Wasser stehen. Die angegriffene
Stelle verfärbt sich hierbei kupferrot und weist dann praktisch
keine Eigenfestigkeit mehr auf. Vereinfacht dargestellt lösen
sich bei der Entzinkung die Hauptlegierungsbestandteile des
Messings auf: Kupfer und Zink werden zu wasserlöslichen
Salzen oxidiert. Das Zink wird vom Kühlwasserstrom weggeführt,
das Kupfer dagegen als schwammartige Masse wieder
abgeschieden. Die Voraussetzung für diesen Vorgang ist ein
O+P Fluidtechnik 10/2016 63

VERBINDUNGSELEMENTE
04 Leicht saure Kühlwässer können schnell zu Korrosionsschäden
an herkömmlichen Kühlwasseranschlüssen führen
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
stark chloridhaltiges und in der Regel weiches Wasser mit niedriger
Karbonathärte.
Man kann die Entzinkung durch sachgerechte Werkstoffwahl und
die richtige Handhabung der Bauteile, z.B. durch Einhaltung der
vorgeschriebenen Anzugsmomente, vermeiden. Die durchflussoptimierten
Anschlüsse der Liquidline werden daher aus einer
speziellen entzinkungsbeständigen Messinglegierung hergestellt.
Entzinkungskorrosion durch hohen Chloridgehalt und niedrige
Karbonathärte kann so ausgeschlossen werden. Die Entzinkungsbeständigkeit
wird nach ISO 6509 überprüft. Die Metallsteckanschlüsse
sind demnach in allen Brauchwässern, Wasserdampf,
verschiedenen Salzlösungen und vielen organischen Flüssigkeiten
gut beständig. Der Werkstoff ist bei Lloyd's Register für bestimmte
Bauteile im Schiffbau zugelassen. Die Anschlüsse sind nickelfrei
und stellen eine preiswerte Alternative zu Edelstahllösungen dar.
WENN ES HART KOMMT: EDELSTAHL
In Ausnahmefällen sind jedoch Kühlwasseranschlüsse aus Edelstahl
vorzuziehen. Überall, wo die in der Anschlusstechnik gängigen
Standardmaterialien wie Kunststoff, Messing und Aluminium
an ihre Grenzen stoßen, steht mit der Eisele Inoxline eine
wirtschaftliche Lösung aus Edelstahl zur Verfügung. Edelstahl
bietet optimalen Korrosionsschutz auch bei aggressiven Medien
und hohen Temperaturen. Anschlusskomponenten aus Edelstahl
sind daher besonders langlebig und ausfallsicher. Sie können
zudem problemlos mit allen anderen Werkstoffen kombiniert
werden. Hinzu kommt ihre gute Reinigungsfähigkeit. Sie sind
deshalb vor allem für den Einsatz in hygienesensiblen Bereichen
hervorragend konzipiert. Edelstahl widersteht besonders gut sauren
Medien und aggressiven Reinigern. Bei der Auswahl des richtigen
Materials sind nicht nur die eingesetzten Medien, sondern auch
die Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Atmosphäre zu
beachten. Insbesondere bei pH-Werten unter 5 sind Anschlüsse aus
Edelstahl erforderlich. Gleiches gilt, wenn im Medium selbst, in verwendeten
Reinigungsmitteln oder in der Installationsumgebung
Ammoniak oder sehr hohe Nitrat- und Chloridgehalte vorliegen.
Speziell in Gegenden mit intensiver, landwirtschaftlicher Nutzung
kann Nitrat zum Problem werden.
DER PROBLEMFALL ELEKTROKORROSION
Durch Elektrokorrosion können sich Kühlwasseranschlüsse aus
Metall binnen kurzer Zeit regelrecht zersetzen, ohne dass es auf den
ersten Blick einen Grund dafür gibt. Bei der Elektrokorrosion führen
Gleichströme oder -stromanteile in Wechselspannungen zu
Schäden an Leitungen und Armaturen. Werden zwei identische
Metallelemente durch einen externen Strom zu einem galvanischen
Element verbunden, wird das als Anode fungierende Metallteil
abgebaut. Die Zersetzung beginnt mit dem unedelsten Legierungsbestandteil.
Der Grund für Elektrokorrosion sind oft
unbemerkte Erdungs- oder Fehlerströme. Lässt sich die Ursache
solcher Probleme nicht ohne weiteres beseitigen, sollte ebenfalls
auf Edelstahl zurückgegriffen werden.
Generell sollten vor der Materialauswahl für Kühlwasser anschlüsse
immer die konkret vorliegenden Gegebenheiten am Installationsort
geprüft werden. Dabei sind nicht nur die eingesetzten Medien,
sondern auch Umgebungsbedingungen wie Temperatur und
Atmosphäre zu beachten. Es gilt: die richtige Materialwahl verhindert
Korrosionsschäden durch Kühlwasser.
www.eisele.eu
64 O+P Fluidtechnik 10/2016

