„Die Lichter gehen nicht aus, wenn alle Autos laden!“
Als Aradex 1989 gegründet wurde, beschäftigte sich das Unternehmen mit reiner Steuerungstechnik. 1991 kamen Umrichter dazu, 2004 wurde das Portfolio um mobile Anwendungen ergänzt. 2013 erhielt das Unternehmen den Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg für die Neuentwicklung eines elektrischen Traktionsumrichters. Wir sprachen mit dem Unternehmensgründer Thomas Vetter über Gemeinsamkeiten der Geschäftsbereiche, Hindernisse bei der Umsetzung von Elektromobilität und darüber, dass das meiste Definitionssache ist.
IoT: Welche unterschiedlichen Anforderungen seitens Elektromobilität und der Industrie gibt es an einen Um- oder Wechselrichter?
Vetter: Denkt man an die Baugröße, muss er im mobilen Bereich um einige Faktoren kleiner sein. Bei der Belastbarkeit hinsichtlich mechanischer Schocks und Vibrationen ist der Unterschied noch deutlicher: hier gehen wir von rund einer Zehnerpotenz aus. Hinsichtlich der Lebensdauer kommt es ganz darauf an. Wir tummeln uns im Bereich der Nutz- und Funktionsfahrzeuge, dort sind die Anforderungen an die Lebensdauer ähnlich hoch wie in der Industrie. Ein PKW ist normalerweise für 5.000 Stunden ausgelegt, größere Nutzfahrzeuge liegen bei etwa 30.000 Stunden, bei Schiffen legt man die Antriebsstränge für 60.000 Stunden aus. Die grundsätzliche Struktur ist ähnlich, man muss aber das Bauvolumen massiv verkleinern. Das erhöht natürlich die Leistungsdichte, was wiederum neue Probleme und Herausforderungen schafft.
IoT: Aradex beschäftigt sich auch mit virtueller Sensorik, was verstehen Sie darunter?
Vetter: Ein Beispiel: Wenn man Industrie 4.0 machen will, dann braucht man jede Menge Informationen. Sich diese Information mit Sensoren zu holen hat Nachteile, denn Sensoren kosten Geld und Sensoren reduzieren die Zuverlässigkeit. Wir gehen davon aus, dass man das schlauerweise tun muss, mit dem was man ‚virtuelle Sensorik‘ nennt. Das heißt, dass man aus den Kenngrößen, die man sowieso verarbeitetet, also Strom und Spannung, auch systemische Größen ableitet, konkret z.B. das Drehmoment eines Motors. Das setzen wir seit Jahren im Bereich Industrie und Elektromobilität ein, z.B. bei Zerspanungsprozessen, denn bei der Zerspannungsspindel sind die Drehmomente sehr hochauflösend zu sehen. Damit können wir Schlussfolgerungen auf das Werkzeug oder das Werkstück ziehen.
IoT: Worauf basiert die virtuelle Sensorik?
Vetter: Die Grundbasis ist natürlich die Regelungstechnik. Es genügt nicht den Strom zu messen und dann ist man fertig. Das muss man extrem schnell tun und Echtzeitmodelle müssen hinterlegt sein. Wir machen das übrigens mit FPGAs, das haben wir bereits 1989 eingeführt. Wir waren damals einer der Anwendungspioniere, die FPGAs im Umrichter eingesetzt haben. In FPGAs kann man Dinge sehr deterministisch sehr schnell tun, so kann man überhaupt auf diese Auflösung und auf diesen Nutzen kommen. Das sind die Grundlagen.
IoT: Das heißt, mit robusten Sensoren kann man deutlich höher auflösend arbeiten, wenn man die intelligent in einem FPGA auswertet?
Vetter: Richtig, in sogenannten Resolvern. Die Auswertung im FPGA ermöglicht eine 16 mal genauere und sieben mal schnellere Auswertung. Diese genauen Messdaten sind notwendig für eine feinfühligere Regelung, die höhere Wirkungsgrade ermöglicht. Wenn man mehr aus der Sensorik rausholt, muss man die Daten intelligent aufarbeiten und in den Regelungsprozess einspeisen, der dann in den Teillastsegmenten mehr rausholt – das alles bedingt sich und ist ein Thema, was nicht mit einem Dreisatz zu erklären ist. Die Mühe, dort tiefer einzutauchen, lohnt sich aber, man kann hier wirklich mehrere Prozentpunkte rausholen.
IoT: Um mal den Bogen zur Elektromobilität zu spannen, wie steht es dort um das Thema Effizienz?
Vetter: Die Effizienz im Mobilbereich wirkt mit einem Doppelschlag, wenn man zum einen an die Stromrechnung, aber zum anderen auch an die Investitionsrechnung der Batterie denkt. Der reine Strombedarf, wenn ich nachts mehr tanken muss, oder weniger, wenn ich tagsüber schlauer fahre, ist das Eine. Aber ich spare mir die Investitionskosten und auch die Rohstoffe der Batterie. Das ist eine Mehrfachwirkung. Dass dieses Thema Effizienz hier noch viel deutlicher zu beleuchten ist, als z.B. was Sie eben mit dem Energielabel A+ auf einer Waschmaschine haben. Dort ist es auch wichtig, aber in der Elektromobilität hat es eine immense Wichtigkeit. Das übersehen viele. Es geht hier um Investitionen und um Rohstoffverbrauch. Man muss das Thema systemisch betrachten.
IoT: Was meinen Sie mit dem systemischen Blick auf die Elektromobilität?
Vetter: Wir beleuchten einen Prozess nicht von der Komponente her. Nehmen wir mal an, wir haben einen Kunden, der sagt *Ich hab hier ein Fahrzeug*. Dann könnte ich fragen, welche Leistung er braucht, entweder Drehzahl oder Drehmoment. Und dann ist die Sache erledigt. Das tun wir im allerersten Blick auch, damit wir wissen, ob es sich um ein Motorrad, ein Flugzeug oder eine Eisenbahn handelt, aber dann geht es in die Tiefe. Dann geht es nicht um die Frage welches Fahrzeug der Kunde hat, sondern was sein Fahrzeug draußen tut. Wir reden also nicht über das Fahrzeug, sondern über den Prozess. Denn wir kommen vom Prozess, den das Fahrzeug erfüllen muss, von der Aufgabe, rückwärts zu den einzelnen Leistungskomponenten. Vom Antrieb, vom Ladekonzept, von der Energieverteilung. All das wächst nicht aus den Produkten, sondern es wird von oben nach unten definiert.
