Die Weiterentwicklung der EchoRing-Technologie übernimmt ab sofort die neu gegründete R3 Solutions GmbH, die aus der R3 – Reliable Realtime Radio Communications GmbH hervorgegangen ist. Als Managing Directors wechseln Dr.-Ing. Mathias Bohge und Florian Bonanati in das neue Unternehmen. An der neuen Gesellschaft beteiligt sich die Peppermint Industriegruppe. Mathias Bohge erklärt: "In Peppermint haben wir einen starken und verlässlichen Partner, mit dem wir EchoRing und die industrielle Echtzeit- Funk-Vernetzung gemeinsam voranbringen." Die Neuaufstellung bereitet der weiterhin selbständig agierenden R3 das ideale Umfeld für die Fortentwicklung der EchoRing- Technologie. Florian Bonanati: "Als Teil der Peppermint-Familie nutzen wir starke Synergien und sind Teil eines hoch innovativen Firmen-Clusters."

Für die Peppermint Gruppe ist die R3 Solutions der Ausgangspunkt für den Aufbau des neuen visionären Geschäftsfelds "Wireless Technologies & Sensorics!. Marcus Baumbach, Managing Partner bei Peppermint: "Mit unserem Investment in kabellose Industriekommunikation schlagen wir ein neues Kapitel bei Peppermint auf. Dazu gehören Funksteuersysteme als wichtige digitale Zukunftstechnologie, die Industrieprozesse unabhängig von Kabelverbindungen und damit weniger fehleranfällig machen. Kabellose Kommunikation in der Industrie ist ein wesentlicher Treiber von Industrie 4.0 und passt damit hervorragend in unsere Unternehmensstrategie für eine nachhaltige und intelligente Industrieproduktion der Zukunft."

Über R3 Solutions:

R3 Solutions mit Sitz in Berlin steht für leistungsstarke Lösungen zur kabellosen Übertragung industrieller Daten in unterschiedlichsten Anwendungen der Maschine-zu- Maschine-Kommunikation. Die von R3 entwickelte EchoRing-Technologie vereint die Zuverlässigkeit einer Kabelverbindung mit der Flexibilität der drahtlosen Vernetzung bei Latenzen von weniger als 5 Millisekunden. Zu den Nutzern der EchoRing-Technologie zählen bereits namhafte Unternehmen wie ABB, BMW Group, Conductix-Wampfler und Rivian.

Über Peppermint:

Die Peppermint Holding GmbH ist eine Inhabergeführte Industriegruppe, die über 650 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an sieben Standorten in Europa beschäftigt. Peppermint engagiert sich als Industriegruppe in den Geschäftsbereichen innovative Textilien, Smarte Labore und Wireless Technologies & Sensorics. Darüber hinaus beteiligt sich das Unternehmen an zukunftsweisenden Technologieunternehmen und managt einen Venture Fonds im Bereich Digital Health.

Wenn Roboter die Arbeit einstellen, weil Schleppkabel oder Werkzeugverbindungen plötzlich nicht mehr funktionieren, erlaubt das EchoRing Notfall Kit innerhalb kürzester Zeit die Fortsetzung der Produktion. Während EchoRing als Bypass-Lösung die Übertragung der Produktionsdaten sicherstellt, können die Ursachen einer Kabelstörung ohne Hektik behoben werden. Sofern der Fehler erst bei der nächsten turnusmäßigen Wartung beseitigt werden kann oder umfangreichere Reparaturen erforderlich sind, gewährleistet das EchoRing Notfall Kit auch über längere Zeiträume den weiteren Betrieb des jeweiligen Systems.

Bereits etwas mehr als ein Jahr setzt die BMW Group das EchoRing Notfall Kit von R3 – Reliable Realtime Radio in seinem Werk in Leipzig ein. Schon kurz nach Erprobung und Evaluierung in einer Roboter-Testzelle wurde das System im produktiven Betrieb im BMW Group Werk Leipzig eingeführt und erfüllte auch höhere Anforderungen komplexer Roboter-Systeme.