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Kraftübertragung auch bei rauen Umgebungen mit Schmutz,
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Regen oder direkter Sonneneinstrahlung zeigen sie einen hohen
Wirkungsgrad. Zudem kann mit ihnen auf Schmierung verzichtet
werden. Der Hersteller hilft bei der Auslegung und Berechnung
der Riementriebe. Diese werden im Zuge einer weltweiten
Off-Highway-Initiative des Konzerns eingeführt.
www.continental-corporation.com
SYSTEMBAUKASTEN FÜR DIE BLECHUMFORMUNG
Mit Augmented Reality macht
Bosch Rexroth auf der
Euroblech (Halle 11, D08)
unsichtbare Energieflüsse
sichtbar. Am Beispiel einer
mechanischen Servopresse
wird ein Systembaukasten für
effiziente Antriebs- und
Steuerungslösungen für die
Blechbearbeitung gezeigt. Die
Schwerpunkte liegen auf
vernetzten, energieeffizienten
elektrohydraulischen und
elektromechanischen
Lösungen. Funktionsmodule
werden zu einem durchgängigen
Maschinenkonzept
kombiniert, inklusive intelligenter Haupt- und Nebenfunktionen,
Energiemanagement und Vernetzung. Das Energiemanagement
basiert auf einer in Kooperation mit der TU Chemnitz entwickelte
Augmented Reality-Anwendung.
www.boschrexroth.com
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On-Road-Lösungen für u. a. Nutzfahrzeuge sowie diverse Sonderfahrzeuge.
Gemeinsam mit dem Joint Venture Partner VSE präsentiert der Hydraulikspezialist
auf der diesjährigen IAA Nutzfahrzeuge verschiedene Lenksysteme.
Zudem werden Innovationen für die Positionsmessung präsentiert, welche
den Hub exakt bestimmen und sich für den Einsatz in Ausschiebezylindern
von Mobilkranen oder Kranaufbauten eignen. Das hydropneumatische
Federungssystem DTS schafft die Voraussetzungen für guten Fahrkomfort
und reagiert aktiv auf den benötigten Federungsbedarf. Ob voll beladen,
mit Teillast oder leer: Hydraulische Zylinder tragen das Gewicht des
Fahrzeugs. Für die Federung sorgen Akkumulatoren und integrierte
Stoßdämpferventile.
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WEITERE SYSTEMKOMPONENTEN
RÜCKSTRÖMENDES ÖL
IM TANK BERUHIGEN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Rückstromverteiler beugen der Bildung von
Ölschaum vor und reduzieren Behältergeräusche.
Sie bilden eine ideale Ergänzung zu
Rücklauffiltern mit Gewindeauslauf und werden
mittels Innengewinde direkt an die
Rücklaufleitung oder den Filtertopf des
Filtergehäuses angeschlossen.
Die bedarfsgerechte Auslegung eines Behälters ist eine der
Grundvoraussetzungen für einen störungsfreien Betrieb
von Hydrauliksystemen. Denn ein gut konstruierter Tank
versorgt nicht nur die Anlage mit der ausreichenden
Menge an Druckflüssigkeit, sondern er verhindert durch geeignete
Maßnahmen – wie z. B. dem Einsatz von Einfüll- und Belüftungsfiltern
und ausreichender Tankvorspannung – gleichzeitig, dass
Feststoffverschmutzung, Wasser und Luft in das Öl gelangen und
die Funktionsweise empfindlicher Komponenten beeinträchtigen.
Dies hat nicht selten den Austausch betroffener Bauteile zur Folge,
was häufig mit kostenintensiven Stillständen und unplanmäßigen
Ölwechseln verbunden ist.
Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Faktor ist darüber
hinaus Oberflächenschaum, der sich beim unkontrollierten Rück-
01 Beim unkontrollierten Rückströmen von
Hydrauliköl aus der Rücklaufleitung in den
Tank kann sich Oberflächenschaum bilden
66 O+P Fluidtechnik 10/2016

WEITERE SYSTEMKOMPONENTEN
strömen von Hydrauliköl aus der Rücklaufleitung in den Tank
bilden und als Luft-in-Öl-Dispersion eine Reihe von Betriebsproblemen
im gesamten System verursachen kann. Dazu gehören
Effizienzverluste bei der Nutzung der eingesetzten Energie, das
Auftreten von Betriebsstörungen und die Verkürzung der Lebensdauer
des Öls. Dies kann zu einem spürbaren Ölverlust aufgrund
von Überschäumungen führen. Durch Kavitation in der Pumpe,
was im Extremfall zum Totalausfall und damit zum Anlagenstillstand
führen kann, nimmt außerdem die Geräuschentwicklung
im System drastisch zu.
An dieser Stelle kommen Rückstromverteiler der Baureihe SRV
von Stauff ins Spiel: Die Konstruktion der Bauteile basiert auf zwei
konzentrischen Stahlrohren, deren perforierte Auslaufbereiche
versetzt zueinander angeordnet sind und das rückströmende Öl so
verlangsamen und effektiv beruhigen. Der Bildung von Ölschaum
kann auf diesem Weg vorgebeugt und Behältergeräusche dauerhaft
reduziert werden. Bei kleineren Tanks wird außerdem ein Aufwirbeln
von Bodenablagerungen wirkungsvoll vermieden.
Rückstromverteiler bilden eine ideale Ergänzung zu Rücklauffiltern
mit Gewindeauslauf und werden mittels BSP- oder NPT-
Innengewinde direkt an die Rücklaufleitung oder den Filtertopf des
Filtergehäuses angeschlossen. Die Positionierung erfolgt vollständig
unterhalb des Mindest-Flüssigkeitspegels des Behälters und
idealerweise mit der geschlossenen Fläche des äußeren Stahlrohrs
zur Pumpen-Saugseite weisend. Dank der umfangreichen Produktpalette
eignen sich Rückstromverteiler von Stauff für maximale
Betriebsdrücke bis 20 bar (in der Rücklaufleitung) und decken
erforderliche Volumenströme bis 950 l/min lückenlos ab.
BILDUNG VON ÖLSCHAUM
VORGEBEUGT
BEHÄLTERGERÄUSCHE DAUERHAFT
REDUZIERT
AUFWIRBELN VON ABLAGERUNGEN
WIRKUNGSVOLL VERMIEDEN
02 Rückstromverteiler
aus Stahl mit perforierten
Auslaufbereichen
POINTIERT
Werkbilder: Stauff Walter Stauffenberg GmbH & Co. KG
www.stauff.com
ÜBER STAUFF
Seit mehr als 50 Jahren entwickelt, produziert
und vertreibt die Stauff-Gruppe vom Stammsitz
in Werdohl aus Leitungskomponenten und
Hydraulikzubehör für den Maschinen- und
Anlagenbau und die industrielle Instandhaltung.
Zum Produktprogramm zählen aktuell etwa
33000 Standardkomponenten sowie eine Vielzahl
an Sonder- und Systemlösungen. Eigene Produktions-
und Vertriebsniederlassungen in derzeit 18
Ländern und die enge Zusammenarbeit mit
einem flächendeckenden Netzwerk aus Handelspartnern
und Werksvertretungen in sämtlichen
Industrieländern stellen eine hohe Präsenz und
Verfügbarkeit sicher und ermöglichen maximale
Servicekompetenz vor Ort. Weltweit sind etwa
1150 Mitarbeiter für Stauff tätig, davon etwa 350
an drei Standorten in Deutschland: Werdohl
(Verwaltung, Produktion), Plettenberg (Produktion)
und Neuenrade (Logistik). Im Geschäftsjahr 2015
haben die Unternehmen der Stauff-Gruppe einen
Außenumsatz von über 230 Mio. Euro erwirtschaftet.
03 Perfekte
Kombination:
Rücklauffiltergehäuse
mit
Rückstromverteiler
O+P Fluidtechnik 10/2016 67

