Gebhard und Lothar Kübler im Gespräch über Drehgeber und Industrie 4.0
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Gebhard und Lothar Kübler im Gespräch über Drehgeber und Industrie 4.0

Automatisierung in Zeiten der Digitalisierung
Gebhard und Lothar Kübler im Gespräch über Drehgeber, Schleifringe und Industrie 4.0

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Die Digitalisierung hat insbesondere Auswirkungen auf die Automatisierungstechnik. Gebhard und Lothar Kübler, Geschäftsführer Fritz Kübler GmbH, erläutern im Interview mit KEM Konstruktion, welche Herausforderungen ein Automatisierungsunternehmen meistern muss, um auch in Zeiten der Digitalisierung wettbewerbsfähig zu bleiben. Zudem erklären sie, wieso analoge Technik nach wie vor ihre Berechtigung hat.

Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredaktion KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Kübler steht für die Entwicklung und Herstellung von Produkten und Lösungen zur Messung (Drehgeber, Motor-Feedbacksysteme, Lineare Messtechnik, Neigungssensoren, etc.), Übertragung (Schleifringe, Signalwandler, etc.) und Auswertung (Anzeigen und Zähler, Prozessgeräte, Drehzahlwächter). Welche Entwicklungen/Trends prägen den Markt in diesen drei Bereichen?

Gebhard Kübler: In allen diesen Bereichen gibt es einen Trend zur Digitalisierung, was ja zunächst mal nichts Neues ist. Digitalisierung und spezifischer Industrie 4.0 ist für Kübler einer der wichtigsten Trends, der uns insbesondere als Sensor- und Schleifring-Hersteller betrifft. Durch Industrie 4.0 wächst der Bedarf, Sensoren an noch mehr Stellen einer Maschine anzubringen. Es werden auch mehr Daten übertragen, was wiederum für die Schleifringe neue zusätzliche Aufgaben zur Datenübertragung mit sich bringt. Sensoren sind die Sinnesorgane von Industrie 4.0 und Schleifringe bringen I4.0 in den „letzten Winkel“ jeder Maschine.

Wir sehen eine zunehmende Bedeutung von Industrial-Ethernet- und I/O-Link-Kommunikation, die in naher Zukunft die klassischen Kommunikationsprotokolle ersetzen wird. Ein weiterer wichtiger Trend ist, dass Sensorik und Schleifringe immer stärker in die Maschinen integriert werden und somit integraler Bestandteil der Maschine werden. Wie zum Beispiel unser lagerloses Sensorsystem, welches ohne zusätzlichen Bauraum direkt in die Flansch eines elektrischen Antriebs integriert wird.

Diese Trends wirken sich auf technische Entwicklungen bei Kübler aus. In unseren Geschäftsbereichen Messung, also Drehgeber oder lineare Messsysteme, und bei Schleifringen haben wir technologisch in den letzten Jahren stark aufgerüstet. Wir nennen diesen Ansatz Innovationsmarathon und haben dafür unsere Entwicklungsmannschaft stark vergrößert. Früher waren wir als Unternehmen technologisch eher „me too“, gepaart mit Schnelligkeit und der Fähigkeit, Kundenlösungen rasch zu bauen. Während wir auf Schnelligkeit bei Kundenlösungen weiter setzen, haben wir technologisch stark aufgerüstet und sind heute in Bezug auf Innovation vielfach ganz vorn mit dabei.

Lothar Kübler: Einige Beispiele dazu: Bei Schleifringen haben wir unser Portfolio hinsichtlich Ethernet-basierter Übertragung erweitert, denn Ethernet-Signale werden zunehmend in Echtzeit übertragen. Zudem haben wir unser Angebot um berührungslos arbeitende Lösungen ergänzt. Insgesamt stößt unser Schleifring-Know-how weltweit auf hohes Interesse, da unsere Lösungen oft zuverlässiger sind, als die, welche die Kunden aktuell einsetzen.

