Philipp H. F. Wallner — Die überproportional zunehmende Menge an Daten, die heute während des Produktionsprozesses anfällt, ist einer der Haupttreiber für globale Megatrends wie Smart Industry, Industrie 4.0 oder das Industrial Internet of Things (IIoT). Günstige und platzsparende Sensorik wird quasi überall dort verbaut, wo sich potenziell interessante Messgrössen vermuten lassen, enorme Speicherkapa­zitäten sorgen dafür, dass kein Bit und Byte verloren geht. Doch was geschieht mit all den Messdaten? Wie tragen sie bereits heute dazu bei, den Produktionsprozess und die daran beteiligten Maschinen zu verbessern?

Produktions-Optimierung durch Predictive Maintenance

Ein Anwendungsbereich, der bereits heute von vielen innovativen Unternehmen erfolgreich umgesetzt worden ist, ist die vorausschauende Wartung oder Predictive Maintenance. Dabei werden mathema­tische Modelle verwendet, um auf Basis der laufend eingelesenen Maschinen- und Produktionsdaten Voraussagen über den Zustand der Anlage abzuleiten (Health Monitoring). Diese werden dann in der Regel genutzt, um Service-Intervalle optimal zu planen, Produktionsausfälle zu vermeiden oder zu minimieren und um den Produktionsumsatz zu maximieren.

Die technische Umsetzung von Predictive Maintenance lässt sich dabei in vier grobe Schritte unterteilen. Im ersten Schritt werden die Daten eingelesen. Das kann direkt von der an der Maschine verbauten Industriesteuerung — zum Beispiel über OPC UA oder MQTT — erfolgen oder mittels Zwischenschritt über eine Datenbank oder Cloud. Im zweiten Schritt erfolgt die Vorver­arbeitung oder das Preprocessing der Daten. Das kann etwa die Glättung von verrauschten Sensorsignalen, die Inter­polation von fehlenden Messpunkten oder die Transformation in den Frequenzbereich sein. Da die Vorverarbeitung in vielen Fällen zeitkritisch ist und die zu über­tragenden Datenmengen reduziert, erfolgt dieser Schritt oft noch direkt auf dem Embedded Controller oder der Echtzeit-SPS. Der dritte Schritt umfasst die eigentliche Prädiktion durch Vorher­sage­modelle, etwa mittels Machine Learning. In der Praxis wird der Predictive Maintenance Workflow direkt in das bestehende IT-System der Produktionsanlage integriert. Der vierte Schritt besteht aus der Integration in das IT-System.

Einlesen und Vorverarbeiten der Produktionsdaten

Um auf Basis von gemessenen Maschinen-, Produkt- und Energiedaten Vorhersagen über den Zustand der Anlage und des Produktionsprozesses machen zu können, müssen die Daten erst eingelesen und vorverarbeitet werden, bevor sie dem eigentlichen Vorhersage-Algorithmus zugeführt werden. In vielen Applikationen wird das durch den Umstand vereinfacht, dass die Messdaten bereits ohnehin in einer Datenbank, auf einem zentralen Server oder in der Cloud abgelegt werden. In diesem Fall müssen die Daten nur noch über eine entsprechende Schnittstelle abgeholt werden. Zum Teil ist es allerdings erforderlich, Messwerte direkt vom Echt­zeit­system — also einer SPS, einem Indus­trie-­PC, einem Servo-Antrieb oder einem Embedded Controller — einzulesen. Dabei kommen in der Regel universelle Kommu­ni­kations­protokolle wie OPC Unified Archi­tecture (OPC UA) oder Message Queue Telemetry Transport (MQTT) zum Einsatz. Ein wesentlicher Bestandteil jeder erfolgreichen Predictive-Maintenance-Umsetzung ist die Vorverarbeitung der Daten. Dabei werden etwa verrauschte Signale mittels Filter geglättet oder fehlende Messwerte durch Interpolation ergänzt.

Prädiktive Modelle durch Machine Learning

Mit zunehmender Rechenleistung werden statistische Verfahren für die Modellierung von Vorhersagen wie Machine Learning oder Deep Learning auch in der Praxis immer relevanter. Diese Algorithmen erlauben eine Modellierung der an der Anlage stattfindenden Prozesse auch dann, wenn die analytischen Modelle nicht im Detail bekannt sind. Plattformen für die Daten­analyse, wie Matlab, bieten eine umfangreiche Palette an Machine Learning Algo­rithmen, die vom Anwender im Zusammenspiel mit den aufgezeichneten Mess­daten verglichen und im Pro­duk­tiv­system umgesetzt werden können. Das Trainieren des prädiktiven Models erfolgt dabei intuitiv über die Classification Learner App. Nachdem der Messdatensatz in einen Identifikations- und einen Validierungsteil aufgeteilt wurde, werden in der interaktiven Benutzer­oberfläche unterschiedliche Machine-­Learning-Algorithmen, wie zum Beispiel Support Vector Machines, Nearest Neighbor Classifiers oder Decision Trees, angewandt.

Integration in bestehende IT-Systeme

Um Predictive Maintenance im Produktions­prozess zu verankern, werden die prädik­tiven Modelle und Algorithmen in der Praxis in das bestehende IT-System integriert. Das kann — wie im Fall der Vorverarbeitung — bedeuten, dass die Algorithmen in einen echtzeitfähigen C- oder C++-Quellcode umgewandelt und auf der Industriesteuerung implementiert werden. Im Fall von nicht zeitkritischen statistischen Modellen laufen diese als Bestandteil der beste­henden Prozess-Software am zentralen Produktionsserver mit.

Neue Business-Modelle durch Datenauswertung

Der Vorteil aus dem Einsatz von Predictive Maintenance für den Anlagen- und Maschinenbetreiber liegt auf der Hand. Die optimierte Planung von Service-Intervallen, die Reduktion von Stillstandzeiten und die Maximierung der Produktion stellen einen direkt messbaren Mehrwert dar, der sich in vielen Fällen in Return-on-Invest-Zeiten von wenigen Monaten niederschlägt. Doch auch für den Anlagen- und Maschinenbauer birgt die prädiktive Wartung klare Vorteile. So vor allem für europäische Hersteller, die sich kaum durch Preis­vorteile gegenüber der Konkurrenz von Ost und West absetzen können.

Fazit: Ja, Daten sind tatsächlich das «Öl der Zukunft» — allerdings nur im Zusammenspiel mit intelli­genten Algo­rithmen und nur für jene, die es auch verstehen, daraus Kapital zu schlagen.

mathworks.ch Bild: Industrial Internet of Things, MathWorks10

Rohde & Schwarz erweitert mit der Option R & S FSW-B2001 die interne Analyse­bandbreite seines High-End-Signal- und Spektrum­analysators R & S FSW auf 2 GHz. Mit dieser Testlösung können Anwender in Forschung und Entwicklung Breitband­signale detailliert analysieren, ohne dass ein externer Digitalisierer als zusätzliches Gerät eingesetzt werden muss.