Das EchoRing Notfall Kit enthält sämtliche Hardwarekomponenten, die zur sofortigen Überbrückung defekter Kabelstrecken via Datenfunk erforderlich sind. Dazu zählen „EchoRing Ethernet Bridges“ samt dazugehöriger Antennen und Installationskabel, gerätespezifische Adapter-Kits (z.B. für PROFINET-Kommunikation) und individuelles Zubehör für die Montage der EchoRing-Komponenten am jeweiligen Roboter. Ein optional verfügbares Tablet („Health Monitor“) unterstützt die schnelle und optimale Konfiguration des EchoRing Funk-Netzwerkes und ermöglicht dem Anwender zu jeder Zeit beziehungsweise bei Bedarf, Informationen zur Funkqualität sichtbar zu machen. Der Umfang der bereitgestellten Lösung kann individuell den kundenspezifischen Anforderungen entsprechend angepasst werden. Das EchoRing Notfall Kit ist kompatibel zu den jeweils genutzten Roboter-Systemen (z.B. ABB, FANUC, KUKA).

Obwohl die behelfsmäßige Überbrückung in erster Linie für den Notfall gedacht ist, können die eingerichteten Funkstrecken auf Wunsch auch in dauerhafte Lösungen umgewandelt werden. Die EchoRing-Technologie erlaubt uRLLC-konforme Datenkommunikation (Ultra-Reliable and Low-Latency Communication, hochzuverlässige Verbindung mit niedriger Latenz) im 5 GHz-Frequenzband und stellt damit eine vollwertige Alternative zu klassischen Ethernet- oder Industrial WLAN-Installationen dar. Basierend auf dem Token-Ring-Konzept, ermöglicht EchoRing Datenfunkverbindungen mit Latenzzeiten von weniger als fünf Millisekunden bei Übertragungsraten von 5 bis 36 Mbit/s (je nach Bandbreite und Prioritätsverkehr).

Im Unterschied zu klassischen WLAN-Installationen nutzt EchoRing für die Datenübertragung das 5 GHz-Frequenzband, was bei extrem niedrigen Latenzzeiten zugleich einen stabilen und störungsfreien Betrieb gewährleistet. Die Vorteile machen sich vor allem dort bemerkbar, wo Maschinen und Anlagen aus verwinkelten Bereichen oder über mehrere Etagen verteilt in vorhandene Feldbus-Systeme eingebunden werden müssen. Als Alternative zur aufwändigen Installation von Kabelverbindungen oder für die Steuerung Fahrerloser Transportsysteme (FTS) erfolgt die Datenübertragung zwar vielerorts bereits drahtlos per WLAN. Die extrem hohen Feldbus-Anforderungen hinsichtlich geringer Zykluszeiten und absoluter Zuverlässigkeit sind im gängigen 2,4 GHz-Frequenzband aber nur schwer erfüllbar.

In Kooperation mit der Schildknecht AG konnte nun eine Lösung entwickelt werden, die drahtlose Feldbus-Kommunikation ohne jeglichen Leistungsverlust auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen ermöglicht. Als konkreter Anwendungsfall diente die Realisierung einer stabilen PROFINET-Kommunikation zwischen einer gebräuchlichen programmierbaren Steuerung und einem dezentralen I/O Modul.

Um die zu übertragenden Daten zu priorisieren und die Schnittstelle zwischen Funksystem und Steuerung zu entkoppeln, werden die Signale zunächst mit einem DATAEAGLE-Modul vom Typ 4U15 vorverarbeitet und in UDP-Pakete umgewandelt. Die Übertragung zum I/O Modul erfolgt anschließend über ein EchoRing-Funksystem bestehend aus drei Funkmodulen, welche die hochzuverlässige Übertragung bei geringsten Latenzen sicherstellen. Im Ergebnis konnten rund 95% aller UDP-Pakete mit einer maximalen Latenzzeit von 9 Millisekunden absolut zuverlässig im 5,8 GHz-Band übertragen werden.

