Ausrichtung der Luft- und Ventilatorentechnik von ebm-papst

Nico Schröder, Korrespondent KEM Konstruktion|Automation, Augsburg

Inhaltsverzeichnis

1. Geplanter Verkauf der ebm-papst-Geschäftseinheit Industrielle Antriebstechnik an Siemens
2. Fokus in der Luft- und Ventilatorentechnik
3. Anforderungen an Ventilatoren
4. Digitale Services und energieeffiziente Ventilatoren
5. Innovationen bei Ventilatoren
6. Fokus auf KI
7. Trend: Verzicht auf Sensorik im Ventilator
8. ebm-papst neo als „Business-Inkubator

KEM Konstruktion|Automation: Herr Professor Smetana, Sie sind seit Dezember 2023 CTO der ebm-papst Gruppe. In welchem Transformationsprozess sehen Sie das Unternehmen aktuell?

Prof. Dr. Tomas Smetana: Aktuell durchläuft ebm-papst Transformation vor allem in den Bereichen Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Organisationsstruktur.

KEM Konstruktion|Automation: Welche Herausforderungen und Arbeitsschwerpunkte haben Sie mit Blick darauf definiert?

Smetana: Ich definiere meine Aufgabe grundsätzlich über Innovation und sehe darin die Hauptaufgabe der R&D. Die Frage sollte immer lauten: Wie gelingt es uns, unsere Innovationsexzellenz und unsere Technologieführerschaft weiter auszubauen? Dazu habe ich folgende Top 5 an Aufgaben definiert: Top 1 betrifft die Innovation. Top 2 geht Hand in Hand mit unserem aktuellen Produktportfolio und der Frage, was wir damit zukünftig machen. Wir sprechen in dem Zusammenhang von einer nachhaltigen, modularen Plattform 2.0, das heißt, wir wollen erstens kosteneffiziente Produkte bei zweitens maximal möglicher Kundenflexibilität und drittens Kreislaufwirtschaft erreichen. Top 3 betrifft das Enabling unserer Regionen. Wir wachsen gut und stark in Amerika und auch in Asien-Pazifik. Hier müssen wir noch deutlich mehr Kompetenzen aufbauen, gerade im Bereich Forschung und Entwicklung. Top 4 ist unsere starke Veränderung in Richtung einer agilen Projektorganisation, wozu eine begleitende Transformation im Bereich Leadership – Top 5 – gehört.

Geplanter Verkauf der ebm-papst-Geschäftseinheit Industrielle Antriebstechnik an Siemens

KEM Konstruktion|Automation: Im März ist ein geplanter Verkauf der ­Geschäftseinheit IDT (industrielle Antriebstechnik) von ebm-papst an Siemens verkündet worden – und zwar bis 2025. Welche Aufgaben sind für Sie als CTO damit verbunden? Wie richten Sie die Division Luft- und Ventilatorentechnik aus?

Smetana: Wir haben beide Entwicklungsbereiche in den vergangenen Jahren konsequent voneinander getrennt und als separate Divisionen geführt – und zwar deswegen, weil sich die Herausforderungen bei der Elektromotor- und Elektronikentwicklung sowie Software teilweise ähneln, dennoch gibt es große Unterschiede bei Marktanforderungen und Spezifikationen. Die beiden Entwicklungsteams der Divisionen greifen auf zentrale Forschungs- und Entwicklungskompetenzen zu, beispielsweise bei Material oder Isolationstechnik beim Elektromotor, sprich das sind Technologien, die dann vergleichbar sind, obwohl ich unterschiedliche Anforderungen und Produkte habe. Als Entwicklungsverantwortlicher muss ich nun zum einen sicherstellen, dass diese Kompetenzen beiden Divisionen zur Verfügung stehen. Zum anderen geht es um die Neuausrichtung des verbleibenden Teams in St Georgen und dem Wandel, beispielsweise auch von Automotive, zu einem reinen Lufttechnik-Standort. Seit jeher ist St. Georgen unser Kompetenzzentrum für die Kompaktlüfter beziehungsweise für die DC-Technologie. Ich möchte, dass sie die entsprechenden Aufgaben für die Gruppe global steuern. Das ist für mich die Zukunftssicherung und der Kompetenzausbau des Standorts St. Georgen.

