Condition Monitoring in der Kranindustrie: Effiziente Kabelführung und weniger Downtime mit Energieketten

Heute geht es um den Use Case Predictive Maintenance, also vorausschauende Wartung, und wie immer betrachten wir das an einem Praxisbeispiel eines Kunden. Es geht heute um die Wartung von Energieführungsketten und darum, wie man in Containerhäfen ungeplante Stillstände verhindern kann. Die Technologie, die wir besprechen, nutzt datengetriebene Vorhersagen durch Sensorik und Algorithmen, um den Zustand von Geräten und Maschinen zu überwachen und Anomalien frühzeitig zu erkennen.
Dazu habe ich heute Richard Habering eingeladen, den Head of Business Unit smart plastics bei igus. igus ist weltweit führend im Bereich Energiekettensysteme und Polymer-Gleitlager. Wir sprechen darüber, welche neuen IoT-Lösungen es bei igus gibt, welche Learnings Richard aus den drei Jahren IoT-Erfahrung bei igus und mit Kunden mitgenommen hat und welche Rolle KI für IoT-Daten spielt. All das erfahrt ihr jetzt.
Alle Infos zu den besprochenen Beispielen findet ihr wie immer in den Show Notes oder auf www.iotusecase.com. Übrigens, wenn ihr diese Folge gerade über Spotify hört, ist ab heute die Kommentar- und Umfragefunktion für euch freigeschaltet. Diese findet ihr direkt unterhalb der Folgenbeschreibung. Hinterlasst gerne einen Kommentar oder eine Antwort auf die Umfrage, und ich werde sie in der nächsten Folge beantworten.
Also, ab ins Podcaststudio – let’s go!

Hallo und herzlich willkommen, Richard, schön, dass du heute dabei bist und herzlich willkommen zum IoT Use Case Podcast. Wie geht’s dir, wo erreiche ich dich gerade?

Richard

Du erreichst mich gerade auf dem Frankfurter Flughafen in der Lounge, es geht nach Asien, um das Thema smart plastics superwise zu promoten. Das ist nicht der erste Trip, da tut sich gerade viel.

Vielleicht für die Zuhörer: Richard erreicht man immer unterwegs. Du bist fast schon ein Urgestein bei igus, was IoT angeht, kennst alle Kunden, bist ständig vor Ort. Die letzte Folge, die wir gemacht haben, war am 22. Februar 2023. Ich bin gespannt, was es Neues gibt, und wir besprechen heute auch einen konkreten Use Case. Die Folge ist noch aktuell, cooler Kunden-Case, hört mal rein, Folge 88. Aber Richard, für die, die dich noch nicht kennen: Kannst du kurz sagen, wer du bist und was du bei igus machst?

Richard

Ich übernehme bei igus immer die Projekte, die sonst keiner will. 2018 habe ich das Thema smart plastics übernommen. smart plastics bedeutet bei igus, dass unsere Kunststoffprodukte, wie Gleitlager, Spezialkabel und Energieführungsketten, elektronisch mit dem Kunden kommunizieren. Es gibt verschiedene Konzepte, aber im Grunde bin ich der Elektronik-Onkel, der die Kunststoffprodukte mit Elektronikhardware und dem Internet verbindet.

Sehr gut. Ich denke, jeder weiß, was ein Lager ist, aber Energieketten oder Energieführungen kennt nicht jeder. Ich musste an Folge 88 denken, da hattet ihr einen coolen Case mit einem Zugwaschanlagenbetreiber. Diese Energieketten führen die Kabel in solchen Anlagen, die oft dreckig sind und unter extremen Umweltbedingungen stehen.