BASICS
WIE DOPPELFILTER DIE STANDZEIT ERHÖHEN
EFFIZIENTE FILTRIERUNG
Die effiziente Filtrierung von Betriebsmedien hat einen erheblichen Einfluss auf die
Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen. Dabei fallen zwei Aspekte wirtschaftlich
ins Gewicht: die Standzeiten von Filterelementen und die Stillstandzeiten bei deren
Austausch.
Um die Wartungsmaßnahme geplant in einer Produktionspause auszuführen, fordern
Endanwender die rechtzeitige Anzeige des Verschmutzungsgrades der Filterelemente.
Bei kontinuierlichen Prozessen oder Drei-Schicht-Fertigungen, bei denen jeder
Stillstand enorme Kosten verursacht, kommen Doppelfilter zum Einsatz, bei denen der
Anwender im laufenden Betrieb vom verbrauchten Filterelement auf ein neues
umschaltet. Die Kosten für die Filterelemente betragen in der Regel nur einen kleinen
Teil einer Ausfallstunde. Darum fordern Endanwender außerdem möglichst lange
Tauschintervalle.
SAUBERE SACHE
Filter sind stets darauf bedacht, ungelöste Fremdkörper in einem Druckmedium
zurückzuhalten, um den Verschleiß an bewegten Teilen durch die Fremdkörper zu
senken und somit die Lebensdauer der Geräte zu erhöhen. Aber auch Funktionsstörungen
durch eventuelles Verstopfen sowie Hängenbleiben von Steuerkolben und
die damit verbundenen Betriebsunterbrechungen sollen durch Filterung vermieden
werden. Auch die Alterung der Druckflüssigkeit durch chemische Vorgänge als Folge
von Verunreinigung kann auf diese Weise verlangsamt werden. Die verschiedenen
Filterarten lassen sich nach verschiedenen Eigenschaften separieren: dem Arbeitsdruck,
der Wirksamkeit, der Bauart und dem Einbauort. Neben den gängigen Filtern kommen
in der Ölhydraulik auch Doppelfilter zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine
Verbindung zweier Einfachfilter mit einer Umschalteinheit zum wahlweisen Durchlass
des kompletten Volumenstroms durch einen der beiden Filter, während der andere
gereinigt werden kann.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
EIN KONKRETES BEISPIEL
Bosch Rexroth steigert die Standzeiten von
Filterelementen mit einem ganzheitlichen
modularen Konzept und Filterkonstruktionen mit
Zykloneffekt. Das verringert den Wartungsaufwand
und senkt die Betriebskosten. Die Doppelfilter-Baureihe
63 FLDK(N) zeigt, wie dieser
Ansatz in der Praxis funktioniert.
Hier schaltet der Bediener einhändig vom
verbrauchten Filterelement auf das neue im
zweiten Gehäuse um. Die Reinigungswirkung
bleibt unterbrechungsfrei erhalten. Das drucklose
Gehäuseteil öffnet er mit einem Schnellverschluss
und wechselt das Filterelement. Die Baureihe ist
auf einen Nenndruck von bis zu 63 bar ausgelegt
und deckt in sechs Baugrößen Durchflüsse bis 450 l/min ab. Zudem nutzt der Hersteller
die langjährige Erfahrung in der Modellierung von Sphäroguss-Werkstoffen. Dadurch
erreicht er nicht nur eine Gewichtseinsparung von rund 30 Prozent, sondern verringert
auch den Bauraum. Dieser ist vor allem bei Erweiterungen installierter Anlagen interessant.
Wird die Hydraulik- oder Schmiermittelmenge erhöht, steigt der Bedarf an
Filterfläche. Oft steht aber nicht genug Platz für ein größeres Filtergehäuse zur Verfügung.
Die Baureihe 63 FLDK(N) ermöglicht eine kompakte Lösung, denn sie benötigt
bei identischen Normfilterelementen nur den halben Platz oder bietet bei nahezu
gleichem Bauraum deutlich mehr Filterfläche durch größere Nennweiten. Durch den
Zykloneffekt verlängern sich die Wartungsintervalle erheblich und in vielen Fällen
können kleinere, kostengünstigere Filter eingesetzt werden. Praxiserfahrungen zeigen,
dass sich die Standzeiten der Filtermedien signifikant verlängern können. Zusätzlich
reduziert der Zykloneffekt den Differenzdruck, das Delta p.
www.boschrexroth.com
Autor: Thomas Schäfer, Entwicklung Filter,
Werk Ketsch, Bosch Rexroth AG
68 O+P Fluidtechnik 10/2016

DER ZYKLONEFFEKT
Bislang trafen grobe Partikel im Förderstrom
frontal auf das Gewebe in Filtergehäusen
und verstopften die Fläche. Ein Prallschutz
zwischen Einlass und Filtermedium sollte
diese Beschädigung mindern.
Beim Zykloneffekt ist der Einlasskanal so
verändert, dass das Medium tagential in das
Filtergehäuse einströmt. Es entsteht eine
schraubenförmige Bewegung des Fluids, die
grobe Partikel weg vom Filterelement nach
außen an das -gehäuse trägt.
Am Boden des Filtertopfes befindet sich
eine Sicke, in welcher sich die groben
Partikel sammeln. Durch Ablassen einer
kleinen Ölmenge kann die Verschmutzung
ausgespült werden.
Mit dem patentierten Zykloneffekt erhöht
Bosch Rexoth die Schmutzaufnahme
nachhaltig, wie Multipasstests unter
standardisierten Bedingungen nach ISO
16889 belegen.
O+P Fluidtechnik 10/2016 69