Fokus in der Luft- und Ventilatorentechnik

KEM Konstruktion|Automation: Dr. Klaus Geißdörfer, CEO der ebm-papst-Gruppe, hat im Rahmen der Bekanntgabe des IDT-Verkaufs gesagt: „Den Verkaufserlös für das IDT-Geschäft werden wir dafür nutzen, die Divisionen Air Technology und Heating Technology weiter auszubauen, unsere drei Regionen Europa, Asien und Amerika weiter zu stärken und in Zukunftsfelder wie Digitalisierung und Nachhaltigkeit unseres Produktportfolios zu investieren.“ Was bedeutet dies im ersten Schritt? Und gibt es bereits Details zu den Investitionsvorhaben?

Smetana: Als familiengeführtes Unternehmen geht es uns allem voran um Kontinuität und langfristige Absicherung des Unternehmens. Um langfristig zu investieren, haben wir für die Bereiche Luft- und Heiztechnik Innovationsschwerpunkte in acht Fokusfeldern beziehungsweise in Innovationsclustern festgelegt. Vier Felder haben den klaren Fokus auf die Validierung neuer Geschäftsfelder. Es handelt sich um Neumarksegmente, darunter: Digital Solutions, High-Speed-Kompressoren – wir wollen in ölfreie Kompressoren einsteigen – Heizungs- und Kühlungssysteme sowie Power-to-X. Vier weitere Felder, die einen disruptiven Einfluss aufs Portfolio haben könnten, teilen sich auf in: Flow Solution, Electric Drive Solutions, Mechanics and Circularity Solutions und Manufacturing Solutions. Mit unserem R&D-fokussierten Change Programm „Innovation for Growth“ und den genannten Innovationsschwerpunkten wollen wir unsere Wettbewerbsfähigkeit sicherstellen und unseren Marktanteil erhöhen. Unser Jahresbudget halten wir auf hohem Level bei zirka 140 Mio. Euro pro Jahr beziehungsweise bei knapp 6 % vom Umsatz. 30 % davon wollen wir in die acht Fokusfelder investieren. 70 % fließen in unser Kerngeschäft und in Kundenapplikationen, aber 30 % der Investitionen fließen jährlich in Menschen, in Equipment und in die Zusammenarbeit mit Externen, um die acht genannten Innovationsfelder zum Erfolg zu bringen, also um einen klaren Mehrwert für Kunden zu schaffen, aber auch um ein profitables Business sicherzustellen und Nachhaltigkeit zu erreichen.

Anforderungen an Ventilatoren

KEM Konstruktion|Automation: Was sind aktuelle Anforderungen, die Sie kundenseitig erfüllen sollen? Also: Was fragen Ihre Kunden besonders nach?

Smetana: Es ist unterschiedlich und kommt auf den Zeithorizont an. Was ich in den vergangenen Monaten bei vielen Kunden vor Ort erfahren habe, sind zum einen Standard-Anforderungen an unsere Ventilatoren. Hier geht es nach wie vor um maximal mögliche Energieeffizienz. Das bleibt nach wie vor das Top-Kriterium. Die Anforderung nach hoher Effizienz kommt gepaart mit der Anforderung nach geringer Geräuschentwicklung. Es nehmen die Anforderungen im Bereich Nachhaltigkeit und insbesondere zu Aspekten der Kreislaufwirtschaft zu. Auch gehört Plug and Play zu den Anforderungen. Es geht unseren Kunden darum, schnell austauschbare Lösungen nutzen zu können. Zu all dem sehen wir eine Zunahme der Kundenanforderungen Richtung Intelligenz. In unserem klassischen Ventilatorgeschäft fragen die Kunden intelligente Funktionen heute deutlich nach.

Digitale Services und energieeffiziente Ventilatoren

KEM Konstruktion|Automation: Intelligenz in Richtung Datenauswertung und Monitoring der Kundenapplikation?