Bei Drehgebern liegt eine Stärke bei den Ethernet-basierten Multiturn-Drehgebern. Nun haben wir viele Geräte „Industrie 4.0 ready“ gemacht. Bei Drehgebern sehen wir des Weiteren einen Trend zu mehr Intelligenz, zum Beispiel mit smarten lagerlosen Drehgebern, für die wir eigens ein Entwicklungszentrum in Berlin gegründet haben. Smart sind die Produkte deshalb, weil sie neben den klassischen Messfunktionen über zusätzliche Funktionen verfügen, wie zum Beispiel digitale Signaloptimierung oder Condition Monitoring. Hier sehen wir uns mittlerweile als marktführend.

Weitere Entwicklungen gibt es auch in der linearen Messung. So haben wir ein besonders innovatives und leicht zu installierendes Schacht-Kopiersystem für Aufzugskabinen entwickelt. Mit diesen absoluten Messsystemen und den an Aufzug-Steuerungen angepassten Auswertemodulen können Aufzughersteller ihre Aufzüge erheblich vereinfachen und sicher betreiben. In der Aufzugsbranche gibt es neue Normen, die sicherheitsgerichtete Positionserfassung des Fahrkorbes im Aufzug vorschreiben. Mit unserem zertifizierten sicheren System können viele zusätzliche Sensoren und der mechanische Geschwindigkeitsbegrenzer eingespart werden. Dies spart nicht nur Kosten, sondern auch wertvollen Platz im Aufzugsschacht und reduziert erheblich die Installationskosten eines Aufzugs.

Auch in der Motorfeedback-Welt ist Kübler aktiv. Wir sind Gründungsmitglied der Konsortien SCS open link und BiSS-Line, welche neue innovative Schnittstellen-Technologien in der Industrie durchsetzen wollen. Wir arbeiten zusammen mit unseren Kunden in der Antriebstechnik in einem frühen Stadium bereits an deren nächster Generation Servo-Motoren.

KEM Konstruktion: Welche Herausforderungen muss ein Anbieter von Automatisierungstechnik meistern, um auch in Zeiten der Digitalisierung beziehungsweise der Industrie 4.0 wettbewerbsfähig zu bleiben?

Gebhard Kübler: Vernetzte und intelligente Produkte sind eine Voraussetzung für Industrie 4.0. Diese Produkte müssen in der Lage sein, zu sagen: „Wer bin ich? Wo bin ich? Wie fühle ich mich?“. Industrie-4.0-fähig bedeutet, dass beispielsweise Drehgeber neben der klassischen Messaufgabe und Messwert-Übertragung und Schleifringe neben der reinen Übertragung von Strom, Signalen und Daten, weitere Funktionalitäten zum Vernetzen der Produkte und zum Sammeln oder Übertragen von zusätzlichen Informationen leisten müssen. Wir sprechen hier von den vier Eigenschaften Connectivity, Identification, Diagnostics und Adaptability.

Connectivity steht für die Fähigkeit, zusätzliche Informationen zu kommunizieren und/oder sich zu vernetzen. Dies kann in Form von zusätzlichen Schnittstellen erfolgen, wie OPC-UA, etwa für zusätzliche Edge-Kommunikation oder mit Industrial-Ethernet-Kommunikation sowie mit einem digitalen Interface, wie BiSS oder SCS open link.

Identification ist die Fähigkeit, mittels eines elektronischen Datenblatts/Typenschilds, technische Informationen zu übermitteln. Darüber hinaus können weitere Informationen der Maschine übermittelt werden, zum Beispiel Information über die Antriebsachse, an der der Drehgeber installiert ist. Im Wesentlichen werden hier alle Informationen aufgenommen, die in der Anwendung für das Asset-Management erforderlich sind.

Lothar Kübler: Diagnostics-Funktionen geben relevante Informationen über den Zustand des Produkts, wie Fehlermeldungen oder indirekte Informationen über die Anwendung. Beispielsweise kann ein integrierter Temperatursensor melden, dass der zulässige Arbeitstemperaturbereich verlassen wurde. Oder integrierte Vibrationssensoren geben Hinweise auf den Zustand der Lagerung eines Antriebsstrangs. Gerade hoch integrierte lagerlose Systeme können zuverlässige Informationen liefern. Durch Log- und Time-Stamp-Funktionen in Industrial-Ethernet-Drehgebern besteht die Möglichkeit, Lifetime-Histogramme zu erstellen.

