Energieautarke Sensoren
Vernetzte Produktion dank Photovoltaik-Technik
Mit den Daten aus der Produktion lässt sich die Produktivität der Produktion steigern. Allerdings sind diese Daten aufgrund von heterogenen Maschinenparks sowie fehlender und nicht vorhandener Schnittstellen nicht oder nur zeitaufwendig verfügbar.
Bild: Enerthing GmbH

Maschinen und Anlagen werden mit Sensoren überwacht. Diese lassen sich entweder per Kabel verbinden oder drahtlos und per Luftschnittstelle. Das ist vor allem bei rotierenden Maschinen sinnvoll oder an Stellen, die sich nur aufwendig warten lassen. Doch bei einem drahtlosen Sensor ist eine Energiequelle notwendig. Hier kommen häufig Batterien zum Einsatz.

Doch werden täglich viele Messdaten gesammelt und an ein zentrales Gateway oder die Cloud geschickt, dann verbraucht sich die Batterie schnell und muss ausgewechselt werden. Bei vielen verschiedenen Sensoren summiert sich das schnell und wird für den Betreiber teuer.

85 Prozent der Maschinen sind nicht vernetzt

Dass ein Bedarf an den Sensoren und vernetzten Maschinen besteht, sieht auch Geschäftsführer von Enerthing, Dr. Michael Niggemann. „Rund 85 Prozent der Produktionsmaschinen in Deutschland sind nicht digitalisiert.“ Mit anderen Worten: Die Maschinen lassen sich nicht in moderne Netzwerke einbinden. Oft hört er, dass Geschäftsführer vor den zu hohen Kosten der Vernetzung zurückschrecken. Dies ist der Fall, wenn bestehende Anlagen aufwendig nachgerüstet werden.

Hier spielen die Sensoren und das Sensor-System mit der Photovoltaik-Folie ihre Vorteile aus. Es können somit Messgrößen wie Temperatur, Feuchte, Vibrationen oder Magnetfelder erfasst werden. Durch ein einfaches Aufkleben der Sensoren auf die Maschine können produktions-relevante Daten, wie der Betrieb oder die Zyklenzahl und Geschwindigkeit erfasst werden. Somit lässt sich einfach ein bestehender Maschinenpark digital erfassen. Durch Vernetzung der Sensoren und die Verbindung mit der Cloud sind die aktuellen Daten verfügbar und können an existierende MES-Systeme angeschlossen werden.

Bild: Enerthing GmbH

Daten vor Ort aufbereitet und auf Dashboard visualisiert

Das spielt u.a. für eine wichtige Kenngröße im produzierenden Gewerbe eine entscheidende Rolle: OEE. Die Abkürzung steht für Overall Equipment Effectiveness und beschreibt die Gesamtanlageneffektivität. Dabei werden die Produktionsdaten flächendeckend erfasst. Für die Entscheider in den Fabriken liegen die Vorteile auf der Hand. Die Sensordaten des energiesparenden Sensors werden in Echtzeit erfasst, direkt an der Maschine aufbereitet und lassen sich über ein einfaches Dashboard visualisieren. Damit stehen die Sensordaten für eine Weiterverarbeitung in vorhandenen MES-Systemen jederzeit bereit.

Praktisch wäre es, wenn die Sensoren ihre Energie vor Ort beziehen könnten. Wie das geht, zeigen die Entwickler des Startup-Unternehmens Enerthing aus Leverkusen. Sie setzen dabei auf Photovoltaik. Ihre Energiequelle ist das zur Verfügung stehende Umgebungslicht. Dazu haben sie eine spezielle Photovoltaik-Folie entwickelt, die auf organische Halbleiter beruht. Die Stärke der Folie ist es, dass sie auf Schwachlicht optimiert ist. Zudem ist die Photovoltaik-Folie robust und flexibel.

Bild: Enerthing GmbH

Die Lösung von Enerthing beruht auf drei Punkten:

1. Das ist zum einen die erwähnte Photovoltaik-Folie, die mit dem ihr zur Verfügung stehenden Kunstlicht auskommt. Dabei ist sie auf Kunstlichtbeleuchtung, wie LED Lampen, angepasst.

2. Neben der Folie setzt das Unternehmen auf eine eigene Sensor-Plattform, die mit Bluetooth LE arbeitet und mit Temperatur, Feuchte, Beschleunigung, Magnetfeld und Licht ein breites Spektrum an Messaufgaben und Anwendungsszenarien abdeckt.

3. Analyse der Messdaten und Steuerung der Sensoren erfolgt über eine Cloud-Anbindung

Die von den Sensoren gesammelten Daten werden direkt auf der Plattform vorverarbeitet. Durch eine verbesserte Regelung auf dem Sensor und in der Cloud wird der Betrieb des Sensors mit optimaler Leistung trotz sich ändernder Lichtverhältnisse gewährleistet. Der Datenaustausch zur Cloud erfolgt bidirektional: Die vorverarbeiteten Daten werden sowohl in die Cloud geschickt als dass auch die Einstellung des Sensors im Feld über die Cloud erfolgt.

Eine eigene Rolle-zu-Rolle-Fertigung

Die spezielle Photovoltaiktechnologie ist das Herzstück der Lösung von Enerthing und stellt das Alleinstellungsmerkmal dar. Die Entwickler von Enerthing produzieren die patentierte Photovoltaik-Folie am Standort in Leverkusen selbst. Dabei kommt die Rolle-zu-Rolle-Fertigung zum Einsatz. Eine Produktion in Deutschland lohnt sich, da hier ein hochautomatisierter Prozess verwendet wird.

Nicht nur die Produktion ist in Deutschland. Die gesammelten Daten in der Cloud liegen ebenfalls in Deutschland. Das ist gerade für mittelständische Unternehmen ein nicht zu unterschätzendes Kriterium. Denn sensible Daten von Maschinen und Anlagen sollten nicht unbedingt außerhalb Europas liegen.

Vorteile Energieautarker Sensoren

  • Wartungsfreiheit: Kein Wechsel von Primärbatterien
  • Schnell installierbar im Betrieb
  • Kein Verlust der Betriebserlaubnis der Maschine
  • Unabhängigkeit vom Maschinentyp und Baujahr
  • Positionierung der Sensorik an bewegenden Stellen möglich
  • Werterhalt und längere Nutzungsdauer der Maschine durch Retrofit

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