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
FAIL OPERATIONAL CONTROLS FOR
AN INDEPENDENT METERING VALVE
Michael Rannow
As intelligent hydraulic systems with embedded sensors become
more ubiquitous, the real or perceived reliability challenge
associated with sensors must be addressed to encourage their
adoption. In this paper, a fault-tolerant control strategy for an
intelligent independent metering valve that allows continued
operation if a sensor fails is described.
70 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
1 INTRODUCTION
As the demand for intelligent hydraulic systems increases, there is an
increasing demand for hydraulic components with integrated sensing
capability. The addition of sensors can enable improved performance
and increased functionality, particularly when combined with
intelligent controllers. However, the reputation of electronics and
sensors as less reliable than purely mechanical devices can be a significant
barrier to the adoption of intelligent machines. This can be particularly
true if feedback from sensors is relied upon for baseline or
safe operation, and a faulty sensor could render a machine inoperable.
The development of fail-operational controllers, which offer
some level of functionality in the presence of a sensor failure, can reduce
the real and perceived risk of downtime due to a failed sensor.
The Eaton CMA valve, is an example of an intelligent hydraulic
valve that relies on sensor feedback for operation. It is a two-stage
independent metering valve with a position sensor and a pressure
sensor for each control spool. The closed-loop control of the
spool position enables fast performance and zero hysteresis, but
it also creates a reliance on the position sensor for operation.
Pressure sensor feedback is used to enable features such as digital
pressure compensation, load direction detection, back pressure
control, and electronic load sense, among others. In typical operation,
all four sensors are used to make the valve function. However,
there is a redundancy that exists when the two spools are
being used to control two sides of the same actuator. Since there
is a relationship between valve position, pressure drop, and flow,
and there is a known relationship between the flow in and the
flow out of an actuator, only three of the four sensors are needed
to have complete information about the state of the valve. Thus,
while purely redundant sensors are often cost prohibitive, the redundancy
provided by knowledge of an actuator area ratio can be
utilized to develop fail operational controllers.
Detecting and diagnosing a faulty sensor is a critical component
of creating fault tolerant systems. There are many methods for detecting
faults in a system, some of which, such as sensor out-ofrange
detection, can immediately identify a faulty sensor. In other
methods, such as poor demand tracking or a mismatch between
the estimated flow in and out of an actuator, they can detect a fault
somewhere in this system, but cannot determine the root cause
without additional tests. For the purposes of this paper, it is assumed
that a sensor fault has been detected and correctly identified.
Once a fault has been identified, reconfigured control modes can
allow the valve to operate with any one of the four sensors failed.
In the next section, the structure and operation of the controller
for a fault in any of the four sensors is described.
2 FAIL OPERATIONAL MODES
The basic principle of the fault tolerant control algorithms is described
as cross-port pressure control, which essentially uses the faulty
side of the valve to control the pressure on the non-faulty side of the
valve. With a valve that has independent control of the meter-in and
meter-out spools, there are numerous methods for controlling the
two work ports. In most cases, an actuator is given a flow command,
which is typically realized by controlling the flow across the spool
that is holding the load.
In a valve with digital pressure compensation, the measured
pressure across the valve and the flow demand are used to determine
the desired position of the metering spool:
χ = f( ∆P, Q ) (1)
des
des
The position of the main stage spool is controlled by the pilot stage
spool and sensed by an LVDT. In this configuration, the pilot spool
is a flow control spool, which means that there is a relationship bet-
ween the input current and the velocity of the main stage spool. In
order to stabilize the main stage at a fixed position, feedback from
the LVDT is required. Thus, to accurately control the flow across a
spool, feedback from both the LVDT and the pressure sensor are required.
In a faulty condition, one of the sensors is not available, meaning
that the spool on the faulty side cannot be used to control the flow.
If that side of the spool is holding the load, the conventional controller
structure must be changed so that the actuator speed can still
be controlled by the operator. In the following sections, the structure
of the controller for each of the four possible sensor faults is described.
2.1 FAILED METER-OUT PRESSURE SENSOR
The function of the meter-out valve varies, depending on whether
the load is passive or overrunning. For a passive load, the meter-out
valve is often commanded to be fully open or control some low back
pressure to minimize the pressure needed to move the load. When
the load is overrunning, the meter-out valve is typically used to control
the flow out of the actuator, with the pressure in the service determined
by the load.
Unfortunately, the typical method for determining the direction
of the load is to compare the pressure on both sides of the actuator,
but with a faulty sensor, this determination is not possible. Thus the
control algorithm must function for either a or overrunning load.
While the flow across the faulty meter-out side cannot be controlled,
the flow into the meter-in side can. Using the pressure state
equation on the non-faulty side and the fact that the flow into and
out of an actuator are proportional, the concept of cross-port pressure
control can be explained:
Ain
P&
β
in
= ( Qin − Qout
) (2)
V A
out
From this equation it is clear that if the pressure is held to be a constant
(i. e. the derivative set to 0), then the output flow will be the
same as the input flow, modified by the area ratio. Thus, if the meter-out
valve can be manipulated to control the meter-in pressure to
be a constant, and the flow in to the actuator is controlled to the
desired output flow times the area ratio, then the flow out of the actuator
will be controlled to the desired value.
In order to control the meter-in pressure to a constant using the
meter-out valve, the following equations can be used:
χ
= f ( P −P Q ) (3)
out, des meter−out out tank, out,
des
P%
= K ( P − P ) + K ∫( P − P ) dt+
K
out p indes , in i indes , in d
dP (
in,
des
− Pin
)
dt
(4)
Where (3) uses the typical flow control function shown in (1), but
instead of using the measured pressure, an estimated outlet pressure
is used. The estimated meter-out pressure is determined by some
control function that is driven by an error term between the
measured pressure on the meter-in side and some constant set
point. An example of a PID controller is given in (4). The integrator
in (4) will adapt to the error between the estimated outlet pressure
and the true value, which is unknown. Thus, the controller “learns”
the true value of the missing sensor input. The state of the integrator
in (4) can be initialized in a number of ways, but the most conservative
approach for a case of a variable load pressure is to assume that
the load is at its maximum possible value to avoid dropping a heavy
load, then adapt the estimate to achieve the desired flow rate. With
O+P Fluidtechnik 10/2016 71

