Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 026

KLIMA-
KLIMA-
26 2024
NEUTRALE
NEUTRALE
PRODUKTION
SINGLE
PAIR
ETHERNET

WAS
KANN
DAS?
WAS DU
WILLST!
EDITORIAL
ALTE VERPACKUNG,
NEUE INHALTE
Wo, wie, wofür – das entscheidest Du!
Wir wissen selbst nicht genau, wie und wofür Du dieses Produkt einsetzen
und nutzen wirst – müssen wir auch nicht. Denn Du weißt es selbst am besten.
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Unser Printmagazin erschien erstmals im Februar
2019. Weil das schon wieder ein paar Tage
her ist, war es an der Zeit, unseren Auftritt zu
hinterfragen. Allerdings nicht den gestalterischen,
sondern den inhaltlichen. Bei dieser Kontrolle
verabschiedeten wir uns von einigen Formaten, wie den
Firmennews, unsere Zahlenseite oder die globale Forschungsübersicht.
Das Ausmisten ist das eine, das Einstreuen das andere!
Um unseren Titeln als Chefredaktoren Print und Online
fortan besser gerecht zu werden, verteilen wir unsere Aufgaben
nun neu. Berichtete Eugen Albisser bisher von der
Fertigungstechnik und ich von der Automatisierungstechnik,
wildern wir zukünftig im Bereich des anderen.
Hierbei fokussiere ich mich jedoch auf den klassischen
Journalismus mit leidenschaftlich recherchierten und
geschriebenen Beiträgen. Zu diesen gehört unter anderem
das Hintergrund-Interview, bei dem ich Nachrichten vertiefe
und die Geschichten dahinter erzähle.
Mein Kompagnon bildet dagegen im Printmagazin ab,
was das World Wide Web und die sozialen Medien zu
unseren Schwerpunktthemen schreiben. Dabei zeigt er
auch die Möglichkeiten auf, welche die Künstliche Intelligenz
für einen attraktiven Fachjournalismus bietet. Ein
Beispiel hierfür sind unsere Avatare an dieser Stelle. Ein
anderes sind die KI-basierten Interviews, bei denen Eugen
Albisser mit historischen Persönlichkeiten über die
technischen Herausforderungen unserer Zeit spricht.
Zum Auftakt interviewte er den Automobil-Pionier Henry
Ford zu Netto-Null-Emissionen in der Produktion.
Viel Spass mit dem neuen TuW wünscht Ihnen
Markus Back, Chefredaktor Print
Den Firmen aufgezwungene Themen sind selten
reizvoll. Sie lasten schwer im Geschäftsleben,
oft verknüpft mit Regulierungen und
Gesetzen, die die Freiheit einschränken. Doch
nicht alle grossen gesell schaftlichen und technologischen
Trends fallen unter diese Kategorie: Unternehmen
haben beispielsweise die Möglichkeit, die Digitalisierung
in ihrem eigenen Tempo voranzutreiben und
den Einsatz von Künstlicher Intelligenz bedarfsgerecht
zu steuern.
Die Situation rund um Nachhaltigkeitsthemen unterscheiden
sich deutlich: Sie ist unvermeidlich, dringlich
und das führt zu Regulierungen.
Hier sollte ein Unternehmen die «Herausforderung als
Chance» ernsthaft in Betracht ziehen. Obwohl dieser Ausdruck
oft als leere Floskel verwendet wird, verdient er im
Kontext der Nachhaltigkeit eine konkrete Anwendung.
Es gibt zahlreiche Gründe, Nachhaltigkeit als Chance
zu begreifen, hier seien nur drei angeführt:
Erstens: Nachhaltige Lösungen fördern oft innovative
Ansätze, die neue Geschäftsfelder und Produkte
entstehen lassen. Zweitens: Sie ermöglichen es, das
Markenprofil zu schärfen und einen signifikanten
Wettbewerbsvorsprung zu erzielen. Drittens: Sie bieten
die Möglichkeit, die Zukunftsfähigkeit des Unternehmens
zu sichern und gesellschaftliche Verantwortung
aktiv wahrzunehmen.
Auf diese Weise betrachtet, kann Nachhaltigkeit zu
einer zentralen und starken Strategie werden, die zu
Innovationen, Differenzierung und langfristigen Erfolg
führen kann.
Eugen Albisser, Chefredaktor Online
#026 3

KEIN HELIUM – KEINE EXPERIMENTE:
ETH IM TEIL-SHUTDOWN! – SEITE 8
MIT QUANTENRECHNERN WÜRDEN
LOGISTIKER ZU SIMULATIONS-
EXPERTEN – SEITE 46
SINGLE PAIR ETHERNET:
JETZT IST DER
RICHTIGE ZEITPUNKT
DAFÜR! – SEITE 16
WIE KANN MAN CO2 IN TREIBSTOFF
UMWANDELN? – SEITE 58
«SPE REDUZIERT DIE KOMPLEXITÄT
VON VERKABELUNGSSYSTEMEN.» -
SEITE 18
30 MIKROMETER WINZIGER ROBOTER:
AUFBAU, ANTRIEB, EINSATZGEBIETE,
HERSTELLUNG – SEITE 42
PRODUKTE FÜR DIE SMARTE PRODUK-
TION UND AUTOMATION – SEITE 32
INHALT
Historisches KI-Interview mit
Henry Ford: «Ich hätte
Netto-Unter-Null anvisiert.»
6
24
Robotec und wie
man effiziente und
hochpräzise Montageautomaten
baut
«Der erste Schritt
zur klimaneutralen
Produktion sind
effiziente Prozesse»
54
60
Netto-Null und der
grüne Stahl
WHITEPAPER UND VIDEOS RUND UM
SINGLE PAIR ETHERNET – SEITE 20
VON INNOVATIVEN KOLBEN UND
ANDEREN HIGHLIGHTS AUS
DER FORSCHUNG – SEITE 10
CO2-NEUTRALE PRODUKTION?
INSPIRATION HOLEN AUF
DER HANNOVER MESSE – SEITE 64
SO BRINGT GENF SEINE IT AUF
DIE STRASSE – SEITE 28
DIE REISE ZU NETTO-NULL.
DIE CHRONIK – SEITE 63
KURZNEWS: WAS UNTERNEHMEN ZU
DIGITALER REIFE FEHLT – SEITE 48
4 #026
CFK-BEARBEITUNG: MIT DIESEM
WERKZEUG LÄUFT’S RUND – SEITE 66
DIE NÄCHSTEN MESSEN:
GRINDING HUB, SIAMS, HMI,
SENSOR+TEST, WIRE & TUBE – SEITE 40
#026 5

HISTORISCHES KI-INTERVIEW
«NETTO-NULL?
ICH HÄTTE WAHRSCHEINLICH
VERSUCHT, DIESEN ANSATZ
NOCH WEITER ZU TREIBEN.»
In unserem neuen historischen Interview entlockten wir Henry Ford visionäre
Gedanken zu «Netto Null» und «grüner Fertigung». Sein Credo: Mehr beschenken
als nehmen. Eine Netto-Unter-Null-Weisheit, die verblüfft und beflügelt.
Ausserdem könnten wir eine Initiative starten, bei der alte
Fahrzeuge zurückgekauft und deren Teile wiederverwendet
oder recycelt werden, um die Abfallmenge zu reduzieren.
Es geht darum, den Lebenszyklus eines Autos als geschlossenen
Kreislauf zu betrachten, nicht als Einbahnstrasse,
die im Schrottplatz endet.
Ich wollte wegen des grünen Patents noch nachfragen.
Was stellen Sie sich darunter genau vor?
Mit «grünem Patent» meine ich eine innovative Lösung
oder Technologie, die in jedem neuen Fahrzeugmodell
implementiert wird und einen direkten Beitrag zum
Umweltschutz leistet. Stellen Sie sich vor, jedes Jahr bringt
Ford ein neues Modell auf den Markt, das nicht nur in
puncto Design oder Leistung verbessert wurde, sondern
auch eine spezielle, patentierte umweltfreundliche
Funktion besitzt. Dies könnte von fortschrittlichen
Emissionsreduzierungstechnologien über neuartige,
nachhaltige Materialien bis hin zu Effizienzsteigerungen in
der Energieverwendung reichen.
Bilder: Henry Ford, erstellt mit dem
KI-Bildprogramm «Clipdrop».
Henry Ford (1863–1947)
war ein amerikanischer Industrieller und der Gründer der
Ford Motor Company, einer der ersten, der die Massenproduktion
von Automobilen auf eine Art und Weise einführte,
die die Industrie und die amerikanische Gesellschaft
nachhaltig veränderte. 1908 revolutionierte Ford die Automobilindustrie
mit der Einführung des Modell T
(T in Lizzie, «Blechliesel»), einem erschwinglichen,
robusten und leicht zu wartenden Fahrzeug. Um die hohe
Nachfrage zu befriedigen, führte Ford 1914 die Fliessbandproduktion
in seinen Fabriken ein, was zu einer enormen
Steigerung der Produktionseffizienz führte.
Herr Ford, gibt es eine Persönlichkeit oder einen
Erfinder der modernen Zeit, mit dem Sie gerne
über neue Technologien reden würden?
Wie wahrscheinlich sehr viele andere auch: mit
Elon Musk. Er hat mit Tesla und SpaceX erstaunliche
Fortschritte gemacht und ich respektiere seine Vision.
Was würden Sie ihn fragen?
Ich würde Elon Musk fragen, wie er es schafft, sowohl auf
der Erde als auch im Weltraum Innovationen zu liefern,
während ich meine ganze Karriere damit verbrachte,
sicherzustellen, dass die Räder fest auf dem Boden bleiben.
Ausserdem wäre ich neugierig, wie er die Herausforderungen
der Massenproduktion in der modernen Ära angeht,
insbesondere mit der Komplexität der Elektrofahrzeuge im
Vergleich zu meinem Model T. Nicht zuletzt würde ich ihn
bitten, seine Vision der Zukunft der Mobilität zu teilen und
wie er glaubt, dass unsere beiden Philosophien in diesem
Bild zusammenpassen könnten.
Wir wollen heute vor allem über Nachhaltigkeit sprechen
und Umweltprobleme. Welche Rolle sehen Sie für grosse
Unternehmen wie Ford bei der Bekämpfung von Umweltproblemen
und beim Übergang zu nachhaltigeren
Praktiken?
Grosse Unternehmen wie Ford könnten eine revolutionäre
Rolle in der Umweltbewegung spielen, indem sie den Fokus
verschieben – vom reinen Autobauer zum Innovator für
nachhaltige Mobilität.
Können Sie ein Beispiel nennen?
Wie wäre es, wenn Autobauer anfingen, in jede Fahrzeugentwicklung
ein «grünes Patent» einzubauen? Ein spezifisches,
umweltfreundliches Feature, das genauso charakteristisch
wäre wie die Geschwindigkeit oder die Kraft
eines Motors.
Die Welt strebt heute ein Netto-Null-Ziel an, um den
Klimawandel zu bekämpfen. Wie sehen Sie diesen Ansatz,
und hätten Sie sich in Ihrer Zeit ähnliche Ziele gesetzt?
Das Streben nach einem Netto-Null-Ziel ist eine ehrgeizige,
aber notwendige Antwort auf eine der grössten Herausforderungen
unserer Zeit. Wäre mir das Ausmass der Umweltprobleme
in meiner Ära bewusst gewesen, hätte ich
sicherlich ähnliche Ziele ins Auge gefasst. Aber in einem
Stil, der meiner Neigung für praktische Lösungen entspricht,
hätte ich wahrscheinlich versucht, diesen Ansatz
noch weiter zu treiben.
Da bin ich aber gespannt!
Stellen Sie sich vor, wir hätten bei Ford nicht nur versucht,
die Emissionen unserer Fahrzeuge zu reduzieren, sondern
auch Technologien entwickelt, die aktiv zur Verbesserung
der Umwelt beitragen – Fahrzeuge, die nicht nur weniger
verschmutzen, sondern auch die Luft reinigen, während sie
fahren. Vielleicht hätten wir sogar Fabriken entworfen, die
mehr Energie produzieren, als sie verbrauchen, und so zu
Kraftwerken der Nachhaltigkeit werden.
Kurz zusammengefasst: Sie hätten Netto Unter-Null
anvisiert!
Genau! Mein Ansatz wäre gewesen, nicht nur die negativen
Auswirkungen zu minimieren, sondern aktiv positive
Beiträge zu leisten. Das hätte bedeutet, die gesamte
Wertschöpfungskette umzugestalten, von der Beschaffung
der Materialien bis hin zur Lebensdauer des Produkts und
seinem Ende. Ich glaube, dass echte Innovationen dort
entstehen, wo man nicht nur Probleme löst, sondern die
Spielregeln ändert. Das Netto-Null-Ziel hätte mich inspiriert,
Systeme zu schaffen, die nicht nur weniger nehmen,
sondern der Welt auch mehr zurückgeben.
Dieses Interview wurde mit generativen KI-Programmen
erstellt wie «Hello History» und ChatGPT, sowie der menschlichen
Denkkraft des Online-Chefredaktors Eugen Albisser.
6 #026
#026 7

RUBRIKTITEL
QR
CODE
NEWS
EIN
BAHNBRE-
CHENDES
JAHR
FÜR DIE
ROBOTIK?
RUBRIKTITEL
VOICE RECOGNITION –
BEI EINIGEN SCHOTTEN
(UND WOHL SCHWEIZERN)
EIN PROBLEM
GRAFISCH
GEZEIGTE STROMER-
ZEUGUNGSWERTE
SCHWEIZER
INDUSTRIE:
PLATZ 8
BEI…
KEIN HELIUM –
KEINE EXPERI-
MENTE! ETH IM
TEIL-SHUTDOWN
FINDE DAS
VERSTECKTE
ANTRIEBS-
GEHEIMNIS!
VERKANNTES
KOMMUNIKATIONS-
PROTOKOLL
ULTRA-HIGH-
SPEED: IST
ES EIN ZUG
ODER SCHON
EIN JET?
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#026 9

Wissenswertes
MEHR STROM AUS ABWÄRME
Über Jahre hatten Fachleute
der Empa an einer innovativen
Ventilsteuerung für Verbrennungsmotoren
gearbeitet
– mit Hilfe von elektrohydraulisch
betätigten Ventilen, die es ermöglichen,
den Gaswechsel viel flexibler als bei
herkömmlicher Nockenwellentechnologie
zu gestalten. In einem Ottomotor
liess sich der Treibstoffverbrauch so im
typischen Normalbetrieb für Personenwagen
um rund 20 Prozent senken.
Mittlerweile wird dieser Ansatz für
treibstoff-flexible Motoren von Nutzfahrzeugen
zusammen mit einem Lkw-
Hersteller weiterentwickelt.
Doch nun könnte diese Technologie
auch in einem anderen Bereich Fortschritte
ermöglichen. Die Empa hat
ihrem ehemaligen Doktoranden Andyn
Omanovic ein «Entrepreneur Fellowship»
zugesprochen, um eine neuartige
Kolbenmaschine mit dieser
Steuerung auf den Markt zu bringen.
Die Kommerzialisierung übernimmt
die Etavalve GmbH, ein Spin-off der
Empa und der ETH Zürich, das von
Wolfgang Schneider, der an der Entwicklung
der Technologie mitbeteiligt
war, mitgegründet wurde.
Die Idee: Abwärme aus Prozessen in
der Metall- oder Zementindustrie und
anderen Bereichen soll mit Hilfe der
besagten Kolbenmaschine effizienter
genutzt werden als mit heute gängigen
Methoden, die mit Turbinen arbeiten.
Da Zylinder und Kolben einen geschlossenen
Raum bilden, erklärt
Andyn Omanovic, erfolgen Kompression
und Expansion des Prozesses in
beinahe idealer Weise. Das ermöglicht
eine äusserst hohe Energieausbeute:
Die Abwärme wird über die Kolben in
mechanische Kraft umgewandelt, mit
der schliesslich Strom erzeugt wird.
Aber erst durch die neuartige flexible
Erfindergeist im
Team, von links:
Patrik Soltic,
Andyn Omanovic
und Wolfgang
Schneider.
Bild: Empa
Steuerung der Ventile wird dieser Prozess
überhaupt umsetzbar.
Die Experten von Etavalve sind zuversichtlich,
dass ihre Technologie
in absehbarer Zeit auf den Markt kommen
und dort bestehen könnte – trotz
Herausforderungen in technischen
Details wie temperaturbeständige Materialien
für die Maschine und die Regelungsstrategie
für den thermodynamischen
Prozess, die noch zu meistern
sind. Zumal auch die Kosten-Nutzen-
Kalkulationen Hoffnungen wecken.
«Unsere erste Pilotmaschine lässt sich
schon fast kostendeckend herstellen
und betreiben», sagt Andyn Omanovic,
«das ist bei einer innovativen Technologie
im aufwendigen Maschinenbau
keineswegs selbstverständlich.»
www.empa.ch
UMWELTFREUNDLICHE
AKKUMULATOREN
Natriumionenbatterien gelten als attraktive
Speichertechnologie der Zukunft. Natrium
ist in deutlich grösseren Mengen
als der kritische Rohstoff Lithium vorhanden
und lässt sich umweltverträglicher gewinnen.
Die eigentlichen Umweltauswirkungen der
Natriumionenbatterien liegen in ihren Herstellungsprozessen,
zum Beispiel im Strom- und Heizbedarf.
Genau hier setzt das Forschungsprojekt
«NaNaBatt» an, in dem sich EAS Batteries, IoLiTec
Ionic Liquids Technologies und drei Institute der
Technischen Universität Braunschweig zusammengeschlossen
haben. Gemeinsam will man die
Produktionsprozesse von Natriumionenzellen optimieren,
um eine nachhaltige und in der Leistung
zu Lithiumionenzellen ebenbürtige Speichertechnologie
zu schaffen.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, etablierte
effiziente Prozesse in der Herstellung von Lithiumionenzellen
– insbesondere ihrer Elektroden –
frühzeitig auf die Natriumionentechnologie zu
übertragen. Dieses Vorgehen ermöglicht eine
schnellere Marktreife der umweltfreundlichen
Akkumulatoren. Verwendet werden Aktivmaterialien,
die ausreichend vorhanden, leicht zu beschaffen
und gut recycelbar sind.
Das Ergebnis soll in Form grossformatiger zylindrischer
Zellen demonstriert werden, die nach tausend
Lade- und Entladezyklen einen State of
Health von mindestens neunzig Prozent aufweisen
sollen. Die entwickelten Verarbeitungstechniken
der innovativen und umweltfreundlichen Prozessstrategie
werden abschliessend in einer
Ökobilanz bewertet. Das Forschungsprojekt hat
eine Laufzeit von drei Jahren und endet am 31. Oktober
2026.
www.tu-braunschweig.de
Zwar fällt die relative Energiedichte von Natriumionenzellen
geringer aus als die von Lithiumionenzellen,
doch sie lässt sich durch ein rund 20 Prozent höheres
Zellvolumen ausgleichen. Damit eignen sie sich ideal
als stationäre Energiespeichersysteme sowie für
mobile Anwendungen. Bild: TU Braunschweig
COCREATION
IM ALLTAG
«CHANGE» PASSIERT
ZWISCHEN DEN
WORKSHOPS
Von Dr. Georg Michalik
Ihr arbeitet als Abteilung schon lange zusammen. Es
gibt Wechsel und Veränderungen. Kommunikation
und Stimmung sind manchmal angespannt. Also trefft
ihr euch zum Workshop. Dieser war dann auch echt
gut: Von der «Chropfleerete» bis hin zu konkreten
Massnahmen; am Ende war alles dabei.
Allerdings ist die Umsetzung der Massnahmen harzig.
Am Anfang spürt man noch viel vom Geist der Gemeinschaft.
Doch nach wenigen Wochen ist alles wieder
wie zuvor. Was ist das Problem?
Möglicherweise gibt es gar kein Problem. Jetzt ist nur
die Zeit, dass Du aktiv die angestossene Veränderung
förderst. Denn ein Workshop ist nicht wie das Licht
einschalten. Du musst den Finger auf dem Schalter
halten, damit es brennt.
Beachte die folgenden drei Massnahmen und mache
Deine Workshops nachhaltig erfolgreich:
1. Bleib dran: Ruhe dich nicht auf den Lorbeeren aus.
Welche Themen sind erfolgsrelevant? Sprich mit den
Verantwortlichen. Zeige, wie wichtig es dir ist, dass
nun auch Taten folgen.
2. Trefft im Workshop klare, messbare Vereinbarungen.
Beginnt direkt in der Woche danach mit der Umsetzung.
Nehmt euch im Ganzen oder in Projektteams
Zeit, die Umsetzung zu bewerten.
3. Wenn ihr ein wöchentliches Team-Meeting habt,
bringt den Workshop auf die Agenda und nehmt euch
15 Minuten Zeit, um über die Umsetzung zu sprechen,
Änderungen zu vereinbaren und Erfolge zu feiern.
Bist du selbst nicht in der Verantwortung für den Workshop
oder seine Umsetzung: Warte nicht bis der Chef
kommt. Werde selbst aktiv und sprich das Thema an.
Haben Sie Fragen oder Anregungen zur Kolumne?
Schreiben Sie mir: georg.michalik@cocreation.com
www.cocreation.com
Dr. Georg Michalik ist Coach und Buchautor. Er begleitet
Unternehmen in Veränderungsprozessen.
10 #026
#026 11

WISSENSWERTES
ENERGIEEFFIZIENTER KI-CHIP MIT 885 TOPS/W
ETH ZÜRICH MIT REKORDAUSGRÜNDUNGEN
2023 wurden an der ETH Zürich
43 Spin-offs gegründet. Dabei
entstanden besonders viele
Jungfirmen im Bereich der
Künstlichen Intelligenz und Biotechnologie.
Damit schneidet die ETH Zürich
im europäischen Vergleich besonders
gut ab.
Ein Forschungsbereich, den die ETH
intensiv ausbaut, spiegelt sich auch in
den Firmengründungen wider: die
Künstliche Intelligenz. Von den 43 gegründeten
Spin-offs weisen zwölf einen
klaren Bezug zur KI auf. Beispielsweise
Quazel, eine App, die KI fürs
Sprachenlernen einsetzt. Mithilfe eines
KI-Agenten können Lernende Gespräche
zu beliebigen Themen führen,
während die KI dynamisch auf alles
reagiert, was gesagt wird. Auch das
junge Team von Breezelabs setzt eine
KI-Software ein. Diese misst über das
eingebaute Mikrofon in Standard-Kopfhörern
die Atemfrequenz. So können
während körperlicher Aktivität personalisierte
und zielgerichtete Trainingsempfehlungen
gegeben werden.
Neben KI ist die ETH traditionell sehr
stark in der Biotechnologie und Pharmazie.
Dieser Bereich macht den grössten
Anteil der neugegründeten Spinoffs
im Jahr 2023 aus. Ein Beispiel ist
das Biotech-Spin-off Atlyphe. Sein Ziel
ist es, die Chemotherapie durch antikörperbasierte
Therapien zu ersetzen,
um die hämatopoetische Stammzellentransplantation
potenziell sicherer
und effektiver zu gestalten.
2023 wurden elf Firmen von Frauen
gegründet oder mitgegründet. Ein konkretes
Beispiel dafür ist Apheros. CEO
Julia Carpenter und ihr Team haben
neuartige Metallschwämme erfunden,
die Kühleigenschaften besitzen. Da die
Kühlung von elektronischen Geräten
oft energieintensiv ist, bieten die
Schwämme mit ihrer grossen Oberfläche
und hohen Leitfähigkeit eine effiziente
Kühllösung.
www.eth.ch
2023 wurden an der
ETH 43 Spin-offs
gegründet – so viele
wie noch nie. Grafik:
ETH Zürich
Die Grundidee ist einfach: Während in der Vergangenheit
auf Transistoren gerechnet wurde, übernehmen
sie nun die Speicherung der Daten
gleich mit. Das spart Zeit und Energie. «Und es
erhöht so die Leistungsfähigkeit der Chips», sagt Hussam
Amrouch, Professor für AI Processor Design an der Technischen
Universität München.
Mathematisch fassen lassen sich diese wichtigsten Anforderungen
an einen Chip in «TOPS/W». Die Frage lautet
dabei immer, wie viele Trillionen (T) Arbeitsschritte (engl.
Operations, OP) pro Sekunde (S) ein Prozessor ausführen
kann, wenn er eine Energie von einem Watt zur Verfügung
hat. 885 TOPS/W schafft der KI-Chip, der in einer Forschungskollaboration
mit Bosch und Fraunhofer IMPS
entwickelt und vom US-Unternehmen Global Foundries in
der Fertigung unterstützt wurde. Er ist damit mehr als
doppelt so leistungsfähig wie vergleichbare KI-Chips, darunter
ein MRAM-Chip von Samsung. Aktuell oft eingesetzte
CMOS-Chips liegen bei 10 bis 20 TOPS/W.
Das Prinzip der Chiparchitektur haben sich die Forschenden
vom menschlichen Gehirn, genauer gesagt von den
Synapsen, die in der Lage sind, Informationen zu speichern,
abgeschaut. Der Chip nutzt hierfür ferroelektrische
Transistoren, die zusätzlich spezielle Eigenschaften (Umpolung
bei Anlegen einer Spannung) mitbringen und selbst
dann Informationen speichern können, wenn sie vom
Strom getrennt werden. Zudem garantieren sie die gleichzeitige
Speicherung und Verarbeitung von Daten innerhalb
der Transistoren.
Bis der Chip in rechenintensiven Anwendungen eingesetzt
werden kann, vergehen aber vermutlich mindestens
noch drei Jahre. Der Grund dafür liegt unter anderem in
den Sicherheitsanforderungen
der Industrie.
Um eine entsprechende
Technologie einsetzen
zu können, muss sie
nicht nur zuverlässig
sein, sondern den individuellen
Kriterien der
jeweiligen Branche genügen.
www.tum.de
Die Transistoren, mit denen
Professor Hussam Amrouch
rechnet und Daten speichert,
sind gerade einmal 28 Nanometer
gross. Bild: TUM
12 #026