Mit Adaptability schließlich ist die Anpassungsfähigkeit gemeint, die auf zwei Ebenen erfolgen kann: Auf operativer Ebene können die Parameter/Einstellungen eines Drehgebers im Betrieb geändert werden, um etwa Rüstvorgänge zu optimieren oder Fehler in der Messung mit digitaler Signalverarbeitung zu eliminieren. Auf Systemebene können jederzeit Software-Updates durchgeführt werden. Der Funktionsumfang zur Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten kann nachträglich erweitert werden, um die Zukunftsfähigkeit des Systems zu gewährleistet. Deshalb sind alle Feldbus- und Industrial-Ethernet-Drehgeber von Kübler standardmäßig mit einer Firmware-Update-Funktion ausgestattet.

Gebhard Kübler: Mit diesen Funktionen und mit unserer Anpassungsfähigkeit sind wir Industrie 4.0 ready. Das ist ein wichtiger Meilenstein für Kübler.

KEM Konstruktion: In Zusammenhang mit Industrie 4.0 spielen Standards eine Rolle, etwa das Thema OPC-UA over TSN. Wie wichtig sind Standards im Allgemeinen und OPC-UA over TSN im Besonderen?

Gebhard Kübler: Der wichtigste Mehrwert von Industrie 4.0 ist die Flexibilität beziehungsweise ein System, welches maximal anpassungsfähig ist und dadurch auch bestens gerüstet für die Herausforderung der sich ständig schneller veränderten Märkte. Hier spielt Interoperability eine Schlüssel-Rolle – sprich die Fähigkeit, systemunabhängig miteinander zu kommunizieren. Genau dafür wurde OPC-UA geschaffen. Bis jetzt war das Leistungsspektrum von OPC-UA jedoch für Echtzeit-Anwendungen nicht geeignet. Dies ist jetzt mit TSN gelöst, so dass alle namhafte Automatisierungsfirmen und Maschinebauer sich für die Kommunikationstechnologie entschieden haben. Und auch der ZVEI und der VDMA haben sich ganz klar dafür positioniert. Auch Kübler setzt auf diese Schnittstelle und implementiert diese bereits in seine neue Generation von Produkten.

KEM Konstruktion: Welche Industrie-4.0-Funktionalitäten (Industrial Ethernet, integrierter Webserver, zusätzliches OPC-UA-Protokoll, etc.) benötigt etwa ein Drehgeber, um Industrie-4.0-fähig zu sein?

Lothar Kübler: Welche Industrie-4.0-Funktionalitäten ein Drehgeber benötigt, um „Industrie 4.0 ready“ zu sein, hängt vom Gesamtkonzept ab. Entscheidend dabei ist die Rolle, die dem Drehgeber zugeteilt wird. Entweder als ein eigenständiges Industrie-4.0-Objekt (Asset) oder als ein Teil davon. Daraus ergibt sich, ob der Drehgeber seine eigene Verwaltungsschale haben muss oder in eine bestehende Verwaltungsschale eingebunden wird. Ein Drehgeber mit eigener Verwaltungsschale hat nicht nur Funktionen auf dem „Field Level“, sondern auch auf dem „Control Level“ und sogar bis zur direkten Edge-Kommunikation. In der höchsten Ausbaustufe spricht man zum Beispiel von einem Industrial-Ethernet-Drehgeber mit integriertem Webserver und zusätzlichem OPC-UA-Protokoll. Meistens wird der Drehgeber jedoch innerhalb eines Objektes eingebunden, wie in einem Antriebsstrang. Das Industrie-4.0-Objekt ist dann eine Antriebsachse bestehend aus Motor, Getriebe, Drehgeber, Bremse, Umrichter und so weiter. In diesem Fall stellt sich die Frage, welches der Elemente in dem Objekt die Verwaltungsschale bekommt und auch die Verwaltungsfunktionen übernimmt. Der Drehgeber kann diese Rolle erfüllen – komplett oder teilweise – , indem das elektronische Datenblatt nicht nur die Informationen über den Drehgeber selbst beinhaltet, sondern über den ganzen Antriebsstrang. Das sind zum Beispiel Motordaten, Standortinformationen, etc. Grundsätzlich bildet die Verwaltungsschale die virtuelle Darstellung des Produkts, also den Digital Twin, und die technischen Funktionen ab. Damit ist eine Vielzahl von Use-Cases, von der Simulation bis zum Asset-Management, möglich.

