Climate change, automation, the coronavirus, the US election – 2020 was fraught with challenges for the German economy that will continue to impact the industry in the years to come. VINCORION Insights spoke with market experts about the trends and opportunities.

Whether in the air, on land, or at sea, 2020 was not an easy year for the products and solutions offered by the German and international supplier industry. And at the same time, tremendous opportunities for new processes and solutions have emerged. Whether in their supply chains, in production, or with respect to the way they interact with customers, very few companies and markets were prepared for the COVID-19 pandemic.

Multimedia Online Showroom for Customers and Partners

“The business environment has changed forever,” sums up Thomas Paustian, head of the Customer Support business unit at VINCORION. By the spring of 2020 at the very latest, it was clear that flexibility, agility, and a pragmatic approach were must-haves for the entire materials management sector and ultimately for the manufacturing industry as well. The coronavirus significantly accelerated the digitization of work processes and customer relations activities across national borders and entire continents. “With our virtual acceptance test and our VINCORION online showroom, we’ve implemented new processes and tools that allow us to reliably support our customers, even in the era of COVID-19,” explains Philippe Euzennat, head of the Power Systems BU.

VINCORION invested heavily in 2020 in order to keep up with the times and respond to changes with flexibility and agility. For example, the company developed its own state-of-the-art PCB assembly line in order to meet the enormous demand for power electronics even more efficiently in-house. Establishing manufacturing execution systems (MES) throughout the entire process chain, from development to production to customer support, will continue to keep the mechatronics specialist busy in 2021. This is a process that, above all else, benefits the company’s customers.

Climate Change Impacts the Defense Market

One of component supplier VINCORION’s long-standing partners and customers is the German armed forces, which celebrated its 65th anniversary in 2020. Power supply and predictive maintenance are topics just as relevant to it as to the entire defense market. After all, even if the CO2 emissions from military equipment are negligible compared to the overall carbon footprint: “Combating climate change is important in the military as well,” explains Astrid Biesterfeldt, head of the Energy & Drive business unit. This is why hybrid power systems, hydrogen technology, and fuel cells also play a key role in VINCORION’s research and development activities. “Our expertise can be put to excellent use here, for example when it comes to field camps.

But hybrid power solutions will also dominate the military vehicle sector in the coming years, for example in combination with a Powerpack powered by diesel or, in the future, also synthetic fuel.”
In addition to power management, VINCORION also continues to focus on drive and stabilization technology in the military sector – while always keeping an eye on shifting, global deployment scenarios. Mobility and flexibility are guaranteed with the modular solutions that the mechatronics specialists in Altenstadt, Wedel, and Essen develop and manufacture, which are always designed with an eye to the entire product as well as life cycle. But even if all the technological requirements have been met, in many respects it is the politicians who will ultimately be the deciding factor: “We are not only competing with the world economically, but also strategically,” emphasizes VINCORION Managing Director Dr. Stefan Stenzel. “Major German and European projects such as TLVS or FCAS are driving innovation and are a significant contribution to NATO. Our supplier industry has all the competencies ready and waiting, but it needs a clear political signal in support of the pending major procurement programs.”

From the Product to Maintenance, Modularity Creates Efficiency

While VINCORION successfully develops state-of-the-art, tailor-made, rapid solutions for the specific requirements of customers around the world, another of the company’s competencies is also crucial: long-term obsolescence management and module overhaul, particularly in the military sector. “Our customer support technicians are experts in maintaining nearly all of our platforms and systems so that they will continue to operate reliably and durably for the next 30 years,” explains Thomas Paustian. Similar to the design of products and solutions, modular processes are increasingly being used in customer support as well. This makes maintenance even more efficient for customers in the defense, civil aviation, and railway industries.

Security, flexibility, durability, and sustainability will continue to dominate the defense, rail technology, and aerospace markets in 2021 and beyond. “With the knowledge and skills gained over 60 years and our dedicated engineers, we look forward to playing a leading role in shaping these trends,” says Dr. Stenzel.