Richard

Man kann sich eine Energiekette wie einen flexiblen Kabelkanal vorstellen. Wenn man einen Kunststoffkabelkanal in viele kleine Stücke zersägt und diese beweglich miteinander verbindet, sodass sie wie eine Kette aussehen, erhält man eine Lösung, mit der Leitungen perfekt geführt und geschützt zu beweglichen Anlagenteilen gebracht werden können.
Das könnt ihr sehen, wenn ihr das nächste Mal in der Waschanlage seid: Schaut nach rechts oben, wenn die Brücke über euer Auto fährt. Diese Brücke benötigt Strom, Wasser und Dateninformationen. Rechts oben seht ihr eine schwarze Kunststoffkette, die auf einer Ablage läuft und die Kabel und Leitungen vom festen Punkt an der Wand zum beweglichen Portal der Waschanlage führt, das über euer Auto hin und her fährt.

Schaut das nächste Mal hin, oder besucht einfach die Website:

Richard

www.igus.de oder www.igus.eu. Für unser Thema wäre dann noch der Zusatz /smartplastics, dann seid ihr direkt auf meiner Seite.

Genau, smart für smarte Kunststoffe sozusagen. Du hast es schon erwähnt, eure Produkte werden vernetzt. Ist das jetzt ein eigener IoT-Geschäftsbereich bei euch, der sich mit der Vernetzung beschäftigt? Zieht ihr Daten aus den Lagern und Energieketten, um Mehrwerte für die Kunden zu schaffen?

Richard

Jein, aber was du gerade beschreibst, ist der klassische Fall: Sensoren anbringen, viele Daten sammeln, diese interpretieren und Mehrwerte für den Kunden generieren. Wir hatten das Glück, das Thema aus einem anderen Blickwinkel anzugehen. Unsere Kunststoffprodukte sind extrem langlebig, aber Verschleiß zeigt sich in der Regel durch Abrieb. Das bedeutet, die Kunststoffteile reiben sich ab, und diesen Verschleißzustand bewerten wir. Dabei profitieren wir von über 15 Jahren Erfahrung, die wir im größten Versuchslabor für dynamische Energieübertragungssysteme in Köln gesammelt haben. Basierend auf diesen Ergebnissen haben wir Algorithmen entwickelt und bieten unseren Kunden seit über 15 Jahren einen Lebensdauerrechner an, der ihnen ermöglicht, basierend auf den Anwendungsparametern die Lebensdauer des Kunststoffprodukts vorherzubestimmen. Diese Algorithmen haben sich bewährt und waren stets zutreffend – vielleicht manchmal zu konservativ, aber immer präzise. Wenn wir also das Produkt und die dynamischen Anwendungsdaten kennen, können wir die theoretische Lebensdauer ziemlich genau vorhersagen. Dafür benötigen wir nur noch wenige Sensoren, um die theoretische Vorhersage mit der Realität abzugleichen und Rückmeldungen aus der Anlage zu erhalten.

Ich verstehe. Bevor wir in konkrete Use Cases einsteigen, du hast ja ein Beispiel mitgebracht, möchte ich noch fragen: Du bist seit einigen Jahren in dieser Geschäftseinheit tätig und triffst auf viele Use Cases bei Kunden. Welche Herausforderungen siehst du bei der Implementierung von IoT-Lösungen in den letzten zwei Jahren? Kannst du uns Einblicke geben?

Richard

Es ist tatsächlich so: In den Jahren 2016, 2017 und 2018 waren Schlagworte wie IoT, digitaler Zwilling, Cloud Solutions und vorausschauende Wartung, Predictive Maintenance, in aller Munde. Viele Menschen haben darüber geredet, und auch wir haben begonnen, uns damit zu beschäftigen, Sensoren zu testen, eigene Sensoren zu entwickeln und Daten über Aggregatoren ins Internet hochzuladen. Wir haben Data Analytics in der Cloud betrieben, Dashboards erstellt und konnten schon früh Lebensdauervorhersagen sowie rudimentäre Anomalieerkennungen anbieten. Allerdings sind wir auch ins Feld gegangen, um gemeinsam mit Kunden Anwendungen zu entwickeln. Ganz ehrlich, bei 90 bis 95 Prozent der Kunden ist das Thema jedoch noch nicht angekommen. Das heißt, in großen Konzernen gibt es zwar Menschen, die sich über Predictive Maintenance und ähnliche Themen Gedanken machen, aber auf Produktionsebene – bei den Instandhaltern, Hallenmeistern und Produktionsverantwortlichen – ist vorausschauende Wartung noch lange kein Thema. Und wenn es um das Internet geht, wird es richtig kritisch. Die Leute bestellen ihre Pizza online, machen Internetbanking, setzen ihr hart verdientes Geld ein, und machen noch viele andere Dinge im Internet, um mal jugendfrei zu bleiben. Aber die eigene Maschine ans Internet anzubinden? Das kommt für viele nicht infrage. IoT war für die meisten Menschen in der Produktion noch weit entfernt vom Alltag.