WISSENSWERTES
WISSENSWERTES
Harald Plank vom
Institut für Elektronenmikroskopie
und
Nanoanalytik forscht
seit über zehn Jahren
daran, wie sich
komplexe, freistehende
3D-Architekturen im
Nanometerbereich
herstellen lassen.
Bilder: TU Graz
3D-DRUCK OPTISCH AKTIVER NANOSTRUKTUREN
Seit gut 20 Jahren ist es möglich, Oberflächen
so mit Nanopartikeln zu versehen, dass sie
auf eine gewünschte Weise Licht konzentrieren,
manipulieren oder eine Reaktion auslösen.
Zu finden sind solche optisch aktiven Nanostrukturen
in Solarzellen und biologischen oder chemischen
Sensoren. Um deren Einsatzbereich zu erweitern, arbeiten
Forschende am Institut für Elektronenmikroskopie
und Nanoanalytik der TU Graz und am Zentrum
für Elektronenmikroskopie seit über zehn Jahren daran,
nicht nur flache Nanostrukturen, sondern komplexe,
freistehende 3D-Architekturen zu fertigen.
Dem Team um Harald Plank, Verena Reisecker und
David Kuhness sind nun zwei Durchbrüche gelungen.
So können sie die gewünschten optischen Eigenschaften
sowie die dazu nötige Form und Grösse der
Nanostrukturen vorab exakt simulieren und diese auf
Basis der Simulation präzise herstellen. Ausserdem
sind sie in der Lage, chemische Verunreinigungen zu
beseitigen, die bei der Herstellung entstehen, ohne
dabei die 3D-Nanoarchitekturen zu beeinträchtigen.
Bisher war hierfür ein langwieriges Trial-and-Error-
Verfahren nötig.
14 #026
Zur Herstellung nutzen die Forschenden die fokussierte
Elektronenstrahlabscheidung. Dabei wird die
relevante Oberfläche unter Vakuumbedingungen mit
speziellen Gasen belegt. Ein fein fokussierter Elektronenstrahl
spaltet die Gasmoleküle, woraufhin Teile
dieser in einen festen Zustand übergehen und an gewünschter
Stelle haften bleiben. «Durch präzise Steuerung
von Strahlverschiebung und Belichtungszeit
gelingt es uns in einem einzigen Schritt, komplexe
Nanostrukturen mit gitter- oder flächenartigen Strukturelementen
herzustellen», erläutert Harald Plank.
Durch Aufeinanderschichten dieser Nanovolumen
lassen sich daraus schliesslich dreidimensionale
Strukturen konstruieren.
Die Technologie ist gegenwärtig die weltweit einzige,
durch die komplexe 3-dimensionale Strukturen
mit Form-Elementen kleiner als 10 Nanometer direkt
und kontrolliert auf nahezu jeder Oberfläche hergestellt
werden können. Zum Vergleich: Die kleinsten
Viren sind 20 Nanometer gross.
www.tugraz.at
Dieser Ball
besteht aus
einzelnen
Nanodrähten.
QUANTEN-PINGPONG
Atome können Licht aufnehmen
und wieder aussenden – das ist
ein ganz alltägliches Phänomen.
Meistens aber gibt ein
Atom ein Lichtteilchen in alle möglichen
Richtungen ab, dieses Photon dann wieder
einzufangen ist gar nicht so einfach.
An der TU Wien konnte man nun aber
rechnerisch zeigen: Durch eine Maxwell-
Fischaugenlinse lässt sich erreichen,
dass ein einzelnes Photon, das von einem
Atom abgegeben wird, von einem zweiten
Atom mit praktisch hundertprozentiger
Sicherheit wieder absorbiert wird.
Dieses zweite Atom nimmt das Photon
jedoch nicht nur auf, sondern schiesst es
gleich zum ersten Atom wieder zurück:
Die Atome spielen sich das Photon
punktgenau immer wieder gegenseitig
zu – wie beim Pingpong.
Vorerst handelt es sich um theoretische
Berechnungen, Praxistests sind aber mit
der bereits bestehenden Technologie
möglich. «In der Praxis könnte man die
Effizienz sogar noch weiter erhöhen, indem
man nicht nur zwei Atome verwendet,
sondern zwei Gruppen von Atomen»,
sagt Prof. Stefan Rotter vom Institut für
theoretische Physik der TU Wien: «Das
Konzept könnte ein interessanter Startpunkt
für Quantenkontroll-Systeme sein,
mit denen man Effekte bei extrem starker
Kopplung zwischen Licht und Materie
genau studieren kann.»
www.tuwien.at
Computersimulation der mehrfachen Emission
und Absorption eines Photons im Quanten-
Pingpong. Bild: TU Wien
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SINGLE PAIR ETHERNET
DIREKTER DRAHT
VOM SENSOR
IN DIE CLOUD
Modulare Maschinen werden effizienter und leistungsfähiger.
Da trifft es sich gut, dass Single Pair Ethernet, kurz SPE, weiter an
Fahrt aufnimmt. Im Gespräch mit vier Automatisierungsexperten
über eine Technologie, die sehr viel mehr als nur Energie und
Datentransfer in einem einzigen Kabel bietet.
Von Markus Back
Dieter Sandula
Firma: Franz Binder GmbH & Co.
Funktion: Produktmanager Datensteckverbinder Automatisierung
E-Mail: d.sandula@binder-connector.de
«Genau jetzt ist der richtige
Zeitpunkt für SPE!»
Dr. Elmar Büchler
Der Markt hat sich bisher auf kein einheitliches Steckgesicht
für SPE geeinigt. Wie viel Investitionssicherheit bietet vor
diesem Hintergrund die im Jahr 2020 verabschiedete IEC
63171-6 Anwendern?
Firma: Murrelektronik GmbH
Funktion: Leitung Produktmanagement I/O & IoT
E-Mail: elmar.buechler@murrelektronik.de
Grundsätzlich bietet SPE schon jetzt eine hohe Investitionssicherheit, da es
übliche Standard-Ethernet-Protokolle wie http, Profi net oder Ethernet/IP
unterstützt. Zudem ermöglicht es Ethernet-Verbindungen über nur ein
verdrilltes Adernpaar, anstatt zwei oder vier Adernpaaren.
Dass sich der Markt noch nicht auf ein Steckgesicht geeinigt hat, ist
korrekt. Aber ich glaube auch nicht daran, dass dies je der Fall sein wird.
Zu unterschiedlich sind die Anforderungen der Märkte, Regionen,
Industrien und Applikationen. Das zeigt sich an der Vielzahl von Ethernet-
Steckverbindern, die sich etabliert haben: RJ45, M8, M12, Push Pull nach
AIDA, Schneidklemmen, IP20, IP67, etc. Vergleichbar entwickelt sich
derzeit SPE. Auch hier gibt es bereits eine Vielzahl an Steckverbindern für
diverse Applikationen.
Warum sollten sich Maschinen- und Anlagenbauer mit dem
Thema SPE befassen?
Generell sollten Maschinen und Anlagenbauer technologieoffen und
lösungsneutral sein und ausgehend von der konkreten Applikation und
deren Anforderungen die am Markt erhältlichen Lösungen bewerten.
Hierbei müssen sie neben technologischen Aspekten aber auch Punkte wie
Wirtschaftlichkeit, Produktvielfalt, Verfügbarkeit, Support und die eigenen
Fähigkeiten beachten. Je nach Bewertung kann für sie zum Beispiel
IO-Link, SPE, POE, Profi net, Ethernet/IP oder auch eine Kombination der
verschiedenen Systeme die beste Lösung sein.
Zu welcher Strategie raten Sie Anwendern bei Neuprojekten?
Wie erwähnt, sollten sie sich über die beschriebenen Punkte Gedanken
machen und von diesen ausgehend die für sich beste Lösung auswählen.
Das Angebot an SPE-Produkten ist derzeit noch sehr gut überschaubar,
weshalb genau jetzt der richtige Zeitpunkt ist, erste Erfahrungen mit SPE
zu sammeln. Daher sollte man nun starten, damit man bei zukünftigen
Projekten die Vorteile von SPE kennt und diese dort dann voll ausschöpfen
kann.
Wie unterstützt Murrelektronik Anwender beim Thema «SPE»?
Wir sind in verschiedenen internationalen SPE-Gremien aktiv, testen
und analysieren mit ersten Prototypen. Daher können wir Interessenten
beraten und unsere Einschätzungen abgeben und das immer
lösungsneutral und technologieoffen!
«Die einpaarige Datenkommunikation
wird Einzug halten.»
Der Markt hat sich bisher auf kein einheitliches Steckgesicht
für SPE geeinigt. Wie viel Investitionssicherheit bietet vor
diesem Hintergrund die im Jahr 2020 verabschiedete IEC
63171-6 Anwendern?
Im Bereich SPE gibt es innerhalb des Normdokuments 63171 diverse
Steckgesichter, die eine Datenübertragung über ein Leitungspaar
ermöglichen. Diese reichen von 2-poligen Steckgesichtern über gemischte
4-polige bis hin zu sechs oder mehr Kontakten. Im letzten Teil, der 63171-7,
ermöglichen unterschiedliche Schutzarten eine grosse Bandbreite von
Applikationen mit standardisierten Verbindungslösungen.
SPE versteht sich als Erweiterung der Ethernet-Kommunikation. Aktuell
können wir die Frage der Investitionssicherheit für die Steckgesichter nicht
beantworten. Ich bin aber davon überzeugt, dass die einpaarige
Datenkommunikation Einzug halten wird.
Warum sollten sich Maschinen- und Anlagenbauer mit dem
Thema SPE befassen?
Für Maschinen- und Anlagenbauer bietet SPE viele Vorteile. So entfallen
zum Beispiel Geräte und Gateways, welche Signale aus Bussystemen
zusammenführen und über Ethernet an die Steuerung weitergeben.
Auf den Leitmessen sehen wir den Trend hin zu modularen, miniaturisierten
Geräten und Maschinen. Gleichzeitig werden diese effi zienter und
leistungsfähiger. Das hat zur Folge, dass die Anzahl der Verbindungsstellen
steigt. SPE als Verbindungstechnologie eignet sich hier besonders
gut, da es einerseits kompakt aufgebaut ist, zum Beispiel in Bauform M8,
und anderseits Daten direkt für Ethernet digital aufbereitet und zur
Verfügung stellt.
Die Komponenten- und Lösungsanbieter sind zumeist in einem
der beiden Gremien «SPE Industrial Partner Network» oder
«SPE System Alliance» organisiert. Was bedeutet das für den
Anwender?
Grundsätzlich ist es positiv zu bewerten, dass eine Technologie nicht nur
vorhanden ist, sondern aktiv vorangetrieben wird. Die beiden Allianzen
unterschiedlicher Hersteller verbindet eine Idee: SPE in die Anwendung zu
bringen! In beiden Gruppen fi nden sich Spezialisten für Connectivity,
Hard- & Software bis hin zu Kabelfertigung. Das ist notwendig, da alle
relevanten Faktoren für eine zuverlässige Datenübertragung berücksichtigt
werden müssen und ein Übertragungssystem nicht nur aus einem
Stecker besteht.
Auch wenn beide Allianzen zunächst eigene Steckgesichter vertreten - mit
der Norm 63171-7 sind sich beide Gruppen einig. Damit könnte der erste
von allen Parteien unterstützte Steckverbinder mit M12-Verriegelung und
SPE-Datencontainer entstehen. Wir können dem Anwender nur raten: Je
genauer er weiss, was er will, desto besser kann er das passende
Steckverbindersystem für sich fi nden.
Wie unterstützt Binder Anwender beim Thema «SPE»?
Wir unterstützen unsere Kunden zunächst bei der Spezifi kation der Applikation
und leiten daraus den technisch geeigneten Steckverbinder ab. Parallel
dazu arbeiten wir an einem Konzept für einen frei konfektionierbaren
M12-Steckverbinder nach Norm 63171-7. Durch Gespräche über
Applikationen und technische Notwendigkeiten erfahren wir mehr über die
Vorstellungen unserer Anwender. Das wiederum ist ein wichtiges Signal
dafür, in welche Richtung sich die SPE in Zukunft entwickeln wird und
wohin die Reise geht.
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#026 17

SINGLE PAIR ETHERNET
Verena Neuhaus
«SPE reduziert die Komplexität
von Verkabelungssystemen.»
Was muss man über die Normenreihe IEC 63171 wissen?
Firma: Phoenix Contact GmbH & Co.KG
Funktion: Produktmanagerin Datensteckverbinder
E-Mail: vneuhaus@phoenixcontact.com
Derzeit gibt es für SPE noch kein einheitliches Steckgesicht. In der
Normenreihe der IEC 63171 sind unterschiedliche Steckgesichter defi niert.
Die Normenreihe umfasst die Spezifi kationen für Steckverbinder in den
Versionen von IP20 bis IP65/67 für die verschiedensten Anwendungsbereiche.
Diese Applikationen von der Prozess- über die Fabrik- bis hin zur
Gebäudeautomatisierung bringen diverse Umgebungsbedingungen und
unterschiedliche Anforderungen an die Ausführung der Konnektivität
mit sich.
Warum sollten sich Maschinen- und Anlagenbauer mit dem
Thema SPE befassen?
Es gibt mehrere Gründe, warum sich Maschinen- und Anlagenbauer mit
dem Thema befassen sollten. Ein wichtiger Grund ist, dass SPE eine
zukunftssichere Technologie ist, welche die Anforderungen der Industrie 4.0
erfüllen kann. SPE bietet eine höhere Bandbreite, eine grössere Reichweite
und eine höhere Zuverlässigkeit als herkömmliche Feldbusse. Somit ist es
ideal für die Übertragung von Daten in modernen industriellen Umgebungen
geeignet. Darüber hinaus kann SPE dazu beitragen, die Komplexität
von Verkabelungssystemen zu reduzieren und die Installationskosten zu
senken.
Ein weiterer Grund ist, dass SPE eine wichtige Rolle bei der Implementierung
von IIoT-Anwendungen zukommt. Durch die Verwendung von SPE
können Maschinen und Anlagen miteinander kommunizieren und Daten
austauschen, was zu einer höheren Effi zienz und Produktivität führen kann.
Schliesslich ist es wichtig zu wissen, dass SPE ein offener Standard ist, der
von verschiedenen Unternehmen und Organisationen unterstützt wird. Das
bedeutet, dass es eine breite Palette von Produkten und Lösungen gibt, die
auf SPE basieren, was die Integration in bestehende Systeme erleichtert.
Die Komponenten- und Lösungsanbieter sind zumeist in einem
der beiden Gremien «SPE Industrial Partner Network» oder
«SPE System Alliance» organisiert. Was bedeutet das für den
Anwender?
Die SPE System Alliance ist ein weltweiter Zusammenschluss führender
Technologieunternehmen, die SPE-Technologie umsetzen und weiterentwickeln.
Die Unternehmen der Allianz bringen sich und ihre Erfahrungen ein
und partizipieren vom Know-how-Austausch der unterschiedlichen
Branchen.
Für den Anwender bedeutet dies, dass die Allianz auch eine Plattform für
den Austausch von Informationen und Ideen rund um die SPE-Technologie
bietet. Sie organisiert regelmässig Veranstaltungen und Foren, um die
Vorteile von SPE zu demonstrieren und die Implementierung in verschiedenen
Anwendungsbereichen zu diskutieren.
Wie unterstützt Phoenix Contact Anwender beim Thema
«SPE»?
Wir verstehen uns als Schlüsselpartner für die intelligente Vernetzung mit
Lösungen von der Geräteschnittstelle über die Verkabelung bis zur aktiven
Netzwerkkomponente – von der Sensorik im Feld bis zum PC im Büro. Als
Pionier im Umfeld der Digitalisierung entwickeln wir dafür ein durchgängiges
SPE-Produktportfolio.
Michael Mezler
«Das Einsparpotential ist enorm,
da SPE ohne Gateways
auskommt.»
Firma: Weidmüller Schweiz AG
Funktion: Produktexperte SPE
E-Mail: michael.mezler@weidmueller.com
Der Markt hat sich bisher auf kein einheitliches Steckgesicht
für Single Pair Ethernet geeinigt. Wie viel Investitionssicherheit
bietet vor diesem Hintergrund die im Jahr 2020 verabschiedete
IEC 63171-6 Anwendern?
Zunächst einmal ist festzuhalten, dass die IEC 63171-6 eine Steckverbindernorm
ist, die unterschiedliche Steckgesichter beschreibt. Der Verweis
«-6» zeigt schon, dass diese Norm die sechste in einer Normenreihe ist
und nicht eine Standard-Schnittstelle für SPE defi niert.
In der Normenreihe der IEC 63171 sind derzeit sieben Normen beheimatet,
die eine Vielzahl an unterschiedlichen Steckgesichtern beinhalten. SPE ist
nicht abhängig vom Steckverbinder, sondern es ist eine Technologie, die
nicht mehr aufzuhalten ist. Das liegt nicht zuletzt an der Verbreitung von
Ethernet in der Industrie.
Warum sollten sich Maschinen- und Anlagenbauer mit dem
Thema SPE befassen?
Sensoren werden immer komplexer, aber der Platz bleibt knapp. Da ist ein
System, das einen Sensor mit nur einem Kabel gleichzeitig mit Energie und
Daten versorgen kann, höchst attraktiv. Normale Feldbusse bieten
meistens nur geringe Bandbreiten im Kilobit-Bereich. SPE leistet um
Grössenordnungen mehr. Anwendungsübergreifend punktet es mit
Reichweiten von bis zu 1000 m bei 10 Mbit und auf kürzeren Distanzen mit
Übertragungseigenschaften von bis zu 1 Gbit/s. Zudem ist das Einsparpotenzial
enorm, da SPE ohne Gateways zwischen Maschinen, Steuerungen
und einem konzernweiten IP-basierten Netz auskommt.
SPE unterscheidet sich übrigens nur auf dem Physical Layer von dem
klassischen Ethernet der IT-Welt. Alle Schichten darüber, die Protokolle, die
Transporte, die Applikation, bleiben unverändert – ein im Wortsinn direkter
Draht vom Sensor bis zur Cloud, für den wir die komplette Infrastruktur
liefern. Damit ist SPE die ideale Kommunikationstechnologie in einer immer
stärker vernetzten Industrie.
Die Komponenten- und Lösungsanbieter sind zumeist in
einem der beiden Gremien «SPE Industrial Partner Network»
oder «SPE System Alliance» organisiert. Was bedeutet das
aus Ihrer Sicht?
Die SPE System Alliance vereint weltweit Technologieunternehmen, welche
die SPE-Technologie umsetzen und weiterentwickeln wollen – gemeinsam
und ganzheitlich! Sie bringen dabei nicht nur ihre Erfahrungen ein, sondern
partizipieren wiederrum vom Know-how-Austausch. Die Ergebnisse dieser
Zusammenarbeit sind bei den Messeauftritten der Allianz sehr gut zu
sehen. Dort werden herstellerübergreifende Applikationen für SPE
aufgebaut, die das Nutzenversprechen der Technologie begreifbar machen.
Die derzeit knapp 70 Unternehmen werden auch weiterhin ein
attraktiver Sammelplatz für Technologiepioniere sein, die sich zum Ziel
gesetzt haben, SPE im Markt als Zukunftstechnologie zu etablieren.
So sind zahlreiche grosse Hersteller vertreten, wie zum Beispiel Eaton,
Murrelektronik, Microchip, Texas Instruments und ganz frisch der
Technologie-Riese Huawei.
Wie unterstützt Weidmüller Anwender beim Thema «SPE»?
Weidmüller bietet sowohl mit feldkonfektionierbaren Steckverbindern für die
Vor-Ort-Montage als auch mit fertigen Patchkabeln und der gesamten
Geräteanschlusstechnik ein komplettes Portfolio für alle Verbindungsaufgaben
im Anlagenfeld – und dies in den Schutzarten IP20 und IP67. Die
Komponenten sind integrierbar in standardisierte M8-Gehäuse und
-Steckverbinder, genau wie bei IO-Link oder Profi net. Wir stehen auf jeder
Ebene beratend zur Seite und helfen bei der Implementierung der
SPE-Infrastruktur. Als Pionier der Verbindungstechnik kennen wir die
Herausforderungen unserer Kunden und verfügen über das notwendige
Know-how, um diese zu lösen.
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NEWS-FEED
«SINGLE PAIR
ETHERNET» IM
WELTWEITEN NETZ
Begriff:
Single Pair Ethernet
Cost per Click:
rund 6,50 Franken
Top 3 bei Google:
• www.wikipedia
• www.single-pair-ethernet.com
• www.weidmueller.ch
Die häufigsten
Fragen im Netz:
• Wie funktioniert Single
Pair Ethernet?
• Was ist PoDL?
• Single Pair Ethnernet
versus IO-Link?
Aufschlussreiches
Gespräch über Single
Pair Ethernet
Kanal: Youtube / Quelle: Let’s Talk Cabeling / Follower: 2000
Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, wie ein einziges
Paar Ethernet-Kabel die Industrie revolutionieren
könnte? Diese Folge von «Let’s Talk Cabeling» (englisch)
enthält ein aufschlussreiches Gespräch mit Lisa Schwartz
und Steve Cowles RCDD von AEM Precision Cable Test, in
dem sie die faszinierende Welt des Single Pair Ethernet
(SPE) erkunden.
Tauchen Sie ein in die technischen Details, während man
Sie durch den Prozess der Interpretation von Testergebnissen
für Ethernet-Kabel führt. Dabei geht es nicht nur um
die Grundlagen, sondern auch um die Bedeutung von TCL
und ELTCTL bei der Prüfung auf Störeinflüsse, die Auswirkungen
von Umweltfaktoren auf die SPE-Leistung und die
wichtigsten Faktoren, die bei der Prüfung zu berücksichtigen
sind. Es handelt sich um eine umfassende Diskussion,
die wertvolle Einblicke bietet.
Aber das ist noch nicht alles: Im Gespräch gehen die Experten
auch auf die Zukunft von Single Pair Ethernet ein,
die möglichen Auswirkungen auf die Verkabelungsbranche
und sie reden über den derzeitigen Mangel an speziellen
Geräten und Switches für SPE.
https://hi.switchy.io/Kj_d
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#026 #025 21