Die R & S FSW-B2001 verfügt über eine ADC-Auflösung von 14 bit und einen grossen Dynamikbereich. Hervorragende SFDR-Werte (spurious-free dynamic range), beispielsweise — 65 dBc bei einer Bandbreite von 1,2 GHz, ermöglichen erstklassige Eigenschaften bei der Signal­analyse. So erreicht der R & S FSW eine EVM (Error Vector Magnitude) von –40 dB bei einem OFDM-Signal (792 MHz Bandbreite, 300 kHz Abstand, 64 QAM, 4096 FFT) bei 28 GHz.

Die Bandbreite von 2 GHz ermöglicht Forschung und Entwicklung für die Mobilfunkstandards der nächsten Generation sowie die Charakterisierung von Breitbandverstärkern für 5G. Entwickler im Bereich Aerospace & Defense können die 2 GHz Analysebandbreite nutzen, um extrem kurze Radarpulse im Nanosekunden-­Bereich zu messen sowie frequenzagile Radarsysteme oder Funksysteme mit schnellen Frequenzwechseln (frequency hopping) zu analysieren. Anwendungen in der Automotive-Entwicklung umfassen die Charakterisierung von FM-Träger­wellensignalen für Radarapplikationen und von Ultra-Wideband-Signalen, wie sie bei Keyless-Entry-Fahrzeugschlüssel­systemen zum Einsatz kommen.

Die Option R & S FSW-B2001 für die High-­End-Signal- und Spektrumanalysatoren R & S FSW43 und R & S FSW50 mit Frequenz­bereichen bis 43,5 GHz bzw. 50 GHz ist ab sofort bei Rohde & Schwarz erhältlich. Für R & S-FSW-Signal- und Spektrum­analysatoren, die bereits mit der Option R & S FSW-B1200 für die interne Analysebandbreite von 1,2 GHz ausgestattet sind, ist ein Upgrade mittels Key-Code möglich.

rohde-schwarz.ch

Dr.-Ing. Robert Vaculik, Leiter Strategisches Geschäftsfeld Plastics bei Kistler – Der heutige Ansatz von Industrie 4.0 betrachtet den gesamten Produktlebenszyklus und stellt den Menschen in den Mittel­punkt. Ein weiteres Kriterium liegt in der Sammlung und systematischen Nutzung aller Daten, die in entferntem Zusammenhang mit dem Produkt stehen, wie die Bereiche der Entwicklung, Fertigung oder Nutzung. Auch die kunststoffverarbeitende Industrie zeigt in zahlreichen Demonstrationen die Möglichkeiten von Industrie 4.0 auf. Das Ziel ist hierbei, durch Digitalisierung und Vernetzung der Daten innerhalb des Produktlebenszyklus Syn­ergien zu gewinnen und letztlich die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Im Bereich der Spritzgiessproduktion bieten Sensoren im Werkzeug die Möglichkeit, den Prozess zu überwachen und transparenter zu gestalten und damit effizienter zu steuern. Gerade eine Über­wachung des Werkzeuginnendrucks hat sich bewährt, da sie eine hohe Korrelation zur Bauteilqualität sicherstellt. Seit langer Zeit schon ist die automatisierte Über­wachung und Ausschussseparierung mittels Werkzeuginnendrucküberwachung in vielen sensitiven Industriezweigen Standard und ermöglicht den Betrieben deutliche Kosteneinsparungen. Das Zusammen­führen der gewonnenen Daten in einem virtuellen Produktionsumfeld bietet weitergehende Möglichkeiten, nicht nur den einzelnen Spritzgiesszyklus, sondern den gesamten Prozessablauf zu überwachen und zu optimieren.

Prozessüberwachung mit Werkzeugsensorik

Die Überwachung des Spritzgiesspro­zesses mittels Werkzeuginnendruck und -temperatur ist eine bewährte Vorgehensweise, um die Qualität abzusichern und im Prozess Kosten zu sparen. Die Prozessabweichungen spiegeln sich direkt im Verlauf der Werkzeuginnendruckkurve. Sowohl Abwei­chungen des Materials als auch sonstige Störgrössen bewirken eine charakteristische Veränderung des Kurven­verlaufs. Somit ist es möglich, anhand des Signals eine Entscheidung zu treffen, ob es sich beim gefertigten Bauteil um ein Gutteil oder ein Schlechtteil handelt. Im zweiten Fall wird das Bauteil automatisch separiert. Das Ergebnis aller Bewertungen wird gespeichert und steht für weitere Auswertungen zur Verfügung. In einer ­zentralen Datenbank können die Kurvenverläufe zentral abgespeichert und ver­waltet werden.

Digitale Werkzeugsensorik

Die Messung des Werkzeuginnendrucks erfolgt wegen der hohen Dynamik und der hohen Belastbarkeit der Sensoren heute ausschliesslich mit piezoelektrischen Drucksensoren. Hierbei erzeugt das Mess­element durch den piezoelektrischen Effekt eine Ladungstrennung, die proportional zum Druck oder zur Kraft ist. Die Ladung muss dann über ein sehr hoch isolierendes Kabel und Steckverbindungen zum Ladungs­verstärker übertragen werden, der das Ladungssignal in ein Spannungssignal umwandelt. Der Ladungsverstärker oder der System-Monitor ist in der Regel maschinenfest montiert und liefert anschliessend ein digitales oder analoges Signal an die Maschinensteuerung. Dies kann der Kurven­verlauf zur Visualisierung, ein Steuersignal für Roboter oder Ausschussweiche sowie ein direkter Eingriff wie ein Umschaltsignal oder ein Regeleingriff sein.

Im Zuge der Digitalisierung der gesamten Spritzgiessfertigung ist es notwendig, die Umwandlung in ein digitales Standard­format möglichst frühzeitig in der Messkette vorzunehmen. Die Idealvorstellung ist, dass der Sensor selbst schon ein ­digitales Signal erzeugt, das heisst, der Ladungsverstärker ist bereits in den Sensor integriert. Dieser Ansatz ist sicher lang­fristig das Ziel, stösst aber in der aktuellen Umsetzung auf verschiedene Heraus­for­derungen. Dazu gehört unter anderem die fortschreitende Miniaturisierung der Sensorik, da allein die Grösse des Steck­­ver­binders Grenzen aufzeigt. Weiterhin stellen die hohen Temperaturen im Werkzeug eine Herausforderung dar. Nicht zu ver­gessen ist die allgemeine Verkabelung: Die ­Ver­sorgung der Elektronik mit Spannung und die digitale Datenübertragung er­­fordern immer ein mehradriges Kabel. ­Insofern wird auf absehbare Zeit der Wunsch nach einer kabellosen Datenübertragung innerhalb des Werkzeugs nicht realisierbar sein.

Dank Vernetzung zur Prozessanalyse

Das zentrale Thema in der Prozessdatenverarbeitung ist die Vernetzung und Ablage in einer zentralen Datenbank. Die Lösung der Firma Kistler im Spritzgiessbereich heisst ComoDataCenter (CDC) und legt die kompletten Prozess- und Produktionsdaten auftragsbezogen ab. Der Fokus liegt auf prozessrelevanten Daten inklusive der kompletten Kurvenverläufe. Somit ist der Anwender in der Lage, auf der Basis einfacher Filterfunktion bestimmte Datensätze zu finden und im Detail zu ana­ly­sieren. Die Auswertefunktionen be­schränken sich auf die Prozessdaten und weniger auf die Produktionsdaten. Die eigentlichen Daten wie Messkurven, Gut-/Schlecht-­Ergebnis und weitere Produktionsdaten werden durch verschiedene ­busfähige Geräte über eine Ether­­net-Verbindung eingespeist. Dies ermöglicht eine Vernetzung über ein firmeninternes Netzwerk oder sogar über eine gesicherte Internetverbindung weltweit.