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
this approach, the beginning of the movement will typically be slower
than desired, but the controller will adjust at a rate governed by
the controller gains.
This controller will work for both a passive and an overrunning
load. For an overrunning load, the cross-port pressure control will
work as described, the meter-out valve will start by assuming a heavy
load and then adapt until the meter-in pressure is held to be a
constant. With a passive load, the meter-in pressure will be determined
by the load pressure, which will likely be higher than the
desired pressure set point. In this condition, the meter-out valve
will not be able to control the meter-in pressure down to the desired
value, but it will try to do so anyway. The consequence of a meter-in
pressure that is too high is that the meter-out valve will try to open
more to lower the pressure. Thus, the meter-out valve will open until
it is completely out of the way, which is typically the desired condition
for a passive load.
2.2 FAILED METER-IN PRESSURE SENSOR
The fail-operational controller for a failed pressure sensor on the
meter-in side is similar to the one for the failed meter-out pressure
sensor, although the fact that the meter-in pressure sensor is used to
send an electronic load sense demand to the pump adds a small
change. The control structure is similar to the previous case, with
the meter-out valve commanded to give the desired meter-in flow
times a ratio of the actuator areas. The meter-in valve is then used to
maintain a low constant pressure on the meter-out side.
x = f ( P − PQ % ) (5)
in, des meter−in supply in, indes ,
P%
= K ( P − P ) + K ( P − P ) dt+
K
in p out, des out i out,
des out d
dP (
out,
des
− Pout
)
dt
∫
(6)
As in (3) and (4), the desired spool position is determined using the
normal flow control function for a meter-in spool, f meter-in
,but an estimate
of the missing pressure is used in place of the measured value.
The pressure can be estimated using many different adaption functions,
such as the PID example used here, which are driven by the
error between the measured meter-out pressure and a constant set
point. In some cases, a simple integrator could provide the required
adaptation. The pressure estimate derived in (6) can also be sent as
a load sense pressure demand to the pump, allowing the valve to
maintain its electronic load sense functionality. Alternatively, the
pump could be set to be continuously at max pressure to ensure
that there is always be enough pressure to move the load, but this
would waste a significant amount of energy.
The initial value for the meter-in pressure can be set in a
number of ways, but, if the estimate is being used to set the pump
pressure, using an initial estimate of the maximum possible load
pressure would prevent any back flow from a heavy load to the
supply line.
This control approach can work for both passive and overrunning
loads. If the load is passive, the meter-in pressure estimate will adjust
until the pressure on the meter-out side is at its desired value
and the proper meter-in flow is achieved. For an overrunning load,
which should be higher than the low, constant set point, the meterin
valve will try (unsuccessfully) to lower the pressure by lowering
the pump load sense demand and closing to the pump. In this case,
if an anti-cavitation valve is available, it will open to supply the unloaded
side of the actuator from the tank line. The controller can also
detect when the estimate is driven to a low value, and either set a
minimum value on the meter-in pressure estimate to hold the valve
partially open, or command the valve to open to tank.
2.3 FAILED METER-OUT POSITION SENSOR
For a failed position sensor, the challenges of not being able to detect
a passive/overrunning load and not knowing how to set the pump
pressure are alleviated because the pressure sensors are still functioning.
However, the fact that there is no steady-state relationship between
the input current and the spool position presents a significant
challenge. For the CMA valve, the current into the pilot stage is related
to the flow out of the pilot stage. This gives a relationship between the
input current and the mainstage velocity, meaning that the control input
(current) is one integrator removed from the desired output (spool
position). This forces the controller to be less aggressive and much
more damped than the position controller on a non-faulty valve.
The cross-port pressure control can again be used for a failed position
controller, but rather than the error term being used to determine
the desired position, the difference between the meter-out
pressure and a desired set point is used to determine the current
sent to the meter-in pilot spool:
1
out
= ϕ −
p[ indes ,
−
in) +
i
(
indes ,
−
in)
+
d
i K P P K P P dt K
dP (
in,
des
− Pin
)
dt
+ K x + K g( P P )] + i
(7)
ff des damp in,
out deadband
In this example, the function φ is a mapping from the input current
to the spool velocity which removes some of the nonlinearity in the
system. For a CMA valve, a training routine is used to learn the relationship
between the current and velocity to remove nonlinearity
and part-to-part variation from the controller, but this could also be
generated from a known model of the system. In addition to the PID
terms, a feedforward term is added based on the desired spool velocity
which improves the response when starting or adjusting a command.
A damping function, g, based on the two pressures is also
added to help damp out oscillations.
As in the failed pressure case, the control tries to drive the meter-in
pressure to a constant value. As seen in (2), if the pressure is
a constant, then the flow in and flow out of the actuator are matched.
Thus, if the meter-in flow is controlled and the meter-in
pressure is constant, then the meter-in flow is also controlled to
the correct value.
Controlling the flow out of an actuator with an overrunning load
without position feedback is the most challenging condition, since
any error or instability in the spool movement can result in a falling
load. For a passive load, the same controller can be used; the meterin
pressure will likely be higher than the constant set point, which
will drive the meter-out spool fully open and out of the way. This is
the desired behavior in a passive condition. In this case, the integrator
in (7) must be disabled to avoid integrator wind-up.
2.4 FAILED METER-IN POSITION SENSOR
In the case of a failed position sensor on the meter-in side, the controller
structure can be a bit different. In many cases, the meter-in
spool is not needed to control the speed of the load, so the spool can
be fully opened to supply pressure (passive loads) or tank (overrunning
loads). The speed of the actuator is then controlled by the
meter-out spool. This makes the control of the spool simple, but it
does create a challenge when setting the load sense demand.
Typically, the load sense demand from a service is set to be some
margin above the measured meter-in pressure. The pressure difference
between supply and the actuator then occurs across the meter-in
spool. However, if the meter-in spool is fully open, there will
be only minimal pressure drop, meaning that the load sense demand
will increase up to its maximum value as it tries to maintain
∫
72 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
01 Traces of a boom
lowering with a failed
meter-out pressure sensor
02 Traces of a boom raising with
a failed meter-in pressure sensor
the desired pressure margin. However, as the supply pressure increases,
the pressure on the meter-out side, which is controlling the
flow out of the actuator, will increase. In a passive case, the back
pressure is typically desired to be low, so a rise in the meter-out
pressure can be used to reduce the load sense demand:
A
P = P + P − P −max( P − P 0) (8)
in
is, des in marg in out out out,lim it,
Aout
In (8), the load sense demand will increase until it is limited by the
meter-out pressure increasing above the specified meter-out pressure
limit. This equation is used for a passive load. For an overrunning
load, the meter-in spool can be connected to tank, so the
pump pressure setting is irrelevant.
In an alternative method for the passive case, an error term can be
generated that is used to control the meter-in spool to a partially
open position. This is useful for shielding the service from high
pump pressures that are requested by another service operating
simultaneously. As in the failed meter-out position sensor case,
this requires a controller that sets a desired current to the pilot
stage. Using this approach the load sense demand can be set as
normal.
1
in
= ϕ − [
p
(
out, des
−
out
) +
i
(
out,
des
−
out
) +
d
i K P P K P P dt K
dP (
out,
des
− Pout
)
+ K
ff
x&
des] + ideadband
(9)
dt
∫
O+P Fluidtechnik 10/2016 73

