Digitalisierung

Der digitale Ventilator eröffnet neue Möglichkeiten

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Digitale Ventilatoren sollen industriellen Anwendungen neue Möglichkeiten eröffnen – Möglichkeiten, die über ihre physischen Grundfunktionen weit hinaus gehen: Ventilatoren agieren quasi wie Sensoren im Feld und liefern dem Industrial Internet of Things (IIoT) kontinuierlich Daten, die jederzeit und überall nutzbar sind. Damit einher gehen weitreichende Fragen nach neuen Geschäftsmodellen.

Nico Schröder, Korrespondent KEM Konstruktion, Augsburg

Inhaltsverzeichnis

1. Mehr als kühlen
2. Ventilatoren als Sensoren im Feld
3. Lagerschäden im Voraus erkennen
4. Fan-Grids: vernetzte und energieeffiziente Ventilatoren
5. Energieeffiziente EC-Technik

Wenn Thomas Sauer über Sneaker und Hoodies spricht, geht es im Kern nicht um Mode. Als Group Director Digitalisierung und EBM-Papst Elektronik der Mulfingen GmbH & Co. KG kümmert sich Sauer zusammen mit seinem Team um Digitalisierungsaspekte im Umfeld der Lüfter und Motoren, die für die Luft- und Antriebstechnik entwickelt und hergestellt werden. Und so stark sich Produkte und Geschäftsmodelle im Zuge der Digitalisierung wandeln, erleben tradierte Unternehmen längst neue Protagonisten wie Software-Start-ups als Geschäftspartner und Mitbewerber, die neben bewährten Technologien eben auch Dress-Codes irritieren können.

Digitalisierung treibt EBM-Papst seit etwa zwei Jahren verstärkt um: „Im Zentrum stehen nicht mehr die Produkte allein, sondern vor allem die Daten, die sie liefern“, sagt Sauer. Mit deutlicher Geschwindigkeit sollen Mehrwerte über die physischen Produkteigenschaften hinaus entwickelt werden.

Laut Sauer sei das Thema Konnektivität dabei neu zu bewerten: „Wir haben bereits seit einiger Zeit intelligente Produkte mit Elektronik an Bord. Und wir sammeln schon lange Daten in unseren Produkten, die wir uns später anschauen und auswerten können.“ Indem Ventilatoren nun aber vernetzt würden, seien ihre Daten überall zugänglich und für Anwender nutzbar.

Mehr als kühlen

An entsprechenden Geschäftsmodellen der Zukunft arbeitet EP Neo Dortmund als Think Tank für Digitalisierung bei EBM-Papst. Aktuell geht es vor allem darum, Lüfter intensiv im Sinne von Konnektivität vorzubereiten, die in einer digitalen Industrie beziehungsweise im Industrial Internet of Things (IIoT) gefragt ist. Welche Daten im Einzelnen erfassbar sind, um beispielsweise Energieüberwachung oder Predictive Maintenance umzusetzen, ergibt sich unter anderem aus den Sensorik-Features, die EBM seinen Ventilatoren ins Feld mitgibt.

Doch um welche neuen Geschäfte wird es künftig gehen? Stefan Hess, Data Scientist bei EP Neo Dortmund sagt: „Das digitale Produkt ist umfassend und entsteht an vielen Punkten zusammen mit unseren Kunden.“ Der Nutzen beziehungsweise Mehrwert für Kunden stehe im Vordergrund. Und disruptive Entwicklungen, die Ventilatoren und Lüfter gänzlich infrage stellen könnten, sehe man derzeit nicht.

Eine wichtige Voraussetzung im Zuge der Digitalisierungsbestrebungen ist es, die Ventilatoren über Schnittstellen und geeignete Gateways online zu bringen, sodass Anwender weltweit, vielmehr cloudbasiert, auf ihre Betriebsdaten zugreifen oder Datenanalyse-Services nutzen können. EBM-Ventilatoren sind von Haus aus und über alle Baugrößen hinweg mit Busschnittstellen ausgestattet, wobei auch kabellose Verbindungen via WLAN oder Bluetooth möglich sind. So werden sie in Leitsysteme oder übergeordnete Steuerungen und Regelungen eingebunden.