NEWS-FEED
Weil Stecker auch
mal pink sein dürfen!
Kanal: Linkedin / Quelle: Euroconnectors / Follower: 949
Die Steckverbinder Winsta Mini der Serie 890 von Wago sind
selbstverständlich auch einen Post Wert. Sie ermöglichen
eine einfache Nachrüstung von SPE in bestehenden Installationen,
zum Beispiel für Gebäudesteuerungen oder industrielle
Sensoren, ohne Werkzeuge. Der Einbau erfolgt durch
Zuschnitt und Isolierung des Leiters, Einsetzen in den Winsta
Mini und Verbindung ohne Werkzeug. Die pinken SPE-
Steckverbinder erleichtern die Identifizierung. Die Winsta
Mini Serie 890, getestet nach IEC 63171 (Kategorie A), erleichtern
das Nachrüsten von SPE-Verbindungen.
Die Krönung für
Single Pair Ethernet
Kanal: Webseite / Quelle: channel-e.de
Es gibt für alles einen Wettbewerb. Auch bei SPE gibt es da
keine Ausnahme. Einer davon heisst «Single Pair Ethernet
Design»-Wettbewerb und wird von SPE Industrial Partner
Network durchgeführt - gemeinsam mit der Harting Technologiegruppe,
Würth Elektronik eiSos, Sparkfun, Analog
Devices und Digi-Key. Insgesamt gingen über 70 Projektideen
beim Bewertungskomitee ein, von denen es 21 in die
finale Bewertung schafften.
Es gab drei Kategorien: Beste Industrieapplikationen, beste
Nachhaltigkeitslösung und es gab noch eine ohne festen
Themenbereich und abseits der Industrielösungen. Belden
Deutschland gewann dabei in der Kategorie «Beste Industrieapplikation»
mit dem Projekt «IO-Link zu SPE 10BASE-
T1L Gateway». Es handelt sich um eine Konzeptstudie, um
zu zeigen, wie man Standard-I/O- und IO-Link-Signale in
ein SPE-Netzwerk mit EtherNet/IP integrieren kann.
URL: https://hi.switchy.io/Kj_Y
der Prozess-, Fabrik- und Gebäudeautomatisierung?
Antworten auf diese und viele weitere Fragen gibt SPE-
Expertin Verena Neuhaus von Phoenix Contact im Gespräch
mit Christina Jahnich.
https://hi.switchy.io/Kj_T
Single Pair Ethernet –
einfach erklärt!
Kanal: Youtube / Quelle: Weidmüller / Follower: 4690
https://hi.switchy.io/Kj_T
Whitepaper:
SPE für Feldgeräte
Kanal: Webseite / Quelle: singlepairethnernet.com
Wer sich vertieft mit der Materie SPE auf Feldebene befassen
will, der ist mit diesem Whitepaper von Eaton und Weidmüller
gut aufgehoben. Es ist zwar mit lediglich elf Seiten
nicht sehr umfangreich, aber in seiner Dichte unübertroffen.
Das Whitepaper ist lesenswert für Fachleute in der Industrieautomation,
da es neue Erkenntnisse über die Anwendung
und Vorteile von Single Pair Ethernet (SPE) in diesem
Bereich bietet. Es beleuchtet die Herausforderungen für
Schaltschrankbauer und Maschinenhersteller und zeigt auf,
wie SPE diese adressiert. Dabei geht es um Aspekte wie Systemvereinfachung,
Kostenreduktion bei der Verkabelung
und Effizienzsteigerung in der Datenkommunikation. Ausserdem
werden aktuelle Trends wie Digitalisierung und das
Industrielle Internet der Dinge (IIoT) behandelt, wobei die
Rolle von SPE in diesem Kontext hervorgehoben wird.
https://hi.switchy.io/Kj_T
SPE als Schlüssel
für die digitale
Transformation
Kanal: Spotify / Quelle: VDE Verlag
Ein modernes Auto verfügt über mehr als 50 Sensoren. Das
bedeutet nicht nur mehr Kabel, sondern auch mehr Gewicht
und eine komplexere Verkabelung. Aus diesem Grund kam
man in der Automobilindustrie schon früh auf die Idee, dass
eine Reduzierung sinnvoll wäre. Und das war die Geburtsstunde
von Single Pair Ethernet oder Automotive Ethernet,
wie es in der Branche genannt wird.
In diesem Podcast geht es um solche interessanten Fakten,
aber vor allem um die Frage: Wie bringt SPE die Ethernetbasierte
Kommunikation auf die Sensor-Aktor-Ebene in
Weidmüller steht beim Stichwort «Single Pair Ethernet»
nicht nur bei den Suchmaschinen weit vorne, sondern
hat auch einen Youtube-Hit. Mit über 226‘000 Aufrufen
ist «Single Pair Ethernet – einfach erklärt» eines
der meistgesehenen Videos zum Thema auf der Plattform.
In unter zwei Minuten wird das Wichtigste festgehalten.
Es stellt Single Pair Ethernet (SPE) vor, eine
neue Ethernet-Technologie, die Verbindungen auf ein
Kabelpaar reduziert, Platz spart und standardisierte
Kommunikation ermöglicht. SPE verbessert die Reichweite
zwischen Komponenten, unterstützt Power Over
Ethernet und bietet hohe Flexibilität und Sicherheit. Es
wird als Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0 und das
industrielle Internet präsentiert, welche traditionelle
Gerätehierarchien durch vernetzte Smart Devices ersetzt
und flexible Produktionsprozesse sowie innovative
Lösungen ermöglicht.
https://hi.switchy.io/Kj_I
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#026 23

ROBOTIK
«DAS PERFEKTE
ZUSAMMENSPIEL
IST ENTSCHEIDEND!»
Die Robotec Solutions AG aus Seon hat einen Montageautomaten entwickelt,
der mit einer Genauigkeit von fünfhundertstel Millimeter Kontaktstifte in
Isolatoren einsetzt. Im Interview erklärt Reto Brumann, Leiter Engineering
Steuerung, was es braucht, um die Ausschussquote entsprechend tief zu halten.
Von Markus Back (Text) und Damian Byland (Fotos)
Sie haben bereits mehrere Montageautomatisierungsanlagen
für Fischer Connectors realisiert,
nun wurden Sie mit dem Bau zwei weiterer
Anlagen beauftragt. Was genau wird mit diesen
automatisiert?
Die Anlagen pressen elektrische Kontakte in Isolatoren und
automatisieren damit eine Tätigkeit bei der Herstellung
elektrischer Steckverbinder, die bisher halbautomatisch
erfolgte. Während die ersten Anlagen in den Kontaktblock
nur einen Stiftdurchmesser einsetzen konnten, können
diese nun verschiedene Stiftdurchmesser in den Isolator
einpressen. Dadurch decken die Automaten ein breiteres
Spektrum ab und können erst noch anspruchsvollere
Steckervarianten assemblieren. Ausserdem konnten wir
deren Zykluszeit weiter verkürzen.
Der Fertigungsprozess
Erklären Sie den Arbeitsvorgang für die Fertigung eines
Steckertyps. Was passiert da ganz genau?
Die Anlage verfügt über mehrere Zuführungen für die
un bestückten Isolatoren sowie die verschiedenen Kontaktstifte.
Von der ersten Zuführung entnimmt ein Sechsachsen-
Knickarm-Roboter kamerageführt einen Isolator und
platziert diesen in einer auf einem Lineartisch montierten
Halterung. Eine zweite Kamera kontrolliert dessen Positionierung,
da dies für die weitere Bearbeitung entscheidend ist.
Derweil entnimmt ebenfalls kamerabasiert ein zweiter
Sechsachsen-Knickarm-Roboter von der zweiten Zuführung
einen Kontakt. Dies erfolgt der Assemblierungsreihenfolge
entsprechend, weshalb eine weitere Vision-Kamera
zunächst prüft, ob der Kontaktstift den korrekten Dimensionen
entspricht. Eine dritte Kamera misst dessen Ausrichtung,
da der Winkel für die korrekte Montage im Isolator
entscheidend ist.
Ein SCARA-Roboter übernimmt den Kontakt und macht
sich bereit, diesen im Isolator einzusetzen. Davor fährt die
Linearachse den Isolator unter eine Kamera, die das Loch
ausmisst, in das der Kontakt eingesetzt werden soll.
Stimmen der Stift- und der Lochdurchmesser überein, setzt
der wartende Roboter den Kontakt absolut präzise und
spielfrei ein. Danach fährt der Isolator mit dem eingesetzten
Kontakt unter eine Presse, wo dieser kraftüberwacht
eingepresst wird. Abschliessend kontrolliert eine Vision-
Kamera die Winkelausrichtung des Stifts und überprüft
ausserdem, ob dieser während des Einpressvorgangs
verbogen wurde.
Mit was für einer Wiederholgenauigkeit arbeiten die
Linearachse und die eingesetzten Roboter?
Die Linearachse ist mit einer Wiederholgenauigkeit von
einem tausendstel Millimeter das genaueste Element in der
Montageautomatisierungsanlage. Die verwendeten Roboter
positionieren auf zwei hundertstel Millimeter genau.
Die Kadenz von Stift zu Stift beträgt sieben Sekunden. Was
ist der limitierende Faktor für eine schnellere Zykluszeit?
Die Einschränkung ist die Präzision, die bei einer höheren
Taktgeschwindigkeit nicht mehr gegeben ist. Eine höhere
Dynamik in den Robotern führt zu Überschwingungen, in
deren Folge die Kontakte nicht mehr exakt platziert werden
können. Allerspätestens beim Einpressvorgang würden
diese dann verbogen werden.
Bedeutung der Nullpunktkalibration
Woher wissen Roboter und Greifer, wo der Kontaktstift
platziert werden muss? Es gibt zwar ein Lochbild des
Isolators, aber dessen Position im Raum muss ja definiert
sein, da ansonsten das Einsetzen nicht klappt.
Jede Position, die einer der Roboter anfahren kann, ist in
einem Koordinatensystem hinterlegt, dessen Nullpunkt
über alle Teilsysteme der Anlage hinweg kalibriert ist. Was
das in der Anwendung bedeutet, ist einfach erklärt. Die
Nullposition der Vision-Kamera, welche zum Beispiel die
Position des Lochs im Isolator ausmisst, stimmt exakt mit
der Nullposition des Roboters überein. Stellt die Kamera
nun fest, dass das Loch, in welches der Kontaktstift
eingesetzt werden soll, um 0,3 Millimeter von der x-Achse
abweicht, weiss der Roboter, dass er seine Position ebenfalls
um 0,3 Millimeter in der x-Achse korrigieren muss, um
den Kontaktstift beim Einsetzen nicht zu beschädigen.
Erfolgt diese Kalibration einmalig oder richten sich sämtliche
Systeme beim Einrichten eines Folgeauftrags neu aus?
Die Anlage wird einmalig von uns abgenullt. Alle Koordinaten,
die ein Bediener später mit einem Auftrag ins System
einliest, beziehen sich auf die von uns eingerichteten
Nullpunkte.
Was ist die Schwierigkeit, wenn eine menschliche Tätigkeit
automatisiert werden soll?
Wenn ein Mensch einen Kontaktstift in einen Isolator
einsetzt, sieht er genau, was er macht und spürt über seine
Finger, ob es einen Widerstand gibt. Dem Roboter fehlt
dieses Feingefühl. Er fährt in Position und setzt den
Kontaktstift auf. Ist dieser nicht exakt über der Bohrung des
Isolators platziert, wird dieser allerspätestens beim
Einsetzen verbogen, womit das Bauteil Ausschuss ist.
Daher ist die angesprochene Kalibration für ein perfektes
Zusammenspiel zwischen Robotik und Bildverarbeitung
entscheidend. Wichtig ist dabei natürlich auch, das Ganze
absolut bedienerfreundlich zu gestalten.
Kamera überprüft Isolatorlage
Wenn der Isolator eingelegt ist, wird dann dessen Position
nochmals überprüft? Es könnte ja sein, dass dieser aufgrund
eines Staubkorns schräg aufliegt, was beim Einsetzen
der Kontaktstifte ebenfalls zu Problemen führen könnte.
Das ist so! Wir prüfen zwar nicht, wie der Isolator aufliegt,
kontrollieren aber vor dem Einsetzen des Kontaktstifts die
entsprechende Bohrung. Stellt die Vision-Kamera in dieser
etwas fest, wird der Isolator unter eine Ausblasstation
verfahren und danach nochmals inspiziert. Würde dieser
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#026 25

ROBOTIK
Im Vision Labor prüfen wir vorab, ob sich die Ideen des
Konstrukteurs auch wirklich umsetzen lassen. Dabei
arbeiten wir eine Liste ab und können, wenn die
Montage einen gewissen Stand erreicht hat, bereits mit
den ersten Tests beginnen. Dieser Ansatz vermeidet
Fehler und beschleunigt die Inbetriebnahme der
Anlage.
Wie handhaben Sie die verschiedenen Stiftdurchmesser,
die im gleichen Isolator eingesetzt werden sollen?
Bis zu einem gewissen Bereich kann der Greifer
unterschiedliche Stiftdurchmesser handhaben. Kann er
das nicht, wechselt der Roboter eigenständig den
Greifer aus.
QR-Codes für Plausibilitätsprüfung
wie von Ihnen beschrieben schräg aufliegen, wäre das Loch
nicht rund, sondern eine Ellipse – und diese könnte die
Kamera bis zu einem gewissen Grad erkennen.
Moderne Industrie-Kameras erzeugen gewaltige Datenströme.
Was geschieht mit diesen Daten?
Die Bilder könnten für eine spätere Auswertung aufgezeichnet
werden, was in diesem Falle aber nicht erfolgt. Das
System interessiert sich nur im Moment der Bildaufnahme
für die Position und danach wird die Aufnahme gelöscht
und durch die nächste ersetzt.
Logikverteilung auf Untersysteme
Wie haben Sie es gelöst, dass die Bildverarbeitung und die
Robotik die Steuerung nicht zu sehr beanspruchen?
Wir haben die Logik auf diverse Untersysteme verteilt. Das
HMI und die Reihenfolge der Assemblierung laufen auf
einer SPS. Kommt nun ein neuer Auftrag, sendet diese alle
relevanten Daten an die Subsysteme. Dadurch weiss
beispielsweise der Roboter, was nun gefertigt wird und lädt
eigenständig die benötigten Informationen aus der Datenbank,
um die entsprechenden Bewegungen ausführen zu
können.
Dieser Ansatz ist übrigens auch bei der Entwicklung
praktisch. Mit diesem lässt sich die Arbeit sehr gut
aufteilen, so dass sich ein Ingenieur ausschliesslich um
die Programmierung der SPS, der nächste um die der
Roboter und ein weiterer um die der Bildverarbeitung
kümmern kann.
Abläufen der Anlage bestens vertraut. Woher wissen Sie
aber, dass Sie diese auch wirklich benutzerfreundlich
entwickelt haben?
Bevor wir eine Software komplett aufsetzen oder programmieren,
erhält der Kunde eine Vorab-Version des HMI und
des Bedienkonzepts der Anlage. Dessen Feedback integrieren
wir anschliessend in das Bedienkonzept der Anlage.
Die Eingabe eines neuen Steckertyps soll sehr einfach sein.
Ist es wirklich so einfach oder bedarf es hierfür Expertenwissen?
Expertenwissen braucht es nicht, aber eine Schulung. Für
jeden Arbeitsschritt erhält der Anwender eine Bedienungsanleitung,
die ganz genau beschreibt, wie er ein neues
Bauteil einzulernen hat. Je nach Polzahl sind 20 bis 50
Parameter, die teilweise mit Unterstützung des Visionsystems
eingelernt werden, zu definieren. Dafür braucht es
keinen Doktortitel, aber der Einrichter muss schon die
Bedeutung der einzelnen Parameter verstehen.
Die Monateanlage soll eines Tages hunderte Steckertypen
assemblieren können. Wie garantieren Sie diese Band breite?
Wir haben zu Projektbeginn die möglichen Isolatoren und
Kontaktstifte erhalten, die auf der Anlage montiert werden
sollen. Damit waren der mechanische Bereich und die
Auslegung der Roboter definiert. Auf der Softwareseite gibt
es diese Abhängigkeiten von mechanischen Grössen nicht.
Hier entstehen jedoch Abhängigkeiten aus der Konfigurationsvielfältigkeit,
beispielsweise das Kontakttyp 1 nicht
mit Kontakttyp 2 konfiguriert werden kann. Diese Kriterien
müssen alle in der Software abgebildet sein.
In Ihrer Werkstatt habe ich Dutzende Greifer gesehen.
Wie garantieren Sie, dass nicht versehentlich ein
falscher Greifer zum Einsatz kommt?
Jedes Werkzeug verfügt über einen QR-Code. Beim
Einrichten eines neuen Auftrags scannt der Maschinenbediener
diesen beim Einsetzen ab, so dass die
Steuerung im Hintergrund eine Plausibilitätsprüfung
durchführen kann. Stimmt der QR-Code nicht mit den
im Programm hinterlegten Angaben überein, gibt es
eine Fehlermeldung.
Die Zuführungen für die Isolatoren und Kontaktstifte
haben RGB-Licht. Wieso?
Das hat zwei Gründe. Der erste Grund hat mit dem
Bildverarbeitungssystem zu tun. Wenn dieses die
Isolatoren und die Kontakte vor einem blauen Hintergrund
aufnimmt, kann es die Aufnahmen am besten
auswerten. Der andere Grund ist eine optische Signalisierung
für den Maschinenbediener. Wenn alles okay
ist, leuchtet der Zuführtisch grün, findet der Greifer kein
Bauteil, leuchtet dieser rot.
Was sollte aus Ihrer Sicht abschliessend unbedingt
noch zu diesem Projekt gesagt werden?
Es ist ein äusserst komplexes System und ich bin
extrem stolz darauf, wie sich jeder Einzelne hier
reingekniet und so das Projekt zum Erfolg geführt hat.
Für die Robotec Solutions AG war es eines der anspruchsvollsten
Projekte in seiner Firmengeschichte
überhaupt. Es bedurfte einiger Nachtschichten, um die
Anlage fristgerecht fertigstellen zu können. Dank des
Einsatzes aller haben wir aber eine Punktlandung
hingelegt und ein laufendes System geschaffen, das uns
grosse Freude bereitet.
Das klingt so, als wollten Sie den Montageautomaten
gar nicht mehr hergeben?
(lacht) Ja, das stimmt.
Lassen Sie uns über die bereits angesprochene Benutzerfreundlichkeit
reden. Sie als Hersteller sind mit den
Während der Konstruktion erfolgten bereits erste Tests für
Kamera und Beleuchtung. Was ist der Gedanke dahinter?
Robotec Solutions AG
www.robotec-ag.com
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#026 27

KOMMUNIKATIONSTECHNIK
MOBILFUNK-
ROUTER BRINGT
IT AUF DIE
STRASSE
Die Transport Publics Genevois verlagert ihre IT auf die
Strasse. Der Grund: mehr Sicherheit sowie eine höhere
Verfügbarkeit der Fahrzeugflotte. Entscheidende Komponente
für die IP-Netzwerke in Bussen und Trams ist der
5G-Mobilfunk-Router der Netmodule AG aus Bern.
Von Markus Back
Die Stadt Genf ist vor allem wegen ihrer Konzentration an
Banken, Versicherungen sowie internationalen Organisationen
bekannt. Aber nur die Wenigsten wissen, dass
die Metropole mit der Transport Public Genevois (tpg) zugleich
einen der modernsten Verkehrsbetriebe weltweit unterhält.
Einen grossen Anteil daran hat Alain Borruat, der mittlerweile
seit zwanzig Jahren bei der tpg tätig ist. Als IT-Architekt und Projektmanager
verantwortet er dort nicht nur die IT, sondern vertritt
seinen Arbeitgeber zudem im Vorstand der gemeinnützigen Organisation
«ITxPT». Deren Mitglieder entwickeln basierend auf Standards
und Best Practices die IT-Architekturen für den öffentlichen
Verkehr und andere Mobilitätsdienste. Daher ist der 64-Jährige
immer auf dem Laufenden und kann so Neuerungen direkt in seine
Arbeit einfliessen lassen.
Die Transport Publics Genevois hat ihre komplette
Fahrzeugflotte mit Mobilfunk-Routern der Netmodule
AG ausgestattet und profitiert davon gleich in
mehrfacher Hinsicht. Bilder: tpg
Ablösung kostspieliger Service
Dieser Austausch mit der «ITxPT» ist für die tpg wertvoll. Denn
die Digitalisierung sorgte in den vergangenen zwei Jahrzehnten
auch im öffentlichen Personenverkehr für einen grossen Wandel.
«Als ich 2004 bei tpg anfing, gab es in den Bussen und Strassenbahnen
nur wenige elektronische Geräte und diese ermöglichten
keine IT-Kommunikation zwischen Fahrzeug und Leitstelle», erinnert
sich Alain Borruat an die Ursprünge. Damals gab es nur
Funk, der die einzige Kommunikationsmöglichkeit zwischen Leitstelle
und Chauffeur war.
Für jeden weiteren Service, zum Beispiel die Anbindung eines
Fahrkartensystems, bedurfte es eines zusätzlichen Kommunikationsmoduls
einschliesslich Antenne. Weil dies zugleich eine weitere
SIM-Karte bedeutete, mussten sich die Betreiber genau überlegen,
mit wie viel IT sie auf der Strasse wollen. Daher suchte tpg ab
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KOMMUNIKATIONSTECHNIK
Alain Borruat brachte bei tpg die IT auf die Strasse.
Ein Vorteil ist ein Echtzugriff auf alle in den Strassenbahnen
und Bussen verbauten Geräte. Bild: TuW
Connectivity Suite
Die Connectivity Suite ermöglicht es, Geräte auf Grundlage
von Netzwerken logisch und hierarchisch zu gruppieren. So
können Geräte nach Kunden, Regionen, Teams und so
weiter gruppiert werden. Für Benutzer wie Servicetechniker
können die Zugriffsrechte auf bestimmte Gruppen beschränkt
werden. Darüber hinaus bietet die Suite einen
automatisierten Aufbau einer VPN-Infrastruktur für eine
Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ohne Benutzerinteraktion.
So können selbst IT-Netzwerkmanager ohne OpenVPN-
Kenntnisse mit wenigen Klicks ein sicheres Kommunikationsnetz
einrichten und betreiben. Im Support- oder
Wartungsfall ist ein direkter Fernzugriff auf die installierten
Geräte möglich, wobei die Fernwartungssituation für den
Servicetechniker so ist, als sei er vor Ort. Eine Integration
der Lösung in eine IIoT-Plattform ist problemlos möglich.
2013 nach einer günstigeren Möglichkeit, um mit ihren Fahrzeugen
zu kommunizieren. «Unsere Idee war es, alle Services
über ein einziges Gerät abzuwickeln», so Alain Borruat.
Dieser Gedanke war der Startschuss für die erfolgreiche
und bis jetzt anhaltende Zusammenarbeit mit Netmodule.
Neben dem Fuhrpark wurden im Laufe der Jahre auch mehr
als 800 Fahrkartenautomaten im Verkehrsnetz der tpg mit
Mobilfunk-Routern des Berner IT-Spezialisten ausgestattet.
Dieser ist übrigens bis heute einer von wenigen Anbietern,
der überhaupt massgeschneiderte Kommunikationslösungen
offerieren kann. Aber das nur so nebenbei.
Mehr Sicherheit und höhere Verfügbarkeit
Wieso ist aber ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen
Fahrzeug und Leitstelle überhaupt notwendig? Ein
Aspekt ist die Betriebssicherheit, ein anderer die Verfügbarkeit
der Fahrzeuge. Ursprünglich reichten die Kapazitäten
eines gewöhnlichen Bordcomputers, um alle wichtigen Informationen
zu speichern. Dieser wurde regelmässig, meistens
nach fünf Tagen, ausgelesen und neu bespielt. Das Problem:
Es bedurfte hierfür geschultes Personal, es ging nur
im Depot mit WLAN (Wi-Fi) und es war zeitaufwendig.
Für neue Serviceangebote, wie das Einblenden von Fahrgast-Informationen,
klappt dieser Ansatz zudem nur bedingt.
Zwar lassen sich diese ebenfalls im Datenspeicher
hinterlegen, schränken aber die Flexibilität ein. Soll beispielsweise
ein Bus auf einer anderen Linie als Ersatz verkehren,
stimmen die eingeblendeten Haltestellen mit den
angefahrenen nicht überein. Dank Netmodule ist das aber
kein Problem mehr. Ein Befehl genügt und die Daten gelangen
über eine sichere VPN-Verbindung aus der Leitstelle
auf den entsprechenden Bus oder die entsprechende
Strassenbahn.
Der 5G-Mobilfunk-Router stellt hierbei ein zentrales Element
dar, da er die im Fahrzeug verbauten Geräte direkt mit
den verschiedenen IT-Systemen und IT-Lösungen der tpg
verbindet. Dabei ist es vollkommen egal, über welches Protokoll
diese kommunizieren. Personal, welches die Daten
mit Laptop und Netzwerkkabel direkt am Fahrzeug austauscht,
braucht es hierfür nicht mehr. Dieses muss lediglich
noch bei bestimmten Wartungsarbeiten anrücken.
Wi-Fi-Schnittstelle starkes Feature
Bezüglich Sicherheit hat die tpg hohe Massstäbe definiert.
Für jeden Service gibt es ein dezidiertes IT-System.
Jedes von diesen IT-Systemen läuft auf einem eigenen Server,
die auf verschiedene Standorte verteilt sind. Dies reduziert
im Falle einer Cyber-Attacke oder eines Feuers einen
Totalausfall und gestattet zumindest einen eingeschränkten
Weiterbetrieb.
Zusätzliche Sicherheitsroutinen und verschiedene dezidierte
Überwachungssysteme, welche die Strecke zwischen
Server, Mobilfunk-Betreibern und Router überwachen, erhöhen
die Verfügbarkeit zusätzlich. Regelmässige Funktionstests
der Geräte runden das Sicherheitsprofil ab. Hierbei
werden diese durch die Management-Software «Connectivity-Suite»
(siehe Infokasten) verwaltet und administriert. Somit
ergibt sich kein Zusatzaufwand für den Betreiber tpg.
Aber nicht nur deswegen schätzt Alain Borruat den 5G-
Mobilfunk-Router. Für wertvoll hält er ihn auch wegen der
Wi-Fi-Schnittstelle, die tpg Kosten spart. Bei der Einfahrt
ins Depot stellen alle Fahrzeuge automatisch auf Wi-Fi-
Kommunikation um, wodurch bei der Datenübertragung
nicht wie bei einer SIM-Karte Gebühren anfallen.
Zukunftsfähige Lösung
Dass die Lösung von Netmodule nicht nur innovativ, sondern
auch zukunftsfähig ist, zeigen die weiteren Überlegungen
von Alain Borruat. So arbeitet tpg aktuell an einem zuschaltbaren
Live-Stream aus Bussen und Trams, der schon
bald über den 5G-Mobilfunk-Router gesteuert werden soll.
Die Idee dahinter: Wenn heute ein Vorfall passiert, beispielsweise
ein Verkehrsunfall oder randalierende Fahrgäste,
markiert der Chauffeur die entsprechende Sequenz für
die interne Analyse oder die Polizei. Dies geht aber mit einem
grossen Zeitverlust einher, da hierzu zunächst ein physikalischer
Zugriff auf den Speicher der verbauten Videokamera
erforderlich ist. «Wir kombinieren einfach die
Lösung von Netmodule mit neuer Videoüberwachungstechnologie»,
sagt Alain
Borruat und ergänzt: «Damit sind
wir zukünftig viel schneller und
effizienter, weil wir bei einem
Ereignis sofort auf die Daten
zugreifen können.»
tpg Transport
Publics Genevois
www.tpg.ch
Netmodule AG
www.netmodule.com
Bild: Netmodule
5G-Mobilfunk-Router
Der robuste Hochgeschwindigkeitsmobilfunk-Router entspricht
den Spezifi kationen der ITxPT. Aufgrund seiner Vielseitigkeit,
seiner Sicherheitsmerkmale und seiner Leistung ist er die
ideale Lösung für Bahnforderungen wie Fahrgast-Wi-Fi,
Fahrgast-Infotainment oder die Übertragung von Betriebsdaten.
Zu seinen Merkmalen gehören bis zu zwei 5G-NR-Module,
die gebündelt werden können, zwei Wi-Fi-Zugangspunkte
nach Wi-Fi-5-Standard, GNSS für die Positionsbestimmung,
zwei Gigabit- und drei Fast-Ethernet-Anschlüsse und eine
erweiterte interne Speicherkapazität. Der Router erfüllt die
Anforderungen der Normen EN 50155 und EN 45545 und
verfügt über gehärtete Steckverbinder an den Kommunikationsschnittstellen
sowie TNC-Steckverbinder an den
Antennenanschlüssen. Die Software basiert auf einem
eingebetteten Linux-Betriebssystem und einer Kommunikationsprotokoll-Suite.
Kundenspezifi sche Softwareerweiterungen
lassen sich über ein SDK oder LXC implementieren.
FAULHABER Encoder
Feinfühlige
Positionierung
ist der Schlüssel
Der neue Encoder IEP3 erreicht
dank neuester Chiptechnologie
höchste Auflösung und
Genauigkeit auf geringstem
Bauraum. Damit öffnen sich
neue Türen für Entwickler.
www.faulhaber.com/IEP3/de
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WE CREATE MOTION