KEM Konstruktion: Kübler bietet im Zusammenhang mit Industrie-4.0-fähigen Produkten zum Beispiel einen Industrial-Ethernet-Drehgeber an. Welchen Mehrwert bietet diese Lösung den Anwendern?

Gebhard Kübler: Der Mehrwert eines I4.0-Ready-Drehgebers ist im simpelsten Fall die einfachere Umsetzung der Industrie-4.0-Konzepte des Anwenders und in vielen Fällen ermöglichen diese Drehgeber erst diese Umsetzungen. Spannend dabei ist hauptsächlich, dass dies auch unseren Kunden neue Perspektiven und Geschäftsmodelle eröffnet über den kompletten Lebenszyklus ihrer Maschine: Von der Entstehung mit einer effizienteren Konstruktion und Inbetriebnahme bis zur operativen Phase, wie zum Beispiel bei Service & Wartungsmodellen.

KEM Konstruktion: Auch bei Schleifringen setzt Kübler auf die Digitalisierung. Zur SPS 2019 haben Sie mit dem SRS250 eine smarte Lösung vorgestellt. Was genau macht diese Lösung smart und für welche Einsatzfelder eignet sich ein solches Produkt?

Lothar Kübler: Das Thema Digitalisierung hat bei Schleifringen zwei Dimensionen. Zum einen stellen Schleifringe durch die Übertragung von Industrial Ethernet sicher, dass Industrie-4.0-Konzepte in jedem Winkel der Maschine umgesetzt werden können. Für Anwendungen, in denen maximale Verfügbarkeit gefragt ist, bietet Kübler auch kontaktlose Lösungen an.

Zum anderen sind Schleifringe hoch integrierte Bestandteile von komplexen Maschinen. Sie können dadurch besonders viele und zuverlässige Informationen über den Maschinenzustand und die Wartungsanforderungen liefern. Deshalb nutzt Kübler die Schleifringe als „Industrie 4.0 Enabler“ und hat dazu Sensorik-Systeme in seine smarten Schleifringe integriert, ohne dabei zusätzlichen wertvollen Einbauraum zu benötigen. Die genaue Messung und Überwachung von Achsbewegungen, Vibrationen und Temperatur, gekoppelt mit der Speicherung von Lifetime-Histogrammen, liefert alle notwendigen Informationen für Condition Monitoring. Zudem werden Asset-Management-Funktionen mit maschinenspezifischen elektronischen Datenblättern unterstützt.

KEM Konstruktion: Kübler stellt diesen Schleifring als ‚Product-as-a-Service‘ zur Verfügung. Können Sie näher erklären, was genau Sie hierbei anbieten?

Gebhard Kübler: Die oben genannten Eigenschaften sind wichtig für die Umsetzung von effizientem Predictive Maintenance und ermöglichen auch neue Dienstleistungsangebote wie Product-as-a-Service (PaaS). Somit wird der Schleifring vom passiven Übertragungselement zum aktiven Bestandteil von Industrie 4.0. Somit lassen wir unseren Kunden die Wahl, entweder das Produkt zu erwerben oder sich für die Dienstleistung ‚Übertragen und Überwachen‘ zu entscheiden.

Durch den Schleifring erfolgt eine umfangreiche Überwachung der Anwendungsachse. Die erfassten Daten werden dann direkt in die Cloud übertragen und dienen als Basis für Predictive Maintenance. Mit den ausgewerteten Daten lässt sich zum Beispiel eine planmäßige Wartung des Schleifrings durch das Kübler-Service-Team planen und umsetzen. Damit ist die maximale Verfügbarkeit der Gesamtanlage gewährleistet. Der Kunde sichert sich durch die angebotenen Dienstleistungen von Kübler – von der Installation über die Inbetriebnahme bis hin zur Wartung oder Reparatur – eine dauerhafte und zuverlässige Übertragung.

KEM Konstruktion: Neben digitalen Lösungen bietet Kübler auch Analoges an, etwa einen Seilzuggeber mit redundantem Analogsensor. Gibt es für diese Produkte in Zeiten der digitalen Transformation noch einen Markt?