Zunächst einmal moin und herzlich willkommen. Wenn du gerade diesen Text liest, stehen die Chancen nicht schlecht, dass du dich für den Beruf des Elektronikers für Maschinen und Antriebstechnik interessierst. Doch gerade bei der beruflichen Orientierung schwirren einem viele Fragen durch den Kopf. Ist der Beruf was für mich, was mache ich täglich, kann ich leisten, was von mir verlangt wird? Ich hoffe, dir bei der Beantwortung dieser Fragen mit meinen persönlichen Erfahrungen ein wenig unter die Arme greifen zu können.

Wieso EMA?

Ich möchte damit beginnen, zu erläutern, warum ich mich für eine Ausbildung zum Elektroniker für Maschinen und Antriebstechnik entschieden habe. Als ich mich dazu entschieden habe, meine Lehre zu beginnen, war ich im dritten Semester eines Hochschulstudiums im Fach Schiffsmaschinenbau. In diesem Zeitraum wurde mir klar, dass die fachliche Richtung definitiv die richtige ist, allerdings die Art der Vermittlung viel zu theoretisch für jemanden ist, der wie ich vorher in keiner Form berufliche/praktische Erfahrungen im Bereich der Elektromechanik hatte. In dieser Situation kam mir ein Ausbildungsberuf, der sich genau mit der Schnittstelle von Elektrotechnik und Mechanik befasst, wie die perfekte Lösung vor. Von dem, was ich bis dahin gelernt und erlebt hatte, war diese Entscheidung genau richtig. Was ich damit sagen will, ist: Wenn du dich für Elektrotechnik, Mechanik und Physik im Allgemeinen interessierst, wirst du auch mit den Berufsinhalten des EMA sehr zufrieden sein.

Welche Vorkenntnisse benötigst du?

Eventuell wirkt es auf dich ein wenig einschüchternd, dass ich von einem abgebrochenen Studium als Vorqualifikation spreche, aber da kann ich dich auf jeden Fall beruhigen. Das fachliche Wissen, welches mir an der Fachhochschule vermittelt wurde, ist zwar unglaublich hilfreich, aber in keiner Weise nötig, um einen guten Start in die Lehre zu gewährleisten. Eigentlich ist es schon ausreichend, wenn du nie Probleme mit Mathematik in der Mittelstufe an deiner Schule hattest. Mit anderen Worten: Solange du Gleichungen umstellen und lösen kannst, weißt du alles, was du zu Beginn der Ausbildung wissen musst. Dazu sollte ich allerdings nochmal betonen, dass jegliche darüber hinausgehende Qualifikation trotzdem sehr hilfreich sein wird. Dies gilt sowohl für theoretische als auch für praktische Kenntnisse und Erfahrungen. Das Wichtigste ist jedoch, wie so häufig, ein grundlegendes Interesse und deine persönliche Lernbereitschaft. Ein gewisses handwerkliches Geschick ist natürlich auch wichtig, viele Tricks und Kniffe wirst du allerdings auch während der Ausbildung vermittelt bekommen.

Ausbildungsinhalte

Ausbildungsinhalte

Kurz gesagt: alles, was mit elektrischen Maschinen zu tun hat. Hauptsächlich wird es später darum gehen, Elektromotoren zu warten und zu reparieren. Doch bis man diese Tätigkeiten selbstständig und eigenverantwortlich ausführen darf, muss einiges gelernt werden. Dazu gehören vor allem elektrotechnische und mechanische Grundkenntnisse. Dabei ist unter anderem der Elektromagnetismus von entscheidender Bedeutung. Des Weiteren durchläuft man eine Metallgrundausbildung, konkret geht es darin um Feilen, Bohren und Sägen. Der Hauptteil der Ausbildung, zumindest im ersten Lehrjahr, besteht aber aus Steuerungstechnik und Automatisierung. Ein grundlegendes Beispiel für Steuerungstechnik wäre eine Schiebetürsteuerung, das heißt prinzipiell: Wie steuere ich einen Elektromotor so an, dass sowohl alle Sicherheitsvorschriften beachtet als auch alle geforderten Funktionen implementiert werden. Eine konkrete Aussage zu den Lehrinhalten der kommenden Lehrjahre kann ich zu diesem Zeitpunkt leider noch nicht treffen.