Ihr habt ja auch Kunden, bei denen IoT-Lösungen bereits funktionieren. Was sind eure Erfahrungen bei diesen Kunden, wo echte Mehrwerte generiert werden? Könntest du uns Beispiele nennen, wo Kunden bereit sind, in diese Richtung zu gehen, weil sie zum Beispiel Stillstand vermeiden wollen?

Richard

Ein großes Umdenken hat während der Corona-Zeit stattgefunden. Viele haben erkannt, dass es doch kompliziert werden könnte, wenn der Instandhalter nicht vor Ort sein kann oder der Komponentenhersteller keinen Techniker schicken kann, weil Flüge oder Züge nicht funktionieren. Was kann man dann online machen? Corona hat uns da tatsächlich geholfen. Dank unserer Technologie, die nicht nur online, sondern auch on-premise im Schaltschrank funktioniert, konnten wir Lösungen anbieten. Besonders die kritische Infrastruktur wie Häfen, Container-Handling und Bulk-Handling, wo Ausfallzeiten enorme Kosten verursachen, hat sich als ein Bereich herausgestellt, der schnell auf IoT-Lösungen angesprungen ist. Wusstest du, dass ein Containerschiff auf der Fahrt oft erst entscheidet, welchen Hafen es anlaufen soll, basierend auf Entladezeiten und Kosten? Wenn es dann verspätet ankommt, entstehen Strafgebühren. Stell dir vor, einer der großen Krane, die die Container entladen, fällt aus – das kostet Zeit und Geld. Ein Schiff hat oft 23.000 Container an Bord, und jeder Kran, der ausfällt, verlängert die Entladezeit erheblich. Da tut es richtig weh.

[12:09] Herausforderungen, Potenziale und Status quo – So sieht der Use Case in der Praxis aus

Bleiben wir doch bei dem Beispiel aus dem Hafen- oder Logistikbereich. Kannst du uns ein konkretes Beispiel eines Kunden in diesem Umfeld geben, der eure Produkte einsetzt, und erklären, wie es zu einem Ausfall kommt?

Richard

Der Trolley, der hin und her fährt und die Container bewegt, hat riesige Motoren, die so viel Strom wie ein kleines Dorf verbrauchen. Die Leitungen, die diese Motoren versorgen, sind mehrere Zentimeter dick und die Trolleys fahren extrem schnell, bis zu vier Meter pro Sekunde, über eine Strecke von 130 Metern. Es gibt viele externe Einflüsse, die Probleme verursachen können – von Wetterbedingungen wie Regen, Schnee und Eis bis hin zu kurioseren Dingen wie toten Vögeln. Ein 80 Kilo schwerer Albatros in einer Energieführungskette ist keine Kleinigkeit. Auch Menschen können versehentlich bei Wartungsarbeiten Schäden verursachen. Wenn solche Einflüsse überhand nehmen, kann eine Energiekette brechen. An diesem Punkt wird es interessant: Wenn man das Brechen vorhersagen kann, sprechen wir von vorausschauender Wartung. Aber auch wenn man das Brechen erkennt und den Kran sofort abschaltet, um den Schaden schnell zu beheben, ist das immer noch besser, als wenn das System weiterläuft und größere Schäden verursacht.