Gebhard Kübler: Ja und es wird ihn auch noch lang geben, gerade in Branchen der Mobilen Automation gibt es viele Stand-Alone-Anwendungen, beispielsweise vom Menschen gesteuerte Bagger, Lkw-Kräne oder die Hebebühne auf einem Lkw. In diesen Applikationen wird noch viel mit analogen Signalen gearbeitet. Die Herausforderung für uns als Lieferant von Lösungen für Automation ist unsere Kunden in der Transformation der Märkte und Technologien zu begleiten – dazu gehört auch ein Portfolio klassischer Lösungen möglichst lange vorzuhalten. So haben wir etwa im Bereich Seilzug ein breites Programm aufgebaut, abgestuft in drei Performance-Level. Zu diesem Programm gehört auch der erwähnte Seilzuggeber mit redundantem Analogsensor. Kunden, die heute noch auf analoge Technik setzen, bekommen von uns entsprechende Lösungen, wissen aber gleichzeitig, dass Kübler seine Kunden in die Digitalisierung begleiten kann. Wenn unser Kunde also beispielsweise auf der grünen Wiese (Greenfield) etwas ganz Neues entwickeln möchte, ist Kübler mit dabei. Oder er möchte ein bestehendes System weiterentwickeln und digitale Version eines bestehenden Produkts haben (Brownfield-Ansatz), dann geht das auch mit uns. Das ist signifikanter Mehrwert.

KEM Konstruktion: Sie bieten Ihre Produkte und Lösungen in den unterschiedlichsten Branchen – von A wie Antriebs- und Aufzugstechnik bis W wie Windkraftanlagen – an. Welche dieser Branchen ist für Kübler am Wichtigsten und welche hat den größten Innovationsbedarf?

Gebhard Kübler: Kübler hat acht Kernbrachen für sich definiert, die uns die Orientierung für unsere Innovations-Bestrebungen geben. Das sind Antriebstechnik, Verpackung, Wind, Solarkraftwerke, Stahl, Kräne, Mobile Automation und Abfüllanlagen. Eine besonders wichtige Rolle nimmt die Antriebstechnik-Branche für uns ein, weil dies eine Kernfunktion in jeder Automatisierung ist. Wir beliefern Asynchronmotoren, Servomotoren, Aufzugsmotoren uvm.

Alle diese Branchen stehen unter starkem Innovationsdruck, wenn auch auf verschiedenen Ebenen. So stehen zum Beispiel in der Antriebstechnik oder in der Verpackungstechnik Sicherheitskonzepte oder Industrie 4.0 im Vordergrund, während in der Aufzugstechnik sich zunächst einmal die funktionale Sicherheit langsam den Weg bahnt. Daher ist die Frage so pauschal nicht zu beantworten. Wenn Sie unseren Innovationsmarathon betrachten, sehen Sie, dass wir produktseitig unterschiedlichste Antworten in den verschiedenen Branchen entwickelt haben.

Details zu Industrie-4.0-Lösungen von Kübler


Kontakt:

Kübler Group
Fritz Kübler GmbH
Schubertstraße 47
78054 Villingen-Schwenningen
Tel. +49 7720 3903–0
E-Mail: info@kuebler.com
Website: www.kuebler.com


Gebhard Kübler, Geschäftsführer Fritz Kübler GmbH, Villingen-Schwenningen
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Digitalisierung und spezifischer Industrie 4.0 ist für Kübler einer der wichtigsten Trends, der uns insbesondere als Sensor- und Schleifring-Hersteller betrifft.“


Gebhard Kübler, Geschäftsführer Fritz Kübler GmbH, Villingen-Schwenningen
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Vernetzte und intelligente Produkte sind eine Voraussetzung für Industrie 4.0. Diese Produkte müssen in der Lage sein, zu sagen:„Wer bin ich? Wo bin ich? Wie fühle ich mich.“


Lothar Kübler, Geschäftsführer Fritz Kübler GmbH, Villingen-Schwenningen
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Welche Industrie-4.0-Funktionalitäten ein Drehgeber benötigt, um ‚Industrie 4.0 ready‘ zu sein, hängt vom Gesamtkonzept ab. Entscheidend ist die Rolle, die dem Drehgeber zugeteilt wird. Entweder als ein eigenständiges Industrie-4.0-Objekt oder als ein Teil davon.“


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