Neuheiten
Starterkit für CC100
Das Starterkit für den Compact Controller 100 erschliesst die
Steuerungswelt von Wago mit Codesys und Industrial-IoT. Da
es «ready to use» ist, können Anwender direkt loslegen und
verdrahten. Besonders gut eignet es sich insbesondere für
kleinere Automatisierungsaufgaben. Dabei ist es vollkommen
egal, welchen Kenntnisstand der Anwender besitzt.
Wago Contact SA | www.wago.com
Mobile Laserbeschriftung für sperrige Werkstücke
Der portable Beschriftungslaser L-MOOV ermöglicht die Laserbeschriftung schwerer und unhandlicher
Werkstücke ohne sperrige Sicherheitsstation. Die Beschriftung lässt sich auf Knopfdruck
starten, wobei durch seine Aufsätze Werkstücke mit beliebigen Geometrien mühelos markiert
werden können. Das System lässt sich ohne Schutzbrille
bedienen, wobei fürs Umfeld keine gesonderten Sicherheitsvorkehrungen
getroffen werden müssen. Mit dem Transportwagen
kann der leichte und zugleich robuste L-MOOV samt
Zubehör bequem transportiert werden. Der Laser lässt sich
zudem mit wenigen Handgriffen auf eine Markierstation für
die Laserbeschriftung von Kleinteilen montieren. Die im
Lieferumfang enthaltene Software bietet eine Vorschaufunktion
sowie eine anwenderfreundliche Schritt-für-Schritt-Bedienungsanleitung.
Dank des Faserlasers können mit dem
Gerät viele Arten von Materialien (Metall, Kunststoff, etc.)
dauerhaft beschriftet werden.
Axnum AG | www.axnum.ch
Sicherheitsrelais für alle Fälle
Für die universellen Sicherheitsrelais der
XPSU-Baureihe mit Diagnoseausgang und
Kontakterweiterung steht ab sofort eine neue
Funktion für die Stillstanderkennung zur
Verfügung. Sie erfolgt per Messung der
Remanenzspannung und funktioniert bei
allen gängigen Motorentypen bis 690 V. Im
Unterschied zu herkömmlichen Relais ist die
XPSU-Baureihe zudem nicht auf bestimmte
Signalformen beschränkt, sondern kann je
nach Bedarf auf verschiedene Sicherheitsfunktionen
eingestellt werden. So lassen
sich nicht nur Zeit und Kosten sparen,
auch die durchgängige Verfügbarkeit
einer Anlage kann zusätzlich
gesichert werden. Hinzu
kommt, dass die Startbedingungen
direkt am Relais
eingestellt werden können.
Egal, ob automatischer Start,
überwachter Start oder
optionaler Anlauftest, die
benötigte Startfunktion ist
im Gerät vorhanden und
muss nur noch ausgewählt
werden.
Schneider Electric
www.se.com
KI-gestütztes Engineering
Mit TwinCAT Chat lassen sich Large Language Models
(LLM) wie ChatGPT in der Engineeringumgebung TwinCAT
XAE nutzen. Entwickelt wurde das Werkzeug, um LLM ins
Steuerungsengineering zu integrieren und so Anwendern
gegenüber der herkömmlichen Nutzung, zum Beispiel von
ChatGPT im Webbrowser, einen deutlichen Vorteil zu
bieten. So wird beispielsweise der Entwicklungsprozess
erleichtert, da die Kommunikation und der Code-Austausch
nahtlos ineinandergreifen. Darüber hinaus wurde das LLM
speziell für TwinCAT-Anfragen grundinitialisiert. Dadurch
lassen sich spezifische Fragen direkt stellen und es muss
dem LLM nicht erst mitgeteilt werden, dass TwinCAT
verwendet wird und die Code-Beispiele in strukturiertem
Text erwartet werden. Zudem lässt sich generierter Code
einfach übernehmen, was Zeit spart und Fehler bei der
manuellen Übertragung vermeidet.
Beckhoff Automation AG | www.beckhoff.com/twincat-chat
Volle Härte gegen Verschleiss
Einfache Aktor- und Sensorintegration
Das kompakte IIO 041 (12,5 x 104 x 72 mm) aus der S-Dias-Reihe verfügt über vier
SDCI-Master-Ports und vier digitale Eingänge (+24 VDC, 3,7 mA, 0,5 ms). Mit SDCI
(IO-Link) lässt sich eine herstellerunabhängige Punkt-zu-Punkt-Verbindung zur
Anbindung intelligenter Aktoren und Sensoren nach IEC 61131-9 realisieren.
Somit ist das Modul ideal für sämtliche Automatisierungsanwendungen mit
vielen intelligenten Aktoren und Sensoren, da SDCI-Devices einfach ins
System integriert werden können. Die Konfiguration der SDCI-Geräte erfolgt
über ein in der Softwareumgebung Lasal integriertes Konfigurationstool.
Damit kann bei der Projektierung eine SDCI-Konfigurationsdatei (IODD) für
jedes SDCI-Device geladen und die Parametrierung durchgeführt werden. So
ist es möglich, das Gerät einfach ins Gesamtsystem zu integrieren, was den
Verkabelungsaufwand deutlich minimiert und Kosten reduziert. Zudem wird
die Inbetriebnahme verkürzt und die Produktivität gesteigert.
Sigmatek Schweiz AG | www.sigmatek-automation.ch
Die Tiger-tec-Gold-Sorte WSM33G ist die erste PVD-Sorte, die von Walter
speziell für die hohe Beanspruchung beim Stechen entwickelt wurde. Der
Schneidstoff kombiniert TiAlN und TiSiN zur mehrlagigen Schicht mit
aussergewöhnlicher Härte bei gleichzeitig gesteigerter Zähigkeit. Eine
spezielle Nachbehandlung verringert die Reibung, sorgt für eine glatte
Oberfläche und optimiert so die Spanabfuhr und Prozesssicherheit. Der
goldene Top-Layer erleichtert zudem die Verschleisserkennung. Zum Einsatz
kommt die PVD-Beschichtung auf einschneidigen SX-Schneideinsätzen mit
Formschluss und Selbstklemmung sowie auf Wendeschneidplatten des
zweischneidigen DX18-Systems, bei dem ein zweites Prisma für Stabilität im
Plattensitz sorgt. Für Anwender bedeutet dies maximale Vielseitigkeit, weil
damit alle Stechbreiten zwischen 1,0 und 10 mm abgedeckt sind.
Walter AG | www.walter-tools.com
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#026 33

NEUHEITEN
67-MP-Kamera für
Hochleistungsbilderfassung
3-in-1-Werkzeug
Mit dem Stripax plus gelingt das Schneiden, Abisolieren
und Crimpen mit nur einem Werkzeug und ohne lästiges
Umgreifen. Dies macht die Kabelverarbeitung im Querschnittsbereich
von 0,5 bis 2,5 mm² besonders einfach
und schnell. Durch eine Transportfunktion werden die
Aderendhülsen von allein ins Crimpgesenk transportiert,
wodurch das manuelle Handling der Aderendhülsen
komplett entfällt. Verstaut sind diese in einem Magazin
mit 50 Hülsen im Griff. Ein manuelles Einstellen des
Crimp-Bereichs ist nicht erforderlich, wodurch Einstellfehler
vermieden werden und optimale Arbeitsergebnisse
garantiert sind.
Weidmüller Schweiz AG | www.weidmueller.ch
Einkanalige Schutzschalter
Die Genie-Nano-10GigE-Kameras M8200 und C8200
übertragen bis zu 14 Bilder pro Sekunde bei voller
Auflösung. Dank ihres Formfaktors von 59 x 59 mm
ermöglichen sie es Systementwicklern ohne
grossen Aufwand von 1, 2,5 oder 5 GigE- auf 10
GigE-Vision überzugehen. Eine kostenlose Runtime-Version
der Teledyne Sapera Bildverarbeitungssoftware
ist im Lieferumfang der Kameras
enthalten. Diese bietet grundlegende Funktionen
für die Bildverarbeitung, Blob-Analysen, die
Kamerakalibrierung sowie das flächenbasierte
Suchen.
Teledyne DALSA
www.teledynedalsa.com/
imaging
Robuster Safety-Encoder
Der absolute Drehgeber EAM580RS im Safety-Design
reduziert Aufwand und Kosten für die Implementierung, da
er die funktionalen Sicherheitsanforderungen (SIL2/PLd
gemäss IEC 61508, ISO 13849:2023 und IEC 61800-5-3) integriert.
Entwickelt wurde er speziell für raue Aussenanwendungen
und mobile Maschinen, wie zum Beispiel in Ladekranen,
Turmdreh kranen und mobilen Arbeitsplattformen.
Unter einer rostfreien Edelstahlhaube sicher vor aggressiven
Umwelteinflüssen und Medien geschützt, ist er zudem
immun gegenüber Schocks und Vibrationen. Die Übertragungsrate
beträgt 1 ms, die absolute Genauigkeit ±0,2 °.
Die einkanaligen Schutzschalter bieten
maximale Flexibilität bei der Anzahl benötigter
Kanäle sowie bei der Auswahl funktionaler
Eigenschaften. So können Anwender unter
acht einkanaligen Schutzschaltern die für sie
beste Lösung auswählen. Zudem wurde die
Bedienung der einstellbaren Variante (Artikelnummer
0787-3861/0004-0020) optimiert. Der
Auslösestrom lässt sich nun über ein Drehrad
sogar im stromlosen Zustand einstellen. Mit
einer Kanalbreite von lediglich 6 mm wurde
ausserdem der Platzbedarf der elektronischen
Geräte auf ein Minimum reduziert.
Baumer Electric AG | www.baumer.com
Wago Contact SA | www.wago.com
750-W-BLDC-Motor
Die ECI-Antriebsbaureihe wurde um Baugrösse 80 erweitert, um
höhere Leistungen in der Automatisierung abdecken zu können.
Die BLDC-Motoren nach Innenläuferprinzip in Schutzkleinspannung
(24/48 VDC; Ø 80 mm) und bis zu 750 W Nennleistung lassen
sich mittels verschiedener Module individuell zum Antriebssystem
zusammenstellen. In ein robustes Metallgehäuse integriert,
erfüllen sie dabei standardmässig IP54. Ergänzt wird das Antriebssystem
durch Planetengetriebe mit diversen Untersetzungen
sowie Encoder- und Bremsmodule. Verlangt eine Anwendung
eine Haltebremse nach dem Ruhestromprinzip, lässt sich die
Antriebseinheit beispielsweise um ein Modul mit Federdruckbremse
ergänzen. Für den Betrieb an einem abgesetzten Antriebsregler
sind Hallsensoren zur Rotorlageerkennung integriert,
weitere Module wie Drehzahl- oder Positionsregler sollen folgen.
ebmpapst | www.ebmpapst.com
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#026 35

NEUHEITEN
Sparen mit dezentraler Automation
KI-gestützter Kommissionier-Roboter
Schaltschranklose Automatisierung
Die Baseplates und Module der Baugrösse 3 erweitern
das Anwendungsspektrum fürs MX-System als Synonym
für die schaltschranklose Automatisierung. Die
Baseplate bietet eine zusätzliche Reihe von Datensteckplätzen
und somit neue Möglichkeiten. Bei gleicher
Breite stehen deutlich mehr Steckplätze zur Verfügung,
um noch mehr Funktionsmodule unterzubringen. Die
ersten Module der Baugrösse 3 sind eine 600-VDC-Versorgung
mit 40 A Nennstrom, ein Servoregler mit 28 A
Nennstrom sowie eine Netzeinspeisung für bis zu 63 A.
Auf Basis der Baugrösse 3 soll es zukünftig weitere
Module, zum Beispiel zum Schalten von AC-Lasten bis
zu 16 A oder Umrichtern mit bis zu 15 kW geben.
Zusätzlich werden sich Einspeisungen mit bis zu 125 A
realisieren lassen.
Das modulare System Vario-X bringt Sensorik und
Aktorik dezentral ins Feld und verkürzt dabei aufgrund
seines durchgängigen Ansatzes den Aufwand für die
Maschineninstallation um rund 40 Prozent. Ein Beispiel
hierfür ist der Steckverbinder MQ15 DC, der mit einer
Viertel-Umdrehung jede Maschinenanlage anbindet. Im
direkten Maschinenumfeld sorgt Vario-X bei der
nahtlosen Integration von dezentralen Servoantrieben
für ein zuverlässiges Spannungs-, Signal- und Datenmanagement.
Robuste, wasser- und staubdichte
Gehäuse in IP65, die die Spannungsversorgung,
Steuerung, Switches, Sicherheitstechnik und IO-Module
beinhalten, bilden das Herzstück des Systems. Ausgestattet
mit einer Multicore-CPU, ist der Controller allen
Anforderungen gewachsen und lässt sich als offene
Steuerungsplattform in alle übergeordneten Industrial-
Ethernet Netzwerke einbinden. Das 48-V-System bietet
zudem genügend Power, um nahezu alle Anwendungsfelder
abzudecken.
Murrelektronik AG | www.murrelektronik.ch
Serielles Schnittstellenmodul
Das serielle Schnittstellenmodul RS-232/-485
schafft eine standardisierte Verbindung zwischen
externen Geräten mit einer RS-485-,
RS-422- oder RS-232-Schnittstelle und dem
I/O-System von Wago. Ein zuschaltbarer Abschlusswiderstand
sowie ein 2-stufig zuschaltbares
Bias-Netzwerk sind bereits integriert und
ersetzen unter Umständen notwendige zusätzliche
externe Komponenten sowie deren
Verdrahtung. Ausserdem ist das Modul beliebig
konfigurierbar und aufgrund seiner vielfältigen,
frei wählbaren Baudraten offen für alle Geräte.
Dank des grossen Empfangs- und Sendepuffers
(8192 Byte In/2048 Byte Out) können Daten mit
unterschiedlichen externen Geräten wie
Druckern, Scannern und Gateways (z. B. EnOcean)
einfach und schnell ausgetauscht werden.
Die KI- und Vision-basierte Lösung Item Picker legt bis zu 1400
Artikel pro Stunde in vorgesehene Behälter ab, indem sie deren
idealen Greifpunkte ermittelt und dann mit einem Vakuumgreifer
aufnimmt. Die Lösung benötigt keine menschliche Überwachung
oder Informationen hinsichtlich der physischen
Eigenschaften der zu entnehmenden Artikel. Ausgelegt ist der
Item Picker für verschiedene Traglastanforderungen und mit
den Industrierobotern IRB 1200, IRB 1300 und IRB 2600 erhältlich.
Mit einer Traglast von bis zu drei Kilogramm und einer
Reichweite von bis zu 1,65 Metern bietet die vorkonfektionierte
Lösung die notwendige Flexibilität, um den Anforderungen in
der Auftragsabwicklung und Sortierung gerecht zu werden. Sie
lässt sich sehr einfach in vorhandene automatische Ein- und
Auslagerungssysteme wie Shuttle-, kubische und 3D-Aufbewahrungslösungen
integrieren, was den Engineering-Aufwand
verringert und die Time-to-Market verkürzt.
ABB Robotics | www.abb.ch
Beckhoff Automation AG
www.beckhoff.com/mx-system
Wago Contact SA | www.wago.com
Massgeschneiderte Arbeitsraumüberwachung
Lasal Safety-Designer stellt zwei neue Funktionsblöcke für eine massgeschneiderte
Arbeitsraumüberwachung serieller Kinematiken bereit. Der Safety-Funktionsblock «DH-
Transformation» überführt räumliche Eingabe- in räumliche Ausgabekoordinaten, so dass
sich ein mehrachsiger Roboterarm einfach realisieren lässt. Das entstehende Koordinatensystem
definiert dessen Werkzeugmittelpunkt (TCP) und garantiert
so höchste Präzision. Der Funktionsblock «Collision Detection»
definiert den Arbeitsraum durch minimale und maximale XYZ-Koordinaten.
Diese Punkte spannen einen Quader auf, der sich parallel
zum Koordinatensystem befindet und definieren so den Bereich, in
dem sich der TCP befinden darf. Zusätzlich wird eine Hüllkugel über
die aktuelle Position des Roboters gelegt. Diese wird permanent mit
den Arbeitsraumgrenzen verglichen, wodurch Kollisionen verhindert
werden. Durch die Verknüpfung einzelner Arbeitsräume ist es zudem
möglich, komplexe Arbeitsräume zu erstellen.
Sigmatek Schweiz AG | www.sigmatek-automation.ch
Alle Daten im Griff?
Get connected!
Vernetzte Zusammenarbeit:
Digitale Transformation in der Praxis
Wie bleibt unser Unternehmen langfristig wettbewerbsfähig?
Wie können wir unsere Arbeit in der Elektroplanung effizienter gestalten?
Wie arbeiten wir transparent mit Kollegen und Geschäftspartnern zusammen?
EPLAN liefert Antworten: mit Software und Services
für durchgängige Daten und vernetzte Prozesse im Ökosystem
der industriellen Automatisierung.
Mehr erfahren:
www.eplan.ch/de/ecosystem
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NEUHEITEN
UL-gelistete Motorleitung
Die Chainflex-Motorleitung CF33.UL wurde speziell für
den Einsatz in der Energiekette und auf der Kabeltrasse
entwickelt. Sie lässt sie sich nahtlos von der Energiekette
auf die Kabelpritsche verlegen und erübrigt so eine
Steckverbindung dazwischen. Dank diverser Testreihen
und der 30-jährigen Erfahrung im Bereich der bewegten
Leitungen vergibt der Hersteller eine erweiterte Garantie
von vier Jahren beziehungsweise 10 Millionen Doppelhüben
auf die Motorleitung.
Igus | www.igus.ch
Vielseitiger Inkremental-Encoder
Der IEP3 bietet bei einem Durchmesser von 8 mm
eine Auflösung von bis zu 10000 Impulsen pro
Umdrehung. In der Standardausführung ist die
Auflösung im Bereich von 1 bis 4096 I/U frei
programmierbar, wobei eine Positionsgenauigkeit
von 0,3 °m bei einer Wiederholgenauigkeit von 0,05
°m erreicht wird. Die Versorgung ist mit 3,3 oder 5
V möglich, der Betriebstemperaturbereich reicht
von -40 bis 125 °C. Der On-Axis-Encoder mit
2-Pol-Gebermagnet ist einfach im Aufbau und
robust. Durch seine bereits im IE3 bewährte
Baukasten-Charakteristik lässt sich der IEP3 breit
einsetzen. So ist er unter anderem mit den
DC-Motoren der Serien 0816SR, 1016SR, 1024SR
sowie mit den Schrittmotoren der Serien AM0820,
AM1020, AM1524 kombinierbar.
Faulhaber SA | www.faulhaber.ch
Laserauftragsschweissen
Die AML500 integriert ein High-Speed-Laserauftragssystem,
das fünfmal schneller als bei herkömmlichen
Maschinen ist und so den raschen 3D-Aufbau, die
Beschichtung und die Reparatur komplexer Bauteile
ermöglicht. Aufgrund kleinerer Wärmeeinflusszonen
ist auch das Drucken feinerer Geometrien und Schichten
bei geringerer thermischer Verformung des
Substrats machbar.
Kompakt SPS mit IIoT-Funktionen
Mitsubishi Electric hat sein FX5-Enet-Ethernet-Modul
aktualisiert, um IIoT-Funktionen für Anlagen zu bieten,
die Speicherprogrammierbare Steuerungen der
Melsec-iQ-F-Serie verwenden. Die IIoT-Cloud-Konnektivität
garantiert das MQTT-Protokoll, was einen
sicheren Fernzugriff ermöglicht. Zu den Sicherheitsfunktionen
gehören unter anderem digitale Zertifizierungen
und TLS-Verschlüsselung, die potenzielle
Risiken durch Erkennung, Prävention und Reaktion
minimieren. Dies gewährleistet eine sichere Datenübertragung
und schützt vor potenziellen Sicherheitsrisiken.
Zusätzlich wurden in die FX5-Enet-Ethernet-Lösung
Funktionen zum verschlüsselten E-Mail-Versand
integriert. Diese Funktion unterstützt
kostenlose E-Mail-Dienste wie Gmail
und Yahoo Mail und ermöglicht
Betreibern so die sichere
Kommunikation über einen
SMTP-Server.
Omni Ray AG
www.omniray.ch
Intelligentes Fluidmanagement
bringt viele Verbesserungen
Makino | www.makino.eu
Die Verwo AG in Reichenburg ist einer der modernsten Zulieferbetriebe
für hochpräzise Metallteile in Europa. Auf der Suche nach
weiteren Optimierungen entschied man sich für den Einsatz des
Fluidmanagementsystems Fluidlynx2 von Motorex und steigerte
seither die Produktivität und Prozesssicherheit nachhaltig. Das
System kann während der laufenden Produktion integriert
werden und misst nicht nur Parameter wie pH-Wert, Konzentration,
Temperatur und elektrische Leitfähigkeit, sondern steuert
selbstständig die Einhaltung der Soll-Konzentration. Durch den
gleichmässigen Betrieb spart Verwo Kühlschmierstoffkonzentrat
und damit auch Betriebskosten. Verlängerte Standzeiten der
Emulsionen ziehen automatisch geringere Entsorgungskosten
nach sich. Wesentlich wichtiger ist für Geschäftsführer Bruno
Vogelsang jedoch, dass sich das Arbeitsumfeld für seine Mitarbeitenden
und für die Umwelt wesentlich verbessert hat.
Motorex | www.motorex.com
Reibahle mit neun Leben
Die Besonderheit der FixReam 700 Reibahlen ist
ihre häufige Verwendbarkeit, die durch Austausch
der Schneiden und Nachschleifen erreicht wird.
Ein Werkzeug kann bis zu zweimal nachgeschliffen
werden, ehe neue Schneiden eingelötet werden
müssen. Danach sind wieder zwei Nachschliffe,
erneuter Schneidenwechsel und weitere zwei
Nachschliffe möglich. Eine Reibahle bildet so neun
Standzeiten ab. Beim Service weitet der Hersteller
das Werkzeug mit einer Dehnschraube etwas auf
und kann so alle Funktionsflächen, also Anschnitt
und Durchmesser, nachschleifen. Im Vergleich zu
einem Werkzeug ohne
Dehnfunktion können die
Werkzeugkosten um bis
zu 15 Prozent reduziert
werden. Die Werkzeuge
sind im Durchmesserbereich
von 9,9 bis 32,2 mm
konfigurierbar.
HANNOVER MESSE 2024
ENERGIZING A
SUSTAINABLE
INDUSTRY
Products and solutions at #HM24
22 – 26 April 2024 Hannover, Germany
hannovermesse.com
Mapal Dr. Kress KG:
www.mapal.com
38 #026
WORLD. LEADING. INDUSTRYSHOW.

