Wie drahtlose Energie die Fertigung verändert

Moderne Produktionsanlagen werden in einem noch nie dagewesenen Tempo drahtlos. In einer Revolution, die manche als „Industrie 4.0“ bezeichnen, implementieren Fabriken industrielle Internet-of-Things (IIOT)-Technologien, die datengesteuerte Methoden und Strategien in Echtzeit ermöglichen. Und in der Fabrik ist die drahtlose Technologie verbreiteter und rentabler als je zuvor.

Aber mit neuen Formen der Integration kommen auch neue Herausforderungen. Da IIoT-Technologien immer häufiger werden, müssen Hersteller eine andere Reihe von Problemen lösen. Diese neuen Geräte benötigen Strom, und es ist nicht immer klar, wie dieser Strom effektiv bereitgestellt werden kann. Um dieser Herausforderung zu begegnen und die Industrie 4.0-Revolution auf ihren Höhepunkt zu bringen, wenden sich Produktionsstätten dem kabellosen Laden mit großer Reichweite zu.

Dynamische Anforderungen

Da Daten und Analysen für die Fertigung immer wichtiger werden, setzen immer mehr Fabrikbesitzer Geräte und Technologien ein, um Effizienz, Geschwindigkeit und Qualität zu maximieren. Viele verlassen sich auf einige der folgenden:

• Asset-Tracker. Produktions- und Vertriebszentren können große, weitläufige Anlagen sein. Es kann also eine Herausforderung sein, jederzeit zu wissen, wo sich der Lagerbestand befindet. Asset-Tracker sind kleine Geräte, die dieses Problem lösen und eine intuitive, unauffällige Technologie verwenden. Mit einem Asset-Tracker kann ein Hersteller sofort feststellen, wo sich die verfolgten Artikel zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden.
• Handheld-Scanner. Diese Geräte werden von Teammitgliedern verwendet, um Artikel während des Produktionsprozesses zu scannen:Wareneingang, Montage, Qualitätssicherung, Versand usw. Handheld-Scanner sind flexibel konzipiert und können für zahlreiche Zwecke programmiert werden.
• IIoT-Sensoren. Moderne Fertigungssysteme verwenden eine Vielzahl von Sensoren, um ihre Hauptfunktionen zu erfüllen. Diese Sensoren können beispielsweise Faktoren wie Druck oder Temperatur, die Aktivität eines Gabelstaplers oder die Geschwindigkeit eines Roboterarms überwachen. In einigen Fällen werden diese Sensoren direkt in Geräte eingebaut. Zu anderen Zeiten können Sensoren später angebracht werden, um die Flexibilität zu erhöhen.
• Mobile Workstations. In vielen Fertigungsumgebungen können Teammitglieder flexiblen, beweglichen Arbeitsplätzen zugewiesen werden. Jeder Arbeitsplatz, oft mit höhenverstellbaren Arbeitsflächen, kann individuell angepasst werden, um die Werkzeuge, Integrationen und Funktionen bereitzustellen, die für die täglichen Aufgaben erforderlich sind.

Durch die Verwendung von IIoT-Funktechnologien können diese verschiedenen Geräte nahtlos kommunizieren. „Es geht nicht nur um die Sensoren und die Datenleitfähigkeit“, sagt Steven Martin, Chief Digital Officer of Power bei General Electric. „Es geht darum, den Wert zu verstehen und dann Entscheidungen zur Optimierung dieser Hardware basierend auf der wirtschaftlichen Realität zu treffen.“

Flexible Stromversorgung

In der Fabrikhalle gibt es einen universellen Bedarf:Strom. Tatsächlich wurden Fabriken selbst erst mit dem Aufkommen von Dampfmaschinen zu einer gängigen Bauweise. Obwohl sich die Energiequelle geändert hat, gilt das gleiche Konzept.

Die überwiegende Mehrheit dieser IoT-Geräte ist tragbar und flexibel. Je nach Situation können Hersteller die Geräte dort platzieren, wo sie sie brauchen, oder sie als Handheld aufbewahren. Um diese Geräte mit Strom zu versorgen, verwenden Fabrikhallen als Lösung hocheffiziente Batterien oder versuchen, Drähte und Netzkabel zu verlegen.

Aber im Laufe der Zeit haben selbst leistungsstarke Akkus diese spürbaren Nachteile:

• Kosten. Viele Hersteller haben möglicherweise eine beträchtliche Anzahl von Geräten, von Handscannern bis hin zu Asset-Trackern. Wenn jedes Gerät einen neuen Satz Ersatzbatterien benötigt, können die mit diesen Batterien verbundenen Kosten in die Höhe schießen.
• Ausfallzeit. Batterien müssen ersetzt oder aufgeladen werden. In diesem Fall kann das betreffende Gerät nicht verwendet werden, was erhebliche Opportunitätskosten verursacht.
• Begrenzte Gebühr. Selbst der Akku mit dem höchsten Wirkungsgrad kann nur so schnell so viel Leistung liefern. Wenn Sie sich auf diese begrenzte Gebühr verlassen müssen, können die Fähigkeiten von Geräten eingeschränkt werden. Ein Hersteller kann in seiner Fabrikhalle, die nur mit Batteriestrom betrieben wird, möglicherweise nicht alle Vorteile des IoT nutzen. Und Geräte, die ausschließlich mit Batterien betrieben werden sollen, verfügen möglicherweise nicht über die Fähigkeiten, die eine moderne Fertigung erfordert. Ein Hersteller möchte beispielsweise, dass ein Sensor alle 15 Minuten Informationen meldet, aber das Batteriemanagement kann die Übertragung von Daten auf einmal alle 60 Minuten beschränken. Dies kann sich auf die Gesamteffizienz der Montagelinie oder die Effektivität jedes datengesteuerten Ansatzes auswirken.