Also sonst wäre wahrscheinlich irgendwo ein Ticket bei euch im Service aufgemacht worden, wo ein Kunde sagt: Der Kran steht, Hilfe, wir brauchen Ersatzteile. Wie sieht der typische klassische Prozess bisher aus?

Richard

Ticket ist ein nettes modernes Wort für die Panik, die da entsteht. Da ruft nicht nur einer an, da rufen viele Leute an. Es eskaliert, Material muss zusammengestellt, geliefert und installiert werden. Wir haben eigene Service-Teams und arbeiten mit Partnerunternehmen. Aber wenn eine Energiekette crasht, ist Matthäus am Letzten. Das ist keine einfache Ticketmeldung, sondern Panik. Diese Panik wollen wir verhindern, indem wir schnell reagieren und Totalschäden vermeiden. Noch viel besser ist es aber, vorherzusehen, wenn etwas schiefgeht. Viele technische Probleme kündigen sich an, und das versuchen wir mit vorausschauender Wartung zu erkennen.

Wie würde man sowas erkennen? Ihr habt ja eine große Forschungs- und Entwicklungsabteilung in Köln. Sind das Abweichungen bei bestimmten Größen oder gibt es verschiedene Szenarien? Kannst du ein Beispiel nennen?

Richard

Es gibt viele Faktoren. Sprechen wir über die Zustandsüberwachung: Ein Indikator für den Betrieb einer Energiekette ist die Kraft, die benötigt wird, um diese zu bewegen. Man kann sich vorstellen, dass 100 Meter Kette aufeinanderliegen, da braucht es etwas Kraft, um sie hin und her zu schieben. Wenn die Kraft plötzlich extrem ansteigt, bedeutet das, dass etwas im Weg ist. Wir montieren dafür eine Wegezelle, einen Sensor, der die Kraft am Mitnehmer misst. Wenn die Kraft schnell ansteigt, schalten wir sofort ab, sodass wenig oder gar kein Schaden entsteht. Der Sensor generiert auch kontinuierlich Daten, die Kraft hat Muster und verändert sich über die Zeit. Diese Daten interpretieren wir und können daraus Prognosen ableiten – etwa, wo im Lebenszyklus sich die Kette befindet und ob sich langsam etwas verändert, sodass wir frühzeitig eingreifen können. Das ist jedoch nur ein Indikator, wir haben noch weitere Methoden, aber ein paar Betriebsgeheimnisse behalten wir natürlich für uns.

Es hängt wahrscheinlich auch stark vom Use Case ab, oder? Ein Kran ist ein Beispiel, aber es gibt sicher unterschiedliche Anforderungen je nach Gerät.

Richard

Nein, die Zug- und Schubkraft ist ein universeller Indikator für jede gleitende Energieführungskette, egal ob bei einem Kran, einem Gantry oder einer Müllverbrennungsanlage. Überall kann es zu Problemen kommen, und die Sensorik, im Abgleich mit der theoretischen Lebensdauer, hilft, den Zustand und den Verschleiß der Energiekette zu bewerten. Wie das genau funktioniert, behalten wir natürlich für uns.

Klar, das ist dann der Algorithmus. Du hast bei der Energiekette die Zug- bzw. Schubkraft. Was wäre es zum Beispiel bei einem Lager? Auch spannend, weil diese Lager überall verbaut sind. Was ist da der Indikator?

Richard

Bei der Zustandsüberwachung eines Lagers geht es nicht um Kräfte, denn ein Lager verändert sich durch den Betrieb. Es entsteht Abrieb, und dieser verändert die geometrischen Strukturen des Lagers. Diese Veränderungen lassen sich relativ einfach messen, ohne den Umweg über Vibrationen oder Körperschall zu gehen – es sind die geometrischen Verhältnisse, die man mit externen Sensoren erfassen kann.