MESSEKALENDER
Siams
Sensor+Test
Datum: 16. bis 19. April 2024
Datum: 11. bis 13. Juni 2024
Messethema:
Die Veranstaltung im jurassischen
Industriezentrum spiegelt die gesamte
Produktionskette der Mikrotechnik wider.
Messethema:
Die Messtechnik-Messe ist das
weltweit führende Forum für
Sensorik, Mess- und Prüftechnik
Fokusthemen:
• Maschinen
• Ausrüstungen, Montage
• Messung, Kontrolle und QS
• Automation
• Werkzeuge, Zubehör, Mechanik
• Rohstoffe
• Halbfabrikate
• Metallverarbeitung, Zulieferindustrie
• Kunststoffverarbeitung
• Montagearbeiten
Veranstaltungsort: Forum de l‘Arc
Rue industrielle 98
CH-2740 Moutier
Weitere Infos:
www.siams.ch
Hannover Messe
Fokusthemen:
• Sensorelemente, Sensoren,
Sensorsysteme und sensorische
Messgeräte, Dienstleistungen
sowie F&E
• Messtechnische Systeme,
Geräte, Komponenten und
Software
• Mess- und Prüftechnik für
Fahr- und Flugzeugtechnik
• Labormesstechnik sowie
Kalibrier-, Analyse- und
Prüfgeräte
• Kalibriersysteme und -
dienstleistungen für Messund
Prüftechnik
Veranstaltungsort: Messe Nürnberg
Messezentrum 1
D-90471 Nürnberg
Weitere Infos:
www.sensor-test.de
FRÜHJAHR
2024
Sie hat einen Bekanntheitsgrad
wie Coca Cola und läutet im
Frühjahr die Industrie-Messen
des Jahres ein: die Hannover
Messe. Eher den Charakter
eines Insider-Treffs hat die im
zweijährigen Rhythmus stattfindende
Siams in Moutier. Die
wichtigsten Veranstaltungen
der Branche im Überblick.
Grinding Hub
Datum: 14. bis 17. Mai 2024
Messethema:
Fokusthemen:
Der Fokus der Fachmesse liegt
auf allen Aspekten der
Wertschöpfung in diesem
Technologiebereich. Ergänzt
wird die hybride Veranstaltung
durch digitale Formate wie
Matchmaking sowie Webseminare
und-konferenzen.
• Schleifmaschinen
• Werkzeugschleifmaschinen
• Schleifmittel
• Prozessperipherie
• Softwaretools
• Mess- und Prüfsysteme
Veranstaltungsort: Messe Stuttgart
Messepiazza 1
D-70629 Stuttgart
Weitere Infos:
www.grindinghub.de
Datum: 22. bis 26. April 2024
Messethema:
Fokusthemen:
Auf der weltweit wichtigsten Industriemesse
stellen Unternehmen aus dem
Maschinenbau, der Elektro- und
Digitalindustrie sowie der Energiewirtschaft
gemeinsam Lösungen für eine
leistungsstarke und nachhaltige
Industrie vor. Mehr als 4000 Unternehmen
agieren als vernetztes industrielles
Ökosystem und zeigen, wie Klimaneutralität
durch Elektrifi zierung,
Digitalisierung und Automation erreicht
werden kann.
• CO2-neutrale Produktion
• Energy for Industry
• Industrie 4.0 / Manufacturing X
• KI & Maschinelles Lernen
• Wasserstoff & Brennstoffzellen
Veranstaltungsort: Hannover Messe
Hermesallee
D-30521 Hannover
Weitere Infos:
www.hannovermesse.de
Wire & Tube
Datum: 15. bis 19. April 2024
Messethema:
Die Tube zeigt die gesamte
Bandbreite der Rohindustrie,
von Rohmaterialien über die
Rohrherstellung, Rohrbearbei
tungstechnik, Rohrzubehör,
Rohrhandel, Umformtechnik
sowie Maschinen und Anlagen.
Ergänzt wird diese durch die
Wire, welche als weltweit
wichtigste Messe der Draht- und
Kabelindustrie gilt.
Veranstaltungsort: Messe Düsseldorf
Am Staad (Stockumer Höfe)
D-40474 Düsseldorf
Weitere Infos:
www.wire.de
www.tube.de
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Bilder: Deutsche Messe
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NACHGEFRAGT
Prof. Berna Berna Özkale Edelmann und Doktorand
Philipp Harder diskutieren im Microrobotic
Bioengineering Lab wissenschaftliche Ergebnisse.
«UNSERE
ROBOTER SIND
WEICHE
KUGELN»
Forschende der Technischen Universität
München haben den weltweit ersten Mikroroboter
entwickelt, der im Zellverbund navigieren
und einzelne Zellen gezielt thermisch
stimulieren kann. Im Gespräch mit dessen
Erfinderin Professorin Berna Özkale Edelmann
und Doktorand Philipp Harder, der die
Technologie mitentwickelt hat.
Von Markus Back
Sie sind Bioingenieurin und Professorin für Nano- und
Mikrotechnik. War das schon immer Ihr Berufswunsch
oder sind Sie eher zufällig in dieser Disziplin gelandet?
Özkale Edelmann: Ich war schon immer von kleinen Organismen
fasziniert. Weil mich zudem interessierte, wie man
diese synthetisch herstellen kann, war mein Weg ins Bio-Engineering
vorgegeben. Diese Entscheidung war rückblickend
richtig. Noch heute begeistern mich synthetische Materialien
und deren Schnittstellen zu Zellen.
Wie kamen Sie auf die Idee, Mikroroboter herzustellen?
Özkale Edelmann: Während meiner Doktorarbeit an der ETH
Zürich befasste ich mich mit nano-grossen Mikrorobotern.
Gegen Ende meiner Doktorarbeit fragte ich mich, wie man
diese wohl im Bio-Engineering einsetzen könnte. Später,
während meiner Zeit in Harvard, zeigte sich, dass sich diese
sehr gut für die Forschung an einzelnen Zellen eignen. Wir
wissen heute zwar enorm viel über die Zellfunktionen, diese
Erkenntnisse basieren aber zumeist aus der Forschung an
grossen Zellverbunden. Weil aber bereits einzelne Zellen
sehr unterschiedlich sein und reagieren können, ein gutes
Beispiel ist Krebs, braucht es einen genaueren Blick auf die
einzelne Zelle. Daher habe ich mit Philipp eine mikrorobotische
Technologie entwickelt, die beweglich sowie drahtlos
ist und die es uns gestattet, mit einzelnen Zellen zu kommunizieren.
Aufbau eines Mikroroboters
Selbst mit der Voranstellung «Mikro» verbinden vermutlich
viele den Begriff «Roboter» mit Zahnrädern, Gelenken und
Antriebsmotoren. Wie hat man sich aber einen Roboter
vorzustellen, der lediglich eine Grösse von 30 Mikrometern
aufweist?
Özkale Edelmann: Unser Ansatz beruht auf einer Mikrokomponente,
einem Mikroskop, einem Laser als Aktuationskomponente
sowie einem Computer. Der Unterschied im Vergleich
zum Industrie-Roboter ist die Anordnung der
Komponenten. Der Industrie-Roboter integriert die allermeisten
dieser Komponenten, während bei unserer Lösung
bis auf den Antrieb alles ausserhalb des Mikroroboters platziert
wird.
Habe ich das richtig verstanden, die «Zahnräder» und
«Gelenke» sind, um beim eben beschriebenen Bild zu
bleiben, ausserhalb?
«Bei zu hohen Temperaturen
explodieren
die Mikroroboter.»
Philipp Harder, Doktorand an der TUM
Harder: Ja, das kann man so sagen. Allerdings erfordert die
Miniaturisierung spezielles Engineering und angepasste
Methoden, da es bei dieser Grössenordnung keinen Sinn
macht, Zahnräder, Gelenke und Computer-Hardware einsetzen
zu wollen – egal, ob inner- oder ausserhalb des Roboters.
Wir müssen daher anders denken und uns gute Alternativen
überlegen. Für den Antrieb setzen wir beispielsweise auf
den physikalischen Prozess der Konvektion. Daher wäre es
falsch, sich unsere Mikroroboter wie Industrie-Roboter vorzustellen.
Tatsächlich handelt es sich bei diesen vielmehr
um weiche Kugeln, die auf einem Hydrogel mit plasmonischem
Nanomaterial und einem thermosensitiven Farbstoff
basieren, der die Temperatur messen kann.
Sie haben ein Verfahren entwickelt, um die Mikroroboter in
grosser Masse zu fertigen. Was waren hierbei die Herausforderungen?
Özkale Edelmann: Die homogene Fertigung ist entscheidend,
damit jeder Mikroroboter und jede Komponente gleich ist –
nur das gewährleistet eine Reproduzierbarkeit bei unserer
Forschung. Anfangs haben wir uns äusserst schwergetan,
diese Homogenität in grosser Masse zu erreichen.
Müssen Sie für die Herstellung der Mikroroboter in den
Reinraum oder geht das im gewöhnlichen Labor?
Özkale Edelmann: Die Mikrofluidik-Chips produzieren wir
im Reinraum. Sind diese fertig, können wir sie aber unter
normalen Laborbedingungen weiterverarbeiten. Für die Zellkulturen
und die Zellarbeit benötigen wir darüber hinaus
spezielle Labore.
So bewegen sich Mikroroboter
Ist die Mikrofluidik das antreibende System für Ihre
Roboter?
Harder: Das mikrofluidische System benötigen wir für die
homogene Fertigung der Mikroroboter, es ist aber nicht für
deren Antrieb verantwortlich. Dieser erfolgt durch Konvektion,
indem wir bestimmte Bereiche der 30 Mikrometer grossen
Kugeln gezielt erhitzen. Diese Hitze verteilt sich
schliesslich in der Flüssigkeit und erzeugt einen Konvektionsstrom
von heiss nach kalt. Je nachdem, wohin der Laser
strahlt, lassen sich die Kugeln im Raum bewegen. Zielen wir
mit dem Laser beispielsweise auf den Pol, bewegt sich der
Mikroroboter vertikal, durch das Zielen auf die Äquatorränder
in die entsprechende Gegenrichtung.
Haben die Mikroroboter eine maximale Reichweite oder
lassen sie sich beliebig weit bewegen?
Harder: Die Reichweite ist von der des eingesetzten Mikroskops
abhängig. Innerhalb einer Zellkultur können wir diese
drei bis vier Zentimeter weit bewegen. Tatsächlich gibt es
jedoch keine Begrenzung, solange ausreichend Energie in
Form eines Lasers vorhanden ist. Allerdings müssen wir
hierbei aufpassen, dass wir die Mikroroboter nicht überhitzen,
da diese auf Algen basieren und bei Temperaturen über
100 Grad Celsius explodieren.
Einsatzgebiete der Mikroroboter
Ihre Mikroroboter könnten den Weg für neue Behandlungsmethoden
von Krankheiten ebnen. An welchen Methoden
forschen Sie konkret?
Özkale Edelmann: Ein grosses Ziel ist die Behandlung von
Krankheiten im Körper. Auf dem Weg dorthin gilt es allerdings
noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Im Moment
setzen wir unsere Technologie hauptsächlich in der
Krebsforschung ein. Dort versuchen wir zu verstehen, wie
42 #026
#026 43

NACHGEFRAGT
Messe Frankfurt Group
Krebszellen auf Temperaturveränderungen oder auf mechanische
Reize reagieren und wie diese miteinander kommunizieren.
Ein weiteres Ziel ist es, die Mikroroboter als «Zell-
Taxi» zu nutzen, um Zellen gezielt in spezifische Umgebungen
zu bewegen und dort kleine Gewebe zu konstruieren.
Wie viele Mikroroboter lassen sich pro Produktionslauf
herstellen und viele von ihnen würden theoretisch benötigt,
um einen 1 Cent grossen Zellverbund zu behandeln?
Harder: Wir benötigen etwa eine halbe Stunde für die Herstellung
von zwei Millionen Mikrorobotern. Um das Volumen
eines 1 Cent grossen Bereichs auszufüllen, braucht es etwa
1,5 Millionen Mikroroboter.
Und was kostet die Herstellung einer solchen Charge?
Özkale Edelmann: Wenn man den Aufwand für die Forschung
aussen vorlässt, nicht sehr viel. Die Hauptmaterialien
für die Produktion sind nicht teuer, aber die eigentliche
Vorbereitung für den Fertigungsprozess dauert knapp eine
Woche.
Skalierbarkeit des Fertigungsverfahrens
Lässt sich dieses Verfahren bei Erfolg schnell skalieren
oder ist dieses zu komplex?
Özkale Edelmann: Unsere Mikrogel-Plattform ist vielseitig
und nach den besprochenen Anfangsschwierigkeiten beherrschen
wir den Prozess inzwischen sehr gut. Die Herstellung
des Mikrofluidiksystems in grösseren Volumen stellt
aus unserer Sicht kein Problem dar.
Wie lange hat es von der Idee bis zur Entwicklung des
Prototyps gedauert?
Harder: Am Design haben wir rund ein halbes Jahr gearbeitet,
knapp ein weiteres halbes Jahr haben wir experimentiert,
bis wir die gewünschten Ergebnisse erreicht hatten. In
diesem Jahr haben wir aber nicht ausschliesslich an den
Mikrorobotern geforscht, sondern auch andere universitäre
Aufgaben wahrgenommen.
Was passiert mit den Mikrorobotern im Körper? Lösen
sich diese nach einer gewissen Zeit auf oder müssen sie
entfernt werden?
Özkale Edelmann: Diese Ausbaustufe ist nicht für den Einsatz
im Körper gedacht. Will man Mikroroboter dort einsetzen,
bedarf es eines Rückholungssystems. Da sich die chemischen
und mechanischen Eigenschaften dieser
Materialien sehr gut kontrollieren lassen, könnten die Hydrogele
auch aufgelöst werden.
Die weitere Forschung
Wie geht es mit Ihrer Forschung weiter?
Özkale Edelmann: Aktuell befinden wir uns in einer spannenden
Phase. Einerseits konstruieren wir mit den Mikrorobotern
Gewebe, wobei wir uns auf die Stammzellen fokussieren.
Andererseits forschen wir an kleinen Tumoren, um zu
verstehen, wie Krebszellen auf Temperaturveränderungen
reagieren. Zudem untersuchen wir, wie einzelne Zellen in Tumoren
miteinander kommunizieren.
Sind Sie hierfür mit Onkologen im Austausch?
Özkale Edelmann: Es gibt einen Austausch, dieser ist aber
nicht intensiv. Bisher lag unser Fokus auf der Technologie
und dem Machbarkeitsnachweis. Dieser Austausch dürfte
aber im laufenden Jahr deutlich zunehmen.
Über den Sinn weiterer Miniaturisierung
Sind die Mikroroboter für Ihre Zwecke klein genug oder
dürfte es noch kleiner sein?
Özkale Edelmann: Für mich ist die erreichte Grösse ausreichend.
Unser Ziel ist es ja, einzelne Zellen zu erforschen
und hierfür müssen die Mikroroboter den Zellen ähnlich
sein, sowohl in der Grösse als auch in den mechanischen
Eigenschaften.
Harder: Theoretisch liessen sich die Roboter weiter auf 20
oder sogar 10 Mikrometer Grösse verkleinern. Für mich persönlich
wäre es interessant zu sehen, was passiert, wenn
diese nur noch 10 Mikrometer gross sind, da es eine andere
Skala ist. Aber eine weitere Miniaturisierung macht für die
Forschung im Moment überhaupt keinen Sinn, weil es für
belastbare Resultate eine nahezu identische Grösse braucht.
Sind die Mikroroboter zu klein oder zu gross, werden diese
von den Zellen anders wahrgenommen, was die Ergebnisse
verfälschen könnte.
«Die Herstellung
grösserer Volumen
stellt kein Problem dar.»
Berna Özkale Edelmann, Professorin für
Nano- und Mikrotechnik an der TUM
Können Sie das mit der Wahrnehmung der Mikroroboter
durch die Zellen etwas genauer beschreiben?
Özkale Edelmann: Eine einzelne Zelle kann die Krümmung
oder die Oberfläche eines Objektes in ihrer Umgebung spüren
und darauf reagieren. Einige Zelltypen, wie zum Beispiel
Immunzellen oder Makrophagen, zeigt unsere Forschung,
reagieren auf kleinere Objekte anders als auf gleichgrosse.
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Was ist aus Ihrer Sicht abschliessend unbedingt noch zu
diesem Thema zu sagen?
Özkale Edelmann: Ich finde die Analogie zwischen grossen
Industrie-Robotern und unseren Mikrorobotern sehr anschaulich.
Wir verwenden kleinere Roboter, um Zellen zu
manipulieren. Die von uns entwickelte Technologie ist aber
kein eigenständiges Therapieverfahren, sondern ein Enabler
für neue Therapien.
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Harder: Es ist schwierig, den Unterschied zwischen herkömmlichen
Industrie-Robotern und Mikrorobotern für biologische
Anwendungen zu vermitteln. Ich hoffe, dass dieses
Interview dabei hilft, ein besseres Verständnis für unsere
Arbeit zu schaffen.
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darüber, wie warm er ist. Bilder: TUM
Technische Universität München (TUM)
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44 #026
#026 45

UPTOWNBASEL UND UND DIE DIE QUANTENTECHNOLOGIE
AUS DISPONENTEN
WERDEN SIMULATIONS-
EXPERTEN
Die Logistikbranche verfügt über erhebliches Potenzial. Beispielsweise
könnte die Analyse umfangreicher Datenmengen zu präziseren Prognosen
führen. Was derzeit noch als Vision gilt, könnte durch den Einsatz von
Quantencomputern in absehbarer Zukunft Wirklichkeit werden. Erste
beeindruckende Anwendungen sind bereits realisiert worden.
Von Eugen Albisser
Diese Serie über
Quantentechnologien
entsteht in
Zusammenarbeit mit
uptownBasel
In der Schweiz sichert die Logistikbranche
etwa 185‘800 Arbeitsplätze,
mit führenden Unternehmen wie
Post, Planzer, SBB, Bertschi, Hupac,
Galliker und Rhenus Alpina. Die
Branche zeigt sowohl national als
auch international ein kontinuierliches
Wachstum. Trotz dieser expansiven
Entwicklung hat die Logistikbranche
ihr inhärentes Potenzial
bislang jedoch noch nicht vollständig
realisiert.
Trotz fortschrittlicher Entwicklungen
in der Logistikbranche sind Lastkraftwagen
häufig Staus ausgesetzt, die Tourenplanung
erweist sich als suboptimal,
und der Laderaum wird nicht maximal
effizient genutzt. Zur Optimierung dieser
Planungen ist die Verarbeitung umfangreicher
Datenmengen erforderlich. Diese
Systeme sind aufgrund ihrer Komplexität
besonders herausfordernd, da sie in
einem idealen Szenario sämtliche relevante
Variablen berücksichtigen müssten
– von meteorologischen Bedingungen
über personelle Ausfälle aufgrund
von Krankheiten bis hin zu Unfällen und
Betriebsstörungen – und dabei die Möglichkeit
bieten sollten, Anpassungen in
Echtzeit zu implementieren.
Kevin Steiner, im Bereich Digital
Innovation beim Transport- und Logistikunternehmen
DSV A/S tätig, hebt
hervor, dass sich sein Unternehmen
diesbezüglich auf drei Schlüsselthemen
konzentriert: Künstliche Intelligenz,
Echtzeit-Lieferkettenmanagement und
Vorhersagbarkeit. Zur Verbesserung
der Vorhersagbarkeit nennt er eine Pilotstudie
mit einem Spezialisten, der
externe Daten analysierte, um potenzielle
Störungen in der Lieferkette, wie
Naturkatastrophen oder Streiks, vorherzusehen.
Diese Fähigkeit, Ereignisse
zu antizipieren, böte Kunden einen
signifikanten Mehrwert durch erhöhte
Planungssicherheit. Allerdings erfordert
die Verarbeitung und Analyse
der dafür notwendigen umfangreichen
Datenmengen weit mehr als die Kapazitäten
konventioneller Computersysteme
bieten können.
Präzise Informationen
zeitnah bereitstellen
Der zukünftige Einsatz von Quantencomputern
könnte hier eine Schlüsselrolle
spielen. Christopher Pawlak,
External Manufacturing Lead beim Pharmakonzern
Bayer, unterstreicht die Bedeutung
des Quantencomputings für die
Bewältigung von Informationsflut und
Entscheidungsfindung in der Logistik.
«Obwohl wir über umfangreiche Daten
und Lösungen verfügen, stehen wir vor
der Herausforderung, diese effektiv zu
verarbeiten. Die Mitarbeiter, die direkt
mit diesen Daten arbeiten, finden es
schwierig, dem Management präzise
und aussagekräftige Informationen zeitnah
bereitzustellen – ein nicht zu unterschätzendes
Problem», erklärt Pawlak. Er
ist überzeugt, dass Quantencomputing
entscheidend dazu beitragen kann, fortschrittliche
Vorhersagemodelle zu entwickeln
und subtile Signale zu erkennen,
die für die Optimierung logistischer Prozesse
von entscheidender Bedeutung
sind. «Mit Quantencomputing könnten
wir zum Beispiel Verhaltensänderungen
aufgrund von gesundheitlichen Entwicklungen
vorhersagen, indem wir Daten
aus dem Internet analysieren», fügt
Pawlak hinzu.
Sollte die Entwicklung wie vorgesehen
vorangehen, würde aus Disponenten Simulationsexperten,
die in Sekundenschnelle
Simulationen mit Tausenden
von Touren und Hunderten von Lkw
durchführen könnten. Innerhalb von 30
Sekunden können sie die Ergebnisse der
ersten Simulation analysieren und mit
den Ergebnissen weiterer Simulationen,
die auf unterschiedlichen Parametern
basieren, vergleichen, um die optimale
Lösung zu identifizieren – sei es in Bezug
auf CO 2-Emissionen oder die Effizienz
der Routenplanung. Dieser Paradigmenwechsel,
der die Nutzung von Technologie
in Sekunden statt Stunden ermöglicht,
ist beachtlich.
Die Zukunft der Logistik
durch Quantentechnologie
Route von 2300 km auf 1000 km verkürzt
Ein illustratives Beispiel für die Anwendung
des Quantencomputings in
der Logistik zeigt Airbus bei der Optimierung
der Frachtbeladung. Die
Herausforderung bestand darin, eine
bestimmte Anzahl von Containern verschiedener
Grössen effizient in einem
Flugzeug zu verteilen. Dabei ist es entscheidend,
dass der Schwerpunkt der
Ladung auf den Massenmittelpunkt
des Flugzeugs ausgerichtet ist, um ein
Ungleichgewicht zu vermeiden. Die
Aufgabe erfordert eine ausgeklügelte
Planung, da die Container unterschiedliche
Dimensionen aufweisen und
nicht alle an derselben Stelle innerhalb
des Flugzeugs platziert werden können.
Innerhalb einer Woche wurde hier
eine massgeschneiderte Lösung entwickelt,
die es ermöglicht, die Ladung
unter Berücksichtigung aller physikalischen
und logistischen Einschränkungen
optimal zu verteilen.
Ein weiteres beeindruckendes Beispiel
für den Einsatz von Quantencomputing
in der Optimierung logistischer
Prozesse ist der Fall von
Groovenauts. In Zusammenarbeit
mit dem Quantenrechnerhersteller
D-Wave gelang es dem japanischen
Unternehmen, die Routenplanung
für ihre Müllwagen erheblich zu verbessern.
Durch den Einsatz von Quantentechnologie
konnte Groovenauts
die Gesamtdistanz, die ihre Fahrzeuge
zurücklegen mussten, von 2300 auf
1000 Kilometer reduzieren. Dies führte
zu einer signifikanten Verringerung
der Anzahl der Fahrzeuge im Einsatz
um 59 Prozent und resultierte in einer
beachtlichen Reduktion der CO 2-Emissionen
um 57 Prozent. Diese Ergebnisse
unterstreichen nicht nur die Effizienz
von Quantencomputing bei der
Lösung komplexer Optimierungsprobleme,
sondern auch dessen Potenzial
zur Förderung nachhaltiger Praktiken
in der Logistikbranche.
Am Schnittpunkt von Innovation und Industrie fand kürzlich die Veranstaltung «Superposition
Logistics» in uptownBasel (Arlesheim) statt, organisiert von QuantumBasel, «Plug and
Play Tech Center» und dem Verein «Netzwerk Logistik Switzerland». Diese Konferenz
beleuchtete die Verbindung zwischen Quantentechnologien und der Logistikbranche. Mit
zwei Panels und einer intensiven Feedback-Diskussion tauchten die Teilnehmer tief in die
aktuellen Herausforderungen und das Potenzial des Quantencomputings für die Logistik
ein. Dieser Artikel entstand auf Basis dieser Panels. www.quantumbasel.com
46 #026
Bild: Pixabay
#026 47

