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Industrie 4.0 in der Praxis Kühlsysteme intelligent vernetzt

Autor Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Ein vernetztes Steuerungssystem lässt Kühlgeräte miteinander kommunizieren. Das ermöglicht eine präzise Kühlung, spart Energie und zeigt Industrie 4.0 in der Praxis.

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Auf der Hannover Messe hat EBM-Papst sein vernetztes Steuerungssystem für Kühlgeräte am Beispiel eines Getränkeautomaten vorgestellt.
Auf der Hannover Messe hat EBM-Papst sein vernetztes Steuerungssystem für Kühlgeräte am Beispiel eines Getränkeautomaten vorgestellt.
(Bild: EBM-Papst)

Das vernetzte Steuerungssystem für Kühlautomaten ist in Zusammenarbeit mit einem amerikanischen Kühlmöbelhersteller entstanden. Es lässt sich sowohl im Industrie- wie auch im Konsumentenbereich einsetzen; beispielsweise, wenn es um präzise zu kühlende Inhalte wie verderbliche Lebensmittel, Medikamente oder Erzeugnisse aus Werkzeug- und Produktionsmaschinen geht.

Bisher eingesetzte Kühlsysteme bestehen aus voneinander isoliert agierenden Komponenten mit jeweils eigenen Steuerungseinheiten und Leistungselektroniken. Im Gegensatz dazu werden in dem neuen System die einzelnen Komponenten, unter anderem energiesparende EC-Ventilatoren und effiziente Kompressoren, durch eine zentrale Leistungselek­tronik mit Steuerungseinheit im Sinne des IoT (Internet of Things) intelligent miteinander vernetzt. Dadurch können die einzelnen Kühlautomaten miteinander kommunizieren. Die eingesetzten Komponenten werden auf Feldebene vernetzt und deren Daten auf Systemebene zugänglich gemacht.

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Masse reduzieren und Energie einsparen

Das Regelungssystem nimmt auch zusätzliche Informationen über Umgebungsbedingungen auf, die gemeinsam mit dem optimierten Kältekreislauf zu hoher Systemeffizienz führen sollen. Dabei lassen sich elektronisch kommutierte Kompressoren und Ventilatoren bedarfsgerecht ansteuern und erhöhen so die Effizienz. „Am Beispiel eines Getränkekühlers konnte nachgewiesen werden, dass sich rund 40 % Energie einsparen lassen gegenüber eines konventionellen Systems“, sagt Dr. Bruno Lindl, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung der EBM-Papst-Gruppe.

Ergänzendes zum Thema
Drei Fragen an Dr. Bruno Lindl

Wie funktioniert das vernetzte Steuerungssystem?

Mehrere elektrische Verbraucher in einem System, die über eine Elektronik mit elektrischer Energie versorgt werden, können über entsprechende Schnittstellen vernetzt werden. Wobei die Ansteuerung der Verbraucher über Leistungselektronik geschieht, die ihrerseits von Mikroprozessoren und Embedded Systems im Master-Slave-Prinzip betrieben werden.

Sie sprechen von intelligenter Vernetzung. Wie zeichnet sich diese Intelligenz aus?

Die Kommunikation untereinander und mit der Außenwelt erfolgt über Mikroprozessoren und Embedded Systems mit spezieller Software. Mit entsprechenden Algorithmen entstehen selbstoptimierende Systeme, die einen vorgegebenen Zielparametersatz eigenständig erreichen. Anlagen an unterschiedlichen Orten können zum Beispiel über eine Cloud verbunden werden, so entstehen übergeordnete Systeme.

Können Sie ein Anwendungsbeispiel für den industriellen Einsatz beschreiben?

Das vernetzte Steuerungssystem kann in allen Anlagen angewendet werden, in denen IoT-(Internet of Things-)fähige Komponenten wie Ventilatoren zum Einsatz kommen. So können beispielsweise Heizungs- und Klimaanlagen weltweit überwacht und gesteuert werden. Auch in die Anlagenregelung kann aktiv eingegriffen werden. Zusätzlich können über das IoT Daten wie das Raumklima und verschiedene Betriebsmodi erfasst und ausgewertet werden.

Da energieeffiziente, kleine Komponenten zum Einsatz kommen, können im Betrieb der Kühlsysteme weitere Energie- und Kosteneinsparungen verzeichnet werden. Die einzelnen Lösungen lassen sich auf einer zentralen Elektronikplatine darstellen. Elektronische und elektrische Bauteile wie Drosseln, Kondensatoren Halbleiterkomponenten, etc. können dadurch entfallen. Das verringert den Materialeinsatz und die Störungsanfälligkeit. Da mit dem intelligent vernetzten Steuerungssystem Auslastungen frühzeitig erkannt werden, lassen sich Spitzenlasten reduzieren. So ist es möglich, kleinere Motoren mit weniger Material einzusetzen und so zusätzlich Kosten zu sparen.

Geräuschpegel senken

Außerdem sorgt die bedarfsgerechte Ansteuerung dafür, dass sich der Geräuschpegel der Anwendung minimiert. Die Erfahrung bei EBM-Papst zeigt, dass Anlagen nahezu ausschließlich im Teillastbetrieb gefahren werden und nur in Ausnahmefällen unter Volllast. Der mittlere Geräuschpegel sinkt daher entsprechend. „Beim Beispiel Getränkekühler konnten wir den Geräuschpegel um 8 db reduzieren“, erklärt Lindl. So will EBM-Papst einen höchst energieeffizienten, leisen und wirtschaftlichen Betrieb der Anwendung ermöglichen und dauerhaft gewährleisten.

Zusammengefasst verspricht das Unternehmen, den Energieverbrauch zu senken, bei einer garantierten präzisen Kühlung und zentraler Überwachung, Steuerung und Regelung selbst isoliert betriebener Geräte, z. B. bei Getränkeautomaten an Tankstellen oder Bahnhöfen. Es werden Betriebs-, Funktions- und Umfeldparameter verwendet, sodass jegliche Fehlfunktion oder Beeinträchtigung der Geräte (z. B. Beschädigungen) erkannt werden kann.

Einheitliche Datenübertragung wichtig

Möchten Konstrukteure das vernetzte Kühlsystem in Maschinen und Anlagen integrieren, sind in jedem Fall IT-Kenntnisse wichtig. So muss bei der Zusammenstellung von Anlagen beispielsweise auf kompatible Bus-Protokolle geachtet werden. Neben der klassischen Ingenieurskunst wird demnach der Beitrag von Softwareingenieuren in Industrie und Gewerbe immer wichtiger. EBM-Papst unterstützt hier auch mit Schulungs- und Service-Konzepten.

Der Aufwand lohnt sich, denn allein im Lebensmitteleinzelhandel gibt es über 50 Millionen Kühlautomaten, die geschätzt insgesamt über 90 TWh/a Strom verbrauchen. Bis zu 40 % Energieeinsparung pro Einzelgerät summieren sich hier schnell. Hinzu kommen viele weitere Einsatzmöglichkeiten in industriellen Anwendungen.

Dieser Beitrag erschien zunächst auf unserem Partnerportal Konstruktions-Praxis

(ID:44129644)

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