Digitaler Zwilling für mehr Effizienz und Sicherheit

Die Kappler GmbH & Co. KG ist ein international führendes Fertigungsunternehmen für Präzisionsbauteile mit Sitz im baden-württembergischen Birkenfeld. Für die hochmoderne 37.500 Quadratmeter große Produktion konnte das Unternehmen Heidinger GmbH & Co. KG ihr komplettes Know-how in Sachen Kälte- und Klimatechnik in den Ring werfen. Denn bei der Fertigung der empfindlichen Präzisionsbauteile von Kappler CNC sind Temperaturschwankungen unerwünscht: Die Temperaturgenauigkeit liegt in der kompletten Produktion bei ±1 K. Eine Anlage, die zu dieser präzisen Temperierung beiträgt, ist die 2022 von Heidinger installierte Jumbo-Rückkühleranlage von Cabero mit 24 AxiTop Axialventilatoren von ebm-papst. Neben ihrer Effizienz steht besonders die Zuverlässigkeit der Anlage bei Kappler CNC im Fokus. Denn geringste Temperaturschwankungen führen zu Ungenauigkeiten bei der Teilefertigung. Ungeplante Ausfälle kann sich das Unternehmen nicht leisten. Eine kontinuierliche Überwachung der Anlage zur Erhöhung der Betriebssicherheit und die Möglichkeit frühzeitiger Wartungsprognosen sind daher für die Kappler CNC – wie für viele andere Unternehmen – ein Schritt in die Zukunft.

Digitale Lösungen sichern den künftigen Erfolg

Das weiß auch der Geschäftsführer der Heidinger GmbH + Co. KG, Adrian Heidinger: „Je komplexer die Anlagen und Prozesse werden, desto wichtiger werden digitale Lösungen zur proaktiven Analyse und Prognose.“ Die entwickelt ebm-papst neo, die Dortmunder Digitaltochter von ebm-papst. „Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, mithilfe von Datenanalysen und cloudbasierten Lösungen Mehrwerte für unsere Kunden zu schaffen und sie bei der Planung, Installation und Nutzung passender Produkte zu unterstützen“, erklärt Murat Mutlu, Digital Product Owner bei ebm-papst neo. Ein Vorstoß, den Martin Ugi von Cabero, dem Hersteller der Wärmeübertrager, unterstützt. Gemeinsam wandten sich die Spezialisten an Heidingers Kunden Kappler CNC, um die Digitalisierung der Jumbo-Rückkühleranlage umzusetzen.

Fehler frühzeitig erkennen

Der erste Schritt des digitalen Upgrades war die Installation neu entwickelter Sensoren von ebm-papst neo. Zunächst wurden an einigen Ventilatoren Schwingungsmesser angebracht. Die Sensoren erfassen die Vibrationen des Rückkühlers bzw. der Ventilatoren und übermitteln diese Daten zur Überwachung an die ebm-papst Cloud, wo diese kontinuierlich überwacht und ausgewertet werden. Das Vibrationsmonitoring sendet automatisch Alarme, wenn festgelegte Grenzwerte überschritten werden, und warnt die Anlagenbetreiber bei einer anhaltenden Verschlechterung des Schwingungsverhaltens. Diese frühe Fehlererkennung schützt Kunden nicht nur vor einem plötzlichen Systemausfall, sondern gibt ihnen auch die Möglichkeit, durch ein proaktives Eingreifen die Lebensdauer der Rückkühler signifikant zu erhöhen. Bei Bedarf kann direkt ein Serviceeinsatz geplant werden. Um den Einbau weiterer Sensoren, wie beispielsweise zur Analyse der erreichten Kühlleistung, möglichst ohne Störungen des laufenden Betriebs vorzunehmen, entschieden sich die Experten für Ultraschall-Messgeräte, die sich ganz einfach außen an den Rohren des Rückkühlers anbringen lassen. Durch den Abgleich dieser Daten mit den Normwerten der Anlage können Rückschlüsse auf den Betriebszustand und die ­Effektivität des Rückkühlers gezogen werden.

Perfekt gereinigt für mehr Effizienz

An jedem zweiten Ventilator des Rückkühlers wird zudem die Stromaufnahme gemessen. Eine erhöhte Stromaufnahme kann z.B. darauf hindeuten, dass Lamellen des Wärmeübertragers verschmutzt sind und gereinigt werden müssen. Denn das System erhöht bei Verschmutzung automatisch die Drehzahl des Ventilators, um die geforderte Kühlleistung sicherzustellen.