Tätigkeiten bei Vincorion

Grundsätzlich findet die Ausbildung an drei unterschiedlichen Orten statt: bei Vincorion, in einer separaten Ausbildungswerkstatt und in der Berufsschule.
Während du in der Firma bist, wirst du dich so gut wie ausschließlich im Kundendienst aufhalten. Tätigkeiten, die ich dort bisher ausgeübt habe, reichen vom Reinigen gebrauchter Maschinen über ihre Befundung bis hin zur Fehlersuche an defekten Antrieben sowie deren Reparatur.
In der Ausbildungswerkstatt findet vor allem die Vermittlung der Grundlagen und Lehrinhalte statt. Darunter fallen die oben genannte Metallgrundausbildung, allerdings auch Grundlagen der Elektrotechnik, Steuerungstechnik und Automatisierung.
In der Berufsschule fängt auch alles recht fachunspezifisch an und entwickelt sich dann langsam Richtung Elektrotechnik.

Seit vielen Jahrzehnten stellt VINCORION Energie für unterschiedlichste militärische Einsatzszenarien bereit. Das Herzstück sind Aggregate in diversen Leistungsklassen. Hochspezialisierte Ingenieure und Techniker liefern zum einen projektbezogene militärische Aggregate als Kundenauftragsentwicklung, zum anderen taktische Aggregate mit breitem Anwendungsspektrum, die passgenau die Anforderungen von Ausschreibungen erfüllen. Für diese Anforderungen oder Einsatzszenarien stellt VINCORION Aggregate mit konstanter oder variabler Drehzahl zur Verfügung, die über moderne Energiespeicher, zum Beispiel mit Batterien oder Superkondensatoren, zu einem System mit hybrider Architektur erweitert werden können.

Die Lage – die Antworten

Es ist eine der maßgeblichen Entwicklungen von militärischen Missionen weltweit: das Bereitstellen von immer mehr Energie im Feld. Die Zahl der elektrischen Verbraucher nimmt kontinuierlich zu – durch IT- und Kommunikationssysteme sowie durch höhere Leistungen innerhalb der Waffen-, Kommando- und Komfortsysteme. Dr. Christian Wildhagen, Head of Governmental Affairs bei VINCORION, bringt es auf den Punkt: „Das kurzfristige Bereitstellen von immer mehr Energie dort, wo sie tatsächlich gebraucht wird, ob für einen mobilen Gefechtsstand oder ein schnell verlegbares Feldlazarett, wird der kritische Erfolgsfaktor zukünftiger Operationen.“

Mit modernen Aggregaten hat VINCORION Antworten auf den steigenden militärischen Energiebedarf. Daniel Zeitler, Produktmanager bei VINCORION für militärische Energiesysteme, fasst die Herangehensweise zusammen: „Neu entwickelte Aggregate sollen ihre Kompaktheit, sprich Größe und Gewicht, verbessern. Dies lässt sich mit einer höheren Effizienz sowie einem exakten Zuschnitt des Aggregats auf das jeweilige Last- und Anforderungsprofil erreichen.“ Zudem kann sich der Kunde bei jedem VINCORION Aggregat auf eine lange Lebensdauer verlassen – auch dank hochqualifiziertem Customer Support mit jahrzehntelangem Obsoleszenzmanagement.

Die Expertise der VINCORION Mitarbeiter verbindet sich zu einer umfassenden Gesamtkompetenz – Spezialisten für Mechanik und Elektrik arbeiten Hand in Hand mit Elektronikern und Software-Entwicklern. So stellt VINCORION auch bei neuen, smarten Technologien wie Speichern, digitalen Steuerungen oder Leistungselektronik – die in der Regel kürzere Entwicklungszyklen als mechanische Komponenten aufweisen – Entwicklungshoheit, hohe Verfügbarkeit und lange Laufzeiten sicher.

