Klimawandel, Automatisierung, Corona, US-Wahl – 2020 hielt für die deutsche Wirtschaft viele Herausforderungen bereit, die die Industrie auch in den kommenden Jahren bewegen werden. VINCORION Insights hat mit den Marktexperten über Trends und Potenziale gesprochen.

Ob in der Luft, an Land oder zu Wasser: Für die Produkte und Lösungen der deutschen und internationalen Zuliefererindustrie war 2020 kein einfaches Jahr. Und gleichzeitig haben sich große Chancen für neue Prozesse und Lösungen ergeben. Auf die Corona-Pandemie waren die wenigstens Unternehmen und Märkte vorbereitet. Bei den Lieferketten, in der Produktion oder im Kundenkontakt.

Multimedialer Online-Showroom für Kunden und Partner

„Das Geschäft hat sich nachhaltig verändert“, fasst Thomas Paustian, Leiter der Business Unit Customer Support bei VINCORION zusammen. Flexibilität, Agilität und Pragmatik wurden spätestens im Frühjahr zu Must-haves für die gesamte Materialwirtschaft und letztendlich auch für die verarbeitende Industrie. Einen deutlichen Schub verlieh Corona dabei der Digitalisierung von Arbeitsprozessen und im Kundenkontakt über Landesgrenzen und ganze Kontinente hinweg. „Mit unserer virtuellen Abnahme und unserem VINCORION-Online-Showroom haben wir neue Prozesse und Tools implementiert, mit denen wir unseren Kunden auch in Zeiten von COVID19 zuverlässig zur Seite stehen können“, erklärt Philippe Euzennat, Leiter der Business Unit Power Systems.

Mit der Zeit gehen, flexibel und agil reagieren: VINCORION hat 2020 stark investiert. So ist u.a. eine eigene, hochmoderne Leiterplattenbestückungsanlage entstanden, um inhouse den hohen Bedarf an Leistungselektroniken noch effizienter abdecken zu können. Der Aufbau von Manufacturing Execution Systemen (MES) in der gesamten Prozesskette von Entwicklung über Fertigung bis hin zum Kundendienst wird den Mechatronik-Spezialisten auch 2021 beschäftigen. Ein Prozess, von dem vor allem auch die Kunden profitieren.

Klimawandel bewegt Defense-Markt

Zu den langjährigen Partnern und Kunden des Zuliefererunternehmens VINCORION zählt auch die Bundeswehr, die 2020 ihr 65-jähriges Jubiläum begangen hat. Für sie ebenso relevant wie für den gesamten Verteidigungsmarkt sind u.a. die Themen Energieversorgung und Predictive Maintenance. Denn auch, wenn der CO2-Ausstoß von militärischen Geräten im Vergleich zur Gesamtbilanz verschwindend gering ist: „Das Thema Klima macht auch beim Militär nicht Halt“, erklärt Astrid Biesterfeldt, Leiterin der Business Unit Energy & Drive. Daher spielen auch hybride Energiesysteme, Wasserstoff-Technologie und Brennstoffzellen in der Forschung und Entwicklung bei VINCORION eine wesentliche Rolle. „Etwa beim Feldlager können unsere Kompetenzen hier sehr gut zum Einsatz kommen. Aber auch im Bereich militärischer Fahrzeuge werden hybride Energielösungen die kommenden Jahre dominieren, etwa in Kombination mit einem dieselbetriebenen oder auch zukünftig mit synthetischem Kraftstoff versorgtem Powerpack.“

Neben dem Power Management rückt VINCORION im militärischen Bereich auch Antriebs- und Stabilisierungstechnik weiter in den Fokus. Immer im Blick dabei die sich verändernden, weltweiten Einsatzszenarien. Mobilität und Flexibilität garantieren die modularen Lösungen, die die Mechatronik-Spezialisten in Altenstadt, Wedel und Essen entwickeln und herstellen – immer im kompletten Produkt- und Lebenszyklus gedacht. Doch auch, wenn auf der technologischen Seite alle Voraussetzungen dafür geschaffen sind, kommt es in vielen Punkten am Ende auf die Politik an: „Wir stehen nicht nur wirtschaftlich, sondern v.a. strategisch im Wettbewerb mit der Welt“, betont VINCORION Managing Director Dr. Stefan Stenzel. „Deutsche und europäische Großprojekte wie TLVS oder FCAS sind Innovationstreiber und ein bedeutender Beitrag zur NATO. Die Zuliefererindustrie hält alle Kompetenzen bereit, es braucht aber ein klares politisches Signal zugunsten der anstehenden großen Beschaffungsprogramme.“

Vom Produkt bis zur Wartung: Modularität schafft Effizienz

Während auf der einen Seite hochmoderne, maßgeschneiderte, schnelle Lösungen für die spezifischen Anforderungen der Kunden auf der ganzen Welt entwickelt werden, ist auch eine weitere VINCORION-Kompetenz entscheidend: Das langfristige Obsoleszenz-Management und der Overhaul von Baugruppen, insbesondere im militärischen Bereich. „Unsere Techniker im Kundendienst sind Experten darin, nahezu alle Plattformen und Systeme so zu warten, dass sie auch die nächsten 30 Jahre zuverlässig und robust im Einsatz sind“, erklärt Thomas Paustian. So, wie bei der Bauweise der Produkte und Lösungen kommen auch im Kundendienst immer stärker modulare Verfahren zum Einsatz. Das macht die Wartung noch effizienter für die Kunden aus Verteidigung, Luftfahrt und Railway.

Sicherheit, Flexibilität, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit werden auch 2021 und darüber hinaus die Märkte Verteidigung, Bahntechnik und Luftfahrt bewegen. „Mit den Kenntnissen und Fähigkeiten aus 60 Jahren und unseren engagierten Ingenieuren freuen wir uns darauf, diese Entwicklungen mitzugestalten“, so Dr. Stefan 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

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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