F&E-Projekte
der HyPneu Gruppe

Matthias Spindler

Dipl.-Ing. Matthias Spindler

Geschäftsbereichsleiter F&E

Kooperationsforschung

Verbundprojekt: Zustandsbewertung und Prozessassistenz für nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle zur Flexibilitätssteigerung in der Produktion (ZuPro2Flex); Teilprojekt: Pay-per-X Efficiency an hydraulischen Anlagen in komplexen Produktionssystemen

Fördermittelgeber: BMBF 02K18D092 
Die Zuwendung wird aus Mitteln des Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert. 

Zielstellung

Die HyPneu Service GmbH entwickelt in dem Projekt für die Zielgruppe Endanwender und Maschinenhersteller ein serviceorientiertes Geschäftsmodell („Pay-per-Efficiency“) auf Basis von Ansätzen des „Service-Management 4.0“. Hierbei werden Serviceleistungen für Hydraulikanlagen, welche als Bestandteil einer Maschine oder einem System immanent sind und nicht mit umfangreicher Sensorik ausgerüstet sind (Mehrzahl der im Betrieb befindlichen Anlagen), adressiert. Die Grundlage bildet ein 

universelles Sensor-Kit, um hoch kompatibel Betriebs- und Anlagenparameter von hydraulischen Anlagen während des Betriebes, einer Betriebsumstellung oder der Inbetriebnahme der Maschine oder des übergeordneten Systems zu erfassen und dem Servicemitarbeiter innerhalb eines Assistenzsystems zur Verfügung zu stellen. Neben dem Sensor-Kit bildet ein flexibles Datenmanagementmodell die Grundlage, auf Basis dessen eine Informationsbereitstellung zu dem Serviceanbieter (HyPneu Service) oder zu einem Maschinenhersteller erfolgen kann.

Szenario 1: Durch die temporäre Erfassung und Auswertung der Sensordaten kann eine Optimierung der Betriebsparameter des Hydraulikaggregates durchgeführt werden, sodass dieses in einem für den Anwender optimalen Betriebszustand genutzt wird. Die Abrechnungsgrundlage für das anvisierte Pay-per-X-Geschäftsmodell bildet dann die Effizienzsteigerung der Anlage (beschrieben durch die jeweils adressierte Zielgröße). 

Szenario 2: Das Sensor-Kit wird für eine kontinuierliche Überwachung des Zustandes von Hydraulikaggregaten genutzt. Diese Informationen werden von HyPneu Service genutzt, um für derartige 

Systeme einen umfassenden und vorausschauenden Service anzubieten und somit einen ausfallarmen Betrieb des Hydraulikaggregates (und somit auch der Maschine) zu gewährleisten. Abrechnungsgrundlage bildet hierbei die resultierende Effizienzsteigerung des Anlagenbetriebes auf Basis der Vermeidung von Ausfällen. 

Vorhabenslaufzeit:
01.04.2020 - 31.12.2023

Verbundprojekt: Zustandsbewertung und Prozessassistenz für nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle zur Flexibilitätssteigerung in der Produktion (ZuPro2Flex); Teilprojekt: Pay-per-X-Ready hydraulischer Systeme 

Fördermittelgeber: BMBF 02K18D090 
Die Zuwendung wird aus Mitteln des Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert. 

Zielstellung

Auf Basis der Untersuchungen in dem Projekt soll ein Demonstrator (Hydraulikaggregat) entstehen, an dem durch eine Sensorintegration Betriebsdaten erfasst werden. Die Basis bildet ein verfügbares 

Hydraulikaggregat. Durch die Nutzung von Auswertealgorithmen werden diese Betriebsdaten in Kennwerte überführt, die den aktuellen Verschleiß- und Betriebszustand beschreiben. Die Nutzung dieser Kennwerte findet in einem Assistenzsystem zur Informationsbereitstellung für den Inbetriebnehmer, Servicetechniker und Anwender statt. Durch einen modularen Systemansatz können die individuellen Bestandteile 

unterschiedlicher Anwendungsszenarien korreliert überwacht und somit für ein entsprechendes Geschäftsmodell qualifiziert werden. Ziel ist dabei, die Entwicklung einer Beteiligungsstrategie (diese kann eine rein technische Funktion sein oder ein separates Pay-per-X-Geschäftsmodell) als Komponenten¬lieferant (bspw. hydraulischer Antriebsstrang in einer Presse) an Pay-per-X-