Während klassische WiFi-Architekturen kaum Möglichkeiten zur Priorisierung einzelner Datenströme bieten, erlaubt die EchoRing zugrundeliegende Token-Ring-Technologie eine am Service Level ausgerichtete, deterministische Kommunikation. Zugleich ist die DATAEAGLE-Technologie in der Lage, Informationen aller gängigen Feldbus-Protokolle (PROFIBUS, PROFINET, CAN) so aufzubereiten, dass eine absolut zuverlässige Funkübertragung gewährleistet werden kann.

„Die Kombination aus EchoRing und DATAEAGLE eröffnet Anwendungsmöglichkeiten, die bislang nur schwer oder gar nicht kabellos realisiert werden konnten“, sagt Bernd Kremer, Leiter Geschäftsentwicklung von R3. „Erstmals ist es nun möglich, die hohen Anforderungen von Feldbus-Systemen nicht nur auf Basis einer Kabelinstallation, sondern auch für eingebundene Funkstrecken voll und ganz zu erfüllen.“ Und Didier Kärst, Leitung Produktmanagement bei Schildknecht, ergänzt: „Wenn örtliche Gegebenheiten den Aufbau stabiler Funkverbindungen über Industrial WLAN nicht zulassen, bietet sich mit EchoRing eine geeignete Lösung. Aus unserer Sicht wird die Kombination von DATAEAGLE und EchoRing vielen Anwendern den Aufbau zuverlässiger Datennetze deutlich erleichtern.“

Über Schildknecht

Die Schildknecht AG ist seit 40 Jahren führender Spezialist und Pionier in den Marktsegmenten Industrie-Datenfunk und Industrie 4.0. Gemäß der Unternehmensphilosophie wird mit den Produkten die technisch höchstmögliche Verfügbarkeit einer Funkstrecke realisiert. Um dies zu erreichen, stehen bei Schildknecht die Produktinnovation und Weiterentwicklung technischer Lösungen im Vordergrund. So steht mit der Produktlinie DATAEAGLE ein zukunftsweisendes Funksystem für den industriellen Einsatz bereit, um sichere und stabile Funkübertragungen zu ermöglichen sowie kundenspezifische IoT Connectivity-Lösungen zu verwirklichen.

Um die Effizienz logistischer Prozesse zu erhöhen, werden immer häufiger autonome Transportfahrzeuge unterschiedlichster Art und Größe eingesetzt. FTS bewegen Behälter oder Paletten mit Baugruppen innerhalb von Produktionshallen präzise von Montageplatz zu Montageplatz oder verfrachten Stahlplatten zur Herstellung von Fahrzeugkarosserien aus dem Blechlager ins Pressewerk. Die Steuerung der FTS erfolgt je nach Anwendung manuell oder vollautomatisch, die nötigen Daten werden per Funk übertragen. Mit zunehmender Vernetzung und Digitalisierung von Fertigungsprozessen erfüllen gängige Übertragungstechniken wie CAN-Bluetooth oder Industrial WLAN aber vielfach nicht mehr die für den FTS-Einsatz nötige Anforderung der Echtzeitsteuerung. Muss ein mit 100 Tonnen Material beladenes FTS aber im Notfall sofort gestoppt werden, kann selbst die kleinste Zeitverzögerung gravierende Folgen nach sich ziehen.

