Predictive Maintenance fürs Kabel

Auch wenn ein Kabel von außen wie neu aussieht, kann es innen durch mechanische Belastung beschädigt sein. Damit es nicht zu einem überraschenden Maschinenstillstand kommt, hat Lapp hat eine Lösung entwickelt, wie man das Alterungsverhalten messen und den Zeitpunkt des Ausfalls vorhersagen kann. Dazu sind keine Änderungen am Kabel nötig.

Es ist die Königsdisziplin von Industrie 4.0: die vorausschauende Wartung, englisch Predictive Maintenance. Ein Algorithmus errechnet auf Basis von großen Mengen an Sensordaten, wann eine Maschine oder eine Komponente voraussichtlich ausfallen wird. So kann man das Teil austauschen, bevor es kaputt geht und hohe Kosten vermeiden, die bei einem überraschenden Produktionsstillstand auflaufen würden. Andererseits auch nicht zu früh, denn oft werden Teile nur auf Verdacht ausgewechselt, obwohl sie eigentlich noch völlig intakt sind. Auch für Kabel gibt es solche Konzepte, die bisher allerdings nicht überzeugten. Sie nutzen spezielle Kabel, in die eine zusätzliche Opferader eingebettet ist. Der Aufwand sowohl für die Herstellung als auch die Installation eines solchen Kabels ist allerdings hoch. Auch eignet sich das Konzept nicht für bestehende Leitungen, weshalb das Konzept der Opferader eine Nischenlösung bleiben dürfte.
Trotzdem wünschen sich viele Anwender eine praktikable Lösung für die vorausschauende Wartung von Kabeln. Besonders bei hochdynamischen, komplexen Bewegungen werden die Verbindungssysteme stark belastet. „Deshalb wollen wir eine Lösung für die vorausschauende Wartung anbieten, die ohne Opferader auskommt“, sagt Guido Ege, Leiter Produktentwicklung und -management bei Lapp.

Ethernet-Leitungen machen den Anfang

Ganz oben auf der To-Do-Liste von Guido Eges Team stehen Ethernet-Leitungen, weil die industrielle Datenkommunikation in Maschinen und in der Vernetzung von Anlagen eine immer wichtigere Rolle spielt. Außerdem weisen Ethernet-Leitungen mit ihrem komplexen Aufbau und den erforderlichen Hochfrequenzeigenschaften besondere Fehlercharakteristika auf. So führt eine gebrochene Abschirmung zu EMV-Problemen. Wenn Litzen brechen, nimmt die Dämpfung zu und die Datenrate sinkt, bricht eine Ader vollständig, führt das zum Totalausfall der Kommunikation.

Ziel war es, den optimalen Austauschzeitpunkt einer Leitung vorausberechnen und diesen so planen zu können, dass die Produktion möglichst wenig gestört wird. Dazu werden die Übertragungseigenschaften der Datenleitungen überwacht und aus deren Veränderungen die voraussichtliche Lebensdauer errechnet. Stromführende Leitungen sollen im nächsten Schritt dazukommen, so Ege.

Algorithmus statt Opferader

Die Lösung von Lapp nutzt allein ein Protokoll und einen speziellen Algorithmus. Dadurch können herkömmliche Ethernet-Leitungen sowie Standard-Steckverbinder wie RJ45 oder M12 verwendet werden. Der Installateur schließt die Leitungen wie gewohnt an, zusätzliche Opferadern muss er nicht verbinden. Damit ist auch ein Retrofit bestehender Anlagen möglich. Die Messung findet in der so genannten PMBx (Predictive Maintenance Box) statt. Sie besitzt zwei Ethernet-Ports und wird einfach am Anfang der zu überwachenden Ethernet-Leitung eingeschleust. Sie schleust die Datenpakete nahezu ohne Verzögerung transparent vom einen Ethernet-Port zum anderen. Für eine SPS ist die PMBx unsichtbar, sie hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung, Änderungen an der Software der SPS sind damit überflüssig.

Das System lernt dazu

Aus mehreren übertragungsrelevanten Parametern wird der Lapp Predictive Indicator berechnet. Das erlaubt Plausibilitätsprüfungen und verhindert Fehlinterpretationen von Messwerten. Im hauseigenen Testzentrum hat Lapp für seine Energiekettenleitungen eine große Zahl an Messwerten gesammelt und durch mathematische Algorithmen analysiert. Das geschieht während des Entwicklungsprozesses in der PMBx, kann aber später auf Kundenwunsch auch in der Cloud geschehen. Das System ist lernfähig: Je mehr Daten vorhanden sind, auch aus dem Betrieb beim Kunden, umso genauer wird die Vorhersage. Nach ersten Testläufen im hauseigenen Logistikzentrum prüft Lapp die Anwendung von Machine Learning Ansätzen, um die Vorhersagequalität des Algorithmus zu steigern. So soll es künftig möglich sein, eine Restlebensdauer zu berechnen, die abhängig ist vom Bewegungsprofil der Leitung. Damit lässt sich der passende Austauschzeitpunkt planen und ein Zeitraum nutzen, wo die Maschine ohnehin nicht läuft, zum Beispiel während einer Umrüstung oder anderer Wartungsvorgänge.
„Wir sind mit Interessenten und Pilotkunden im Gespräch, mit denen wir unsere Lösung in die konkreten Anwendungen integrieren und auf den Kunden zuschneiden wollen“, so Guido Ege, „im nächsten Schritt wollen wir ein passendes Geschäftsmodell entwickeln.“ Für die Entwicklung der PMBx hat das Team den Lapp Internal Innovation Award gewonnen, den Eddie Lapp Award. „Das ist ein Vorbild für Innovation und Industrie 4.0“, lobt Ralf Moebus, Leiter Produktmanagement Industrial Data Communication, das Projekt.

Neuer Prozess für disruptive Innovationen

Die PMBx ist das erste Erfolgsbeispiel für einen neuen Innovationsprozess bei Lapp: Innovation for Future. Damit möchte das Unternehmen auch radikale und disruptive Innovationen realisieren, für die ein klassischer Stage-Gate-Prozess nicht passt. Innovation for Future hat drei Voraussetzungen: Es muss eine technische Lösung vorliegen, man muss mit mindestens einem potenziellen Kunden sprechen und man muss ein Business Model Canvas erstellen. Guido Ege ist optimistisch, dass sich Lapp mit Innovation for Future tiefgreifend verändern wird. „Innovation for Future schafft die Freiräume, dass wir uns weiter vom Anbieter physischer Produkte zum Anbieter von Systemlösungen entwickeln werden.“

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U.I. Lapp GmbH
Schulze-Delitzsch-Str. 25
70565 Stuttgart
Telefon: +49 71178 38 01

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