Geschäftsmodellen von Maschinenherstellern mittels einer entsprechenden Assistenzumgebung („Pay-per-X-Ready“)  

Vorhabenslaufzeit:
01.04.2020 - 31.12.2023

Konzeptionierung, Entwicklung und Umsetzung der Einzelkomponenten für energieeffiziente Führungssysteme und Funktionsöldichtungen in Hydrozylindern 

Fördermittelgeber: ZIM 16KN084802 
Die Zuwendung wird aus Mitteln im Rahmen des Förderprogrammes "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand" des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) finanziert.

Zielstellung

Das Ziel dieses Transfervorhabens ist es Know-how des ICM - Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagebau e.V. auf dem Gebiet der Entwicklung eines Systems zur ganzheitlichen Überwachung von hydraulischen Anlagen unter Anwendung von KI auf die Anwendungen der HyPneu GmbH zu übertragen.

Die Datenbasis aus den vorangegangen Schwingungsmessungen und der Erfassung der elektrischen Parameter muss durch das Erfassen weiterer Sensordaten (Öltemperatur, Filterzustand, Druck, Volumenstrom, etc.) erweitert werden. Mit Hilfe der höheren Datenbasis soll ein intelligentes Wartungssystems durch Anwendung von maschinellem Lernen aufgebaut werden.

Dabei werden folgende Schwerpunkte aufgegriffen und übertragen:

- Grundlagen und Prinzipien zum Abgreifen von peripheren Messgrößen,

- Grundlagen zur Analyse und Aufnahme typischer Störgrößen und Schadensfällen an Hydraulikanlagen,

- Grundlagen zur Datensynchronisierung, -speicherung und -struktur,

- Grundlagen zum maschinellen Lernen und spezieller KI-Methoden,

- Grundlagen zum Aufbau synthetischer Datensätze mittels Signalmodellierung

Basierend auf der Übertragung dieser thematischen Schwerpunkte werden notwendigen Anpassungsentwicklung von Seiten des ICM sowie von der HyPneu selbst realisiert, welche im speziellen auf die hydraulischen Anlagen ausgerichtet sind.

Vorhabenslaufzeit:
01.11.2020 - 30.04.2023

Übertagung von Technol. und Know-how zur Entwicklung eines Systems zur ganzheitlichen Überwachung von hydraul. Anlagen unter Anwendung von KI

Fördermittelgeber: SAB 100590855
Die Zuwendung wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen finanziert. 

Zielstellung
Das Ziel dieses Technologietransfers ist es, Know-how des ICM - Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagebau e.V. auf dem Gebiet der Entwicklung von Motormonitoring Modulen auf die Anwendungen der HyPneu Service GmbH zu übertragen. Dies erfolgt exemplarisch am Beispiel eines Datenmonitorings von hydraulischen Systemen mit ungeregelten Antrieben. 

Dabei werden folgende Schwerpunkte aufgegriffen und übertragen: 

  • Grundlagen und Prinzipien von elektrischen Messungen an ungeregelten Anrieben (Strommessung mittels Rogowski) als Grundlage der Datengewinnung, 
  • Grundlagen der Algorithmenermittlung zur Auswertung der gewonnenen Daten, Aufzeigen möglicher Auswertetools,
  • Grundlagen zum Gesamtaufbau, Datenaufnahmen, interne Datenverarbeitung, Speicher- und Pufferung der Daten, Datenübertragung (Gateway, …), 
  • Grundlagen des Schwingungsverhalten von elektrischen und hydraulischen Systemen, 
  • Verfahren zum Detektieren und der Charakterisierung von Schwingungssignalen bei E-Motoren. 

Basierend auf der Übertragung dieser thematischen Schwerpunkte werden notwendigen Anpassungsentwicklung von Seiten des ICM sowie von der HyPneu Service GmbH selbst realisiert, welche im speziellen auf die hydraulischen Aggregate ausgerichtet sind. 