Aggregate mit konstanter Drehzahl

Aggregate mit konstanter Drehzahl spielen weiterhin eine wichtige Rolle im Feld. Bei nur punktueller Laufzeit sind sie häufig der Stromerzeuger der Wahl. Das geringere Investment, die Robustheit und das einfache Handling sprechen für Aggregate mit konstanter Motorendrehzahl. VINCORION bietet Lösungen für alle taktisch relevanten Leistungsklassen, die zudem parallel schaltfähig sind. Aber auch bei konventionellen Aggregaten lassen sich Lastspitzen über separate externe Speicherlösungen puffern. Voraussetzung sind entsprechend kompatible Schnittstellen für Elektrik und Steuerung. Diese können häufig sogar nachträglich realisiert werden.

 

Aggregate mit variabler Drehzahl

Bei hohen Laufzeiten und unregelmäßigem oder variablem Energiebedarf hingegen spielen permanentmagneterregte Generatoren mit variabler Drehzahl ihr volles Einsparpotenzial aus. Lastspitzen können durch hohe Drehzahlen aufgefangen werden. Danach kann der Motor wieder heruntergefahren werden. Neben höherer Effizienz wird so auch ein langfristiger und für die Motoren schädlicher Unterlastbetrieb vermieden. Das permanentmagneterregte VINCORION Aggregat im Launcher des Luftabwehrsystems PATRIOT ist hierfür ein gutes Beispiel. Durch die langen Stand-by-Laufzeiten und Lastspitzen bei sehr seltenen, aber energieintensiven Bewegungen der Launcher-Plattform spielt die Motor-Generator-Einheit mit ihrer lastabhängigen Drehzahl ihre Vorteile voll aus – zum Beispiel bessere Performance im Unterlastbetrieb oder geringerer Treibstoffverbrauch.

Energiespeicher

Auch wenn es um die Entscheidung für einen passenden Energiespeicher geht, analysiert VINCORION mit umfangreicher Expertise und Erfahrung das Anforderungsprofil. Batterien und elektrische Superkondensatoren, englisch Ultracapacitators, werden heute für die meisten militärischen Anforderungen eingesetzt. Dabei zeigt sich, dass die Vielfalt geeigneter Speichertechnologien auch für militärische Anwendungen stetig zunimmt. Dazu Daniel Zeitler: „Als Integratoren und Systemspezialisten entwickeln wir gemeinsam mit dem Kunden den passenden Zuschnitt des Energiespeichers.“

Die Funktion von Batterien basiert auf chemischen Reaktionen. Sie haben eine hohe Energiedichte und sind von der Performance und vom Gewicht – je nach chemischer Basis – mit unterschiedlichen Vorteilen gut zu handhaben. Jedoch können sie je nach Nutzung und Technologie nur ca. 2.000- bis 5.000-mal wieder aufgeladen werden – in der Regel bei langsamem Lade- und Entladevorgang.

Superkondensatoren hingegen lassen sich bis zu 1.000.000-mal wieder aufladen. Bei schnellen Lastwechseln spricht das Aufladen im Sekundentakt für Superkondensatoren. Eine vollständige Entladung ist ebenso möglich, so dass ein Lufttransport unmittelbar realisiert werden kann. Da bei Ultracapacitators keine chemische Reaktion stattfindet, sind sie beim Einsatz unter extremen Hoch- und Tieftemperaturen zu bevorzugen.

Hybride Architektur

Die einsatzerprobte Kompetenz von VINCORION bei konventionellen militärischen Aggregaten in Verbindung mit Energiespeichern und der optionalen Integration weiterer Energiequellen vereint sich zu einer Expertise in hybrider Architektur. Die System- und Speicherlösungen von VINCORION berücksichtigen die entsprechenden Schnittstellen für die Kompatibilität von Aggregaten, Speichersystemen sowie externen Energiequellen und verbinden die Komponenten zu einem taktisch überlegenen Systemverbund.

Welche substanziellen Vorteile dieser Ansatz bieten kann, zeigt das Beispiel eines hybriden Aggregats für das Luftabwehrsystem PATRIOT. Wesentliche Ergebnisse im Vergleich zum herkömmlichen Aggregat: vierfach höhere Ausfallsicherheit, halbierte Stillstandzeit, halbierter Kraftstoffverbrauch und ⅔ weniger Tankvorgänge.