Ventilatoren als Sensoren im Feld

Digitale Ventilatoren ermöglichen eine Betriebs- und Funktionsanalyse sowie Software-Updates in der Cloud. Es wird ein weltweiter Zugriff auf Betriebs- und Verbrauchsdaten wie Drehzahl, Stromaufnahme, Betriebsstunden, Temperaturen der Elektronik und des Motors oder den Energieverbrauch möglich. Die Betriebsdaten können umfassend ausgelesen werden, um einen Eindruck davon zu bekommen, wie eine Anlage eingesetzt und ausgelastet ist. Neben den Werten, die von den Sensoren detektiert werden, werden die Betriebsdaten des Motors über die zentrale Ventilatorelektronik erfasst. So kann beispielsweise die Laufzeit des Gebläses genutzt werden, um den geeigneten Zeitpunkt für einen Filterwechsel festzulegen. Integriert ist auch eine Historie, die der Ventilator von sich aus protokolliert.

Ein weiteres digitales Feature ist eine parametrierbare Steuerschnittstelle. Neu sind integrierte Funktionen zur Schwingungsanalyse und Drehzahlbereichsausblendung. Für Schwingungen gibt es unterschiedliche Ursachen. Die Ursache für zu hohe Schwingschnellen lässt sich im Wesentlichen auf zwei Effekte beziehungsweise Eigenschaften eines mechanischen Systems zurückführen: zum einen auf Resonanz, also auf ein verstärktes Mitschwingen eines gekoppelten, schwingungsfähigen Systems, und zum anderen auf Unwucht. In der Vergangenheit wurden die Schwingungen relativ aufwendig mittels Mess-Sensorik ermittelt, wobei ein extra Service-Einsatz – verbunden mit dem Montieren der Sensoren und dem Testlauf – nötig war.

Kritische Schwingschnellen können heute durch integrierte Sensorik und über einen entsprechenden Kalibrierlauf vorliegende Resonanzstellen oder zu hohe Unwucht ermitteln. Nach dem Kalibrierlauf werden auszublendende Drehzahlbereiche automatisch festgelegt. Zudem kann der Anwender festlegen, wie der auszublendende Drehzahlbereich übersprungen wird.

Lagerschäden im Voraus erkennen

Die Zustände von Maschinen und Anlagen zuverlässig zu überwachen und vor allem Services vorausschauender Wartung (Predictive Maintenance) nutzen zu können, bringt Anwendern einen zusätzlichen Mehrwert über die Lüfterfunktion der Ventilatoren hinaus. Aktuell konnte EBM-Papst eine hochempfindliche Sensorik integrieren, die Schwingungen am Motor misst und die aufgezeichneten Schwingungen auswertet, um Schäden am Lager zu identifizieren. Der detaillierte Zustand des Lagers wird künftig in mehreren Stufen – verbunden mit entsprechenden Warnungen – angezeigt werden, also ob das Lager in Ordnung ist, ob ein Lagervorschaden besteht oder ob das Lager gar kritisch beschädigt ist. Serienreif soll die Technik laut Martin Bürkert, Abteilungsleiter Entwicklung Elektronik und zentrale Produktfunktionen bei EBM-Papst, bis Jahresende sein. Momentan würden vor allem die Grenzwerte, die zu einzelnen Zustandsmeldungen führen, mit Partnern präzisiert.

Parallel zur Überwachung des Lagerzustandes soll der Zustand des Zwischenkreiskondensators kontinuierlich überwacht werden. Bei zu hohem Kapazitätsverlust und unter einem bestimmten kritischen Level, erfolgt eine Warnung, dass ein Austausch der Elektronik sinnvoll ist, da ansonsten ein Totalausfall dieses Bauteils droht.