Mit diesem Technologietransfer möchten wir den Bereich Service und Instandhaltung weiter ausbauen. Der Zugang der HyPneu Service GmbH zu anderen Anlagen bezüglich eines Wartungsvertrages ist oft sehr schwer. Mit Hilfe der Motormonitoring Systems für hydraulische ungeregelte Antriebe könnte jedoch ein deutliches Alleinstellungsmerkmal erarbeitet werden, was sich unverkennbar von anderen Anbietern abgrenzt. Somit gäbe es die Möglichkeit im Bereich der Wartung neue Kunden zu generieren, da entscheidende Vorteile wie prädiktive Maintenance darstellbar sind und somit ein Ausfall der Anlagen deutlich minimiert werden kann. Des Weiteren können den Kunden Optimierungen angeboten werden, welche auf Live-Daten über definierte Zeiträume beruhen. Dies schafft Sicherheit und eine Akzeptanz der Messung, eine Veränderung in Bestandanlagen vorzunehmen, da sofortige Einsparungen in der Energie möglich wären. 

Die HyPneu Service GmbH wäre nach Umsetzung des Moduls das einzige KMU, welches ein eigenes Motormonitoring Modul anbieten kann, was individuell für jede hydraulische Anlage mit ungeregeltem Antrieb anpassbar ist. Dem Kunden könnte somit auch bei Neuentwicklung einer Anlage eine sofortige Nutzung einer Datenauslesung, Analyse und Verwendung der Daten angeboten werden. 

Vorhabenslaufzeit:
01.08.2021 - 31.10.2022

Schlagdynamische Impulsumlenkung mithilfe hydraulischer Komponenten

Fördermittelgeber: SAB 100373562
Die Zuwendung wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen finanziert. 

Zielstellung
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Richtlinien zur Gestaltung eines Werkzeugs, das die Schneidenergie - durch technologische Maßnahmen in Form kleiner hydraulischer Komponenten flexibel und werkzeugspezifisch anpassbar - bei konstant vertikaler Krafteinleitung um einen definierten Winkelbetrag umlenkt und damit den Beschnitt senkrecht zur Blechoberfläche im HGSS ermöglicht. Dazu ist es notwendig, den Einfluss der in das System eingebrachten Schlagenergie (bis zu 2000 J), in Abhängigkeit der Geschwindigkeit (bis zu 10 m/s) und Stempelmasse, auf die unterschiedlichen hydraulischen Komponenten definiert zu untersuchen. Hierfür soll als erstes ein Versuchswerkzeug konstruiert werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, bei gleichbleibender Schlagenergie die Stempelmasse und daraus resultierend auch die Geschwindigkeit des Schneidprozesses zu variieren. Durch diese grundlegende Untersuchung der Impulsübertragung im HGSS können geeignete Prozessparameter ermittelt und somit Rückschlüsse bezüglich der Optimierung und Auslegung der hydraulischen Bauteilkomponenten für den Schrägbeschnitt gezogen werden. Darüber hinaus sollen mechanische Kennwerte unter hochdynamischer Belastung und hoher Temperatur an unterschiedlichen hydraulischen Flüssigkeiten (z. B. Mineralöle, Wasserglykole,…) ermittelt werden. So wird eine fundierte Basis für eine darauffolgende Simulation geschaffen, mit deren Hilfe die realistisch wirkenden Kräfte im System abgebildet werden können. Auf der numerischen Basis erfolgt schließlich die Auslegung, Konstruktion und Fertigung eines Werkzeuges für den Schrägbeschnitt im HGSS als Forschungsmuster. Anhand von Modellversuchen im Schrägbeschnittwerkzeug wird die Simulation an verschiedenen dreidimensional konturierten Blechen validiert und entsprechende Probleme bei der Auslegung identifiziert. 