Der VINCORION Programmmanager für PATRIOT, Alexander Ackermann, führt aus: „Basierend auf der Tatsache, dass die Grundlast beim PATRIOT einen sehr hohen Anteil an den Betriebszeiten hat, wurde das hybride System mit einem deutlich kleineren Dieselmotor ausgelegt und die Lastspitzen werden über Energiespeicher bedient. Gleichzeitig kann das gesamte System auch am öffentlichen Stromnetz betrieben werden, wobei Speicher und Aggregat jederzeit die unterbrechungsfreie Stromversorgung absichern.“

Neu entwickelte Aggregate sollen ihre Kompaktheit, sprich Größe und Gewicht, verbessern. Dies lässt sich mit einer höheren Effizienz sowie einem exakten Zuschnitt des Aggregats auf das jeweilige Last- und Anforderungsprofil erreichen.

Daniel Zeitler, Produktmanager

Lastprofil-Management

Auf welche Parameter achtet VINCORION bei der Analyse des Energiebedarfs? Das Augenmerk wird auf das fallbezogene Lastprofil gelegt. In der Vergangenheit wurden militärische Aggregate hauptsächlich am maximalen Leistungsbedarf ausgelegt. Bei Systemen, die überwiegend eine geringe Grundlast haben, lässt sich so ein überdurchschnittlicher Kraftstoffverbrauch und Verschleiß nicht vermeiden. Der Ansatz von VINCORION ist daher, Aggregate am gesamten Lastprofil auszurichten. Danach erfolgt mit geeigneter Speichertechnologie, etwa mit Superkondensatoren, die Auslegung des Motors auf den durchschnittlichen Lastbedarf. Natürlich werden dabei nötige Sicherheitsreserven und De-Ratings für die jeweiligen taktischen Einsatzszenarien berücksichtigt.

Einsatz im Feldlager

Ein sinnvolles Einsatzgebiet für VINCORION Aggregate sind militärische Feldlager. Grundsätzlich ist die Aufgabe, sich flexibel auf das Einsatzgebiet einzustellen. Einsätze an der NATO-Ostflanke zur Landes- und Bündnisverteidigung werden zum Beispiel meist über das lokale Stromnetz versorgt. Hier fungieren Aggregate hauptsächlich als Back-up. Bei den UN- und EU-Missionen in Mali läuft die Energieversorgung mangels Stromnetz hingegen fast ausschließlich über Aggregate.

Wichtig ist, das komplexe Energieverbrauchsprofil eines Feldlagers genau zu analysieren. Eine passgenaue Energieversorgung berücksichtigt Doppelbelegungen bei Mannschaftswechseln, tagesabhängige Lastspitzen sowie Peaks beim Heizen und Kühlen. Hier kommen die Systemkompetenzen von VINCORION voll zum Tragen. Das An- und Abschalten von Aggregaten im Parallelbetrieb, Lastabfederung über Energiespeicher, Auskopplung von Warmwasser aus dem Kühlkreislauf der Aggregate oder das Ausschalten unkritischer Systeme sind einige Parameter für intelligentes Energiemanagement.

Zukunftssicher – Versorgung von Hochenergiewaffen

Die Verbindung diverser Kompetenzen in der Aggregat-Konzeption bringt VINCORION auch in aktuelle Projektstudien zu Hochenergiewaffen wie Lasersystemen ein. Hier muss sehr viel Energie in elektromagnetische Impulse, Licht oder Wärme umgesetzt werden. Wenn beispielsweise der Laser pulst, sind in sehr kurzer Zeit extreme elektrische Energien erforderlich, im Stand-by-Betrieb ist das Lastprofil jedoch deutlich geringer. VINCORION Produktmanager Daniel Zeitler erklärt: „Auch bei den Waffensystemen der Zukunft ist VINCORION mit intelligentem Lasten-Management und der Expertise, Aggregate ultrakompakt umzusetzen, ein Innovationstreiber.“

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