Zur NPE 2015 wurden beispielsweise fünf Produktionsstandorte in den USA und Europa vernetzt und eine virtuelle, weltweit vernetzte Produktionsumgebung als Live-Demo gezeigt. Da die Visualisierung ebenfalls auf Web-Technologie basiert, ist der Nutzer nicht orts- oder geräteabhängig, kann von überall her auf die einzelnen Spritzgiessprozesse zugreifen und sich die Prozessdaten im Detail ansehen.

Prozessanalyse beipielhaft dargestellt

Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie mit den in der zentralen Datenbank gespeicherten Prozessdaten weiter­gehende Analysen durchgeführt werden können. Dies geht über die Bewertung des einzelnen Spritzgiesszyklus und Ausschussbewertung hinaus und ermöglicht die Bewertung eines Prozesses. Die Bewertung erfolgt derzeit durch den Benutzer mit seinem persönlichen Erfahrungs­wissen. Es werden jedoch intelligente Algorithmen implementiert, die in der Lage sind, Fehler zu indentifizieren und dem Anwender Hinweise zur Korrektur zu geben.

Bei der Produktion der Chipkarte mit umspritztem Chip ist die Überwachung des Maximaldruckbereichs besonders wichtig, da beispielsweise ein zu hoher Druck den eingelegten Chip beschädigen kann. Im rechten Teil des Bildes sind die Werkzeug­innendruckkurven für angussferne und angussnahe 2,5-mm-Druckaufnehmer und die Überwachungsfenster dargestellt. In der Trendanalyse ist der Wert dargestellt, bei dem die Kurve ins Überwachungsfenster eintritt. Es zeigt sich deutlich, dass der Prozess extrem konstant und robust läuft. Der überwachte Druckwert schwankt lediglich im Bereich weniger bar. Somit ergibt sich ein cpk- Wert grösser als 5, was eine sehr stabile Produktion bescheinigt.

Bei einer Produktion von einem 8-Kavitäten-Steckerwerkzeug wurde der maximale Werkzeuginnendruck als Indikator für ein nicht vollständig gefülltes Teil, einen sogenannten Short Shot, überwacht. Es ist erkennbar, dass in dieser Produktion zwar die Überwachungsgrenzen bis auf wenige Ausnahmen eingehalten wurden, aber verschiedene Störungen aufgetreten sind. Das Werkzeug ist mit einem Heiss­kanal ausgestattet, und jede Kavität enthält zur Überwachung einen angussfern platzierten 1-mm-Druckaufnehmer. (Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in dieser Grafik lediglich eine Kavität gezeigt.) Die sinusartige Schwingung nach dem Anfahren des Prozesses deutet auf einen ungünstig eingestellten Heisskanalregler hin. Die Regelparameter sollten optimiert werden, dann kann dieses Verhalten vermieden werden. Die einzelnen Peaks des Maximaldrucks nach unten oder oben zeigen zufällig auftretende Störungen, die zu einem Ausschussteil führen. Im Fall des Unterschreitens der Minimalgrenze handelt es sich um einen Short Shot, wogegen beim Überschreiten eine Überspitzung vorliegt. Die Überwachung mit einem Temperatursensor an der gleichen Position am Fliesswegende wäre in diesem Fall nicht in der Lage gewesen, den Fehler zu erkennen und das Bauteil auszusortieren.

Industrie 4.0: Zukünftige Unterstützung zur Fehlervermeidung

Zusammenfassend können wir sagen: Mit Hilfe von Werkzeuginnendrucktechnik beim Spritzgiessen können der einzelne Zyklus, aber auch die langfristige Entwicklung des Prozesses sicher überwacht werden. Der Verarbeiter ist somit heute schon in der Lage, maschinenunabhängig seinen Prozess zu überwachen und Ausschuss zu vermeiden. Die zukünftige Entwicklung geht dahin, den Anwender auch bei der Fehlervermeidung zu unterstützen und typische Fehler zu identifizieren. Eine vollautomatische Regelung des Prozesses ist jedoch lediglich in Teilelementen sinnvoll umsetzbar. Was kommen wird, sind Assistenzsysteme, die den Anwender in die richtige Richtung führen und ihm helfen, Korrekturen einzuleiten beziehungsweise auch so ein komplexes System einzu­richten. Dies ist ein Bereich, in den wir als Kistler heute auch deutliche Entwicklungsressourcen investieren.

kistler.com

Tobias Wüst, welche Bedeutung hat der Rheinfall für Sie?

Ich verbinde sehr viel mit dem Rheinfall. Ich bin hier in Schaffhausen aufge­wachsen und habe meine Lehre bei der SIG gemacht. Die SIG macht unter anderem Getränkeverpackungen; ihr Verwaltungsgebäude befindet sich direkt am Rheinfall. Da bin ich während der Ausbildung natürlich oft mit dem Rad den Rhein entlanggefahren.

Ich mag nicht nur im Beruflichen Heraus­forderungen, sondern auch im Privaten. Zum Beispiel habe ich am Radrennen Tortour teilgenommen, ein Ultra­cycling-­Rennen rund um die Schweiz, dessen Prolog hier am Rheinfall startete.

Das hört sich anspruchsvoll an!

Tatsächlich hält das Rennen, was der Name verspricht. Man fährt ohne Unterbrechung, je nach Geschwindigkeit zwischen 35 und 40 Stunden am Stück. Auf ein solches Rennen muss man sich sehr gut vorbereiten, es planen und dafür trainieren. Und wenn es dann so weit ist, muss man die ganze Vorbereitung umsetzen. Herausfinden, ob der Plan funktioniert. So ein Ultracycling-­Rennen ist auch eine geistige Heraus­forderung, bei der man sich intensiv mit sich selber auseinandersetzt und sich neu kennenlernt. Eine tolle Erfahrung.

Reden wir über die beruflichen Herausforderungen. Sie sind sehr jung für die Position des Geschäftsführers und Country Managers eines global tätigen Unternehmens wie Leuze. Wie sah der Weg dorthin aus?

Ich bin seit etwa 15 Jahren in der Industrie tätig, rund fünfeinhalb Jahre davon bei Leuze. Zunächst bekleidete ich dort die Funktion des Key Account Managers und beschäftigte mich mit der Geschäftsfeldentwicklung. Nach zweieinhalb Jahren bekam ich durch einen Abgang die Möglichkeit, mich für die Unternehmens­leitung zu bewerben. Ich leitete die Firma zunächst ad interim, seit zweieinhalb Jahren definitiv. Während meiner Zeit als Geschäftsführer ad interim schloss ich parallel meine Ausbildung als Verkaufs­leiter beim Swiss Marketing Club ab. Der SMC ist ein Berufsverband, der die Prüfung für den eidgenössischen Fachausweis als diplomierter Verkaufs­leiter abnimmt. Im Moment absolviere ich eine weitere Ausbildung zum Master of ­Business Administration an der ZHAW und bin derzeit an meiner Masterarbeit.