Mithilfe der ermittelten und allgemein gültigen Richtlinien für die Impulsumlenkung von schlagdynamisch beanspruchten hydraulischen Komponenten wird die notwendige Voraussetzung für die Implementierung des Schrägbeschnittes in den Prozess des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens geschaffen. Die dadurch mögliche Substituierung des Laserschneidens verschafft produzierenden Unternehmen einen bedeutenden Wissens- und Technologievorsprung. Mit der resultierenden Einsparung von Energie und Ressourcen sind direkte wirtschaftliche Vorteile für die Unternehmen zu erwarten.

Vorhabenslaufzeit:
01.07.2019 - 31.12.2021

Unsere eigenen Forschungsobjekte

Energieeinsparmodul für Pneumatikzylinder

Produktbeschreibung:
Ziel des Steuermoduls ist die Einsparung von Druckluft bis zu 50% durch Speicherung der Abluft in einen Druckspeicher und Nutzung dieser Energie für die Rückbewegung des Zylinders. Derzeit werden pneumatische Antriebe in der Regel mit Abluftdrosselung betrieben. Dabei entweicht die energiereiche Abluft ungenutzt in die Atmosphäre. Dieses Steuermodul speichert diese Verlustenergie und nutzt Sie ein zweites Mal. Der erste erfolgreiche Praxistest wurde durchgeführt.

Anwendungsbereiche:

  • Zylinder ab Nenngröße 80 mm 
  • Hohe Taktfrequenz (min. 10 Hübe/Minute) 
  • Luftverbrauch des Zylinders min. 200 Normliter/Minute 
  • Kontinuierlicher Kraftverlauf des pneum. Antriebes 
  • Abluftdrosselung des gegenwärtigen Antriebs 
  • Ausreichend Einbauraum für einen Druckspeicher in der Größe des vorhandenen Antriebes muss vorhanden sein

Vorteile des Steuermoduls:

  • Nachrüstbar für Einzelantrieb und modulare Baugruppen 
  • Kein Eingriff in die Maschinensteuerung notwendig 
  • Steigerung der Dynamik des Antriebes 
  • Anpassbar an beliebige pneumatische Antriebe 
  • Sofortige Kostenreduzierung und geringe Amortisationszeiten 
  • Umweltbewusst

High-Speed-Modul für Pneumatikzylinder

Produktbeschreibung:
Das Ziel des Zusatzmoduls ist es, die Verfahrgeschwindigkeiten zu erhöhen bei gleichzeitiger ausreichender Dämpfung in der Endlage. Derzeit werden pneumatische Antriebe in der Regel mit Abluftdrosselung betrieben, wodurch eine konstante Verfahrgeschwindigkeit eingestellt wird, so dass der Zylinder in der Endlage anschlagfrei einfährt.

Funktionsweise des Moduls
Das Prinzip beruht darauf, dass die Abluft in einen Speicher, der unter einem voreingestellten Vordruck steht, gepresst wird, wodurch sich ein wegproportionaler Gegendruck einstellt. Dies ermöglicht zum Beginn der Bewegung eine große Beschleunigung und eine gezielte Abbremsung vor Erreichung der Endlage. Für dieses Modul ist kein externer Speicher notwendig, da man hierbei die jeweiligen Abluftkammern des Antriebs nutzen kann. Diese werden vor Einleitung der Bewegung auf einen überwachten Vordruck eingestellt. Durch Komprimierung des unter Vordruck stehenden Kammervolumens wird das gewünschte Verfahrverhalten erreicht. Wie auf der Rückseite abgebildeten Diagramm ersichtlich, ist eine deutliche Verkürzung der Verfahrzeit möglich. Besonders geeignet ist diese Ansteuerungsmethode für massebehaftete Antriebe, die bei pneumatischen Antrieben in der Regel als kritisch einzustufen sind. 

Vorteile des High-Speed-Moduls

  • Verkürzung der Taktzeit des Antriebes 
  • Proportionales Verfahrverhalten ohne komplizierte Elektronik 
  • Hohe Beschleunigung des Antriebes 
  • Amortisation über Taktzeitreduzierung 
  • Nachrüstbar bei jedem Pneumatikzylinder mit gegenwärtiger Abluftdrosselung 
  • Größenunabhängig

ICM

Kooperation

Wir stehen in Kooperation mit: ICM Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V.

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