Wissenswertes
NUR EIN DRITTEL DER SCHWEIZER UNTERNEHMEN DIGITAL AUF KURS
In Kooperation mit Swiss ICT hat ein
Team von Forschenden der Berner
Fachhochschule BFH und der
Fachhochschule Nordwestschweiz
FHNW eine Studie mit dem Titel «Digital
Excellence Report 2023» verfasst.
Basierend auf der Selbsteinschätzung
von Unternehmen und Verwaltungen
beleuchtet diese den digitalen Reifegrad
für den Werkplatz Schweiz.
Für die Studie haben die Autoren die
Daten von über 600 Schweizer Unternehmen
und von über 1300 Befragungsteilnehmenden
analysiert. Die
Auswertung zeigt ein überraschend
homogenes, aber gleichzeitig beunruhigendes
Bild: In allen Branchen gibt
es signifikanten Handlungsbedarf.
Nur ein Drittel der Unternehmen ist
auf Kurs und lediglich ein Prozent der
Organisationen weit fortgeschritten.
Dagegen hat ein Viertel der Unternehmen
sehr grossen Handlungsbedarf.
Es lassen sich drei Gruppen von Unternehmen
unterscheiden, die ähnlich
gross sind. Die erste Gruppe der Unternehmen
(35%) kommt mit der digitalen
Transformation gut zurecht und meistert
die Herausforderungen bislang erfolgreich.
Die zweite Gruppe (39%) besteht
aus Unternehmen, welche
kleinere, aber sich summierende Defizite
haben. Die eine Hälfte dieser Unternehmen
sieht in der digitalen
Transformation eine besonders hohe
Relevanz, die andere Hälfte sieht eine
durchschnittliche Relevanz. Die dritte
Gruppe (26%) besteht aus Unternehmen,
die weit entfernt vom anvisierten
Transformationsgrad sind. Charakteristisch
für diese ist, dass für sie die
digitale Transformation überdurchschnittlich
relevant ist, sie aber trotzdem
zum letzten Fünftel in Bezug auf
den Maturitätsgrad zählen.
www.swissict.ch
GRUNDLEGENDE GLEICHUNG FÜR SUPRALEITENDE
QUANTENBITS MUSS KORRIGIERT WERDEN
VOLLFORMAT-TANDEM-PV-MODUL
MIT REKORDWIRKUNGSGRAD VON 25 PROZENT
Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts
für Solare Energiesysteme
ISE fertigte aus
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen
ein PV-Modul mit einem
Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer
Leistung von 421 Watt auf einer
Fläche von 1,68 Quadratmetern. Es ist
das effizienteste Silizium-Perowskit-
Tandem-Solarmodul der Welt im industriellen
Format. Die Wissenschaftler
nutzten für die Herstellung
Anlagen, die bereits in der Massenproduktion
Anwendung finden und optimierten
die Prozesse für die Tandemtechnologie.
Da die Perowskit-Schicht der Tandemzellen
temperatursensibel ist, entwickelten
sie zum Beispiel für die Verschaltung
und Einkapselung der
Solarzellen Niedertemperatur-Prozesse,
die mechanisch besonders schonend
für die Zellen sind. Diese Prozesse
eignen sich für die industrielle
Massenfertigung und lassen sich mit
kommerziellen Anlagen umsetzen.
Zudem lassen sie sich nachträglich in
PV-Modulfertigungslinien integrieren.
Für die Ermittlung des Wirkungsgrads
setzten die Forscher einen multispektralen
Sonnensimulator ein. Dabei
wurden beide Zellschichten von
unterschiedlichen LED-Lichtquellen
unter den Bedingungen bestrahlt, unter
denen sie auch bei natürlichem
Sonnenlicht Strom produzieren würden,
um so präzise und reproduzierbar
die Leistung des Solarmoduls ermitteln
zu können. Da die aktuell standardisierten
Messmethoden nicht
vollständig auf diese neuartige Technologie
übertragbar sind, wurde das
angewendete Verfahren zusätzlich
mit Freilandmessungen validiert.
www.ise.fraunhofer.de
Mit einem Wirkungsgrad
von 25 Prozent ist das
Tandem-PV-Modul im
industriellen Massstab
das effizienteste
Silizium-Perowskit-PV-
Modul der Welt. Bild:
Fraunhofer ISE
Physiker des Forschungszentrums
Jülich und des Karlsruher
Instituts für Technologie
haben herausgefunden, dass
sich Josephson-Kontakte, die grundlegenden
Bausteine supraleitender
Quantencomputer, komplexer verhalten
als angenommen. Die einfache
Grundschwingung wird wie bei einem
Musikinstrument von Obertönen
überlagert. Mit entsprechenden
Korrekturen könnten, so die Erwartung,
nun um den Faktor 2 bis 7 stabilere
Quantenbits möglich werden.
Um ihre Erkenntnisse zu untermauern,
trugen die Wissenschaftler experimentelle
Nachweise aus mehreren
Labors weltweit zusammen, darunter
die Universität Köln, die École Normale
Supérieure in Paris und das IBM
Quantum in New York.
Josephson-Kontakte bestehen aus
zwei Supraleitern, die durch eine dünne
isolierende Schicht voneinander
getrennt sind. Seit Jahrzehnten werden
diese Schaltungselemente mit einem
einfachen Modell beschrieben,
das auf eine simple Sinuskurve hinausläuft.
Dieses Standardmodell beschreibt
die Josephson-Kontakte, die
zum Bau von Quantenbits verwendet
werden, allerdings nicht vollständig,
wie die Forschenden nun gezeigt haben.
Stattdessen ist ein erweitertes
Modell mit höheren Harmonischen erforderlich,
um den Tunnelstrom zwischen
den Supraleitern korrekt abzubilden.
Das Prinzip ist auch aus der
Musik bekannt: Wenn man die Saite
eines Instruments anschlägt,
entsteht eine
Grundschwingung, die
von mehreren solchen
Obertönen überlagert
wird.
Als die vier koordinierenden
Professoren,
Ioan Pop vom KIT sowie
Gianluigi Catelani,
Kristel Michielsen und
David DiVincenzo vom
Forschungszentrum
Jülich, die Bedeutung der Ergebnisse
erkannten, brachten sie eine grosse
Gruppe von Experten aus Experimentalphysik,
Theorie und Materialwissenschaften
zusammen, um gemeinsam
überzeugende Argumente für das
erweiterte Modell zu sammeln. Als
unmittelbare Konsequenz glauben sie,
dass die Josephson-Oberschwingungen
helfen werden, die Fehler von
Quantenbits um bis zu einer Grössenordnung
zu verringern, was ein wichtiger
Schritt hin zum supraleitenden
Quantencomputer wäre.
www.kit.edu
Unten: Durch Anregung supraleitender
Schaltungen (gelb/blau) mit Mikrowellensignalen
(roter Wellenpfeil) können
Forschende die Grundgleichung analysieren,
die den Josephson-Übergang der
Schaltung beschreibt. Rechts: Die
Forschenden haben erhebliche Abweichungen
(rote Kurve) vom sinusförmigen
Standardmodell (grüne Kurve) festgestellt.
Links: Schematische Vergrösserung eines
Tunnelübergangs, der aus zwei Supraleitern
(gelb/blau) mit einer isolierenden
Barriere dazwischen besteht. Grafik: KIT
48 #026
#026 49

WISSENSWERTES
In einer Demontageprüfung ermitteln Experten, ob und wie sich ein Produkt
tatsächlich reparieren lässt. Ergebnis der Prüfungen ist ein Bericht mit einer transparenten
Bewertung der Reparierbarkeit anhand eines Index. Bild: TÜV Rheinland
NACHHALTIGE
ROHSTOFFE FÜR
GRÜNE CHEMISCHE
INDUSTRIE
ZHAW ENTWICKELT SCHUTZSYSTEME FÜR ESS
Im schwedischen Lund entsteht mit der European
Spallation Source (ESS) derzeit die stärkste
Neutronenquelle der Welt. Diese soll der
Untersuchung von Prozessen und Materialeigenschaften
auf atomarer Ebene in den Bereichen
Medizin, erneuerbarer Energien und Quantencomputing
dienen und 2025 erstmals Spallationsneutronen
generieren. Für deren Maschinenschutzund
Personen-Sicherheitssysteme zeichnet sich
vor allem die ZHAW School of Engineering verantwortlich.
Viele der Komponenten des 600 Meter langen
Protonen-Beschleunigers sind äusserst aufwendig
realisierte Einzelanfertigungen. Wenn sich
der Protonenstrahl stark ändert, können diese
Komponenten schneller altern oder es könnte sogar
ein Loch entstehen. «Allfällige Schäden können
eine lange Abschaltung der Anlage nach sich
ziehen, was in jeden Fall vermieden werden sollte»,
erklärt ZHAW-Forscher Christian Hilbes.
Daher überwacht das Maschinenschutz-System
unzählige Parameter, die entlang des Beschleunigers
gemessen werden. Überschreiten diese bestimmte
Toleranzen, wird innerhalb kürzester Zeit
eine Strahlabschaltung durchgeführt. Da es kein
kommerziell erhältliches Maschinenschutz-System
gab, entwickelte das ZHAW-Team das Fast-Beam-Interlock-System
mit knapp 600 Hardware-
Einheiten sowie entsprechender Software. Das
System reagiert innerhalb von einigen 10 bis 100
Mikrosekunden und versucht hierbei Fehlabschaltungen
zu vermeiden.
Auch an der Auslegung, Realisierung und bei
der Nachweisführung verschiedener Personenschutz-Systeme
war das Team der ZHAW massgeblich
beteiligt. Da es um Personenschutz geht,
primär um den Schutz vor Strahlung, mussten für
diesen Bereich sehr strenge Vorgaben eingehalten
werden. Dazu gehören beispielsweise Regelungen,
wann sich eine Person in welchem Bereich
aufhalten darf.
www.zhaw.ch
Unter anderem
in dieser Halle, die
parallel zum 600
Meter langen
Beschleuniger
läuft, werden die
Systeme der ZHAW
eingebaut.
Bild: ESS
Wie lassen sich aus Abgasen
und Abwässern E-
Treibstoffe und Biotenside
für die Industrie herstellen?
Mit dieser Frage befasst sich im neu
gestarteten Projekt Befuel ein interdisziplinäres
Konsortium koordiniert von
Fraunhofer Umsicht. Im Fokus steht die
gekoppelte bioelektrochemische Produktion,
also die Kombination von elektrochemischer
und biotechnologischer Synthese
durch Mikroorganismen.
Die Kopplung bioelektrischer Systeme
für die gleichzeitige Biokonversion mehrerer
Abfallströme ist laut Projektkoordinator
Dr. Daniel Siegmund von Fraunhofer
Umsicht einzigartig. Sie ermöglicht
die parallele Produktion mehrerer hochwertiger
Güter, senkt die Betriebskosten
und erhöht gleichzeitig die Energieumwandlungseffizienz.
Zudem lässt sich
das System dezentralisiert betreiben
und ist von Importen unabhängig, da es
beispielsweise an bestehende Klärwerke
angebunden werden kann, die CO 2 aus
Rauchgasen oder Biogasen sowie Nährstoffe
für das Wachstum der Biomasse
bereitstellen können.
www.umsicht.fraunhofer.de
REPARATURCHECK VON PRODUKTEN
Verbraucher in der Europäischen Union haben künftig ein
Recht auf die Reparatur ihrer Produkte. Das sieht ein Gesetz
vor, auf das sich das Europaparlament und der Ministerrat
Anfang Februar geeinigt haben. Defekte Waren müssen
demnach auch nach dem Ende der zweijährigen Mindestgewährleistungspflicht
innerhalb eines angemessenen Zeitraums – kostenpflichtig
– repariert werden können.
Damit Hersteller die Reparierbarkeit ihrer Produkte nachweisen
können, bietet der TÜV Rheinland nun einen neuen Service an. Die
Fachleute des weltweit tätigen Prüfunternehmens nehmen dazu Produkte
in ihren Laboren detailliert unter die Lupe und ermitteln dabei
einen Reparatur-Index. Dieser hält fest, welches die vorrangigen Tele
für die Funktion eines Produkts bei einer Reparatur sind. Herstellern
gibt die Analyse und der Reparatur-Index Auskunft über die Reparierbarkeit
und hilft ihnen damit, sich auf die neuen gesetzlichen Anforderungen
einzustellen.
Die Regelung erfasst diverse Branchen: Das Gesetz zum Recht auf
Reparatur gilt für alle Produkte, für die es in den EU-Ökodesign-Regeln-Vorgaben
zur Reparierbarkeit schon heute gibt und zukünftig
noch geben wird. Das sind derzeit beispielsweise Waschmaschinen,
Kühlschränke, Staubsauger oder auch Smartphones und Tablets. Für
Waschmaschinen sehen die Regeln etwa vor, dass sie bis mindestens
zehn Jahre nach dem Kauf reparierbar sein müssen. Falls die EU-
Kommission für weitere Geräte entsprechende Vorgaben macht, fallen
auch diese unter das Recht auf Reparatur.
www.tuv.com
50 #026