Das hört sich nach einem dichten Programm an.

Wenn etwas läuft, bewege ich mich in meiner Wohlfühlzone.

Setzen Sie für das Unternehmen auch sehr sportliche und heraus­fordernde Ziele?

Meiner Meinung nach ist es wichtig, dass man sich anspruchsvolle Ziele setzt und Wege sucht, diese zu erreichen. Ich freue mich sehr, dass wir es in den letzten zwei Jahren geschafft haben, unter diesen wirtschaftlichen Bedingungen erfolg­reich zu sein. Anfang 2015 hatten wir fünf Mitarbeiter; inzwischen sind es 13.

Welche Kompetenzen vertreten diese Mitarbeiter?

Wir sind eine Vertriebsniederlassung. Alle unsere Tätigkeiten sind auf den Markt und die Kunden ausgerichtet. Wir haben kein Backoffice und kein Lager in der Schweiz. Wir bieten hier ausschliesslich Kunden­beratung und Support an. Beide Dienstleistungen können wir in den drei Ländersprachen zur Verfügung stellen. Wir haben festgestellt, dass dies ein grosses Bedürfnis unserer Kunden ist.

Wie wird ein kontinuierlicher Informationsfluss vom Mutterhaus zur Niederlassung Schweiz sichergestellt?

Wir haben zweimal im Jahr umfassende Schulungen vom Mutterhaus. Ausserdem erhalten wir über webbasierte Programme alle zwei Wochen die neuesten Informationen über Produkte, Projekte und Programme. Zudem befindet sich unser Standort nur zwei Stunden entfernt von unserem Mutterhaus in der Nähe von Stuttgart, da gibt es immer die Möglichkeit, nach Bedarf ein Treffen bei uns oder dort durchzuführen.

Wie beratungsintensiv sind die Geschäfte in der Schweiz?

Wir sind eine reine Vertriebs- und Service­niederlassung, bedienen also den Markt Schweiz mit Produkten unseres Mutterhauses und bieten als eigene Dienstleistung den Service hierzu an. Der Verkauf ist sehr beratungsintensiv. Unsere Branche ist stark getrieben von der Frage, wie die Applikationen unserer Kunden aussehen. Unser Ziel ist es, durch Beratung einen Mehrwert für den Kunden zu schaffen. Wir haben zwar einen Katalog und einen Onlineshop, doch für die meisten unserer Produkte empfehlen wir, sich bei uns beraten zu lassen. So können wir verhindern, dass es im Nachhinein viele Fragen gibt und wir können zudem besser auf die konkreten Applikationsbedürfnisse unserer Kunden eingehen. Dann kann man sich Zeit und Aufwand ersparen.

Warum kaufen Kunden Sensoren bei Leuze und nicht bei der Konkurrenz?

Wir nennen uns nicht ohne Grund «the Sensor People». Wir wollen unsere Kunden durch die Persönlichkeit und die Dienstleistungen unserer Mitarbeiter überzeugen und dadurch einen einmaligen Wert für die Kunden generieren.

Ausserdem überzeugen wir durch unsere Produkte, die zum Teil ganz spezifisch für bestimmte Applikationen her­gestellt werden. Nehmen wir zum Beispiel die Anwendung von Sensoren im Hoch­regallager. Die Datenübertragung ist wegen des vielen Stahls im Hoch­regal­lager nur schwer mittels Funk realisierbar. Daher realisierten wir speziell für Hoch­regallageranwendungen Produkte mit einer auf Infrarotlaser basierenden Datenübertragung. Für solche spezifischen Anwendungen gibt es noch einen oder zwei Mitbewerber, aber mehr nicht. Derartige Branchenspezialisierung realisieren wir für Werkzeugmaschinen, Verpackungs­technik, Intralogistik sowie Laborautomatisierung. Das sind unsere Hauptbranchen, auf die wir uns hier in der Schweiz spezialisiert haben. Wir machen nicht alles, aber das, was wir machen, machen wir richtig. Für diese Branchen bringen wir eine hohe Kompetenz mit, von der unsere Kunden profi­tieren können.

Wie sieht die Marktposition von Leuze in der Schweiz in den verschiedenen Branchen aus?

Das lässt sich sehr schwer quanti­fizieren. In der Laborautomatisierungsbranche haben wir eine starke Position. Das ist ein spannendes Umfeld, das sich eher konträr zur üblichen Industrie verhält. Die Branche ist zurückhaltend bezüglich Innovationen, und die Lebenszyklen der Produkte und Maschinen sind lang. Da reden wir schnell von 10, 15 und sogar 20 Jahren. Für einen Sensor­her­steller ist es wichtig, dass er über die Dauer der Lebenszeit seine Produkte anbieten kann. Viele unserer Markt­begleiter sind nicht in der Lage, das anzubieten.

Dann ist das Thema Obsoleszenz bei Leuze ein wichtiges Thema und Alleinstellungsmerkmal?

Ja, Obsoleszenz ist ein grosses Thema in der Laborautomatisierungsbranche. Wenn irgend etwas an einem Bauteil geändert wird, und sei es nur eine Diode in einem Sensor, dann ist der Prozess, diese Änderung beim Kunden durch­zusetzen, sehr aufwändig. Denn unsere Kunden müssen wiederum bei ihren Kunden eine Freigabe einholen.

Im Entwicklungsprozess dieser Branche gibt es einen «Design Freeze», an dem der Entwicklungsstand eingefroren wird. Danach kann es schnell mal ein halbes Jahr bis ein Jahr dauern, bis eine an sich kleine Änderung durch ist. Eine Spezialität von uns ist es, Artikel während des Lebenszyklus eines Geräts unver­ändert anzubieten. Unsere Kunden bekommen eine kundenspezifische Artikelnummer und die Gewährleistung, dass der Artikel gleich bleibt.

Wie steht es in den anderen Branchen?

Wir sind auch in der Intralogistik stark. Wir sind vor allem in Hochregal­lagern vertreten und decken viele spezifische Themen wie Datenüber­tragung, Positionierung und Arbeitssicherheit ab. Unsere Stärke liegt in der optischen Sensorik, die sich nicht auf Anwesen­heitserkennung beschränkt. Hinzu kommen Distanz­messung, 3D-Erkennung und Arbeits­sicherheit, die bei uns mit optischen Sensoren gelöst werden. Hier sind vor allem Lichtschranken und der Laser­scanner-Lichtvorhang hervorzuheben. Auch Barcod­e­leser mit hohen Frequenzen und hoher Lesegenauigkeit sind für die Intralogistik ein wichtiges Produkt. Hier haben wir Produkte anzubieten, die sehr einfach in der Anwendung sind; damit heben wir uns von der Konkurrenz ab.

Inwiefern sind diese Produkte einfach in der Anwendung?

