Ziel der Entwicklung
Innerhalb der Industrie 4.0 Entwicklungen besteht insbesondere für den Maschinen- und Anlagenbau der übergreifende Anspruch, immer komplexere Maschinen und Anlagen als Ein-Stück-Serien zu Lieferzeiten und Konditionen von Großserien zu fertigen. Hierbei soll vor allem der Wunsch des Kunden nach einsatz- und bedarfsgerechten Maschinen und Anlagen abgesichert werden, ohne ungewollte „Zusatzfunktionen“ mit zu erwerben. Gleichzeitig sollen jedoch Möglichkeiten offen gehalten werden, die erworbenen Maschinen und Anlagen in ihren Fähigkeiten aufwachsen zu lassen oder sie bei Bedarf kosten- und zeiteffizient neu zu konfigurieren. Die Anforderungen der 4.0 Strategie erfordern für industrielle Maschinen und Anlagen eine höhere Qualität der Modularisierung von Teilkomponenten, welche mechanische, aktorische, sensorische und telemetrische Funktionen kombinieren können. Neben dem Trend zur Materialsubstitution und dem Leichtbau ist vor allem eine hohe maschineninterne Datenkommunikation kennzeichnend. Die Aufrüstung traditionell aufgebauter Maschinen mit immer neueren Sensoren und ferngesteuerten Aktoren führt zu einem immens hohen Aufwand für die Installation der notwendigen Datenleitungen, deren Verdrahtung und Inbetriebnahmen. Dieser Vorgang führt in Summe zu steigenden Installations- und Inbetriebnahmezeiten der Maschinen und Anlagen. Deren Minimierung erfordert neue Ansätze im Design auf Basis der Funktechnologie. Der Ansatz für die beabsichtige Entwicklung besteht somit darin, die drahtgebundene Kommunikation von Maschinenkomponenten durch drahtlose Funknetzwerke zu ersetzen. Um diese maschinentauglich und industriesicher zu machen ist es notwendig, eine neue Basistechnologie für geschützte Datenkommunikation im industriellen Umfeld zu entwickeln. Der Schutz der Kommunikation umfasst dabei signaltechnische Verfahren zur Vermeidung unberechtigten Zugriffs und Abschirmung der Funkbetriebszonen gegen aktive Störungen beziehungsweise Änderungen der physikalischen Betriebsbedingungen.
Vorteile und Lösungen
Die basistechnologische Entwicklung gestattet es, Sensoren und Aktoren über von der Außenwelt physikalisch abgeschlossenen Funknetzwerken drahtlos miteinander kommunizieren zu lassen. Der für die Kommunikation notwendige Funkbetriebsraum wird durch konstruktiv vorhandene Hohlräume von tragenden Konstruktionselementen der jeweiligen Maschinen und Anlagen aufgespannt. Die technische Abschottung des Funkbetriebsraumes stellt sicher, dass von außen keine Störungen oder Angriffe erfolgen können. Die Abschottung der Funkbetriebsräume gegenüber dem Geltungsbereich der gesetzlichen Funkbetriebsvorschriften ermöglicht es, für die vorliegenden geometrischen Verhältnisse des Funkbetriebsraumes die optimale Frequenzlage und Signalstärke zu nutzen. Die Freisetzung von Störsignalen in die industrielle Umgebung wird wirkungsvoll unterbunden, weiterhin ist das Verfahren unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen von außerhalb. Dieser Ansatz gewährleistet, dass die Datentelemetrie immer mit den applizierten Übertragungsraten arbeiten kann und keine Telegrammkonflikte mit anderen drahtlosen Netzwerken auftreten.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Entwicklung von Verfahren und Einrichtungen zur kompromittierungssicheren drahtlosen Datenübertragung innerhalb von Hohlstrukturen industrieller Maschinen und Anlagen fokussiert auf den Markt von Maschinen und Ausrüstungen unter spezieller Berücksichtigung der Anforderungen der digitalen Produktion. Die Zielmärkte sind somit alle Branchen und Märkte, in denen jeweilige Produkte unter Nutzung zunehmend aufgabenspezifisch wandelbarer Fertigungsprozesse hergestellt werden. Derartige wandelbare Fertigungskonzepte benötigen Maschinen und Anlagen, welche ebenfalls wandelbar sind. Der Ansatz, Maschinen so universell zu gestalten, dass sie für alle möglichen Anforderungen gerüstet sind, ist aus praktischer und wirtschaftlicher Sicht nicht sinnvoll. Aus diesem Grund stellen hochgradig modulare Systeme, die bedarfsaktuell konfiguriert werden können, in der Praxis einen erfolgversprechenden Weg dar. Hieraus leitet sich als Primärmarkt die automatisierte Fertigungstechnik der Robotik und Automation mit Anwendungsfeldern mechatronischer Produkte beziehungsweise der Mikrosystemtechnik ab. Der Markteintritt soll als Applikation des Sondermaschinenbaus erfolgen. Schwerpunktanwendungen sind dahingehend Konstruktionselemente mit integrierter Hohlraum-Telemetrie für Maschinengestelle in funktioneller Leichtbauausführung, für überbauende Konstruktionen wie zum Beispiel Portale oder Schienenmodule mit Positionsüberwachung sowie für die Aufnahme und Positionierung von Multi-Sensorik.