Einige Hersteller haben es sich zur Aufgabe gemacht, alternative Stromquellen zu verwenden, um diese Energieprobleme auszuräumen. Die beliebteste Option war bisher die Solarpaneele, aber auch sie hat einige große Nachteile. Erstens können Sonnenkollektoren nur begrenzt Energie aus elektrischer Beleuchtung gewinnen. Zweitens ist die Größe der Panels normalerweise durch die Oberfläche des Geräts begrenzt, das sie mit Strom versorgen sollen (Geräte, die immer kompakter werden).

Wireless Power bietet eine Lösung

Eine wachsende Zahl von Herstellern greift auf eine innovative Technologie zurück, um dieses Problem zu lösen:Wireless Power mit großer Reichweite. Durch die Nutzung von Energie aus der Ferne können moderne drahtlose Ladesysteme mit großer Reichweite eine Vielzahl von Geräten sicher und effizient mit Strom versorgen – ohne die Produktionsprioritäten zu beeinträchtigen – und das volle Potenzial von Industrie 4.0 freisetzen.

So funktioniert die Technologie. In der gesamten Fabrik oder am Arbeitsplatz werden regelmäßig Mastersender installiert. Jedes Gerät, das Strom benötigt, kann dann über einen einfachen drahtlosen Stromempfänger an dieses Ladenetzwerk angeschlossen werden.

Es gibt mehrere Kandidatentechnologien für drahtlose Energie mit großer Reichweite, aber eine sehr vielversprechende ist die Verwendung von Infrarotlicht. Diese unsichtbare Energiequelle kann aus der Ferne sicher und effizient beträchtliche Energie liefern und bietet Herstellern mehrere entscheidende Vorteile:

• Große Reichweite. Das Ladesignal kann über eine Fabrikhalle oder ein großes Lager übertragen werden.
• Sicherheit. Da Infrarotlicht in der Natur und in alltäglichen Geräten wie TV-Fernbedienungen weit verbreitet ist, ist sein Sicherheitsprofil hervorragend:Es können sinnvolle Energiemengen gesendet werden, während die Grenzwerte für Verbraucher- und Arbeitssicherheit eingehalten werden.
• Kraft. Da drahtlose Stromversorgung endlose Energie liefert, können Hersteller Geräte mit einem höheren Leistungsbedarf verwenden, die Melderaten erhöhen, lokale Sensorintelligenz hinzufügen und viele andere Funktionen hinzufügen.
• Integration. IIoT-Geräte wurden entwickelt, um die Fertigung in vielerlei Hinsicht zu unterstützen, und sind besonders hilfreich beim Sammeln und Verwenden von Daten. Aber das kann schwierig werden, wenn Batterien oder kabelgebundene Netzteile im Weg sind. Die Funktechnologie mit großer Reichweite kann problemlos in bestehende Systeme integriert werden und macht die Installation für jeden Hersteller einfach.
• Flexibilität. Im Gegensatz zu statischen Kabeln können sich Sensoren innerhalb des Unternehmens frei bewegen und Energie praktisch überall empfangen.

Die Vorteile des kabellosen Ladens

Für Hersteller, die ihre Prozesse schlank, agil und profitabel halten möchten, bietet das kabellose Laden mehrere starke Vorteile, darunter:

• Zeit und Geld gespart. Der Batteriewechsel kostet Zeit und Geld – nicht nur in Bezug auf die Opportunitätskosten (ein Gerät, bei dem ein Batteriewechsel erforderlich ist, trägt nicht zum Herstellungsprozess bei), sondern auch einfach in Bezug auf die absoluten Kosten. Kabelloses Laden hilft, beides drastisch zu reduzieren.
• Größere Flexibilität. Geräte, die kabelloses Laden verwenden, können Herstellern eine deutliche Steigerung der Agilität und Anpassbarkeit bieten. Geräte werden beispielsweise nicht durch die Nähe zu einer Ladesteckdose oder ein schwaches Funksignal eingeschränkt. Beim kabellosen Laden können Geräte überall in Sichtweite des Ladesenders platziert werden und erhalten trotzdem Strom. Dies bedeutet, dass Hersteller Geräte basierend auf ihren Montageanforderungen und -prozessen platzieren können.
• Sensorfunktionen hinzugefügt. Viele Gerätefunktionen sind aufgrund des Stromverbrauchs begrenzt. Durch die Einführung des kabellosen Ladens mit großer Reichweite können Hersteller in Sensoren mit mehr Fähigkeiten investieren. Manchmal bedeutet dies die Möglichkeit, Temperatur, Druck oder Durchfluss häufiger zu verfolgen. In anderen Situationen kann es einfach eine größere Reichweite oder mehr Integration bedeuten. Diese Art von Leistung erfordert jedoch Strom, und das kabellose Laden kann die erforderliche Energie erzeugen, um die Leistung zu verbessern.

Dank des kabellosen Ladens mit großer Reichweite können sich Hersteller auf die Nutzung des IIoT für Innovationen konzentrieren – und Fabrikhallen für eine datengesteuerte Zukunft anpassen.

Yuval Boger ist Chief Marketing Officer bei Wi-Charge.