Sehr interessant. An alle, die gerade zuhören: Schreibt mir gerne bei LinkedIn, welche Use Cases ihr habt. Habt ihr Anwendungen mit Gleitlagern, Energieketten, Linearführungen oder Elektromotoren? Vielleicht machen wir dann mit Richard noch eine Session, um eure Use Cases zu besprechen. Aber zurück zum Thema. Wenn wir an die Umsetzung denken, du hast schon einige Module von euch erwähnt. Eine Frage: Hat euer Kunde diese Daten schon, gerade in Häfen, die oft hochautomatisiert sind? Schaltet ihr euch auf die bestehende IT-Landschaft auf oder nehmt ihr die Daten direkt von euren Geräten auf?

Richard

Bei großen Kranen setzen wir tatsächlich ein Device on-premise in den Schaltschrank, um unsere Daten aufzunehmen. Dieses Device erzeugt auch die Prognosen, Einschätzungen und Wartungsempfehlungen. Es ist ein kleines Modul, das wir i.Cee nennen – es ist ein Linux-Computer, der all das erledigt. Beim Kunden, den wir hier besprechen, haben wir mit der Zustandsüberwachung begonnen und die vorausschauenden Informationen generiert. Es war viel Aufwand, diese Informationen in das bestehende Monitoring-System des Kunden zu integrieren, aber das ist technisch machbar, z. B. über JSON Files, MQTT Broker, REST API oder OPC UA. So erhält die Kundenapplikation regelmäßig Sensordaten, Empfehlungen und Lebensdauerinformationen, die im Kundensystem veröffentlicht werden, z. B. als gelbes Dreieck in der Leitstelle. Das sieht aus wie ein Tower im Flughafen, wo alle Krane überwacht werden. Wenn eine Komponente eine Warnung ausgibt, blinkt je nach Wichtigkeit und Schwere das gelbe Dreieck, und man kann nachsehen, was Sache ist. Während kritische Komponenten wie Hauptantriebe und Bremsen oft überwacht werden, hat die Energieführungskette bislang kaum jemand auf dem Schirm – obwohl sie essenziell ist, denn ohne sie steht der Kran. Dieses Bewusstsein hat sich in letzter Zeit geändert.

Ich werde die Use Cases, die Richard gerade angesprochen hat, in den Show Notes verlinken. igus hat viele spannende Anwendungsbeispiele, bei denen Energieketten, Leitungen und Hochlastlager für lange Standzeiten von Krananlagen dargestellt werden, sowie viele weitere Use Cases. Schaut da mal vorbei, das ist echt spannend. Richard, du hast auch euer i.Cee-Modul erwähnt, das verlinke ich ebenfalls. Es ist wirklich innovativ, was eure Produkte dort leisten.

[22:12] Ergebnisse, Geschäftsmodelle und Best Practices – So wird der Erfolg gemessen

Was sind deine Best Practices bei der Umsetzung solcher Projekte? Wo sollte man besonders aufpassen, welche Fallstricke oder Empfehlungen hast du?

Richard

Ein wichtiges Thema ist die Integration in Kunden-MES, SCADA oder Kran-Monitoring-Systeme. Ein Kunde fragte mich einmal, als wir die Informationen in sein System integriert hatten: Muss ich jetzt auch noch Energieketten-Spezialist werden, um die Sensordaten auszuwerten? Ihr seid doch die Experten, warum ruft ihr mich nicht einfach an?

