Filtration & Digitalisierung Mehrwert durch Echtzeit-Daten und 5G-Konnektivität

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Die Smarte 5G-Filterbox von Wolftechnik bietet Echtzeit-Analyse und 5G-Konnektivität für flexible Steuerung und frühzeitige Filterwechsel.

Die „Smarte 5G-Filterbox“ von Wolftechnik hebt die Prozesskontrolle durch ihre Konnektivität auf ein neues Level: Durch die Verarbeitung von Echtzeitparametern, die im Filtersystem erfasst, aufbereitet und weitergeleitet werden und der innerhalb eines Expolring Projects mit dem Transferzentrum 5G4KMU am Fraunhofer IPA in Stuttgart entwickelten Integration des 5G-Standards ermöglicht die Box eine neue Dimension der Datenübertragung und Anbindung an cloudbasierte Überwachungs- und Analysesysteme. Die Signalverarbeitung lässt sich einfach und intuitiv an kundenspezifische Anwendungsfälle anpassen. Das innovative System ermittelt nicht nur wertvolle Prozessdaten, sondern erlaubt es, durch automatisierte Meldungen und Wartungsfunktionen Stillstände zu reduzieren und die Effizienz im Produktionsprozess zu maximieren.

Kabellose und leistungsstarke Konnektivität

Der 5G-Standard ist die neueste Mobilfunkgeneration und bietet im Vergleich zu 4G erheblich höhere Datenübertragungsraten, geringere Latenzzeiten und eine verbesserte Netzwerkkapazität. Besonders für industrielle Anwendungen und das Internet der Dinge (IoT) ist 5G ein zentraler Fortschritt, da es die Vernetzung zahlreicher Geräte in Echtzeit ermöglicht. Dadurch können Daten nahezu verzögerungsfrei übertragen und komplexe, datenintensive Prozesse effizient gesteuert werden. 5G bietet mit seiner kabellosen und leistungsstarken Konnektivität das Potenzial die Kommunikationsinfrastruktur der Zukunft im industriellen Umfeld zu werden. Ein Grund, weswegen sich das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA intensiv mit dem neuen Standard beschäftigt.

Überwachung und Wartung in Echtzeit

Im Expolring Project wurde die Integration einer 5G-Anbindung an die „Smarte Filterbox“ entwickelt. Die kabellose Kommunikation zwischen der Box und der Cloud mit der hohen Zuverlässigkeit und geringen Latenzzeit von 5G ermöglicht eine hohe Flexibilität. Durch die 5G-Anbindung lässt sich eine intelligente, vernetzte industrielle Filtration realisieren, die eine präzise Überwachung und vorausschauende Wartung in Echtzeit unterstützt.

Das Projekt zeigte, dass es für die Integration einer 5G Schnittstelle zwei unterschiedliche Konzepte gibt, die beide eine optimale Verbindung mit dem 5G-Netz ermöglichen. Zusätzlich zur LAN-basierten Anbindung ist die „Smarte Filterbox“ dadurch in der Lage, über eine 5G-Schnittstelle in Echtzeit mit Cloud- und IT-Infrastrukturen zu kommunizieren. Zwei praxisorientierte Integrationskonzepte bieten maximale Flexibilität für den Einsatz der Filterbox in 5G-fähigen Umgebungen.

Bei Konzept 1 wird ein 5G-Router außerhalb der Filterbox an die Ethernet-Schnittstelle angebunden. Diese Konfiguration minimiert technische Anpassungen und ermöglicht eine schnelle Implementierung, da das 5G-Endgerät über die Ethernetverbindung auf die Daten zugreift und sie in die Cloud überträgt. Das Konzept ist besonders geeignet für Anwendungen, in denen ein externer Zugangspunkt für das 5G-Signal vorteilhaft ist.

Konzept 2 sieht die direkte Integration eines 5G-Moduls innerhalb der Filterbox vor, das über die USB-Schnittstelle verbunden wird. Damit bleibt die gesamte Kommunikationsinfrastruktur in der Box, was eine kompakte All-in-One-Lösung schafft. Bei dieser Lösung wurde ebenfalls getestet, wie die Filterbox als geschlossener Metallbehälter das 5G-Signal beeinflusst. Verschiedene Szenarien (mit offener und geschlossener Tür) ergaben, dass die Signalstärke trotz einer leichten Abschirmung zuverlässig für die Datennutzung im 5G-Netzwerk geeignet ist.