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
Notice that the damping term is not as critical for this case since the
meter-in case is less sensitive to dropping a heavy load. This control
is only necessary for a passive load. For an overrunning load, the
meter-in spool can be fully opened to tank and the actuator speed
controlled with the meter-out valve, as in the conventional case.
3 EXPERIMENTAL RESULTS
The fail operational controller was implemented on the actuators of
a backhoe loader. While the boom, arm, and bucket were all successfully
tested, the boom provided the heaviest load, with the most
potential to fall if there were any controller errors. Thus, the boom
was used for demonstration. Note that the sensors did not actually
fail, so their readings are included in the plots. Internally to the valve
controller, the feedback from the faulty sensors was disconnected.
3.1 TRACES OF A BOOM LOWERING WITH A
FAILED METER-OUT PRESSURE SENSOR
Figure 1 shows an example of a system working with a failed meterin
pressure sensor. In this example, the load is overrunning, which
03 Traces of a boom lowering with
a failed meter-out position sensor
04 Traces of a boom raising with
a failed meter-in position sensor
74 O+P Fluidtechnik 10/2016

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN
means the meter-out valve is holding the load. The set point for the
meter-in pressure was 15 bar, and, after an initial transient, the
pressure settles to that value. In the initial transient, the pressure
climbs higher than 15 bar, which means there is more flow coming
in the meter-in side than is leaving the faulty meter-out side. This is
due to the fact that, at the start of motion, the estimate of the load
pressure is initialized to the maximum possible load pressure of 200
bar instead of the actual value of around 70 bar. Thus, the meter-out
valve does not open far enough. However, in response to the meterin
pressure being higher than 15 bar, the controller in (4) adjusts the
estimate to open the valve further. The duration of the initial transient
can be manipulated by the design of the cross-port pressure
controller (4). As the magnitude of the flow demand is increased,
both spools open further in response, maintaining the meter-in
pressure near its set point.
3.2 TRACES OF A BOOM RAISING WITH A
FAILED METER-IN PRESSURE SENSOR
In Figure 2, the actuator is moved in the opposite direction, raising
the boom using a faulty pressure sensor on the meter-in side. Note
that the meter-in (MI) and meter-out (MO) pressure changed places
from the previous case. In this figure, the meter-out pressure is controlled
to be 15 bar, despite a varying flow demand. This test was run
with an initial guess of the meter-in pressure of 50 bar, which was close
to the actual value. As a result, the start of motion did not have a
large transient. The estimated meter-in pressure is shown. Note that
the pressure estimate is below the true value, which makes the pressure
margin lower than the typical 10 bar. However, the controller in
(6) will adjust itself to ensure that there is sufficient margin to achieve
the desired flow, and thus maintain the meter-out pressure at 15 bar.
The faulty spool (spool 2) is responsive to changes in the magnitude
of the flow demand as it is increased and then decreased.
3.3 TRACES OF A BOOM LOWERING WITH A
FAILED METER-OUT POSITION SENSOR
The case of a faulty position sensor on the meter-out side of the
boom is shown in Figure 3. Lowering a heavy load without position
feedback on the mainstage spool is the most challenging case for
the fail operational controller. The faulty spool opens out of the
deadband in about 120 ms, which is slower than the 30-50 ms that is
typical on a spool with feedback, but is still barely perceptible to an
operator. While the PID terms in (7) are active during this time, they
are tuned to be fairly slow in order to maintain stability. The large
movement needed to escape the deadband is significantly improved
by the feedforward term. Initially, the meter-in pressure is higher
than the commanded 15 bar, indicating that the meter-out valve
is not open enough to allow as much flow out of the actuator as is
being put in on the meter-in side. However, the spool quickly adapts,
and the meter-in pressure converges to its set point. With step
changes in the flow demand, the faulty spool opens and closes
accordingly in order to maintain the proper cross-port pressure.
3.4 TRACES OF A BOOM RAISING WITH A
FAILED METER-IN POSITION SENSOR
Finally, in Figure 4, an example of a failed meter-in position sensor is
given. In this example, a controller like in (9) is used to maintain the
meter-in spool in a partially open state by trying to maintain the meter-out
pressure. Notice that the meter-in spool opens up a bit slower
than the meter-out spool due to the delay in moving the spool out of
the dead band using direct current control. Since the service speed is
controlled by the meter-out valve, the controller in (9) does not need
to be as responsive as the controller in (7). Thus, the feedforward term
that helped the spool exit the dead band quickly in the failed meterout
case was not tuned to be as aggressive. This could be adjusted if
desired.
4 CONCLUSION
In this paper, a method for utilizing the inherent information redundancy
in an independent metering valve with position and pressure
sensors to create a fault tolerant system was described. While a working
position and pressure sensor are needed to accurately control the
flow across a spool that uses electronic pressure compensation, the
controller can always be re-structured so that the flow is controlled on
the spool with two working sensors, with the other spool attempting to
regulate the pressure on the non-faulty side of the work port to a constant
value. Maintaining a constant pressure ensures a balance between
the flow in and out of the actuator. Experimental results demonstrate
that this approach can be tailored to a failure in any one of the
four sensors on the valve. This creates a valve that is tolerant to sensor
faults, which improves the reliability and uptime for the system.
www.eaton.com/hydraulics
Author: Michael Rannow, EATON Corporation
Nomenclature
∆P
P in,
P out
x in
, x out,
x des
Q des
f()
β
V
A in,
A out
P
K p,
K i,
K d,
K ff
i in,
i out
φ -1 ()
g(P in,
P out
)
i deadband
P is,des
P margin
Pressure difference: Psupply – Pin or Pout – Ptank on
in or out side
Pressure, Pressure on input side, Pressure on output
side
Desired spool position, position on input side,
position on output side
Desired flow rate – note any variable with a _des is a
desired value
Function describing relationship between pres
sure, flow, and position
Bulk modulus of the fluid
Volume of the fluid
Actuator Area on the input side, actuator Area on
the
output side
Estimated pressure on the inlet side, estimated
pressure on outlet side
Proportional, Integral, Defivative, and Feed forward
controller gains
Current sent to the pilot spool actuator in the input
and
output side
Inverse of a function that relates the input current
to the
spool velocity
Damping function that uses actuator pressures to
smooth the control
Current needed to move the pilot spool to the edge
of its deadband
Desired load sense pressure (desired supply pressure
minus margin)
Pressure margin between Pls and supply pressure
O+P Fluidtechnik 10/2016 75