„Ein FTS drahtlos in ein stark vernetztes Produktionssystem einzubinden, ist teilweise mit einem sehr hohen Einrichtungsaufwand verbunden“, sagt Cajetan Kredler, Teamleiter New Technologies bei der Stäubli WFT GmbH. Das Unternehmen mit Sitz in Sulzbach-Rosenberg zählt zu den führenden europäischen Herstellern von FTS-Technologien und bietet neben den eigentlichen Fahrzeugen auch die zur Einbindung in Industrie 4.0-Umgebungen und vorhandene Lagerverwaltungssysteme erforderlichen Softwarelösungen an. „Die Funkübertragung einer FTS-Steuerung muss ebenso zuverlässig funktionieren, wie ein klassisches Datenkabel“, so Kredler weiter, „und je mehr Geräte in einem geschlossenen Produktionsnetzwerk drahtlos kommunizieren, desto schwieriger wird es.“

Anfang 2020 wurde FTS-Entwickler Kredler während eines Messebesuchs auf das EchoRing-Konzept von R3 aufmerksam und erkannte darin für seinen Anwendungsfall mehrere Vorteile: „EchoRing nutzt mit dem 5,8 GHz-Frequenzband einen Bereich, der außerhalb der gängigen Übertragungswege liegt und durch vorhandene Netzwerkgeräte nicht beeinflusst wird“, so Kredler. „Außerdem stellt die zugrundeliegende Token-Ring-Technologie sicher, dass die Daten stets verlustfrei und praktisch in Echtzeit übermittelt werden, was unsere Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Übertragungsstrecke voll und ganz erfüllt.“ Als weitere Vorteile nennt Cajetan Kredler die einfache und schnelle Verknüpfung der EchoRing Ethernet Bridge mit der Standard-Schnittstelle am FTS sowie die verfügbare Datenrate, die zwar unterhalb der im Industrial WLAN möglichen Bandbreite liege, für die FTS-Steuerung aber auch auf längere Sicht mehr als ausreichend sei.

Nach internen Tests der neuen Übertragungstechnologie konnte Stäubli WFT für die Erprobung in der Praxis einen Industriekunden gewinnen, der EchoRing nun seit mehreren Monaten für die Steuerung zweier FTS im Rahmen einer Reinraumapplikation nutzt. Die bisherigen Ergebnisse bezeichnet Cajetan Kredler als vielversprechend: „EchoRing erweist sich so zuverlässig wie ein Kabel, die Verbindung ist sehr prozesssicher und auch die Interaktion mit anderen Netzwerkteilnehmern funktioniert absolut reibungslos.“ Und obschon das Pilotprojekt noch nicht ganz abgeschlossen ist, sieht Kredler für die Kombination von EchoRing und FTS erhebliche Zukunftspotenziale: „Produktionsumgebungen, in denen innerhalb einer Halle mehrere hundert FTS unterwegs sind, werden in naher Zukunft Realität sein. Für das Flottenmanagement braucht es dann allein schon aus Sicherheitsgründen absolut zuverlässige Kommunikationswege, die sich bei der zu erwartenden Fülle an Teilnehmern nicht in die Quere kommen dürfen. EchoRing bietet für solche Anwendungen Vorteile, die sich mit den gängigen Technologien zur drahtlosen Datenkommunikation allenfalls nur mit erhöhtem Aufwand realisieren lassen.“

Über Stäubli

Stäubli ist ein globaler Anbieter von Mechatronik-Lösungen in den drei Kernbereichen Connectors, Robotics und Textile. Als internationale Gruppe mit Hauptsitz in Pfäffikon/Schweiz ist das Unternehmen in 29 Ländern tätig und unterhält Repräsentanzen in 50 Ländern auf vier Kontinenten. Die Stäubli WFT GmbH (Sulzbach-Rosenberg) entwickelt und produziert als Teil des Stäubli-Konzerns seit mehr als 20 Jahren Fahrerlose Transportsysteme (FTS), die überwiegend im Schwerlastbereich eingesetzt werden.