Smetana: Wir fokussieren drei sogenannte digitale Services, die unsere Kunden gerade am meisten interessieren: Das eine ist ein bedarfsgerechter Betrieb, sprich es geht um die Frage, wie sich Energieeffizienz erhöhen lässt, indem der Ventilator nur dann eingesetzt wird, wenn es wirklich notwendig ist. Das zweite Thema betrifft Predictive Maintenance in Form einer möglichen Filter- oder Wärmetauscher-Verschmutzung. Denn setzt sich bspw. ein Filter zu, kann sich der Energiebedarf einer RLT-Anlage um bis zu 30 % erhöhen. Andererseits sollten die Filter auch nur dann getauscht werden, wenn dies wirklich notwendig ist und nicht, weil ein statisches Wartungsintervall dies erfordert. An der Stelle geht es also um die variable Intervallfestlegung als intelligente Funktion zum ökologisch und ökonomisch optimalen Zeitpunkt. Die dritte intelligente Funktion, die kundenseitig gefragt ist, betrifft klassisches Condition Monitoring mit Anomalie-Erkennung. An all diesen Services entwickeln wir bereits intensiv, auch zusammen mit unseren Kunden, um deren Bedürfnisse in die Optimierung der Systeme einfließen zu lassen.

Innovationen bei Ventilatoren

KEM Konstruktion|Automation: Was sind denn die Hauptkomponenten eines Ventilators? Und an welchen Stellen des Ventilators steckt Ihrer Ansicht nach besonders hohes Innovationspotenzial?

Smetana: Das Laufrad ist sicherlich die Hauptkomponente, dann der Motor und die Elektronik sowie Software. Hinzu kommen Peripheriekomponenten wie Wandringe, Düsen, Gitter oder Diffusoren. Der beste Ventilator entsteht durch das optimale Zusammenspiel der einzelnen Komponenten miteinander. Und alles birgt Innovationspotenzial. Jedoch sehe ich das höchste Potenzial zum einen in der Elektronik. Hier steckt noch deutlich mehr Innovationspotenzial als im Motor. Beim Motor geht es mehr um eine standardisierte Produktion und um die Baukosten. Bei der Elektronik schauen wir auf Materialien wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid oder Anforderungen wie Leistungsfaktorkorrekturfilteroder aus dem Bereich EMV, was beispielsweise in Wärmepumpen oder Rechenzentren eine große spielt. An der Stelle setzen wir wir beispielsweise aktive Filter, sprich: Aktiv-PFC. Das heißt, bei unseren Ventilatoren haben Außenstörungen keinen Einfluss, was wichtig ist. Stärkere Verschiebungen sehen wir im Bereich Hardware zugunsten der Software. Deutlich mehr Konnektivitäts- und Softwarefunktionen nehmen Einzug in die Elektronik.

Beim Laufrad per se ist bereits viel optimiert worden und gewisse physikalische Grenzen gelten als erreicht. Ich schließe aber nicht aus, dass hier noch einige Prozentpunkte möglich sind. Was kommen wird, sind neue Anforderungen, die erfüllt werden müssen. Bis dato wurden viele Laufräder von einer Anwendung auf die andere übertragen. Wir wollen jetzt deutlich flexibler auf die Anforderungen hin produzieren.

Bei der Aerodynamik und Aeroakustik liegt viel Potenzial in den Entwicklungsmethoden, um die Entwicklung zu beschleunigen oder um Mehrfachoptimierungen durchzuführen.

Fokus auf KI

KEM Konstruktion|Automation: Nutzen Sie an der Stelle KI?

Smetana: An der Stelle haben wir einen starken Fokus auf KI. Im Moment wird beispielsweise die Geometrische Modellierung sehr aufwendig via CAD gerechnet. Anschließend werden Versuche durchgeführt, bei denen Komponenten unter anderem akustisch vermessen werden – das Ganze in mehreren Optimierungsschleifen. Wir wollen KI-gestützte Berechnungsverfahren nutzen, also neuronale Netze, die mit „echten“ Daten aus der Vergangenheit, Simulationen und Erprobungen trainiert worden sind. Hier haben wir bereits stark investiert und wir gehen diesen Weg weiter. Für neue Laufrad-Geometrien sind wir damit in der Lage, die aeroakustischen oder aerodynamischen Kenngrößen einfach abzuschätzen – per Knopfdruck. Die Vorstufe zum physischen Ventilator ist der „virtuelle Ventilator“. Unser Kunde kann das Virtual-Fan-Modul im Simulationstool seiner Anlage nutzen. Er simuliert seine Anlage und unser Produkt gleichzeitig. Während dieser Simulation kann die Geometrie des Laufrads zum Beispiel geändert werden, weil die Berechnungen in Sekundenschnelle erfolgen. Solch iterative Laufradänderungen wären vor ein bis zwei Jahren unter den damaligen Rechenzeiten noch unmöglich gewesen. Das ist also ein klassischer Innovationstrend, den wir gerade verfolgen. Denn gerade wenn Anlage und Produkt im Zusammenspiel optimiert werden, hebt das die Effizienz.