Wir machen uns viele Gedanken bezüglich der Produkt-Usability. Beispielsweise ist die Kommunikationsschnittstelle bei den Barcodelesern direkt ins Gerät integriert. Dadurch kann der Maschinenbauer oder Anlagenbauer per Knopfdruck auf jedes verbaute Gerät zugreifen und über eine einzige Zugangsstelle eine ganze Anlage konfigurieren. Das ist ein sehr grosser Effizienzgewinn.

Wie wichtig ist Wissensmanagment beim Aufbau von Branchen-Know-how?

Wir haben im Unternehmen ein Wissensmanagement-Tool im Einsatz, dort speisen die Service- und Applikationstechniker ihr Know-how ein, damit man weltweit davon profitieren kann. In unserem Industrie­management wird für jede Region und jede Industrie spezifisches Branchen-Know-how in Form von Branchen- und Applikationswissen aufgebaut. Das ist regional schon unterschiedlich, aber nichtsdestotrotz gibt es einen Austausch zwischen den Regionen, und wir können das Know-how erweitern. Wir haben hier in der Schweiz drei Indus­triemanager, die sich jeweils um eine oder zwei Industrien kümmern. Wissensmanagement wird bei uns sehr ernst genommen, denn damit kann man einen Mehrwert für den Kunden schaffen.

Wie wird sich die Beziehung von Kunden und Lieferanten in der Schweiz künftig entwickeln?

Die Kunden-Lieferanten-Beziehung im Werkplatz Schweiz muss sich gegenüber der gegenwärtigen Situation ändern. Man muss künftig viel partnerschaftlicher zusammenarbeiten, denn davon profi­tieren beide Seiten. Wir pflegen bereits heute einen sehr partnerschaft­lichen Umgang mit unseren Kunden.

Zunächst steht gegenseitiges Kennenlernen im Vordergrund, und es wird eine gemeinsame Vertrauensbasis geschaffen. Erkennen wir bei einem Kunden spezielle Bedürfnisse, so machen wir ihm ein entsprechendes Angebot, und es entsteht eine Bindung. Ist das Vertrauen da und die Beziehung gewachsen, kann man auch ein neues Projekt oder einen Produkttest gemeinsam in Angriff nehmen, weil man weiss, dass der nötige Goodwill beim Kunden vorhanden ist. Auch der Kunde profitiert davon, neuste Produkte und Innovationen einzusetzen und sich auf diese Weise von Mitbewerbern abzuheben. Die Kunden, die hier am schnellsten bereit sind, neue Produkte einzusetzen, finden sich in der Intra­logistik. Die Branche hat einen hohen Wettbewerbsdruck und ist sehr preis­sensibel. Wenn durch eine Innovation die Kosten gesenkt oder Zusatz­funktionen angeboten werden können, die Mitbewerber nicht anbieten können, dann ist das Interesse schnell geweckt und der Kunde bereit, für solche Produkte auch zu zahlen.

Deutschland ist durch die Förderung und den Bau von Windenergie-Anlagen weltweit führend bei der Nutzung alternativer Energien. Bis Ende 2016 wurden in unserem nördlichen Nachbarland bereits über 27 000 Windenergie-Anlagen errichtet mit rund 46 000 MW installierter Leistung. Die Mehrzahl der Anlagen wird an Land betrieben. Die Anforderungen an alle Komponenten einer Onshore-Anlage sind ausserordentlich hoch. Eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten und Teilsysteme für die Stromversorgung, die Datenkommunikation und die Übertragung der Steuersignale ist in den Anlagen integriert. Leistungsfähige Steckverbinder spielen dabei eine grosse Rolle. Sie sorgen beispielsweise für die Steuerung der Gondel, die windabhängige Stellung und Veränderung der Rotorblätter, die Blattheizung und die Befeuerungsanlagen. Mit ihren Produkten, Lösungen und ihrem innovativen technologischen Know-how ist die Harting-Technologie-Gruppe seit mehr als 30 Jahren technologischer Partner der weltweit bedeutendsten Hersteller von Windenergie-Anlagen und verfügt damit über eine grosse Erfahrung in der Wind-Industrie.

Höchste Qualität für anspruchsvolle Umgebungen

Höchste Qualität, erstklassige Verarbeitung, pass­genaue Konzepte und maximale Lebensdauer sind von entscheidender Bedeutung. Das gilt gleicher­massen für die in bergigen Schwachwindstandorten installierten Kleinwindanlagen mit einer Nennleistung von etwa 45 kW und einem Rotor-Durchmesser von nur wenigen Metern, wie auch für Grosswindanlagen mit 140 m Nabenhöhe und einer Nennleistung von mehr als 4000 kW.

Mit seiner Steckverbinder-Technologie setzt Harting innovative Verbindungs-Standards für Onshore- und Offshore-Anlagen. Grosse Temperaturschwankungen, wechselnde Windverhältnisse und die spezifischen Bedingungen an den Aufstellorten in klimatisch und infrastrukturell ganz unterschiedlichen Ländern und Regionen sind ausserordentliche Herausforde­rungen an Material, Zuverlässigkeit und Service. Die Standort- und Umgebungsfaktoren maritimer Projekte stellen zusätzliche Schwierigkeiten dar. Wasserfeste Steck­verbinder, korrosionsbeständige Gehäuse, die gegen den erhöhten Salzgehalt des Wassers und der Seeluft resistent sind, erfordern einen entsprechend hohen Schutzgrad der eingesetzten Komponenten.

Steckverbinder für grössere Ströme

Deshalb bietet Harting mit der Baugruppe Han-Eco einen Steckverbinder, den ein hoher Schutzgrad (IP 65) auszeichnet, der auf einen Temperaturbereich von — 40 °C bis 125 °C ausgelegt ist und flexibel eingesetzt werden kann. Die Fertigung aus Hochleistungskunststoff bietet eine hohe Resistenz gegen aggressive Umwelteinflüsse wie Salznebel und eine grosse mechanische Robustheit. Durch sein geringes Gewicht entspricht der Han-Eco den Trends — Onshore und Offshore — zur Reduzierung des Turbinengewichts, zum modularen Aufbau von Windenergie-Anlagen und zur Leistungssteigerung aufgrund der zunehmenden Höhe der Anlagen und grösserer Rotorblätter.

Gemeinsam mit der Wind-Industrie entwickelt Harting spezifische und individualisierte Leistungen von einzelnen Komponenten bis hin zu Komplett­lösungen (Kabelkonfektionen) und Systemen, die schon während des Fertigungsprozesses oder vor Ort installiert werden können. So konstruierte Harting gemeinsam mit dem Windenergieanlagen-Hersteller Enercon einen Steckverbinder mit schwarzer Pulverbeschichtung, der in überseeisch stationierten Anlagen eingesetzt wird.

Zu den gemeinsamen erfolgreichen Projekten gehören auch Steckverbinder für grössere Ströme (>100 A…300 A) und ein Gehäusekonzept für ein neues LED-Beleuchtungssystem im Turminneren von Wind­energie-Anlagen (WEA).