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
DICHTUNGEN
STICK SLIP:
BERÜHRENDE DICHTUNGEN IM WECHSEL
VON HAFT- ZU GLEITREIBUNG
Dr.-Ing. Mandy Wilke, Holger Jordan
Neben der immer weiter steigenden Leistungsdichte und der gleichzeitig
geforderten konstruktiven Gestaltung in Applikationen (z. B. Leichtbau)
ist das Auftreten von Stick-Slip in Reibkontaktstellen mit Dichtungen vor
Allem bei niedrigen Geschwindigkeiten ein für schwingungssensible
Anwendungen kritisches Phänomen. Stick Slip oder Ruckgleiten kann in
diesen Anwendungen zu störenden Vibrationen oder
Geräuschbildungen führen.
76 O+P Fluidtechnik 10/2016

DICHTUNGEN
1 EINLEITUNG
Das Ruckgleiten (Stick Slip) beschreibt den Reibkraftunterschied
bei einer Relativbewegung von zumindest zwei zueinander
beweglichen Maschinenteilen. Wechselnde Bedingungen
der Reibung im Kontaktspalt bedingen das Variieren zwischen
Haftreibung und Gleitreibung, was dann zu einem diskontinuierlichen
Gleiten führt. Ist dieser Betriebszustand erreicht und
wird die relative Geschwindigkeit weiter erhöht, findet keine
Veränderung zum Haftreibungsbereich mehr statt und man
befindet sich im Bereich der Gleitreibung mit kontinuierlicher
Bewegung, vgl. [1].
Das Stick Slip Verhalten speziell in der Betrachtung mit Dichtelementen
tritt also eher bei niedrigen Geschwindigkeiten auf
beziehungsweise immer dann, wenn der Übergang von Haft- zu
Gleitreibung stattfindet, siehe Bild 01.
Die tribologischen Zustände im Dichtspalt sind beliebig
komplex, so dass Randparameter wie Oberflächentexturen in
Verbindung mit dem Druckfluid, dem Werkstoff der Dichtung
und deren Geometrie unter dem variablen Einfluss von Druck
und Temperatur alle in direkter Abhängigkeit untereinander
die relevanten Parameter für die Reibung bestimmen.
Beispielsweise beeinflusst die Temperatur einerseits die Ölviskosität
andererseits aber auch den Modul des Dichtungs-
werkstoffes, über die Laufzeit hingegen ändert sich die Gegenlauffläche
zusätzlich an den Dichtkontaktstellen. All das hat
direkten Einfluss auf das Reibverhalten der Dichtung.
2 THEORETISCHE BETRACHTUNG
DER DICHTSTELLE
Überträgt man das Feder-Dämpfer-Prinzip auf elastomere Werkstoffe
in der Anwendung mit dynamischen Hydraulikdichtungen,
so bedeutet dies das Heranziehen der entsprechenden Werte aus
der Elastomer Technologie wie Speichermodul E´ und Verlustmodul
E´´ zu
E* (iω,T) = E‘ (ω,T) + E‘‘ (iω,T) (1)
wobei der Verlustwinkel δ den Phasenversatz zwischen Dehnung
und Spannung bezeichnet und sich rechnerisch aus dem Quotienten
von Verlustmodul und Speichermodul ergibt:
E ''
tanδ = (2)
E '
(2)
Großes ∆F führt zu Stick Slip Neigung
01 Exemplarische Reibkraftmessungen von Stangendichtungen mit Stick-Slip-Neigung im niedrigen Geschwindigkeitsbereich [1]
O+P Fluidtechnik 10/2016 77

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
DICHTUNGEN
02
side 2
pressure
side 1
working cylinder
test seal
acceleration sensor
test seal
03
78 O+P Fluidtechnik 10/2016

DICHTUNGEN
Anhand dieser Kenngrößen für das Verhalten der gespeicherten
Energie kann das Dämpfungsverhalten beschrieben werden, einerseits
durch die gespeicherte Energie „elastisch“, die beispielsweise
eine Rückstellung ermöglicht, und andererseits durch die
absorbierte Energie, die durch innere Relativbewegung, also Reibung
zwischen den Molekülketten, entsteht. Messbar sind solche
Werte zum Beispiel mit der DMA (Dynamic-Mechanical-
Analyse).
3.1 UNTERSUCHUNGEN AN
STANGENDICHTUNGEN
Messtechnisch wird auf einem Stangendichtungsprüfstand eine
3-Achsige Beschleunigungsmessung der bewegten Kolbenstange
adaptiert. Bild 02 zeigt schematisch den Versuchsaufbau.
Bei der Kolbenstangenbewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
und auch Variationen der Druckbeaufschlagung
der jeweiligen Stangendichtungen wird die Schwingfrequenz
der Kolbenstange über die gemessenen Beschleunigungen
errechnet. Um die Betriebszustände für klare und verwertbare
Messwerte zu optimieren, wird für die Messungen
eine bewusst unter dem Aspekt Stick-Slip kritische Gegenlauffläche
verwendet, siehe Bild 03. Bedingt durch die spielbehaftete
Lagerung einer Kolbenstange im Gehäuse sind auftretende
Schwingungen in mehrachsiger Ausrichtung zu erwarten.
Wie in den in Bild 04 gezeigten Diagrammen sichtbar, sind
die gemessenen Beschleunigungen nach X-Y-Z ausgerichtet,
04
02 Versuchsaufbau zur Untersuchung
an Stangendichtung
03 Al2O3-Gegenlauffläche [1]
04 Beschleunigungen in X, Y und
Z-Richtung und Reibkraft links,
Frequenzspektrum rechts [1]
05 O-Ring vorgespannte Dichtung
mit axialem Dämpferelement [1]
05
O+P Fluidtechnik 10/2016 79