Fan-Grids: vernetzte und energieeffiziente Ventilatoren

Ein Beispiel für vernetzte, intelligente Ventilatoren sind modulare Fan-Grids. Kleinere Ventilatoren werden dabei kombiniert und arbeiten parallel zusammen. Sie werden vor allem dann eingesetzt, wenn eine besonders hohe Ausfallsicherheit durch Redundanz gefragt ist. Wird die Anzahl der Ventilatoren entsprechend ausgelegt, kann immer die notwendige Luftmenge erreicht werden, auch wenn ein Ventilator außer Betrieb ist. Die verbleibenden Ventilatoren werden aufgrund ihrer Vernetzung automatisch in der Drehzahl erhöht und kompensieren die fehlende Luftmenge. Mithilfe von EC-Technologie lässt sich so eine komplette Anlage bedarfsgerecht und energieeffizient steuern. Kritische, ineffiziente Drehzahlbereiche der Motoren werden vermieden. Treibende Kraft im Fan-Grid sind energieeffiziente EC-Antriebe. Ebenso trägt die Konzeption der Strömungsmaschine selbst zu Effizienzsteigerung und leisem Betrieb bei.

Durch die digitale Vernetzung der Komponenten können Prozesse besser geplant und Fehlfunktionen schneller erkannt werden. Die Komponenten spielen besser zusammen. Mittels intelligenter Steuerungs- und Regeltechnik können Optimierungspotenziale erkannt und auf Wunsch selbstständig umgesetzt werden. Kommuniziert wird beispielsweise über das Kommunikationsprotokoll Modbus-RTU, für das die Ventilatoren bereits die passende Schnittstelle besitzen.

Je nach Einbausituation kann es in nicht vorhersehbaren Drehzahlbereichen zu Resonanzen kommen. Wird der Ventilator häufig in einem solchen kritischen Bereich betrieben, kann das Lagersystem der Antriebsmotoren Schaden nehmen und zum Ausfall der Ventilatoren führen. Für Anlagenbetreiber sind diese Vibrationen zwar messbar, aber nicht einfach abzustellen. Das Problem wurde mit einer automatischen Resonanzerkennung in den Radialventilatoren gelöst, die die Auswirkung von Vibrationen minimiert. Dazu wird bei der Inbetriebnahme ein Test-Hochlauf durchgeführt, bei dem die Vibrationshöhe über den gesamten Drehzahlverlauf aufgezeichnet und analysiert wird. Werden in bestimmten Bereichen zu hohe Schwingschnellen erkannt, stellt sich die Steuersoftware automatisch so ein, dass diese Drehzahlbereiche zukünftig überfahren werden. So können EC-Radialventilatoren betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen.

www.ebmpapst.com

EBM-Papst Mulfingen GmbH & Co. KG
Bachmühle 2
D-74673 Mulfingen
Phone: +49 7938 81-0
Fax: +49 7938 81-110
info1@de.ebmpapst.com
www.ebmpapst.com

Geschäftsführer: Stefan Brandl

Weitere Details zu energieeffizienter EC-Technik:
hier.pro/sP83Y

Energieeffiziente EC-Technik: Treibende Kraft der Ventilatoren von EBM-Papst sind EC-Antriebe, die sowohl im Voll- als auch im Teillastbetrieb energieeffizient arbeiten, auf hohe Lebensdauer ausgelegt sind und sich in der Drehzahl stufenlos regeln lassen. Mit Wirkungsgraden von über 90 % liegen die Motoren deutlich über den in Effizienzklasse IE4 geforderten Werten.


PLUS

Energieeffiziente EC-Technik

Treibende Kraft der Ventilatoren von EBM-Papst sind EC-Antriebe, die sowohl im Voll- als auch im Teillastbetrieb energieeffizient arbeiten, auf hohe Lebensdauer ausgelegt sind und sich in der Drehzahl stufenlos regeln lassen. Mit Wirkungsgraden von über 90 % liegen die Motoren deutlich über den in Effizienzklasse IE4 geforderten Werten.


„Im Zentrum stehen nicht mehr die Produkte allein, sondern vor allem die Daten, die sie liefern.“

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