Beleuchtungssystem mit hoher Lebensdauer

Das Beleuchtungssystem verwendet eine von Harting entwickelte LED-Leuchte mit einer hohen Lebensdauer (>100 000 Stunden). In die Gehäuse sind Kühlkörper eingelassen. Die Versorgung für die Leuchten teilt sich in zwei Stromkreise (gerade und ungerade Lampenzahl). Am Ende eines jeden Stranges befindet sich ein Signalgeber, der bei Ausfällen akustische Warnungen im WEA-Turm auslöst. Dieser Mechanismus sowie die Zweiteilung des Stromkreises garantieren die Funktionalität der Notstrombeleuchtung bei Ausfall eines Stromkreises. Die LED-Beleuchtung für den WEA-Turm ist modular aufgebaut und wird aus dem Turmfuss unterbrechungsfrei mit Spannung versorgt. Das System beschleunigt die Installation und erleichtert die Arbeit im Service- und Wartungsfall.

Darüber hinaus liefert Harting LED-Beleuchtungssysteme als ganzheitliche Systemlösungen mit steckbarem Geräteanschluss, konfektionierten Leitungen, Verteilereinheiten und bei Bedarf einer unter­brechungsfreien Spannungsversorgung. Aufgrund individueller Analysen werden die LED-Leuchten so in der Anlage platziert, dass ihre Gesamtzahl gering bleibt und die Energiekosten sinken.

MICA geht neue Wege im Bereich Windenergie

Mit der MICA geht Harting im Bereich der Windenergie auch neue Wege und denkt Connectivity neu. Die MICA erlaubt es, sehr leicht und günstig alte Bestands­anlagen zu vernetzen und fit zu machen für Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Der digitale Retrofit ist aktuell eines der Trendthemen. Aber auch für neue Anlagen mit dezentraler Datenerfassung und Vorverarbeitung («fog» oder «edge computing») ist die MICA bestens geeignet. Ein Beispiel ist die kontaktlose Zustandsüberwachung der Temperatur an rotierenden Achsen. Dabei wird per RFID ohne Batterie über die Lebenszeit der Achse die Temperatur erfasst und auf der MICA vorverarbeitet. Nur im Fall einer Grenzwertüberschreitung wird ein Alarm abgesetzt. Damit zeigt der «kleine» Hermes-Gewinner, was heute möglich ist.

harting.ch

Für die Reinhaltung der Luft müssen schädliche Emissionen wie Abgase und Stäube qualitativ und quantitativ erfasst und so weit wie möglich minimiert werden. Dies ist durch eine vorausschauende ­Planung von Industrieanlagen sowie durch moderne Abgasreinigungsverfahren ­möglich.

Kontinuierliche Messgeräte und -systeme überwachen die Emissionen genau und ermitteln so das Emissions­verhalten von Industrieanlagen. Auf diesem Gebiet verfügt Sick über ein umfangreiches Produkt­sortiment für zukunftsorientierte Lösungen durch bewährte Messprinzipien und innovative Messtechniken. Als Anbieter von In-situ-­Messtechnik und Lösungen für extraktive Gasanalyse ermöglicht Sick die Anpassung an unterschiedlichste Gegeben­heiten.

In situ: direkt im Prozess messen

Innovative In-situ-Messtechnik eignet sich für die direkte Montage der Geräte am jeweiligen Messort, z. B. am Kamin. Die Analysatoren messen in-situ, d. h. direkt im Prozess unter Betriebsbedingungen. Sie zeichnen sich vor allem durch minimalen Wartungsbedarf und sehr geringe Ansprechzeiten aus. In-situ-Analysatoren von Sick sind in zwei Versionen verfügbar. Die Cross-duct-Geräte liefern repräsentative Mess­ergebnisse über den gesamten Kanalquerschnitt, während Messlanzen­geräte an nur einer Seite des Kamins angebaut werden.

Ein Beispiel dafür ist der Gasanalysator GM32, der sowohl in der Emissions­über­wachung als auch in der Prozesskontrolle etabliert ist. Das robuste Universaltalent gibt es auch als Ex-Version für Gas­temperaturen von bis zu 650 °C. Einge­setzt wird der Analysator vor allem in Kraft­werken, Zementwerken, in Kehricht­verbrennungsanlagen, aber auch für Mess­aufgaben in der Erdgas- und Erd­öl­industrie sowie bei Emissionsüber­wachungen hinter Schwefelrückg­ewin­nungs­­anlagen und FCC-Crackern.

Auch die Emission von Staubpartikeln führt zu Luftverschmutzung. Sick bietet mit der Dusthunter-Produktfamilie zuver­lässige Technologien für eine exakte Staubmessung. Das Messprinzip der laser­­basierten Lichtstreuung misst selbst sehr geringe Staubkonzentrationen. Die Kompensation von Hintergrundstrahlung und Umgebungslicht, die automatische Überprüfung von Null- und Referenzpunkt sowie eine Verschmutzungskontrolle liefern stabile und reproduzierbare Mess­ergebnisse. Messungen in heissen oder aggressiven Messmedien sind so kein Problem für diese Messgeräte­.

Vielfältige Messaufgaben

Im Gegensatz zur Messung vor Ort entnehmen extraktive Gasanalysatoren dem Gaskanal einen Teil des zu messenden Gases, bereiten es auf und führen es dem Analysatormodul zu. Von der Gas­entnahme mit speziellen Sonden über die optimierte Gasaufbereitung bis hin zu zahlreichen Analysatormodulen sind die extraktiven Gasanalysatoren und -systeme optimal an die unterschiedlichsten Mess­aufgaben anpassbar.

Mit dem GMS800 bietet Sick eine innovative Produktfamilie extraktiver Gas­analysatoren, die über 60 verschiedene Gaskomponenten messen kann. Der GMS800 zeichnet sich durch sein konsequentes modulares Design aus: bis zu sechs Analysatormodule, ein Gasmodul, I/O-Module sowie eine Bedieneinheit. Zur kostengünstigen Systemintegration können sowohl standardisierte 19-Zoll-­Gehäuse als auch für den Schrankeinbau optimierte Systemgehäuse verwendet werden. Für den rauen industriellen Einsatz gibt es Wandgehäuse, die über Zulassungen nach ATEX in Ex-Zonen verfügen. Mit modernster Software ausgestattet, bietet der GMS800 alle erforderlichen Schnittstellen für Fernüberwachung über Netzwerk bis hin zur Anbindung an ein Prozessleitsystem.

Ein weiteres Beispiel für die technologische Kompetenz von Sick im Bereich der Emissionsmessung ist die patentierte Hg-Direktmessung des MERCEM300Z. Die Atom-Absorptionsspektroskopie mittels Zeeman-Effekt ermöglicht eine besonders genaue Messung von Queck­silber. Ausserdem verbraucht der Analysator keine Chemikalien und zeichnet sich durch minimalen Wartungsaufwand aus. Damit ist der MERCEM300Z aktuell das Referenzgerät am Markt für die kontinuierliche Queck­silberanalyse von Abgasen aus Verbrennungsanlagen und Zementwerken.

sick.ch

Andreas Walker – Seit August 2016 läuft die Pilotanlage des Econimo (Energy Converter Integral Module) bei den WWZ AG (vormals Wasserwerke Zug AG) ohne Zwischenfälle mit einer Verfügbarkeit von 100 Prozent. Es ist weltweit das erste mit Methanol betriebene Minikraftwerk, das durch Tri­gene­ration Strom sowie kaltes und warmes Wasser produziert. Silent-Power verwendet für die Mikrogasturbine Methanol als Treibstoff und erreicht ohne jegliche zusätzliche Wassereinspritzung oder den Einsatz von Katalysatoren sehr gute Abgaswerte.