WISSENSWERTES
IMPRESSUM
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Die nächste Ausgabe
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Wissen erscheint
am 19. Juni 2024
GRÜNER STAHL AUS
GIFTIGEM ROTSCHLAMM
Bei der Produktion von Aluminium
fallen jährlich rund 180 Millionen
Tonnen giftigen Rotschlamms an.
Wissenschaftler des Max-Planck-
Instituts für Eisenforschung haben nun
aufgezeigt, wie sich aus dem Abfall der
Aluminiumproduktion auf relativ einfache
Weise grüner Stahl erzeugen lässt. In einem
Lichtbogenofen, wie ihn die Stahlindustrie
seit Jahrzehnten nutzt, wandeln
sie das im Rotschlamm enthaltene Eisenoxid
mithilfe von Wasserstoffplasma in
Eisen um. Auf diese Weise liessen sich aus
den rund vier Milliarden Tonnen Rotschlamm,
die sich bislang weltweit angesammelt
haben, knapp 700 Millionen Tonnen
CO2-freier Stahl gewinnen. Das
entspricht einem guten Drittel der jährlichen
Stahlproduktion weltweit. Und wie
das Max-Planck-Team ausserdem berechnete,
würde sich dieser Prozess auch ökonomisch
lohnen.
EUGEN ALBISSER MODERIERT WAGO TV
Mit seiner angenehmen, sachlichen Art überzeugte
Eugen Albisser schon häufiger als Moderator.
Vielen in der Branche dürfte er insbesondere
durch seine Auftritte bei diversen
Veranstaltungen von Euroforum bekannt sein. Bei diesen
führte er die Teilnehmenden unter anderem in Themen
wie «Industrie 4.0» ein.
Den Charme des gebürtigen Luzerners macht sich nun
auch die Wago Contact SA in Domdidier zunutze. Das Produktionsunternehmen
der deutschen Herstellerin für
elektrische Verbindungstechnik sowie für elektronische
Automatisierungstechnik verpflichtete den Chefredaktor
von TuW Online als Nachrichtensprecher fürs neu geschaffene
Wago TV. In dieser Funktion berichtet der Vollblut-Journalist
zunächst einmal im Monat über Neues bei
Wago Schweiz.
Themen der ersten Sendung, die Mitte März erstmals
über diverse Social-Media-Kanäle ausgespielt wurde,
waren unter anderem die Eisstadien des EHC Fribourg-
Gotteron sowie der ZSC Lions. Dabei erfuhren die Zuschauer
nicht nur spannendes hinsichtlich der verbauten
Technik, sondern interessante Details zu den
Spielstätten.
Weiterer Moderator neben Eugen Albisser ist Marc
Schöffel. Der Redaktor des Domotech, einem Fachmedium
für Gebäudetechnik, spricht die Nachrichten in Französisch
für die Zuschauer in der West-Schweiz.
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Letzte Vorbereitungen für die Aufzeichnung der
ersten Folge des Wago TV.
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Medina ist ein automatisiertes
Framework, dass es Cloud-
Service-Anbietern in Zukunft
erleichtern soll, eine EUCS-
Zertifizierung zu erlangen. EUCS steht
für «European Cybersecurity Certification
Scheme for Cloud Services» und verfolgt
das Ziel, das Vertrauen und die Kontrollmöglichkeiten
der Anwender von
Cloud-Services zu erhöhen. Das jetzt vorgestellte
Framework legt dafür einerseits
Sicherheitsstandards in Cloud-Umgebungen
fest und umfasst andererseits
Werkzeuge, Techniken und Prozesse,
welche die Sicherheit in Clouds messbar
machen. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte
und Integrierte Sicherheit AI-
SEC brachte bei diesem europäischen
Forschungsprojekt seine Expertise aus
der Cybersicherheitsforschung mit ein.
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KLIMANEUTRALE PRODUKTION
«DC-FABRIKEN
SIND NUR NOCH
EINE FRAGE DER ZEIT»
Die Umstellung auf eine klimaneutrale Produktion ist nicht kostenlos.
Anderseits schlummern in vielen Unternehmen gewaltige Einsparpotentiale.
Welche das sind und wie die Fertigung von morgen aussehen könnte,
beschreibt Mark Richter, Geschäftsfeldleiter «Klimaneutraler Fabrikbetrieb»
am Fraunhofer IWU, im Interview.
Was hat man sich unter dem Begriff «Klimaneutrale
Produktion» vorzustellen?
Diese Frage stelle ich oft zu Beginn meiner Vorträge, da in
der öffentlichen Diskussion die Begriffe Klimaneutralität,
CO 2 -Neutralität oder Netto-Null-Treibhausgasemissionen
gerne durcheinandergebracht werden. Klimaneutralität bedeutet,
dass vom Menschen verursachte Aktivitäten keinen
Nettoeffekt aufs Klima haben, was ein ambitioniertes Ziel ist.
CO 2 -Neutralität und Netto-Null-Treibhausgasemissionen
sind ebenso klar definiert und bereits in Normen und Standards
abgebildet. Die Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten,
verbinden mit der klimaneutralen Produktion
zumeist CO 2 -Neutralität.
Von Markus Back
Welches sind die Hauptquellen für Treibhausgasemissionen
in der Industrie?
Zunächst einmal vorweg: Es geht voran bei der Reduktion
der CO 2 -Emissionen! In Deutschland ist die Energiewirtschaft
der grösste Verursacher, gefolgt von der Industrie,
dem Verkehr, den Gebäuden und der Landwirtschaft. In der
Industrie sind vor allem energieintensive Prozesse wie die
Stahl-, Aluminium- und Glasherstellung hauptverantwortlich
für die Emissionen. Wir am Fraunhofer IWU fokussieren
uns eher auf Fabriken mit diskreten Fertigungsprozessen,
um bei diesen Klimaneutralität zu erreichen. Spürbare Effekte
stellen sich umso mehr ein, je breiter unsere Lösungen
eingesetzt werden.
Energieeffiziente Prozesse meist
eine Seltenheit
Welche Ansätze gibt es, um in der Energieerzeugung oder in
Fabriken Klimaneutralität zu erreichen?
Der erste Schritt ist es, bestehende Prozesse effizienter zu
gestalten. Der zweite ist die Nutzung emissionsärmerer
Energieträger und erneuerbarer Energien, die direkt auf dem
Fabrikationsgelände erzeugt werden. Weitere Massnahmen
umfassen organisatorische Veränderungen in Unternehmen,
beispielsweise durch die Reduktion von Dienstreisen.
Sie unterstützen Unternehmen auf ihrem Weg hin zur
Klimaneutralität. Mit welchen Vorstellungen kommen diese
zu Ihnen?
Häufig enthalten diese Anfragen Schlagwörter wie Energiespeicher
oder Wasserstoff. Allerdings raten wir jedem Unternehmen,
zunächst seine Effizienzpotenziale zu nutzen und
erneuerbare Energien sowie Speichertechnologien zu verwenden,
bevor diese in komplexere Lösungen investieren.
«Der erste Schritt
hin zur klimaneutralen
Produktion sind
effiziente Prozesse.»
Mark Richter, Fraunhofer IWU
Wenn Sie einen solchen Rat erteilen, scheint hinsichtlich
Energieeffizienz noch vieles im Argen zu liegen.
Wir kommen heute noch in Unternehmen, deren einzige
Transparenz die Rechnung ist, die sie einmal im Jahr für die
bezogene Energie erhalten. Die wissen gar nicht so genau,
wo die Energie hingeht, weshalb wir erst einmal analysieren
müssen. Dafür haben wir Methoden und Vorgehensweisen
entwickelt, in die mehr als 15 Jahre Forschung und Erfahrung
eingeflossen sind und die es uns ermöglichen, individuelle
Lösungen zu entwickeln.
Gibt es Effizienzmassnahmen, die jedes Unternehmen
anwenden kann?
Eine pauschale Lösung gibt es nicht, da jedes Unternehmen
eigene Voraussetzungen hat. Was oftmals erste grosse Erkenntnisse
bringt, ist eine Analyse des Energieverbrauchs.
Bei einer solchen unterscheiden wir zwischen wertschöpfenden
und nicht wertschöpfenden Zeiten. Während in den
wertschöpfenden Phasen der Energieverbrauch unvermeidlich
ist, sieht das während der Stillstandzeiten, seien diese
geplant oder ungeplant, anders aus. Hier kann das Abschalten
oder Standby-Schalten von Maschinen und Anlagen erhebliche
Effizienzsteigerungen bringen. Genau dort sehen
wir ein grosses Potenzial für Verbesserungen, da in vielen
Unternehmen die Maschinen immer noch durchgängig laufen,
auch wenn nicht produziert wird.
Wie ist in diesem Zusammenhang der Standard «Profi
Energy» zu bewerten, den die Profibus Nutzerorganisation
bereits vor über zehn Jahren verabschiedet hat?
Es ist ein effektives System mit einem Schönheitsfehler. Der
Standard funktioniert gut bei Einzelkomponenten, stösst
aber in vernetzten Anlagen an seine Grenzen. Das zeigte sich
54 #026
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KLIMANEUTRALE PRODUKTION
während eines Projekts, bei dem wir die Potenziale zur Effizienzsteigerung
in einer Türfertigungsanlage eines Automobilherstellers
untersuchten. Es war nicht möglich, die komplette
Anlage automatisiert hoch- und herunterzufahren, da
die eingesetzten Anlagenteile in einer bestimmten Reihenfolge
zu schalten sind. Ab- und Zuschaltungen derart komplexer
Anlagen sind nur durch die Nutzung eines Anlagenmodells,
welches unter anderem die notwendigen,
Schaltreihenfolgen abbildet, möglich. Die von uns entwickelte
Lösung hat sich bewährt und kommt heute bereits vielfach
in komplexen Anlagen zum Einsatz.
Prozesswärme verpufft ungenutzt
In vielen Unternehmen ist die Prozesswärme ein Abfallprodukt.
Welche Möglichkeit bietet diese, Infrastrukturen
effizienter zu betreiben?
Das Potenzial ist gross. Beispielsweise kann mit der
Abwärme von Maschinen und Anlagen in einer Fabrik die
Wärmeversorgung des Gebäudes unterstützt werden. Eine
solche Nutzung sollte aber schon bei der Gebäudeplanung
berücksichtigt werden, um den bestmöglichen Effekt zu
erzielen. Leider geschieht das in der Praxis noch viel zu
selten, weshalb wir das besser in die Köpfe der Planer
bringen müssen.
Zur Person
Mark Richter, Jahrgang 1972, ist Geschäftsfeldleiter
«Klimaneutraler Fabrikbetrieb» am
Fraunhofer IWU in Chemnitz. Nach seinem
Studium der Elektrotechnik an der Westsächsischen
Hochschule Zwickau fi ng er im Jahr 2000
am Fraunhofer-Institut zunächst als Entwickler in
der Automatisierungstechnik an. Dieser Position
folgten die Verantwortung als Gruppenleiter für
«Energie- und Prozesstechnik» und später
«Energiesysteme in der Produktion». 2019
übernahm er in der «Zukunftsfabrik» zunächst
die Position des Abteilungsleiter und bald darauf
als Hauptabteilungsleiter. Seit Januar 2022 ist er
in der aktuellen Position tätig. Ehrenamtlich leitet
er seit 2014 den Arbeitskreis «Energieeffi ziente
Produktion» des eingetragenen Vereins Energy
Saxony und ist Mitglied im VDE.
Uns selbst nehme ich da übrigens nicht aus. Derzeit erweitern
wir unseren Institutsteil in Dresden und auch hier zeigt
sich die Herausforderung, allen Beteiligten bewusst zu machen,
dass es nicht mehr nur um in der Vergangenheit bewährte
Konzepte gehen kann. Wir ermutigen die Gewerke,
miteinander zu sprechen und Synergien zu schaffen anstatt
isoliert zu arbeiten. Eine stärkere Verknüpfung von Produktionstechnik,
Produktionsinfrastruktur und Gebäudeinfrastruktur
birgt enorme Einsparpotentiale. Ein einfaches Beispiel
ist ein automatisches Herunterfahren der Klimatisierung
in Gebäudeteilen, in denen gerade die Produktion
ruht.
Sie sprechen von Synergien zwischen Heizungs-, Lüftungs-,
Klima- und Elektrounternehmen. Wie könnte eine
solche Synergie aussehen?
Leider gibt es hierauf keine Pauschalantwort. Es sind immer
individuelle, kreative Ansätze erforderlich, weil diese Synergien
von den spezifischen Prozessen sowie deren energetischen
Signaturen abhängig sind. Doch eines haben diese
Lösungen gemein; ihnen geht eine gründliche Analyse der
energetischen Anforderungen und der «Abfallenergie», beispielsweise
die Abwärme, voraus.
Wasserstoff als Energiespeicher
An welchen neuen Technologien und Verfahren wird global
geforscht und woran forschen Sie am Fraunhofer IWU?
International gibt es unterschiedliche Schwerpunkte in der
Energieforschung, die oft politisch geprägt sind. In Deutschland
liegt der Fokus aufgrund der Energiewende vor allem
auf der industriellen Produktion.
Bilder: Fraunhofer IWU
Ein aktueller Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Entwicklung
von Transferpfaden zur Unterstützung von Unternehmen
auf dem Weg zur CO 2 -Neutralität. Dazu zählt unter anderem
die breitere Nutzung von Energiespeichern in der
Produktion, woran wir beispielsweise gerade im Projekt ESiP
arbeiten. Energiespeicher lassen sich für die Lastspitzenkappung
und die Grundlastsenkung in Fabriken nutzen und
ermöglichen so eine Reduktion des Gesamtenergiebedarfs.
Für die optimierte Nutzung erneuerbarer Energie, die am Wochenende
erzeugt und vorübergehend gespeichert wird, können
Energiespeicher ebenfalls sinnvoll eingesetzt werden.
«Mit ausreichend
erneuerbarer Energie
ist der Wirkungsgrad
am Ende zweitrangig.»
Mark Richter, Fraunhofer IWU,
über Wasserstoff als Energiespeicher
Für die Speicherung der am Wochenende erzeugten Energie
reichen vermutlich keine gewöhnlichen Batterien. Wie
könnte ein idealer Energiespeicher aussehen?
Wir sehen ein grosses Potential in Wasserstoff. Derzeit bauen
wir ein H 2 -Kraftwerk, das als Demonstrator dienen und
die Möglichkeiten von Wasserstoff als Energiespeicher aufzeigen
soll. Dieser Demonstrator ermöglicht die Erzeugung
sowie die Speicherung von Wasserstoff und ebenso dessen
Rückverstromung über ein Brennstoffzellensystem.
Wie sieht es mit den Wirkungsgraden aus? Diese sind bei
der Wasserstofferzeugung nicht unbedingt ideal?
Das mag jetzt überheblich klingen, aber mit ausreichend erneuerbarer
Energie ist der Wirkungsgrad am Ende zweitrangig.
Zudem schreitet die Entwicklung und Optimierung dieser
Systeme voran. Der Schlüssel liegt darin, diese Systeme
massenmarkttauglich zu fertigen. Das ist nämlich im Moment
der Knackpunkt. Es gibt zwar viele Lösungen, die vom
Tischsystem bis hin zum Schiffscontainer reichen, aber sie
alle entstehen in Manufakturfertigung mit sehr geringem
oder einem Automatisierungsgrad gleich null. Daher konzentriert
sich unsere Forschung darauf, Produktionsprozesse
zu entwickeln, die es erlauben, diese Systeme massenmarktfähig
zu bauen, so wie es heute bei den Autos der Fall
ist. Dadurch werden die Preise dauerhaft sinken.
Was ist die Herausforderung bei der Integration von
Energiespeichern?
Als wir in das Thema einstiegen, haben wir hierzu Elektrokonstrukteure
von Maschinen und Anlagen befragt und als
eine grosse Herausforderung nannten sie uns die Speicherauslegung.
Meist finden solche Kalkulationen in Excel statt,
was häufig zu überdimensionierten Systemen führt. Daher
entwickeln wir aktuell ein Werkzeug, das Konstrukteure bei
der Speicherauslegung unterstützt. Dieses schlägt den idealen
Speichertyp, die Dimension und Betriebsführungsmodi
für eine spezifische Anforderung vor, damit der bestmögliche
Nutzen erreicht wird.
DC-Versuchsfabrik in Chemnitz
Innerhalb des Fraunhofer-Verbunds ist die DC-Fabrik ein
grosses Thema. Was ist hier der aktuelle Stand der Forschung?
Damit beschäftigen sich mehrere Fraunhofer-Institute.
Technisch gesehen macht der Einsatz von Gleichstrom in
Fabriken absolut Sinn. Es gibt zwar noch einige Herausforderungen,
wie zum Beispiel die dynamische Integration
neuer Teilnehmer in bestehende Systeme und damit verbunden
die Sicherstellung der Netzstabilität oder auch das Thema
Erdung.
Weiteren Forschungsbedarf gibt es zur Umrüstung bestehender
AC-Fabriken auf DC-Betrieb und wie sich diese verschiedenen
Netze parallel betreiben lassen. Für eine realitätsnahe
Forschung bauen wir derzeit eine DC-Fabrik in
Chemnitz auf. Es geht nämlich längst nicht mehr um die
Frage, ob DC-Fabriken kommen oder nicht, sondern wann.
Die Initialzündung könnte von einem Automobilhersteller
kommen, der seine nächste Fertigungslinie oder sein Werk
nur noch mit Gleichspannungsanschlüssen ausstatten will.
Herr Richter, vielen Dank für diese interessanten Ausführungen.
Was sollte aus Ihrer Sicht abschliessend unbedingt
noch zu diesem Thema gesagt werden?
Wir müssen an der Energiewende dranbleiben und diese so
gestalten, dass unsere Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben.
An deren Anfang muss aber «Efficiency First» stehen.
Ausserdem darf sich der Nachhaltigkeitsgedanke nicht nur
auf den Klimawandel beschränken, sondern muss die Kreislaufwirtschaft
miteinbinden. Den in Deutschland eingeschlagenen
Weg halte ich für richtig, da über kurz oder lang
jedes Land mit diesen Herausforderungen konfrontiert werden
wird. Wer dann bereits fertige Lösungen anbieten kann,
wird finanziell von der Klimawende profitieren.
Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
www.iwu.fraunhofer.de
Erfahren Sie unter
www.technik-und.wissen.ch,
welches für Fertigungsunter -
nehmen die grössten Hürden
beim Umstieg auf eine
klimaneutrale Produktion
sind.
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#026 57

KLIMANEUTRALE PRODUKTION
WIE KANN MAN CO 2
IN TREIBSTOFF UMWANDELN?
Ist es möglich, CO 2 wieder in Treibstoffe oder andere nützliche Chemikalien
umzuwandeln? Durchaus, aber wir können noch nicht genau kontrollieren,
welche Chemikalien dabei entstehen. Empa-Forscher Alessandro Senocrate
sucht nach Materialdefekten, die uns dabei helfen könnten.
Alessandro Senocrate vom Energy Conversion Labor der Empa
in Dübendorf. Bild: Empa
cherung. Die Infrastruktur für den Transport und die
Aufbewahrung von Synfuels ist bereits vorhanden, denn
sie unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung kaum
von fossilen Treibstoffen. Das Einzige, was noch fehlt, ist
die Fähigkeit, sie im grossen Stil herzustellen. Senocrate
ist indes optimistisch: «Ich forsche erst seit wenigen Jahren
auf diesem Gebiet, und trotzdem habe ich schon massive
Fortschritte erlebt», sagt der Wissenschaftler. «Natürlich
wird es auch einen grossen politischen und
gesellschaftlichen Wandel brauchen. Aber aus der Sicht
der Materialwissenschaft ist der Fortschritt rasant.»
Empa Forscher analysieren in diesem System
mehrere Plattformchemikalien gleichzeitig.
Bild: Empa
Können wir die Verbrennung von Erdöl, Erdgas und
Kohle einfach rückgängig machen? Mit einer erneuerbaren
Energiequelle, etwas Wasser und einem geeigneten
Katalysator könnte das überschüssige CO 2
aus der Erdatmosphäre zu einer wertvollen Ressource werden,
etwa für die Herstellung synthetischer Treibstoffe oder
«Synfuels».
An dieser vielversprechenden Idee wird weltweit geforscht,
auch an der Empa, denn die Umsetzung gestaltet
sich nicht einfach. Nimmt man beispielsweise einen Kupferkatalysator
– die am besten erforschte Art von Katalysator
für die Konversion von Kohlendioxid – erhält man bis zu 20
unterschiedliche Moleküle, von Kohlenmonoxid und Methan
bis hin zu Propanol und Essigsäure. «Manche dieser Verbindungen
sind bei Raumtemperatur flüssig, andere gasförmig»,
sagt Empa-Forscher Alessandro Senocrate. «Es ist extrem
aufwendig, all diese Produkte voneinander zu trennen.»
An der Lösung dieses Problems will Senocrate, der im Labor
«Materials for Energy Conversion» unter der Leitung von Corsin
Battaglia arbeitet, in den nächsten vier Jahren forschen.
Ziel des Projekts ist, neuartige Katalysatoren für die CO 2 -Umwandlung
zu entwickeln. Dabei setzt Senocrate nicht beim
Material selbst an, sondern bei sogenannten Defekten. Ein
Defekt bildet sich in einem kristallinen Material zum Beispiel
dann, wenn in dessen Kristallgitter ein Atom fehlt oder
durch ein Fremdatom ersetzt wird. Diese Stellen verleihen
dem ursprünglichen Material andere Eigenschaften und
können somit als aktive Zentren fungieren, an denen die chemische
Katalyse stattfindet.
Wo Batterien nicht ausreichen
Als Erstes will der Forscher untersuchen, welche Defekte zu
welchen Reaktionsprodukten führen. «Im Idealfall können
wir mit diesen Erkenntnissen Katalysatoren designen, die
bei der Konversion von CO 2 spezifische Moleküle liefern, anstatt
ein Gemisch», erklärt er. Einige mögliche Zielmoleküle
sind für die Industrie von besonderem Interesse. Dazu gehören
etwa Kohlenmonoxid und Ethylen. Diese Moleküle
sind Plattformchemikalien: Sie sind die Ausgangsstoffe für
zahlreiche chemische Prozesse, unter anderem bei der Herstellung
der meisten Kunststoffe. «Für solche Plattformchemikalien
haben wir bereits eine komplette Wertschöpfungskette»,
so Senocrate. «Allerdings werden sie heute fast
ausschliesslich aus Erdöl hergestellt.» Alternative, umweltfreundlichere
Quellen für kohlenstoffbasierte Chemikalien
– sei es aus der CO 2 -Konversion oder aus Biomasse – sind
also gefragt.
Nebst Kunststoffen können auch Treibstoffe aus diesen
Plattformchemikalien hergestellt werden. Weitere Empa-
Forschungsprojekte fokussieren sich auf die Herstellung von
Synfuels. «Autos lassen sich sehr gut elektrifizieren», sagt
Alessandro Senocrate. «Bei Flugzeugen und bei vielen energieintensiven
industriellen Prozessen sieht das anders aus.»
Hier seien Synfuels sehr sinnvoll.
Der Vorteil von flüssigen Treibstoffen wie Kerosin ist ihre
enorm hohe Energiedichte, die diejenige von Batterien um
einen Faktor von beinahe 100 übersteigen kann. Mit erneuerbarer
Energie produzierte Treibstoffe sind also auch eine besonders
attraktive Möglichkeit für die saisonale Energiespei-
Die Technologie perfektionieren
Bevor Senocrate mit seinem «Ambizione»-Projekt zu diesem
Fortschritt beitragen kann, muss er noch einige Herausforderungen
überwinden. Eine der grössten: Genug
Defekte ins Zielmaterial einbringen, um eine messbare
katalytische Wirkung zu erzielen. Denn der Forscher verwendet
mit Absicht ein inertes Ausgangsmaterial, das
ohne die Defekte keinerlei Einfluss auf die elektrochemische
Reaktion hat. «Dadurch kann ich sehr genau bestimmen,
welche Wirkung die jeweiligen Defekte haben», erklärt
er.
Sind die Defekte erst einmal charakterisiert, können
sie auch in bestehende katalytische Materialien eingebracht
werden. «Im Idealfall können wir am Ende des Projekts
ein bestehendes System für die CO 2 -Konversion gezielt
verbessern», sagt Senocrate. Solche Systeme sind im
«Materials for Energy Conversion»-Labor bereits im Einsatz:
Darin testen die Forschenden schon heute unterschiedliche
Katalysatoren und Elektrodenmaterialien.
Die Ansprüche an diese Materialien sind hoch: «Für einen
industriellen Einsatz muss der Katalysator selektiv,
aktiv und stabil sein», erklärt Senocrate. Selektivität
heisst, dass er nur ein chemisches Reaktionsprodukt liefert
– oder zumindest einige wenige, die sich leicht trennen
lassen. Eine hohe Aktivität ist notwendig, um mit
möglichst wenig Energie eine möglichst grosse Menge an
Treibstoffen oder Chemikalien herzustellen. Und natürlich
sollte ein marktreifer Katalysator seine Funktionalität
über Tausende von Betriebsstunden aufrechterhalten,
also stabil sein. «Bei allen drei Eigenschaften müssen wir
noch viel besser werden», sagt der Forscher. «Aber wir
sind auf dem richtigen Weg.»
Empa | www.empa.ch
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KLIMANEUTRALE PRODUKTION
Ein Elektrolichtbogenofen zum Recycling
von Eisenschrott: Weniger Belastung durch CO 2 ,
aber weltweit betrug der Anteil an der Rohstahlproduktion
nur etwa 28 Prozent. Bild: GMH offical
NETTO NULL
UND DER
GRÜNE STAHL
Die Welt macht sich auf zu Netto-Null-Emission
und die Schweiz hat die Weichen zu einer langfristigen
Klimastrategie gestellt. Alles bestens also?
Ein Überblick mit einem Seitenblick auf die Stahlindustrie.
Von Eugen Albisser
Obwohl die Schweiz im internationalen
Vergleich relativ
geringe CO 2 -Emissionen direkt
vor Ort verursacht, offenbart
ein Blick auf die erweiterten
Zahlen ein komplett anderes Bild: Die
Emissionen, die durch den Konsum
importierter Güter und Dienstleistungen
entstehen, treiben den Pro-Kopf-
Ausstoss in die Höhe. Laut Myclimate
beläuft sich dieser auf etwa 14 Tonnen
CO 2 pro Person – ein Wert, der deutlich
über dem Durchschnitt liegt. Dies positioniert
die Schweiz auf dem unrühmlichen
18. Platz weltweit und damit
unter anderem weit vor Deutschland.
Wer produziert
all dieses CO 2 ?
Die Schweiz zählt zu den grössten
Verursachern von CO 2 -Emissionen.
Eine Rangliste.
Quelle: myclimate.org
Link: https://hi.switchy.io/KuUz
Die Schweiz ist deshalb gefordert und
die Weichen sind gestellt: Bis 2050
möchte das Land keine Treibhausgase
mehr ausstossen, als es gleichzeitig
binden kann. Hinsichtlich dieser Energiestrategie
2050 sind die Ansätze klar
definiert. Diese Strategie fokussiert auf
die Reduzierung des Energieverbrauchs,
die Steigerung der Effizienz
und die umfangreiche Förderung erneuerbarer
Energien. Im Kern geht es
darum, von der Kernenergie wegzukommen,
Anreize für die energetische
Sanierung von Gebäuden zu schaffen
und in die Entwicklung neuer Technologien
zu investieren.
Zum Faktenblatt
«Langfristige Klima -
strategie»
Wie soll das Ziel von Netto-Null-Treibhausgasemissionen
bis 2050 erreicht
werden? Das Faktenblatt gibt Auskunft.
Quelle: BAFU
Link: https://hi.switchy.io/
KuU_
Auch viele Industrieunternehmen gehen
mit gutem Beispiel voran und setzen
ihre Strategien um, den CO 2 -Ausstoss
zu verringern. Hart gefordert
sind natürlich solche Industrien, welche
zu den Hauptverursachern von
CO 2 -Emissionen zählen. Die Stahlindustrie
zum Beispiel, mit einem Anteil
von etwa 8 Prozent an den globalen
Emissionen. Dies stellt den
Stahlsektor als einen kritischen Bereich
dar, in dem die Reduzierung von
CO 2 -Emissionen eine signifikante Rolle
für den Klimaschutz spielen kann.
«Netto Null ist auch für uns ein
Ziel», betonte Robert Baron, Director
im Corporate Strategy Department der
Swiss Steel Holding AG, während eines
Vortrags Ende Januar an der ETH
Zürich. Seine Präsentation trug den
Titel «Grüner Stahl: Chancen und Herausforderungen
der Transformation
in Richtung Net Zero» und fand im
Rahmen der Net-Zero-Konferenz von
Inspire statt.
Es ist aber nicht nur ein Ziel, sondern
sie wollen eine Vorreiterrolle
einnehmen und ihre führende Position
in der umweltfreundlichen Stahlproduktion
weiter ausbauen. Dabei
aber haben die Luzerner einen nicht
unbedeutenden Vorteil auf dem Weg
zu einer Netto Null gegenüber vielen
anderen Stahlherstellern. Als ausschliesslich
auf Sekundärstahl spezialisierter
Hersteller nutzt das Unternehmen
einzig und allein Schrott als
Rohmaterial und verwendet für das
Einschmelzen und Giessen des Metalls
Elektrolichtbogenöfen. In diesem
Prozess werden etwa 140 unterschiedliche
Schrottsorten verarbeitet, was
die Flexibilität und Effizienz der Produktion
massgeblich erhöht.
Diese Produktionsmethode erweist
sich als deutlich nachhaltiger verglichen
mit dem traditionellen Hochofenprozess,
bei dem Eisenoxid mittels
Kohle zu Eisen reduziert wird. Ein
Vorgang, der signifikante Mengen an
CO 2 -Emissionen freisetzt. Zum Vergleich:
Ein durchschnittlicher Hochofen
ist für die Freisetzung von rund
1,9 Tonnen CO 2 pro Tonne produzierten
Rohstahls verantwortlich.
«Im markanten Gegensatz dazu
steht unser eigener ökologischer
Fussabdruck: Wir emittieren lediglich
195 Kilogramm CO 2 pro Tonne Stahl»,
erklärt Robert Baron, der damit die
ausserordentliche Nachhaltigkeit der
Der Hochofenprozess
Wer exakt verstehen will, was in
einem Hochofen vorgeht – mit
chemischen Formeln, die zeigen, dass
Kohlenstoff nicht nur die notwendige
Wärme zum Schmelzen des
Eisenerzes liefert.
Quelle: tec-science.com
Link: https://hi.switchy.io/
KuV1
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KLIMANEUTRALE PRODUKTION
DIE REISE
ZU NETTO-NULL –
EINE CHRONIK
Produktionsmethode seines Unternehmens
unterstreicht.
Trotz der bemerkenswerten Verringerung
der CO 2 -Emissionen durch die
Verwendung von Elektrolichtbogenöfen
und Schrott entstehen auch in
diesem nachhaltigeren Herstellungsprozess
Emissionen, unter anderem
durch den Einsatz von Erdgas zur Erzielung
bestimmter Stahleigenschaften.
Ausserdem muss man sich bewusst
sein, dass lediglich 28 Prozent
des weltweiten Stahlbedarfs mittels
Elektrolichtbogenöfen abgedeckt wird.
Die restlichen 72 Prozent stammen aus
Hochöfen und haben einen bedeutenden
globalen Einfluss. Nicht nur für die
Umwelt, sondern für die Bilanz von Firmen
– selbstredend auch für Schweizer
Produktionsunternehmen.
Denn nur ein grüner Stahl bringt signifikante
Vorteile für Produktionsunternehmen,
denn er verbessert die immer
wichtiger werdende Bilanzierung der eigenen
Treibhausgasemissionen (THG).
Scope 3 umfasst bei dieser Bilanzierung
alle indirekten Emissionen, die in der
Lieferkette eines Unternehmens entstehen.
Die Nutzung von grünem Stahl
kann daher einen wesentlichen Beitrag
zur Nachhaltigkeitsstrategie eines Unternehmens
leisten und seine ökologische
Verantwortung unterstreichen.
«Das zentrale Thema auf dem Weg zu
einem wirklich grünen Stahl ist daher
der Einsatz von Wasserstoff», sagt Robert
Baron. Daran wird nicht nur bei
seiner Swiss Steel geforscht, sondern
weltweit versucht man, dieses neue
Produktionsverfahren mit Wasserstoff
industriell einsetzbar zu machen. Hierbei
geht es um die wasserstoffbasierte
Direktreduktion, auch bekannt als DRI
(Direct Reduced Iron), die Experten zu
einer Erkenntnis führte, die zuvor als
unmöglich galt: Der traditionelle Hochofenprozess,
bei dem der essenzielle
Koks die Schlacke aus dem Erz löst,
kann vollständig umgangen werden!
Bei der wasserstoffbasierten Direktreduktion
werden Eisenerz-Pellets in
einen Schachtofen gegeben. In diesem
umströmt Wasserstoff die Eisenerz-
Pellets. Bei ausreichend zugeführter
Energie reagieren die Wasserstoffmoleküle
mit dem enthaltenen Sauerstoff.
Anstelle von CO 2 , das beim konventionellen
Stahlkochen entsteht,
bildet sich bei der Direktreduktion
H 2 O, das als Wasserdampf entweicht.
Und es entsteht ein Eisenschwamm,
der dann im Elektrolichtbogenofen
mit Stahlschrott angereichert und geschmolzen
wird.
Direktreduktion: Diese
Technik wird bei Thyssenkrupp
und Co. den
Hochofen beerben
Für das Kernaggregat der wasserstoffbasierten
Stahlproduktion, die
Direktreduktionsanlage, gibt es nur
zwei massgebliche Anlagentypen. Ein
Technikvergleich.
Quelle: VDI Nachrichten
Link: https://hi.switchy.io/
KuVF
«Noch ist es ein weiter Weg, den wir da
vor uns haben», erklärt Robert Baron.
Dabei meint er nicht so sehr die technischen
Herausforderungen, sondern
wie man einerseits den extrem hohen
Bedarf an Wasserstoff lösen kann und
wie man die finanziellen Investitionen
stemmen will. «Um die Herausforderungen
in der Stahlindustrie zu bewältigen
und den Übergang zu grüner
Energie zu vollziehen, stehen wir vor
erheblichen finanziellen Investitionen.
Schätzungen zufolge müssen bis 2050
in Deutschland etwa 30 Milliarden
Euro und europaweit rund 100 Milliarden
Euro in die Stahlindustrie investiert
werden, um die notwendige Umstellung
auf grüne Technologien zu
finanzieren. Dies stellt eine monumentale
Aufgabe dar», erklärt er.
Obwohl die Zeit drängt, scheint es, als
ob die finanzielle Frage fast wichtiger
zu klären ist als der Bedarf an Wasserstoff.
Denn die Direktreduktionsanlagen
können notfalls auch Erdgas nutzen,
was bereits eine deutliche Reduzierung
des CO 2 -Ausstosses bedeuten würde –
und zwar um rund zwei Drittel.
Ausserdem eilt bereits eine neue
Technologie herbei, die nochmals einen
Richtungswechsel bewirken könnte:
Das amerikanische Unternehmen Boston
Metal hat ein Verfahren entwickelt,
das sich Molten Oxide Electrolysis,
MOE, nennt: Schmelzoxidelektrolyse.
Bei dieser skalierbaren Technologieplattform
wird Elektrizität verwendet,
um alle Eisenerzsorten in hochwertiges
Flüssigmetall umzuwandeln. So
wird das Verfahren von der Firma beschrieben:
«In der MOE-Zelle wird eine
inerte Anode in einen eisenerzhaltigen
Elektrolyten getaucht und dann unter
Strom gesetzt. Wenn die Zelle auf 1600
°C erhitzt wird, spalten die Elektronen
die Bindungen im Eisenoxid des Erzes
auf und erzeugen reines Flüssigmetall.
Dabei entstehen kein Kohlendioxid
oder andere schädliche Nebenprodukte,
sondern nur Sauerstoff. Ausserdem
benötigt MOE kein Prozesswasser, keine
gefährlichen Chemikalien oder
Edelmetallkatalysatoren.»
Ein paar Wermutstropfen bleiben
aber: Erst ab 2027 sollen Anlagen so
weit sein, dass eine davon rund 1,5
Tonnen Stahl pro Jahr produzieren
könnte. Und sie verbrauchen zwar
kein Wasserstoff, aber eben auch wieder
Strom, der irgendwie produziert
werden muss. Grüner Strom notabene,
um auch wirklich grünen Stahl produzieren
zu können.
Dezember 2015
Die internationale Gemeinschaft
hat auf der 21. Klimakonferenz
der Vereinten Nationen das
Pariser Abkommen beschlossen. Die
teilnehmenden Staaten verpflichten
sich, die globale Erwärmung auf
deutlich unter 2 °C, vorzugsweise
jedoch auf 1,5 °C, im Vergleich zum
vorindustriellen Niveau zu
begrenzen.
Oktober 2021
Veröffentlichung des Net-Zero-
Standards, der ein wissenschaftlich
fundiertes Verständnis von
Netto-Null (Science-based targets,
SBT) bietet. Er gibt Unternehmensführern
Klarheit und Vertrauen, dass ihre
kurz- und langfristigen Dekarbonisierungsstrategien
mit der
Klimawissenschaft übereinstimmen.
Juni 2023
Das Schweizer Stimmvolk
nimmt das Klima- und
Innovationsgesetz (KIG) an. Damit
ist die Schweiz das einzige Land
weltweit, das das Ziel von
Netto-Null durch eine direktdemokratische
Abstimmung
legitimiert hat.
Oktober 2016
Das Abkommen tritt in Kraft,
nachdem das Quorum von 55
Staaten, die 55 % der globalen
Emissionen verursachen, erreicht wurde.
Dies bedeutet, dass die globalen Emissionen
von 40 Milliarden Tonnen im Jahr 2020
auf 20 Milliarden Tonnen im Jahr 2030,
weiter auf 10 Milliarden Tonnen im Jahr
2040 und schliesslich auf 5 Milliarden
Tonnen im Jahr 2050 reduziert
werden müssen.
November 2020
Das Bundesamt für Energie gibt
die «Energieperspektiven 2050+»
heraus. Diese bieten anhand
verschiedener Szenarien Einblick in die
Emissionsreduktionspfade hin zu
Netto-Null. Sie beleuchten zudem die
erforderlichen technologischen
Entwicklungen und die Bedeutung von
Technologien für die dauerhafte
Entnahme von Treibhausgasen
aus der Atmosphäre.
Dezember 2023
Dezember 2023 - Veröffentlichung
des Climate Change Performance
Index (CCPI) für das Jahr 2024. Dieser
bewertet die Klimapolitik von 63 Ländern,
die massgeblich zum Klimawandel beitragen
– einschliesslich der Schweiz. Die Ergebnisse
sind bislang ernüchternd: Nur knapp 60
Prozent der notwendigen Massnahmen für
das Erreichen des Pariser 1,5-Grad-Ziels
wurden umgesetzt. Damit rangiert die
Schweiz hinter Ländern wie Marokko,
Indien und den Philippinen.
Oktober 2017
Die Schweiz ratifiziert das
Abkommen von Paris und
verpflichtet sich damit zu
einem ambitionierten Klimaziel:
die Treibhausgasemissionen
(THG) bis 2050 auf netto null
zu reduzieren.
Januar 2020
Wie viele andere Länder
auch, verfehlt die Schweiz
bereits im Jahr 2020 ein erstes
Zwischenziel deutlich. Angestrebt
war eine Reduktion der
THG-Emissionen um 20% im
Vergleich zu 1990.
Dezember 2023
Parlamentsbeschluss zum revidierten
CO2-Gesetz: Beide Räte haben die
Vorlage ein erstes Mal durchberaten und
unter anderem folgende Beschlüsse gefasst:
Reduktionsziel: Bis 2030 soll der Schweizer
Treibhausgas-Ausstoss gegenüber 1990 um die
Hälfte reduziert werden. Der Nationalrat fordert,
dass mindestens 75 Prozent der Reduktion im Inland
erfolgen und höchstens 25 Prozent mit Klimaprojekten
im Ausland. Ausserdem sollen grundsätzlich
alle Unternehmen – und nicht wie heute
bestimmte Branchen – sich von der CO2-Abgabe
befreien können, sofern sie sich im
Gegenzug zu einer Reduktion ihrer
CO2-Emissionen verpflichten.
2050
Die Welt hat die ange strebten Ziele zu Netto
Null erfolgreich / nicht erfolgreich gemeistert.
62 #026
#026 63