Trend: Verzicht auf Sensorik im Ventilator

KEM Konstruktion|Automation: Mit zunehmender Funktionalität, die sich über Software abbilden lässt: Wie viel Sensorik steckt noch im Ventilator?

Smetana: Bei uns gibt es bspw. in der Motorenentwicklung einen starken Trend zum Verzicht auf Sensorik. Wir arbeiten mittlerweile auch mit sensorloser Kommutierung, und thermischer Abschätzung, sprich wir messen nicht die Temperatur, sondern wir gehen Richtung thermische Simulation im realen Produkt und treffen damit eine möglichst exakte Abschätzung der Performancedaten. Und wir sind mit KI in der Lage, beispielsweise Betriebspunktverschiebung zu detektieren. Also wird der Ventilator zu einer Art Sensor. Wir haben aber keine zusätzlichen Sensordaten, sondern wir sind in der Lage, den Betriebspunkt als Datenpunkt zu erfassen. Und wenn zum Beispiel ein Filter verstopft ist, merken wir dies aus der Veränderung des Betriebspunktes. So können wir auf eine Verschmutzung schließen. Das heißt, diese intelligente Funktion ist keine Funktion, die auf Messungen basiert, sondern auf einer Auswertung der Daten, die durch den Ventilator fließen.

In dem Zusammenhang sprechen wir vom nachhaltigen Ventilator-Lebenszyklus: Der Lebenszyklus beginnt in der Engineering-Phase mit dem virtuellen Ventilator, dann kommen wir in der Produktionsphase zum physischen Fan. In der Betriebsphase erleben wir den intelligenten Fan und last, but not least arbeiten wir an der Wiederverwendung des Ventilators bzw. seiner Komponenten. Alle vier Phasen basieren auf Daten und Digitalisierung entlang des Lebenszyklus. Hierzu wird ausgehend vom Virtual Fan ein digital Twin aufgebaut, mit dessen Hilfe schon das Kundensystem optimiert werden kann. Im Betrieb unserer Ventilatoren in der Kundenanwendung sehe ich zunehmend die Notwendigkeit für Softwarefunktionalitäten – beispielsweise beim bedarfsgerechten Betrieb.

ebm-papst neo als „Business-Inkubator“

KEM Konstruktion|Automation: Wie hat sich die Unternehmung ebm-papst neo entwickelt? Beziehungsweise: Welche Ausrichtung forcieren Sie aktuell?

Smetana: ebm-papst neo sehe ich aktuell als Business-Inkubator – ausgerichtet auf digitale Services, die an unsere Kunden verkauft werden können, und diese Services inklusive der Entwicklung von Monetarisierungskonzepten und einer Skalierbarkeit entwickeln. Von der Ausrichtung her haben wir ebm-papst neo als Teil der Unternehmensgruppe jetzt deutlich mit dem Ventilator-Geschäft verknüpft. Früher ist das Team eher von unserem Standardportfolio losgelöst gewesen – eben als Art Think-Tank/Denkfabrik in alle Richtungen schauend. Am Standort Mulfingen liefert ebm-papst Domain-Knowhow im Bereich Ventilator. ebm-papst neo ist stark im Bereich digitale Services unterwegs und vom Standort Dortmund aus im engen Austausch mit unseren Lufttechnik-Standorten. Des Weiteren haben wir unseren Fokus über drei Horizonte definiert: Horizont 1 betrifft rein intelligente Ventilatorfunktionen, die über integrierte Kommunikationsschnittstellen erfolgen. Solche Geschäfte laufen über unsere klassische Vertriebsorganisation. Horizont 2 betrifft die nächste Ebene, auf der Daten vom Ventilator verwendet werden, um beispielsweise die Filterverschmutzungserkennung oder Anomalie-Erkennung vorzunehmen. An der Stelle ist ebm-papst neo für das Business verantwortlich. Bei Horizont 3 wird es stark Richtung Energiemanagement gehen. Hier stellen wir uns gerade auf und schauen auch nach geeigneten Partnern und Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit unseren Kunden.

www.ebmpapst.com