Das Econimo arbeitet autonom, ruhig und wartungsarm. Die Minikraftwerke dienen den lokalen Energieversorgungs­unternehmen als Netzstabilisatoren, zum Beispiel bei unregelmässiger Produktion von Sonnenstrom. Das Econimo erreicht einen Wirkungsgrad von rund 95 Prozent und kann 30 kW elektrische Leistung und 70 kW Wärme produzieren. Über einen Rück­kühler kann zusätzlich Kälte zur Gebäude­kühlung produziert werden. So kann ein Econimo-Kraftwerk zum Beispiel einen Wohnblock mit zehn bis 15 Wohnungen, ein Schulhaus oder einen Fernwärmeverbund versorgen. Das Econimo übernimmt die Funktion des Minikraftwerks und ist zudem ein idealer Stromspeicher.

Serienproduktion der Econimos

Bis zum Jahr 2021 sollen voraussichtlich mehr als 300 Econimos produziert werden.Deshalb finden laufend weitere Optimierungen Eingang in das Serien-Econimo, welches zur Produktion vorbereitet ist. Parallel wird ein standardisierter Lagertank für das Minikraftwerk in die Produktion überführt. 30 000 Econimos könnten alle Atomkraftwerke in der Schweiz ersetzen. Ein Econimo wird rund 50 000 Franken kosten. Das wären insgesamt 1,5 Milliarden Franken. Dies ist sehr günstig, berücksichtigt man, dass unser 1000-MW-Kernkraftwerk Leibstadt weit mehr als 10 Milliarden Franken gekostet hat.

Methanol: Energiequelle der Zukunft

Die Silent-Power AG hat unter der Leitung von CEO Prof. Dr. Urs A. Weidmann ein Energiekonzept entwickelt, das mit einem Methanolkreislauf sowohl die Strom­produktion als auch die Stromspeicherung löst. Synthetisches Methanol kann aus Wasser, Kohlendioxid aus der Luft und Strom hergestellt werden. Im Gegensatz zu den fossilen Brennstoffen Erdöl, Erdgas und Kohle sind diese Elemente unbegrenzt vorhanden. Methanol kann zum Heizen und Kühlen von Gebäuden, fürs Kochen und für die Mobilität eingesetzt werden, wie wir es von Benzin, Diesel, Kerosin und Heizöl gewohnt sind. Für die Methanol­produktion sollen vor allem Stromüberschüsse der erneuerbaren Energiequellen (Solar- und Windenergie) zu Spitzentagen ver­wendet werden.

In naher Zukunft können Methanol-­Produktionsstätten, die an geeigneten Orten stehen und mit billigem Strom betrieben werden, eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle darstellen. Die Stromproduktion dafür könnte zum Beispiel aus Wellenkraftwerken auf den schottischen Inseln oder den Neuen Hebriden erfolgen. Dort sind die Wellen genügend hoch, um ununterbrochen viel billigen Strom zu erzeugen. Mit den bereits existierenden Tankschiffen (normale Öltanker) kann das Methanol von dort abgeholt und über die bereits bestehende Tankstellen­infrastruktur verteilt werden. Mit diesem System setzt die Silent-Power AG auf die Speicherung der Energie in flüssiger, chemischer Form mittels Methanol. Damit könnte die Energieversorgung in der Zukunft sichergestellt werden.

silent-power.com

Das sogenannte DP World Solar Power Programme stellt das bisher grösste solare Dachanlagen-Projekt im Mittleren Osten dar. Im ersten Projektabschnitt werden 88 000 PV-Module mit einer Gesamtleistung von 25,8 MWp installiert. Die erzeugte Energie kann die Stromversorgung von 3000 Haushalten sicherstellen. Mit ihrem Solarprogramm leistet DP World im Rahmen der Dubai Shams-Initiative einen wichtigen Beitrag zum geplanten Ausbau der sau­beren Stromerzeugung in Dubai.

Passgenaues Überwachungssystem, Support und Schulung

Die ersten Solaranlagen von DP World sind bereits am Netz, meteocontrol lieferte das Monitoring. «Ausgestattet mit den Datenloggern der blue’log-X-Serie und der Überwachungsplattform VCOM (Virtueller Leitstand) lässt sich das gesamte Anlagenportfolio schnell überblicken und professionell überwachen», erklärt Martin Schneider, Geschäftsführer der meteocontrol. Das modular aufgebaute Monitoringsystem hat meteocontrol an die anlagen- und länderspezifischen Anforderungen angepasst, in Betrieb genommen und Schulungen bei Oryx durchgeführt.

Effizientes Monitoring

meteocontrol setzt bei der Projektab­wicklung auf die Zusammenarbeit mit erfahrenen lokalen Unternehmen. «Für Investor, Abnehmer und Projektentwickler hat das enorme Vorteile. Sie bekommen bewährte Hightech-Lösungen, haben aber die Ansprechpartner vor Ort. Mit Oryx konnten wir einen kompetenten Partner in den Vereinigten Arabischen Emiraten gewinnen», freut sich Martin Schneider. Die umfassende Monitoring-Lösung von meteocontrol ist für grosse PV-Projekte wie das der DP World effektiv und kosten­effizient zugleich. «Einmal aufgesetzt, lassen sich weitere Solaranlagen problemlos in die Überwachungsplattform integrieren und alle auf einen Blick überwachen. Das bedeutet weniger Zeit- und Kostenaufwand bei der Betriebsführung», erklärt Dr. Rainer Gegenwart, Geschäftsführer für Projekte der Phanes Group. «Bisher lief alles nach Plan. Die Zusammenarbeit mit meteocontrol hat sich, wie schon beim Betrieb und der Überwachung anderer grosser Solaranlagen, als sehr effizient erwiesen.» Phanes Group und meteocontrol streben auch in Zukunft eine weitere Zusammenarbeit an.

meteocontrol.com

Neue Windkraftwerke und zahlreiche Fotovoltaik-Anlagen auf privaten und öffentlichen Hausdächern beanspruchen das Stromnetz immer mehr. So wichtig ihr Beitrag für die Energiewende ist, so herausfordernd ist der technische und wirtschaftliche Umgang mit ihnen. Weil Strom aus erneuerbaren und dezentralen Energiequellen stark schwankt und sich nur schlecht speichern lässt, sollen Elektrolyseure das Problem lösen. Diese nutzen den überschüssigen Strom, um Wasserstoff herzustellen, der entweder direkt gespeichert oder in Methan umgewandelt wird.