Während kabelgebundene Netzwerke zur industriellen Kommunikation höchste Sicherheit, maximale Verfügbarkeit und Datenfluss in Echtzeit bieten, war der Einsatz drahtloser Übertragungstechnologien bislang stets mit Nachteilen verbunden. Sowohl klassische WiFi- als auch Bluetooth-Lösungen erfüllen nur begrenzt die hohen Anforderungen, die für zeitkritische Anwendungen praktisch unverzichtbar sind. Im Mittelpunkt stehen dabei hochzuverlässige Übertragungswege und extrem niedrige Latenzzeiten, wie es die Anforderungen hinsichtlich „Ultra Reliable and Low Latency Communications“ (uRLLC) verlangen. Als Alternative stehen zukünftig zwar im Aufbau befindliche 5G-Mobilfunknetze und deren Nachfolger zur Verfügung; doch deren Nutzung ist in der Regel mit hohen Initialkosten und fortlaufenden Lizenz- bzw. Nutzungsgebühren verbunden und setzt großes Vertrauen in die Ausfallsicherheit der von externen Betreibern bereitgestellten Systeme voraus.

Im Unterschied dazu bietet EchoRing funkbasierte uRLLC-Technik ohne Zusatzgebühren, zugleich behält der Anwender die vollständige Kontrolle über den Datenfluss in der eigenen Hand.  Das EchoRing-Konzept ist eine Entwicklung des Berliner Technologieanbieters R3 – Reliable Realtime Radio Communications GmbH (kurz R3) und basiert auf dem in der Netzwerktechnik bewährten Token-Ring-Verfahren: Alle innerhalb eines Systems verbundenen Netzwerkknoten tauschen sich permanent über die jeweiligen Kanalzustände aus und sichern auf diese Weise automatisch den optimalen und selbst bei kurzzeitig nötigen Kanalwechseln verzögerungsfreien Fluss aller Datenströme. Die „massive Kooperation“ aller Komponenten innerhalb einer EchoRing-Installation ermöglicht Latenzzeiten von weniger als fünf Millisekunden bei Datenraten von 5Mbit bis zu 36 Mbit pro Sekunde – je nach Bandbreite und Prioritätsverkehr.

EchoRing kann ohne größeren Einrichtungsaufwand nahezu beliebige Datenquellen (Kommunikationsprotokolle) per Funk in Produktionsnetzwerke einbinden. Pro Datenquelle braucht es lediglich ein kompaktes und mit jeder Industrial-Ethernet-Schnittstelle kompatibles EchoRing Ethernet Bridge-Modul, das im Zusammenspiel mit weiteren Modulen die bisher kabelgebundene Kommunikation (z.B. PROFINET, Ethernet/IP) durch drahtlose Übertragungswege ersetzt. Typisches Anwendungsbeispiel ist die Erweiterung eines vorhandenen Maschinenparks um Industrieroboter oder andere autonome Systeme, die im Produktionsprozess auf Echtzeit-Datenübertragung angewiesen und zudem räumlich veränderlich sind. EchoRing erlaubt in solchen Fällen einen deutlich verringerten Installationsaufwand und ermöglicht zugleich uRLLC-konforme Datenkommunikation per Funk über Strecken bis zu 25 Metern innerhalb von Gebäuden und bis zu 80 Metern bei Anwendungen im Freien.

„EchoRing ist eine hoch zuverlässige, einfach integrierbare und vergleichsweise kostengünstige Alternative zu kabelgebundenen Netzwerklösungen, die jedem Anwender den Weg hin zu Industrie-4.0-Konzepten und IIoT-Lösungen ganz wesentlich erleichtert“, sagt Dr. Mathias Bohge, Mitbegründer und Geschäftsführer von R3. Nachdem die Leistungsfähigkeit der Technologie im Rahmen von Pilotanwendungen z.B. in den Bereichen Smart Manufacturing oder Intralogistics umfassend nachgewiesen werden konnte, steht das EchoRing-Produktportfolio nun auch für den breiten Einsatz in weiteren Anwendungen zur Verfügung die kabellose, echtzeitfähige Kommunikation von höchster Zuverlässigkeit erfordern.