DICHTUNGEN
ungedämpft
gedämpft
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
06 Beschleunigungen und Schwingungen mit und ohne Dämpferelement bei 0 bar und 0,02 m/s
wobei Z die Bewegungsrichtung der Kolbenstange beschreibt.
Wenn man von einer harmonischen Schwingung ausgeht müssen
sich Resonanzfrequenzen mit einem Vielfachen wiederholen.
Die Ergebnisse zeigen wie erwartet eine Antwort mit deutlichen
Signalen in allen 3 aufgezeichneten Achsen. Ein 4ter
Kanal zeichnet die gemessenen Reibkräfte zwischen Antriebszylinder
und Prüfstange auf.
Die Umrechnung der Beschleunigungen erfolgt mit Hilfe
einer Fourier Transformation. Deutlich wird in den Ergebnissen
die harmonische Schwingung. Einfluss hier haben bei sonst
konstanten Versuchsbedingungen Design und Werkstoff der
verwendeten Dichtung. Um bei den Messungen nicht zu viel
Varianten in die Einflüsse zu bekommen, wird die Masse der
Dichtung konstant gehalten. Prüfparameter hingegen werden
mit einem definierten Ablauf abgeprüft. Bild 05 zeigt das Dichtelement.
Durch das plastisch elastische Verhalten des Dämpferelements
kann eine Tilgung der induzierten Schwingung
erreicht werden, Bild 06.
3.2 UNTERSUCHUNGEN AN
KOLBENDICHTUNGEN
Übertragen auf Anwendungen für Kolbendichtungen kann der
gleiche Ansatz verwendet werden. Speziell Rauheitsprofile mit sehr
80 O+P Fluidtechnik 10/2016

DICHTUNGEN
ohne Dämpfung
mit Dämpfung
07 Beispiel einer Rohroberfäche und einer Kolbendichtung mit Dämpferelement
glatten Oberflächen, also geringe Rpk Werte können in Verbindung
mit entsprechenden Druckfluiden ebenfalls für Ruckgleiten verantwortlich
sein und zu schwingungsinduzierter Geräuschbildung
führen, siehe Bild 07.
4 FAZIT
Durch eine entsprechende Auswahl und Anordnung von Werkstoffkombinationen
kann das Gleitverhalten für im Kontakt
befindliche Dichtungen sehr eindrucksvoll und nachhaltig derart
beeinflusst werden, dass Stick–Slip im kausalen Zusammenhang
mit Dichtelementen ausgeschlossen werden kann, wenn die Erregung
durch die dynamischer Reibstelle erfolgt. Die Tilgung erfolgt dabei
durch das plastisch elastische Verhalten von Dämpfer elementen.
www.tss.trelleborg.com
Autoren:
Dr.-Ing. Mandy Wilke, Holger Jordan, Trelleborg Sealing Solutions
Literaturverzeichnis:
[1] WILKE, M.; JORDAN, H.: Zum Verhalten von berührenden Dichtungen im
Wechsel von Haft- zu Gleitreibung, angenommener Beitrag in: 19th International
Sealing Conference (ISC), Stuttgart, 2016
O+P Fluidtechnik 10/2016 81

BOMBENSUCHE MIT BAGGER
01
Vor Helgolands Küste lagern bis heute Relikte aus dem
Zweiten Weltkrieg: Bomben, Minen oder Granaten.
Eggers Kampfmittelbergung wurde beauftragt, den
Meeresgrund im Hafenbereich zu sondieren. Bevor
damit begonnen werden kann, wird ein Waffentaucher
über eine Strömungsglocke nach unten befördert.
Die Glocke ist an einem Cat Longfrontbagger
329EL angebracht und hat einen Durchmesser von
2,50 m und eine Höhe von 4 m.
KAMPFMITTEL WERDEN LEIDER
ALLZU OFT UNTERSCHÄTZT
Leif Nebel, Geschäftsführer der Eggers
Kampfmittelbergung (2. v. l.)
04
02
Das Anbaugerät ist eine Sonderkonstruktion des
Unternehmens, die für den Hochseeeinsatz um eine
autonome Not-Luftversorgung für den Taucher
erweitert wurde. Sie beherbergt während eines Tauchvorgangs
den Taucher. Er soll sich darin Abschnitt für
Abschnitt vorarbeiten, den Meeresgrund abtasten
und Kampfmittel rechtzeitig ausfindig machen.
Die Baumaschine mit rund 30 t Einsatzgewicht wird von der
Mole aus bewegt. Der Baggerfahrer steuert über ein Display in
der Kabine die Strömungsglocke. Mithilfe von 3D-Steuerung
wird Abschnitt für Abschnitt angezeigt, der abzuarbeiten ist.
Gibt der Taucher in der Strömungsglocke einen Abschnitt auf
großkalibrige Kampfmittel frei, muss er aus dem Wasser und
eine Pumpe beginnt mit der Förderung der Sedimente.
03
www.zeppelin-cat.de
82 O+P Fluidtechnik 10/2016

IM NÄCHSTEN HEFT: 11-12/2016
ERSCHEINUNGSTERMIN: 10. 11. 2016
ANZEIGENSCHLUSS: 25. 10. 2016
01
02
03
01 SPS IPC Drives
Die SPS IPC Drives liefert ihren Fachbesuchern auch in diesem Jahr einen umfassenden
Überblick über die einzelnen Komponenten sowie komplette Lösungen der Automatisierung.
Über 1 600 Aussteller, inklusive aller Key Player der Branche, nehmen an der SPS IPC Drives in
Nürnberg teil. Wir zeigen vorab, worauf Sie sich freuen können.
Foto: Mesago
02 19th ISC Internationale Dichtungstagung
Am 12. und 13. Oktober 2016 traf sich in Stuttgart die Dichtungsbranche. Das Event wurde
organisiert von VDMA und dem Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart. Wir
blicken auf die Veranstaltung zurück und fassen für Sie Trends und Highlights zusammen.
Foto: VDMA
03 Flexible Prüfstände
Um Prüfstände möglichst effizient zu nutzen, müssen diese immer öfter für eine ganze
Bandbreite an Produkten ausgelegt sein. HAINZL lieferte vor kurzem für einen Kunden vier
effiziente Ölversorgungsanlagen für Prüfstände zum Testen von Industriegetrieben. Die große
Herausforderung bei der Entwicklung der Ölversorgungsanlagen war eben genau die
Flexibilität bei gleichbleibender Effizienz trotz der großen Bandbreite der Prüfgetriebe.
Foto: HAINZL
O+P Fluidtechnik 10/2016 83
BOLZ.indd 1 22.09.2016 08:32:08