Das war für uns die Initialzündung. Das war für uns die Initialzündung. Warum verbinden wir nicht die Sensorik, Prognosen und Wartungsmanagement direkt mit der Kundenanlage und zusätzlich mit unserem internen System? So können wir den Kunden proaktiv informieren. Ein Beispiel: Der Instandhalter vor Ort wusste gar nicht, dass eine Kette beschädigt war, bis wir ihn angerufen haben, weil jemand das System versehentlich mit einem Gabelstapler beschädigt hatte. Diese schnelle Reaktion versuchen wir durch die Integration in die Kundenanlage und die Verbindung mit unserem internen Vertriebsinformationssystem zu ermöglichen. So können wir dem Kunden rechtzeitig die nötigen Informationen geben. Wenn irgendwas passiert, ist es normalerweise schon fast zu spät. Aber wenn bei uns bereits alles vorbereitet ist und die Maschine schon läuft, kann man aktiv reagieren. Das ist das Neue, und wir nennen es superwise. Wir haben immer kreative Namen für unsere Produkte. superwise ist sozusagen die superweise Lösung für den Kunden, die ihm als Add-on im After-Sales-Service erlaubt zu wissen: Keine Sorge, die passen schon auf. Wenn etwas passiert, ruft nicht der Kunde bei uns an, sondern wir informieren den Kunden. Das ist die Neuerung an der ganzen Geschichte.

Ja, das ist wirklich eine spannende Entwicklung im Service und After-Sales-Bereich. Ihr seid echte Vorreiter mit Use Cases, die den Kunden klaren Business-Mehrwert bieten. Es ist beeindruckend, dass ihr den Service mit Daten verbindet und den Wartungs- und Servicetechnikern vor Ort damit ein starkes Werkzeug an die Hand gebt. Dass igus proaktiv anruft, wenn etwas passiert, ist ein echter Gamechanger. Es ist toll zu sehen, dass ihr bereits konkrete Kunden-Cases habt, bei denen das funktioniert. Gerade bei kritischen Anwendungen wie Kranen ist der Return on Investment enorm – wenn so ein Kran steht, geht es schnell um große Summen.

Richard

Genau, da läuft die Uhr.

Danke, Richard. Ich habe verstanden, welche Use Cases ihr umsetzen könnt und wie eure neuen Produkte aus dem smart plastics-Bereich funktionieren. Du bist ja auch der Ansprechpartner, also wenn jemand ähnliche Cases hat oder sich einfach mal austauschen möchte, werde ich deinen Kontakt in die Show Notes packen. Sprecht Richard einfach an. 
Ich habe noch eine Frage, weil du viel über Datenanalyse und Auswertung gesprochen hast. Was ist eigentlich mit dem Thema KI? Du hattest es vorhin kurz angesprochen. Welche Relevanz hat KI im Bereich IoT und wie entwickelt sich igus hier weiter?

Richard

KI ist in diesem Bereich eher unspektakulär. Natürlich helfen KI-Algorithmen dabei, Erfahrungen aus anderen Anlagen zu verknüpfen, verschiedene Indikatoren zusammenzubringen und nützliche Meldungen zu generieren. Das ist inzwischen Tagesgeschäft. Ob mit KI oder menschlicher Intelligenz, das Ziel bleibt, unerwartete Ausfälle zu vermeiden und die Produktlebensdauer zu verlängern.

Ich werde das ebenfalls in die Show Notes packen, schaut gerne rein, um zu erfahren, was die Neuigkeiten im Bereich KI von igus sind. Vielen Dank nochmal, Richard, dass du heute dabei warst. Danke für die ganzen Insights. Das letzte Wort übergebe ich wieder an dich.

Richard

Hoffentlich kam rüber: Sensorik, IoT, vorausschauende Wartung – das ist kein Hexenwerk. Es lässt sich im Tagesgeschäft nutzen, um ungeplante Stillstände zu vermeiden. Das Spannende daran ist, herauszufinden, welches Level an Technologien für den Kunden am besten ist. Und es macht richtig Spaß, das auszutüfteln, vor Ort dreckige Hände zu bekommen und mit der Technik zu arbeiten. Das Feedback vom Kunden, wenn es funktioniert, ist das Beste. Hoffentlich entdecken noch mehr Kunden das Thema vorausschauende Wartung und IoT für sich. Wir sind bereit und freuen uns darauf, euch zu treffen – vielleicht auf einer Messe oder direkt bei eurer Anlage.

Danke dir, Richard. Guten Flug und eine schöne Restwoche. Ciao.

Richard

Danke dir. Tschüss Madeleine.