Die Wahl des jeweiligen Konzepts richtet sich nach den spezifischen Anforderungen des Kunden und den technischen Rahmenbedingungen des Einsatzbereichs. Beide Optionen schaffen den Zugang zu Echtzeitdaten via 5G und bieten die Flexibilität, die Daten sowohl lokal als auch cloudbasiert zu überwachen und zu analysieren – ohne spezifische Anpassungen an der Software der Filterbox.

Die Wahl des jeweiligen Konzepts richtet sich nach den spezifischen Anforderungen des Kunden und den technischen Rahmenbedingungen des Einsatzbereichs.

Peter Krause

Filterüberwachung auf neuem Level

Auch die Ersteinrichtung der „Smarten 5G-Filterbox“ wurde optimiert. Mit einem Konfigurator kann die Box jetzt ohne Programmierungskenntnisse eingerichtet werden, sodass die Grundkonfiguration und die Einstellung der individuell verwendeten Sensoren vorgenommen werden können.

Die „Smarte 5G-Filterbox“ setzt neue Maßstäbe und ermöglicht eine vernetzte Filterüberwachung statt einer isolierten Steuerung. Herkömmliche Filtrationsanlagen basieren meist auf einer SPS-Steuerung und überwachen Prozesse visuell oder automatisiert, jedoch ohne Anbindung an externe Systeme oder Speicherung von Daten. Wolftechnik schließt diese Lücke mit einem innovativen, modularen Konzept: Die kompakte Filterbox, die neben der Mikrocontroller-Steuerung ein Gateway zur Netzwerkanbindung integriert, kann Prozessdaten in Echtzeit übertragen und so direkt mit dem Intranet oder Internet verbunden werden. So wird eine kontinuierliche, ortsunabhängige Überwachung möglich, einschließlich Visualisierung auf verschiedenen Endgeräten.

Zentrales Ziel der „Smarten 5G-Filterbox“ ist es, ein modulares System bereitzustellen, das sich flexibel an die Bedürfnisse verschiedenster Branchen anpassen lässt – von der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie bis hin zur Wasseraufbereitung und Medizintechnik. Sensoren werden hierbei entweder am Behälter oder in der Zu- oder Ablaufleitung installiert und an die Box angeschlossen, die ihrerseits als Gateway fungiert. So können bis zu fünf verschiedene Sensoreingänge (4–20 mA, M12-Stecker) verarbeitet werden und ermöglichen eine nahtlose Integration in bestehende Anlagen.

Präzise Diagnose und optimale Wartung

Ein besonders anschauliches Beispiel für die smarte Filtrationstechnologie ist die Differenzdruckmessung: Sensoren messen hier den relativen Druck vor und nach dem Filter, um Verstopfungen oder einen erhöhten Beladungszustand frühzeitig zu erkennen. Die „Smarte Filterbox“ empfängt die Drucksignale und analysiert sie kontinuierlich; sobald der Differenzdruck einen Grenzwert überschreitet, wird automatisch ein Alarm ausgelöst oder eine Benachrichtigung versendet. So kann ein Filterwechsel genau dann erfolgen, wenn es der Prozessablauf optimal erlaubt.

Über das Dashboard der „Smarten 5G-Filterbox“ können autorisierte Benutzer in „near real-time“ den Zustand der Filtersysteme überwachen und anhaltende Trends, wie Druckschwankungen visualisieren. Die aufgezeichneten Daten lassen sich zudem zur nachträglichen Prozessanalyse nutzen – eine wertvolle Grundlage für das Qualitätsmanagement und die Dokumentation. Dank datenbasierter Wartungsplanung können Filterwechsel und Servicezeiten optimal in den Produktionsprozess integriert werden.

Die „Smarte 5G-Filterbox“ bietet nicht nur eine skalierbare Plattform für Predictive Maintenance und Assessment Management, sondern auch das Potenzial, künftige Anforderungen zu erfüllen. Über die gesammelten Daten könnten sich in einem nächsten Schritt Workflows zur digitalen Beschaffung (Digital Procurement) und sogar künstliche Intelligenz-gestützte Anwendungen aufbauen lassen. Dies bietet langfristig die Möglichkeit, Filtrationsprozesse weiter zu optimieren und die Effizienz durch präzise und automatisierte Entscheidungen zu steigern.

Mit der „Smarten 5G-Filterbox“ stellt Wolftechnik eine innovative Lösung bereit, die nicht nur die Kontrolle und Überwachung der Filtration verbessert, sondern auch eine Basis für zukunftsweisende Services schafft. Die Kombination aus Echtzeit-Datenübertragung, sicherer Vernetzung über 5G und flexibler Anpassbarkeit eröffnet neuen Spielraum in puncto Wartungsplanung und Prozessoptimierung – ein entscheidender Schritt hin zur vollständig vernetzten Industrie 4.0.