HANNOVER MESSE UND CO₂-NEUTRALE PRODUKTION
«MEHR ALS 700 AUSSTELLER
WERDEN NACHHALTIGE
LÖSUNGEN ZEIGEN»
Wer sich für Innovationen im Bereich der CO 2 -neutralen Produktion interessiert,
wird auf der Hannover Messe vom 22. bis 26. April 2024 fündig. Ein Interview mit
Hubertus von Monschaw, Global Director Trade Fair and Product Management der
Hannover Messe bei der Deutschen Messe AG, gibt erste Einblicke.
Eugen Albisser
allen Messehallen präsentiert und diskutiert. Es wird auf
der Hannover Messe daher keinen speziellen Ausstellungsbereich
geben.
Wie findet man dann diese Lösungen?
Ich empfehle allen Besuchern, sich über die Aussteller- und
Produktsuche zu informieren, an welchen Ständen innovative
Produktlösungen zu diesem Thema gezeigt werden, um
sich so einen eigenen Rundgang zusammenzustellen. Mehr
als 700 Unternehmen werden Lösungen zum Thema
CO 2 -neutrale Produktion präsentieren.
Bei diesen Ausstellern stehen technische Lösungen im
Vordergrund. Können Sie ein konkretes Beispiel für eine
solche Lösung nennen, die auf der diesjährigen Messe
präsentiert wird?
Ein Beispiel zeigt die Salzgitter AG in der Halle 13. Dort wird
das Transformationsprojekt SALCOS (Salzgitter Low CO 2
Steelmaking) vorgestellt und erläutert, wie die Salzgitter AG
durch den Einsatz von Wasserstoff die CO 2 -Emissionen
drastisch reduzieren kann. Einen weiteren Beitrag zur
Senkung von CO 2 -Emissionen leisten beispielsweise auch
industrielle Wärmepumpen. Sie sind eine vielversprechende
Technologie zur Nutzung industrieller Abwärme bei
geringen Temperaturniveaus.
kommenden Jahren aktiv, wobei dieses Thema Hand in
Hand geht mit dem Begriff «Nachhaltigkeit». Das letztgenannte
Thema muss natürlich wesentlich weitergedacht
werden, da neben den ökologischen Aspekten auch die
soziale Verantwortung oder die wirtschaftliche Stabilität
eine Rolle spielt.
Welche spezifischen Nachhaltigkeitsthemen haben denn in
den vergangenen Jahren besonders stark dazu beigetragen,
Ausstellende und Besuchende anzuziehen?
Generell kann man sagen, dass die Bedeutung des Themas
«Nachhaltigkeit» in den vergangenen Jahren stark gestiegen
ist. Das hat auch damit zu tun, dass es mittlerweile viele
Vorgaben gibt, die Unternehmen einhalten müssen. Zur
kommenden Hannover Messe wird der BME zum Beispiel
ein paar Vorträge zum Thema «Umsetzung des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetzes»
halten. Dieses Thema bewegt
aktuell viele Unternehmen und stellt sie vor grosse Herausforderungen.
Das Thema «Energie» stand nach der Nuklearkatastrophe
in Fukushima im Fokus auf der Hannover Messe. Das
Leitthema lautete 2012 «Greentelligence» – eine Kombination
der Wörter « green» und «intelligence», womit umweltfreundliche
und intelligente Technologien in den Mittelpunkt
rückten.
Herr von Monschaw, CO 2 -neutrale Produktion ist
eines der grossen Themen auf der Hannover
Messe. Was ist die Motivation, dieses Thema so
prominent zu präsentieren?
Allein in Deutschland ist die Industrie für rund ein Viertel
der Gesamtemissionen verantwortlich. Um das politische
Ziel der Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, muss die
Industrie weitere Anstrengungen unternehmen, um
CO 2 -Emissionen zu minimieren. Die Hannover Messe ist die
ideale Plattform, um alle Fragen rund um die CO 2 -neutrale
Produktion zu diskutieren, denn hier treffen sich hochkarätige
Vertreter aus Industrie, Wissenschaft und Politik, um
gemeinsam Lösungen zu finden.
Gibt es für das Thema einen speziellen Ausstellungsbereich?
Das Thema CO 2 -neutrale Produktion ist eines von fünf
übergreifenden Themen der Hannover Messe und wird in
Von der SmartFactory-KL habe ich etwas gelesen von einer
kompletten Produktionsinsel …
Ja, die SmartFactory-KL bringt ihre Produktionsinsel KUBA
mit, an der die Besucherinnen und Besucher einen Modell-
LKW konfigurieren können, dessen Fertigung umgehend vor
Ort startet. Gleichzeitig werden der CO 2 -Fussabdruck, der
Energieverbrauch und die Materialzusammensetzung über
die Verwaltungsschale verfolgt und angezeigt.
Inwieweit wird das Thema CO 2 -Reduzierung in den Konferenzen
und Diskussionsrunden auf der Hannover Messe
behandelt?
Das Thema wird natürlich auf den grossen Bühnen der
Hannover Messe gespielt. Auf der Industrie 4.0-Bühne geht
es um Smart Manufacturing, das inkludiert auch eine
smarte und CO 2 -neutrale Energieversorgung, auf der
Industrial Transformation Stage werden alle Trends der
Hannover Messe an fünf Messetagen präsentiert und
diskutiert. Die Energy 4.0 Bühne ist die Kommunikationsund
Kompetenzplattform für Themen einer energieintelligenten,
klimafreundlichen und nachhaltigen Zukunft. Und
auf der TechTransfer-Bühne werden die neuesten Projekte
der angewandten Industrieforschung aus allen relevanten
Industriebereichen vorgestellt.
Wie sieht eigentlich die langfristige Vision der Hannover
Messe zum Thema «CO2-neutrale Produktion» und generell
zum Thema «Nachhaltigkeit» aus?
Ich nehme an, dass die Industrie langfristig sicherlich das
Ziel einer «CO 2 -neutralen Produktion» erreichen wird. Die
Hannover Messe begleitet diese Entwicklung in den
Kommen wir noch zu ein paar ganz allgemeinen Fragen
rund um die Hannover Messe: Wenn Sie ein einziges,
anderes wichtiges Thema hervorheben müssten, das im
Fokus der Messe steht, welches wäre es?
Das Thema «KI in der Industrie» ist eindeutig ein Thema, das
die Unternehmen in den kommenden Jahren beschäftigen
und sehr grosse Veränderungen mit sich bringen wird. Wir
bieten unseren Newsletter-Abonnenten alle zwei Wochen
ein AI-Briefing, das auf eine sehr positive Resonanz stösst.
Unsere erste KI-Konferenz im Januar war ausgebucht, und
die Planungen für unseren KI-Tag auf der Hannover Messe
laufen bereits auf Hochtouren.
Sie haben im Verlauf des Gesprächs nun einige Gründe
geliefert, warum man die Hannover Messe zwischen dem 22.
und 26. April 2024 besuchen soll. Wie würden Sie diese
zusammengefasst ausdrücken?
Die Hannover Messe bietet für alle internationalen Besucher
ein einzigartiges Erlebnis, da nur hier in Hannover die
Synergien zwischen den Bereichen Automatisierung,
Digitalisierung und Elektrifizierung gehoben werden.
Unternehmen aus aller Welt zeigen aktuelle Lösungen und
Produkte, Universitäten und Forschungsinstitute werfen
einen Blick auf die Industrie der Zukunft und Experten und
Expertinnen diskutieren in Foren sowohl aktuelle Herausforderungen
als auch zukunftsrelevante Themen wie
Künstliche Intelligenz in der Industrie oder die Anwendung
von Quantentechnologien.
Hannover Messe
www.hannovermesse.de
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CFK-BEARBEITUNG
HÖCHSTE
PROZESS-
SICHERHEIT
«Die Fibrecatcher bewirken eine
Doppelkompression an den
Schneiden und trennen so
Faserüberstände an den Werkstücken
extrem sauber ab.»
Durch seinen vergrösserten Kerndurchmesser
weist der OptiMill-CompositeSpeed-
Plus eine höhere Bruchfestigkeit auf.
Verbesserte Spanntechnik für grosse CFK-Bauteile
ermöglicht es der Luftfahrtindustrie schneller zu
zerspanen. Mapal unterstützt diese Entwicklung mit
neuen Werkzeugen. Der OptiMill-Composite-Speed-
Plus gewährleistet mit seiner Diamantbeschichtung
und optimierter Geometrie die Prozesssicherheit.
Text und Bilder von Mapal
Funktionierende und bereits auditierte
Prozesse werden in der
Aerospace-Industrie aufgrund
des grossen Aufwands nur ungern
nochmals verändert. Doch der
wachsende Kostendruck zwingt auch
diese Branche dazu, ihre Produktion
möglichst effizient zu gestalten. Flugzeughersteller
haben bislang die eingesetzte
Spanntechnik als Hemmnis auf
dem Weg zu höherer Performance ausgemacht.
Grosse CFK-Bauteile werden
üblicherweise mittels Vakuumspanntechnik
fixiert. Die begrenzten Haltekräfte
der Saugnäpfe bedingen relativ
niedrige Schnittgeschwindigkeiten, um
ein Aufschwingen zu verhindern. Das
kann zu Qualitätseinbussen und Abweichungen
von Form- und Lagetoleranzen
führen.
Neue Spanntechnologien versetzen
die Hersteller nun in die Lage, die
Schnittwerte zu erhöhen. Damit trat
aber ein neues Problem auf: Unter
den veränderten Prozessbedingungen
zeig te sich durch die stärkere Belastung
bei Fräsern, die zuvor einwandfrei
gearbeitet hatten, eine erhöhte Bruchgefahr.
«Auch sehr grosse Hersteller
waren von Werkzeugbruch betroffen,
nachdem sie mit den Werkzeugen bis
an deren Grenzen gefahren sind», berichtet
Tim Rohmer, Produktmanager
für Vollhartmetall Fräswerkzeuge bei
Mapal. Der Werkzeughersteller sah
Handlungsbedarf und entwickelte als
Antwort den OptiMill-Composite-
Speed-Plus.
Grösserer Kern,
weniger Spanraum
Um die Biegebruchfestigkeit zu erhöhen,
hat Mapal den Kerndurchmesser
seines VHM-Eckfräsers erhöht. Das
geht zwar auf Kosten des Spanraums,
hat aber keinerlei negativen Auswirkungen,
da bei der CFK-Bearbeitung
keine Späne entstehen, sondern lediglich
eine Art feiner Staub. Bei Werkzeugtests
mit verschieden grossen
Durchmessern wurden keine Unterschiede
festgestellt, was die Abführung
dieses Staubs und die Prozesswärme
angeht. Mit dem grösseren
Kerndurchmesser erhöht sich jedoch
die Biegebruchfestigkeit spürbar.
Bei den Anforderungen an das Nutprofil
zeigen sich ebenfalls Unterschiede
zur Bearbeitung von Metall, bei der
Vorschub, Zustelltiefe und Schnittbreite
die Spandicke beeinflussen. Da der
Spanwinkel bei CFK aufgrund eines
niedrigen Zahnvorschubs nur gering
im Eingriff ist, wurde der Schneidkeil
auf maximale Stabilität ausgelegt.
Zur Verringerung von Hebelkräften
und damit für eine erhöhte Bruchresistenz
weist der neue OptiMill-Composite-Speed-Plus
zudem eine optimierte
Hüllkontur auf. In der Praxis kommt
man damit gut zurecht, wie Tim Rohmer
erläutert: «Typische Bauteile für
die Luftfahrt bestehen aus Stacks, also
Verbundplatten, bei denen üblicherweise
5 bis 15 mm zerspant werden. Da
reichen kürzere Werkzeuge vollkommen
aus.» Waren die Vorgängerwerkzeuge
noch länger als in der DIN6527
festgelegt, so entspricht die neue
Werkzeugreihe, die es in Durchmessern
von 4 bis 20 mm gibt, weitestgehend
der Norm.
Gleichmässige
Diamantschicht
Für hohe Standwege bei der Bearbeitung
der abrasiven Kohlefasern sorgt
der OptiMill-Composite-Speed-Plus
zudem mit einer innovativen Diamantbeschichtung.
Aussergewöhnlich
sind dabei die gleichmässige
Schichtdickenverteilung und die
hohe Wiederholbarkeit, mit welcher
der Diamant im CVD-Verfahren aufgebracht
wird. Herkömmliche Beschichtungstechnologien
erzeugen häufig
unregelmässige Schichten, die an der
Spitze dicker sind als hinten an der
Schneide. Dieser Verlauf sorgt für unterschiedliche
Kantenverrundungen
und damit schwankenden Schnittdruck
und Verschleiss.
Die über die Schneidenlänge homogene
Schichtdicke trägt zur Prozesssicherheit
bei. Das ermöglicht eine
gleichbleibende Performance unabhängig
davon, welche Stelle der
Schneide im Eingriff ist. Damit sind
die Werkzeuge auch höhenunabhängig
zur Umfangbearbeitung eines
Stacks einsetzbar. Der Fräser eignet
sich zudem für ein breites Anwendungsfeld.
Neben der Umfangsbearbeitung
lassen sich mit ihm auch Nuten,
Kanten und Taschen erzeugen.
Eine perfekte Schnittqualität ist in der
Luftfahrtbranche sehr wichtig. Sobald
die Fasern nicht mehr sauber getrennt
werden und das Bauteil damit nicht
mehr die gewünschte Qualität erreicht,
werden die Werkzeuge gewechselt,
auch wenn sie erst wenig verschlissen
erscheinen. Seine Schnittqualität erreicht
der OptiMill-Composite-Speed-
Plus durch seine speziell angeordneten
Fibrecatcher an den Schneiden, die
eine Doppelkompression bewirken
und damit die Faserüberstände an den
Werkstücken extrem sauber trennen.
Die Doppelkompression entsteht zusätzlich
durch die Spiralisierung des
Werkzeugs.
Fräser mit ziehender
und drückender Wirkung
Zu den Besonderheiten der CFK-Zerspanung
gehört, dass die heute verfügbaren
Werkzeuge unterschiedliche
Bearbeitungsqualitäten an den Werkstücken
erzeugen. Der Anwender
muss nach vorhandenem Werkstoffverbund
entscheiden, welche Qualitätsanforderungen
an das Bauteil gestellt
sind und demnach die ideale
Werkzeugwahl treffen. Oftmals sind es
Verbindungsstellen, für die besonders
saubere Kanten verlangt werden. Mapal
bietet seine Fräser daher in zwei
Varianten an. Das rechtsspiralisierte
Modell erzeugt eine ziehende Wirkung
und dadurch axiale Zugkräfte, während
die linksspiralisierte Variante
schiebend wirkt und somit Druckkräfte
in axialer Richtung bildet. Die Fibrecatcher
arbeiten der durch die jeweilige
Spiralisierung entstehenden
Kräftewirkung entgegen.
Mit beschichteten und unbeschichteten
Varianten spielt der OptiMill-Composite-
Speed-Plus seine Vorteile neben CFK-
Werkstoffen auch bei Thermoplasten,
Duroplasten sowie Glasfaserwerkstoffen aus.
Das Vorgängermodell verfügte noch
über eine dritte, neutrale Variante. Mit
der Weiterentwicklung entfällt diese,
da die neuen Werkzeuge die Axialkräfte
um bis zu 40 Prozent reduzieren. Damit
übernehmen die beiden Ausführungen
des Neuprodukts auch alle
Aufgaben, für die bisher die neutrale
Version zum Einsatz kam. In punkto
Standzeit, Laufruhe, Produktivität und
Schnittqualität sind die neuen Werkzeuge
um bis zu 30 Prozent besser als
ihre Vorgänger.
Mit seinen scharfen Schneiden bietet
sich der OptiMill-Composite-Speed-
Plus darüber hinaus auch für die Zerspanung
von Thermoplasten und Duroplasten
an. Da diese Kunststoffe
nicht abrasiv sind, wird hier auf eine
Beschichtung verzichtet und mit
scharfen Schneidkanten gearbeitet.
Die unbeschichteten Fräswerkzeuge
lösen die bisherigen Routerwerkzeuge
ab, denen sie vor allem in der Schnittqualität
weit überlegen sind.
Mapal Dr. Kress KG | www.mapal.com
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Hallo ...
... Aufwachen!
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