Um dafür Sorge zu tragen, dass die erforderliche Kühlleistung jederzeit erbracht wird, vermessen weitere Sensoren den Volumenstrom der Ventilatoren sowie des Kühlwassers und die Temperatur im Vor- und Rücklauf des Rückkühlers. Auch damit lassen sich Aussagen darüber treffen, ob die Anlage effizient läuft. Im Vergleich zu allgemeinen Wartungsempfehlungen der Hersteller sind Vorhersagen zu Verschmutzungen aufgrund von Datenanalysen viel zutreffender möglich und Service-Einsätze zum optimalen Zeitpunkt planbar. Adrian Heidinger nennt Beispiele: „Wie hoch die Verschmutzung der Lamellen durch Pollen ist, hängt beispielsweise vom Standort und von vielen weiteren Faktoren ab. Auch der immer häufiger auftretende Saharastaub kann zu einem Festsetzen führen, schon bevor der nächste planmäßige Serviceeinsatz stattfindet.“ Selbstverständlich kann es auch umgekehrt sein: Aufgrund der Auslastung einer Anlage lassen sich von Fall zu Fall Wartungsintervalle durchaus auch verlängern. Durch die individuelle Wartungsempfehlungen sparen Kunden Kosten und sie können sich auf den effizienten Betrieb ihrer Anlage verlassen. Ein effizienter Einsatz von Service-Teams hilft auch, dem Fachkräftemangel entgegenzutreten.

Echtzeit-Monitoring und ­Prognosemöglichkeit

Die von den Sensoren gemessenen Daten fließen über die ebenfalls installierten IntelliGate Gateways in die epCloud. Auf der Grundlage der Daten aus dem Realbetrieb erstellen die Spezialisten von ebm-papst neo einen digitalen Zwilling der Kappler Anlage und ein individuell auf die Anlage zugeschnittenes Dashboard. Der digitale Zwilling analysiert nicht nur rund um die Uhr und in Echtzeit wie effizient und zuverlässig die Anlage läuft, sondern prognostiziert auf Grundlage der Datenlage auch, wo kurz- oder langfristig Handlungsbedarf besteht, um einen störungsfreien Betrieb des adiabatischen Rückkühlers zu gewährleisten. Das Besondere an dieser Lösung ist unter anderem, dass sie sich auch bei ähnlichen, bestehenden Anlagen schnell und ohne viel Aufwand integrieren lässt. Die digitale Nachrüstung bei Kappler CNC war in einem Tag erledigt.

Gebündelte Daten schaffen ­Optimierungspotenziale

Die Datensicherheit hat beim digitalen Zwilling oberste Priorität. Deshalb arbeitet er komplett autark und abgekoppelt vom Kappler-IT-Netzwerk. Zugriffsberechtigte – ebm-papst neo, Cabero und Heidinger – können die Daten lediglich analysieren und Optimierungspotentiale für den Kunden identifizieren. „Die Anlage hat natürlich auch schon bisher Daten geliefert“, erzählt Heidinger. „Doch jetzt können wir als Lösungsanbieter die zusätzlichen Daten in unsere Gesamtanlagensteuerung übernehmen und so aufbereiten, dass sie für unseren Kunden einfach zu verstehen und zu nutzen
sind.“

In die Zukunft gedacht

Bei Kappler CNC hat der digitale Zwilling bestätigt, was sich alle Beteiligten von seinem realen Gegenstück versprochen haben: Die Anlage läuft hocheffizient und rund. Für Adrian Heidinger zeigt das Entwicklungsprojekt jede Menge Potential für weitere Kunden. Denn durch den geringen Installationsaufwand können auch bei Unternehmen mit älteren Anlagen durch gezielte Datenanalyse ermittelt werden, wo es hakt und wo Effizienzsteigerungen möglich sind. Weitere Vorteile bringt der digitale Zwilling beim Thema CO₂-Abdruck eines Unternehmens. Häufig werden von großen Konzernen schon jetzt konkrete Aussagen zur Effizienz von Anlagen und deren Umweltverträglichkeit verlangt. Und in Zukunft erwartet auch der Gesetzgeber verlässliche Zahlen. Die lassen sich mit Digitalisierungslösungen deutlich leichter ermitteln und
bereitstellen.

Fazit: Mehrwerte für alle

Das Entwicklungsprojekt bei der Kappler CNC macht deutlich, dass Digitalisierungslösungen schnell und kostengünstig umsetzbar sein können. Sie bringen sowohl bei Bestandsanlagen als auch bei neuen Systemen viele Vorteile. Die kontinuierliche Zustandsüberwachung sowie die vorausschauende Wartung erhöhen die Betriebssicherheit, gewährleisten die Effizienz der Anlage und lassen Service-Einsätze effizient planen. Denn individuell angepasste Servicezyklen sparen nicht nur Zeit und Kosten, sondern schützen auch vor ungeplanten Ausfällen. Adrian Heidinger sagt: „Für mich als Service-Dienstleister bringen geplante Wartungseinsätze mehr Flexibilität bei der Mitarbeiterplanung. Gute Fachkräfte sind ohnehin schwer zu bekommen. Nacht- oder Sonntagseinsätze sind im Notfall für uns natürlich eine Selbstverständlichkeit. Aber grundsätzlich möchte ich, dass meine Mitarbeiter möglichst frühzeitig über ihre Arbeitszeiten Bescheid wissen.“ Und auch Martin Ugi von Cabero sieht nur Vorteile: „Mit einem kontinuierlichen Monitoring und der Möglichkeit zu agieren, statt zu reagieren, tragen wir dazu bei, dass Produktionsprozesse störungsfrei ablaufen.“