Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 08/2017, 17.08.2017

Hydraulik macht Sprung in die Cloud

Mobilhydraulik in Nutzfahrzeugen wird heute bereits in hohem Masse elektronisch gesteuert; niedriger Dieselverbrauch und reduzierte Abgasemissionen wären sonst nicht möglich. Bosch Rexroth plant nun mit der Datenvernetzung den nächsten Schritt – in die Cloud: Verfügbarkeit und Produktivität der Maschinen sollen deutlich steigen.

Der Fahrer der Baumaschine startet zu Schichtbeginn den Bagger. Der loggt sich in das Netzwerk ein und lädt automatisch Einsatzorte und Details zu den anstehenden Arbeiten. Ein schnelles Software-Update stellt den Motor optimal auf die zu erwartenden Temperaturen ein. Zusätzlich meldet der Bagger per Email an den Schichtführer, dass ein bestimmtes Bauteil in 100 Betriebsstunden einen kritischen Zustand erreichen wird und vorausschauend ausgewechselt werden sollte.

«Das ist zum grossen Teil noch Zukunftsvision – allerdings steht diese Zukunft in vielen Anwendungsfällen unmittelbar vor der Tür», ist sich Alexander Flaig, Entwicklungsleitung Mobilelektronik und Systeme bei der Bosch Rexroth AG, sicher. Was für eine schnelle Umsetzung spricht, ist, dass die Fahr- und Arbeitshydraulik immer häufiger bereits über digitale Steuergeräte und Software geregelt werden. Sie kommunizieren über CAN-Bus mit der Motorsteuerung und von da aus ist der Sprung in das Internet der Dinge nur noch eine Frage einer eigenen IP-Adresse und eines Routers.

Die Elektronifizierung der Arbeits- und Fahrhydraulik hat in den vergangenen 15 Jahren enorme Fortschritte gemacht. Neben dem eigentlichen Verbrennungsmotor bilden die Fahr- und Arbeitshydraulik die leistungsbestimmenden Baugruppen. Keine andere Technologie ist derart kompakt, bietet eine so hohe Kraftdichte und Robustheit. «Durch die Verbindung mit digitalen Regelungen ist sie darüber hinaus energieeffizient und automatisierbar», sagt Alexander Flaig. «Bosch Rexroth nutzt hierbei als Technologieführer massiv Synergien, indem die Mobilhydraulikspezialisten sehr eng mit den Entwicklern und Programmierern für die Motorelektronik von Bosch zusammen arbeiten.»

Wichtigster Treiber waren zunächst die weltweit voranschreitenden Emissionsvorschriften. Die Grenzwerte können die Hersteller allein mit der Abgasnachbehandlung nicht erreichen. Vielmehr setzen sie auf Downsizing, also kleinere, meist mit Turboladern aufgeladene Motoren und verlagern das maximale Drehmoment in niedrigere Drehzahlbereiche. «Das wiederum hat Auswirkungen auf die Hydraulik, denn sie muss nun mit weniger Eingangsenergie mindestens die gleiche Arbeitsleistung wie vorher erbringen.»

Die Lösung ist ein Datenaustausch zwischen den Steuergeräten für den Motor und die Hydraulik, verstellbare Pumpen und ein intelligentes, auf den Motor angepasstes Leistungsmanagement. «Bei der Vielzahl der verschiedenen mobilen Arbeitsmaschinen passt aber nicht eine Standardlösung für alle», weiss Entwicklungsleiter Flaig. «Vielmehr hat Bosch einen ganzen Baukasten an Mobilelektronik, Software, Bediengeräten und elektrohydraulischen Komponenten entwickelt und konfiguriert daraus skalierbare Systemlösungen.»

Die oftmals bereits vordefinierten Funktionalitäten müssen die Fahrzeughersteller nicht mehr selbst programmieren, vielmehr reicht ein einfaches Parametrieren. «Und wenn besondere Funktionen benötigt werden», so Alexander Flaig weiter, «bietet Rexroths offene Softwarearchitektur ‹Masar› die Freiheiten, diese mit geringem Aufwand zu ergänzen.»

So entkoppeln immer mehr Hersteller die Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Fahrgeschwindigkeit. Genau dies erreichen verschiedene Konzepte von CVT-Getrieben (Continuously Variable Transmission), die wiederum eine elektronische Ansteuerung erzwingen. So kombiniert das von JCB, einem der führenden Hersteller von Bagger- und Teleskop­ladern, entwickelte «DualTech Variable Transmission» (VT)-Getriebe die neueste Generation hydrostatischer Fahrantriebstechnik mit einem nachgeschalteten mechanischen 3-Gang-Automatik-Lastschaltgetriebe.

