Intelligenz für Predictive Maintenance Kabel, die sich selbst überwachen

Servicetechniker Christian T. zieht den Stecker und hängt ihn an der Ladesäule ein. Das dürfte für die nächsten 250 Kilometer reichen, weiter muss er heute nicht. Bezahlt hat er vorab per Smartphone, also heißt es nach knapp zehn Minuten Ladezeit: einsteigen und weiterfahren. Kaum sitzt er hinter dem Steuer, warnt eine Textnachricht: „Drohender Wassereintritt, Knoten DE-CIX1, EV-Kabel 3, Abschnitt C1, Position 331“.

Christian T. weiß, was das bedeutet: An einem der größten Internetknoten des Kontinents ist eines der stromzuführenden Kabel beschädigt. Er bestätigt den Auftrag umgehend, in einer Viertelstunde wird er vor Ort sein. Anders als noch vor wenigen Jahren wird er dort nicht lange nach der schadhaften Stelle suchen müssen: Das intelligente Kabel, Urheber der Textnachricht, hat nicht nur eindringende Feuchtigkeit festgestellt, sondern kann diese auch genau lokalisieren.

Obwohl diese Geschichte rein fiktiv ist, spiegelt sie doch die wachsende Abhängigkeit einer modernen Gesellschaft von Daten- und Energieströmen. Dass Elektroautos ohne Strom nicht fahren, ist klar. Aber der regenerativ erzeugte Strom muss auch an der Schnellladesäule bereitstehen – angesichts des schwankenden Angebots an Sonnen- und Windstrom eine komplexe Regelungsaufgabe, die ohne beständigen Informationsfluss zwischen Erzeugern und Verbrauchern nicht funktioniert. Und ohne Datenaustausch im Hintergrund funktioniert auch das eigentliche Laden des E-Autos nicht: Denn mit Bargeld wird an der Ladesäule wohl kaum bezahlt.

Digitales Ökosystem

In der Gesellschaft 4.0 sind nahezu alle Lebenswelten des Menschen elektrisch und datentechnisch vernetzt: am Arbeitsplatz, zuhause, unterwegs. Drahtlose Kommunikation und induktive Stromübertragung decken dabei nur einen relativ kleinen Anteil der stetig wachsenden Vernetzung ab: Sie kommen zum Einsatz, wenn entweder die Distanz verhältnismäßig kurz oder die benötigte Übertragungsrate relativ klein ist. Wo viele Daten oder viel Strom sicher und schnell übertragen werden müssen, führt oft noch kein Weg am Kabel vorbei.

Das zeigt das Beispiel 5G: Zwar wird das Mobilfunknetz der Zukunft Bandbreiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde bieten. Die Antennen sind jedoch in einem deutlich engeren Abstand als bei der heutigen LTE-Technik aufzustellen und wiederum über ein Glasfaser-Hochgeschwindigkeitsnetz an das Hauptnetz angebunden. Dem steigenden Bedarf entsprechend wird nicht nur in Deutschland, sondern weltweit der Ausbau der Daten- und Stromnetze vorangetrieben. Das gilt übrigens nicht nur für die öffentlichen Netze, sondern insbesondere auch für die Vernetzung in Maschinen, Anlagen, Robotern oder an Bord eines Fahrzeugs. So positiv dieser Trend für Kabelhersteller auch ist: Es geht nicht darum, möglichst viele Kabelmeter zu verkaufen, sondern optimale Lösungen für die jeweilige Anwendung. Deshalb hat Leoni eine Simulations-Plattform entwickelt, auf der die Topologie komplexer Netze als digitaler Zwilling nachgebildet und optimiert werden kann – abhängig von den tatsächlichen oder erwarteten Energie- und Datenströmen im Betrieb. Ihr wesentliches Element ist eine umfangreiche Bibliothek physikalischer Modelle für alle Netzwerkkomponenten einschließlich typischer Verbraucher oder Umrichter. Mit einzelnen Bibliothekselementen kann künftig eine funktionale Simulation in kurzer Zeit durchgeführt werden, um Überdimensionierungen und Engpässe zu vermeiden.

Störungsfreier Betrieb

Sind die Kabel installiert, ist nur noch eines wichtig: ein störungsfreier Betrieb. Dies ermöglicht Leoniq, die Schlüsseltechnologie für intelligente Kabelsysteme in Kombination mit einer Vielzahl an möglichen Anwendungen. In frei definierbaren Intervallen wird ein Signal in das Kabel geschickt, von einer Elektronik in Größe eines USB-Sticks nahezu in Echtzeit ausgelesen, analysiert, in die Cloud übertragen und dort interpretiert.

Anhand der Signalveränderung lassen sich Schlüsselparameter wie Temperatur, Dichtigkeit und mechanische Belastung entlang des gesamten Kabels überwachen. So können etwa auftretende Überlastpunkte (Hot Spots) anhand der erhöhten Temperatur sicher detektiert und lokalisiert werden. Wie in obigem Beispiel kann so eine vorbeugende Wartung initiiert werden. Ähnliche Lösungen auf Basis faseroptischer Sensorik existierten bereits in der Vergangenheit, aufgrund der hohen Kosten war ihr Einsatz allerdings nur in wenigen Anwendungsfällen ökonomisch sinnvoll. Dank Leoniq wird nun erstmals der breite Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen möglich – so entsteht eine Welt vernetzter Intelligenz.

Datenanalyse in der Cloud

Letzter, aber nicht unwichtiger Teil einer Gesamtlösung für ein intelligentes und lernendes System für die Energie- und Datenübertragung ist die cloudbasierte Lösung von Leoni für die Datenanalyse. Denn jenseits der aktuellen Funktionsüberwachung liefern die Zustandsdaten langfristig wichtige Informationen, die für die weitere Optimierung bestehender Kabellösungen oder auch künftiger Systeme genutzt werden können. Die anwendungsspezifischen Algorithmen für Analyse und Prädiktion sowie der Feedback-Loop in die digitalen Modelle werden Schritt für Schritt zu einem lernenden System entwickelt. Auch die Erfahrung von Leoni in Branchen wie Automobil, Energietechnik, Robotik, Factory Automation, Healthcare und anderen Industrien fließt in die Weiterentwicklung dieses digitalen Ökosystems ein. Und dank enger Kooperation mit führenden Technologiefirmen und etablierten Schlüsselkunden wird das Potenzial von Leoniq bereits heute in verschiedenen Applikationen deutlich.