Neue Speichermethoden gesucht

Unser Stromnetz kann nur so viel Strom aufnehmen, wie gerade verbraucht wird. Ohne Speicher würde das gesamte System aus dem Gleichgewicht geraten und die Frequenzstabilität kollabieren. Immer häufiger müssen deshalb Energieversorger ihren Strom zu Dumping-Preisen ins Netz einspeisen, weil sonst eine gefährliche Überlast droht. Ein besonderes Ärgernis: Auch wenn die Betreiber den erneuerbaren Strom abregeln, müssen sie ihn bezahlen.

Allein im Bundesland Schleswig-Holstein fallen für die Betreiber jährlich rund 25 Millio­nen Euro Entschädigungskosten an, weil die Windkraftwerke in der Nordsee zeitweise zu viel Strom generieren.

Die Energieversorger haben daher allen Grund, sich mit neuen Speicher­methoden zu befassen. Die verfügbaren Technologien sind vielfältig, aber je nach Anwendung mit Nachteilen behaftet: Pumpspeicherkraftwerke sind teuer und benötigen eine riesige Infrastruktur, und die Kapazität von Batterien ist limitiert, wobei sie in der Regel nur die tagesaktuelle Stromproduktion ausgleichen.

Speicherung in chemischer Form

Eine mögliche Lösung für die saisonale Speicherung ist das zweistufige Power-to-Gas-Konzept. Hier wird zuerst der überschüssige Strom genutzt, um mithilfe eines Elektrolyseurs Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. In einem zweiten Schritt wird der Wasserstoff unter Zugabe von CO2 zu synthetischem Erdgas (Methan) weiterverarbeitet. Die überschüssige elektrische Energie wird so in chemischer Form gespeichert.

Diese gasförmigen Energieträger können lange gelagert und weit transportiert werden. Bei Bedarf werden sie wieder in Strom oder Wärme umgewandelt. Der Wasserstoff kann zum Beispiel mit einem Anteil von bis zu 5 Prozent ins Erdgasnetz ein­gespeist werden und so fossiles Methan ersetzen. Zudem benötigt auch die che­mische Industrie Millionen Tonnen Wasserstoff. Neben der Versorgung von Haushalten, Gewerbe und Industrie ist auch eine Nutzung als Treibstoff möglich, zum Beispiel in Erdgasfahrzeugen oder Brennstoffzellenautos.

Wasserstoff-Elektrolyseure und Systeme, die den Wasserstoff methanisieren, werden bereits in einigen Pilotprojekten eingesetzt und von Energieversorgern getestet. Noch ist aber nicht klar, welche Speichertechnologie ökonomisch am sinnvollsten ist. Das Paul-Scherrer-Institut (PSI) in Villigen hat im Rahmen der Energieforschung die Energy-System-Integration-­Plattform (ESI) lanciert, bei der das Power-to-Gas-Konzept im Mittelpunkt steht. Bei der ESI-Plattform geht es darum, all die bisher isoliert erforschten Bausteine erstmals in ihrem komplexen Zusammenspiel zu untersuchen und die Technologien im Verbund zu betreiben. Im Laufe des Jahres 2016 hat die Forschungsplattform schrittweise ihre Arbeit aufgenommen.

PEM-Technologie mit vielen Vorteilen

Das PSI setzt dabei auf das Elektrolyse­system Silyzer von Siemens, das auf Basis der PEM-Technologie (Proton Exchange Membrane) entwickelt wurde. Dieses eignet sich insbesondere für den dynamischen Betrieb, kommt ohne Chemikalien aus, ist flexibel steuerbar und kann innert kürzester Zeit hochfahren. Der am PSI eingesetzte Silyzer ist in der Lage, seine Normleistung innerhalb von zehn Sekunden vollständig zu erreichen oder die Leistung ebenso schnell wieder zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil der PEM-Technologie: Sie produziert bis zu fünfmal mehr Wasserstoff pro cm2 als ein alkalischer Elektrolyseur. Der PEM-Elektrolyseur eignet sich auch als dynamische Regellastkomponente zum Ausgleich von Schwankungen in den Stromnetzen — und kann damit zur Schlüsselkomponente für Energiever­sorger, Netzbetreiber und Anbieter erneuerbarer Energien werden.

siemens.ch

Felix Fischer, ABB Schweiz — Das Thema des Ausbaus der erneuerbaren Energien ist in aller Munde. Die Nutzung der Wind-Energie ist in der Schweiz noch stark ausbaufähig. Abgelegene, windbestrichene Höhenlagen gelten hierzulande als die vielversprechendsten Standorte, insbesondere, wenn sie nicht mehr unberührt sind. Die Umgebung von Wasserkraft­werken ist prädestiniert für Windanlagen, da die bestehende Einspeisung ins Stromnetz — allenfalls an die zusätzliche Leistung angepasst — genutzt werden kann.

Windparkanlage am höchst gelegenen Speichersee der Schweiz

Genau das ist am Griespass — nahe dem bekannteren Nufenenpass gelegen — der Fall. Dort wurde 1966 der Griessee aufgestaut, einer der höchst gelegenen Speicherseen der Schweiz. Seit März 2012 generierte hier eine Pilot-Windkraftanlage mit einer Nabenhöhe von 85 m Strom. Sie liegt auf 2465 m ü. M. und ist damit das höchst­ gelegene Windkraftwerk Europas. Eigen­tümerin der Windenergieanlage am Gries und des Windparks ist die Beteiligungsgesellschaft Gries Wind AG, die zu 90 Prozent SwissWinds Development (SWD) gehört. Als Generalunternehmen der SwissWinds GmbH spezialisiert sich die SWD auf die Projektentwicklung von Windparks im Gebirge.

Transformator wurde in einer Spezialausführung hergestellt

Die Pilotanlage hatte die Erwartungen erfüllt und wurde im Herbst 2016 mit drei weiteren, mit einem Rotordurchmesser von jeweils 92 m noch mächtigeren Windrädern zum Windpark ausgebaut. Für die Pilot-Wind­kraftanlage wurde der 50-jährige Transformator des Wasserkraftwerks mit einer Leistung von 10 MVA genutzt, um den Strom auf die 65 kV des regionalen Verteilnetzes hochzutransformieren. Für den neuen Windpark war Bedarf für einen leistungs­fähigerer Ersatz, der nicht grösser als der alte sein durfte, damit er in die Kaverne passt. Der Transformator wurde nach den Spezifikationen im ABB-Werk Monselice in Nordostitalien gefertigt. Es handelt sich um einen Leistungstrans­formator mit drei Wick­lungen, um sowohl die 5 kV aus dem Wasser­kraftwerk wie auch die 20 kV aus dem Windpark auf 65 kV hochzutransformieren. Damit er trotz doppelter Leistung die Abmessungen des zu ersetzenden Transformators nicht entscheidend überschreitet, wurde auf die Radiatoren verzichtet. Stattdessen wird der ölisolierte Transformator mit zwei wassergekühlten Wärmetauschern gekühlt, die dank des stetig kalten Wassers aus dem Speichersee besonders klein gehalten werden konnten. So kann Europas höchst gelegener Windpark jetzt die erwartete Jahresproduktion von rund 14 Mio. kWh ins Netz einspeisen. Das entspricht dem Strombedarf einer Kleinstadt mit 3000 Haushalten.

abb.ch