Die elektronische Modulation übernimmt dabei die von Rexroth entwickelte Fahr- und Getriebesteuerungssoftware. Das Getriebe kommt erstmals bei den neuen High-end-Teleskopladern «Agri Pro» zum Einsatz. Das Ergebnis sind verbesserte Fahreigenschaften über den gesamten Bereich von sehr langsam und kraftvoll bis zur Höchstgeschwindigkeit - bei gleichzeitig deutlich verringertem Kraftstoffverbrauch.

Dieser erste Schritt, die Kommunikation von Motor- und Hydrauliksteuerungen, ist bei High-end Off-Highway-Fahrzeugen flächendeckend vollzogen. Zunehmend trifft das auch auf das mittlere und teilweise sogar schon für das untere Marktsegment zu. Der nächste logische Schritt ist der Datenaustausch mit übergeordneten Systemen. Aktuell investieren die internationalen Schwergewichte auf der Herstellerseite ebenso wie grosse Flottenbetreiber massiv in die Vernetzung ihrer mobilen Arbeitsmaschinen mit dem Internet der Dinge.

Unter den zahllosen denkbaren Möglichkeiten kristallisiert sich als ein früher Anwendungsfall die vorausschauende Wartung heraus. Denn: Ausfälle im Feld verursachen bei den Betreibern enorme Kosten. Gerade in abgelegenen Gebieten kann es Stunden oder gar Tage dauern, bis Mechaniker oder ein Ersatzfahrzeug zur Stelle sind. Genau hier kann die Vernetzung die Verfügbarkeit deutlich steigern. Dazu werden beispielsweise im hydraulischen System verschiedene Sensoren für Druck, Temperatur, oder Vibration eingebaut. Diese Daten erfassen die ohnehin vorhandenen Steuergeräte und senden sie über eine zentrale Funkeinheit drahtlos an eine Instanz. Das kann ein privater Server des Betreibers oder des Herstellers sein oder beispielsweise die markenneutrale Bosch-IoT-Cloud. Die Idee: Dort erkennen Software-Algorithmen sich anbahnenden Verschleiss, bevor er zu einem Ausfall führt und stossen vorausschauend entsprechende Wartungsmassnahmen an. Alexander Flaig: «Rexroth nutzt bei der Entwicklung solcher Algorithmen das Wissen über die eigenen Hydraulikprodukte und Getriebe. Das Ergebnis: deutlich weniger Ausfälle im Feld und reduzierte Wartungskosten, weil nur die Teile und Medien ausgetauscht werden, die tatsächlich verschlissen sind.»

Die Möglichkeiten gehen aber noch wesentlich weiter. So ist die universell einsetzbare Bedieneinheit für mobile Arbeitsmaschinen, «Bodas DI4», explizit auf vernetzte Anwendungen optimiert. Sie eröffnet als frei programmierbares Gerät umfangreiche Möglichkeiten der individuellen Visualisierung und Funktionszuweisungen.

Darüber hinaus vereinfacht es laut Alexander Flaig die Inbetriebnahme und den Service: «Ohne externes Diagnosegerät greifen berechtigte Wartungstechniker oder Bediener auch ausserhalb von Werkstätten über das Display als Master auf die in der Maschine integrierten Bodas-Steuergeräte für die Arbeits- und Fahrhydraulik von Rexroth zu. Das Display liest aktive und gespeicherte Fehler aus und beschleunigt damit die Diagnose. Über die integrierte USB-Schnittstelle lädt der Servicetechniker neue Parameter für die Bodas-Controller ein oder überträgt durch ‹Flashen› neue Ablaufprogramme – die er beispielsweise vorher aus der Cloud heruntergeladen hat. (pi)

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Zukunft der Mobilhydraulik: Das Bodas-Display liest aktive und gespeicherte Fehler aus und beschleunigt damit die Diagnose. (Bilder: Bosch Rexroth)


Neben dem eigentlichen Verbrennungsmotor bilden die Fahr- und Arbeitshydraulik in Baumaschinen die leistungsbestimmenden Baugruppen.


Alexander Flaig, Entwicklungsleiter Mobilelektronik und Systeme, Bosch Rexroth AG: «In Zukunft wird es einen nahtlosen Informationsaustausch vom Steuergerät der Mobilelektronik in die Daten-Cloud und zurückgeben.»