Desoutter unterstützt Forschungsprojekt für die Energieversorgung von morgen

Den Ein- und Ausbau der Batterien übernehmen zwölf kompakte Desoutter-Einbauspindeln des Typs EME (exakte Bezeichnung EME51-10 J). Next-Energy-Elektroingenieur Daniel Trapp betreut die Anlage: „Die integrierten Drehmomentsensoren der Schraubwerkzeuge erkennen etwaige Fehler an den Gewindeverbindungen bereits während des Verschraubens und gewährleisten so den prozesssicheren Wechsel der Batteriepacks.“ (Foto: Desoutter)
Den Ein- und Ausbau der Batterien übernehmen zwölf kompakte Desoutter-Einbauspindeln des Typs EME (exakte Bezeichnung EME51-10 J). Next-Energy-Elektroingenieur Daniel Trapp betreut die Anlage: „Die integrierten Drehmomentsensoren der Schraubwerkzeuge erkennen etwaige Fehler an den Gewindeverbindungen bereits während des Verschraubens und gewährleisten so den prozesssicheren Wechsel der Batteriepacks.“ (Foto: Desoutter)

Mit 12-fach-Schrauber E-Autos schneller betanken – und Energie intelligent nutzen

Maintal/Oldenburg – Eine Pilotanlage des EWE-Forschungszentrums Next Energy demonstriert den vollautomatischen Wechsel von Batterien für Elektrofahrzeuge, womit die Autos viel schneller betankt werden können.

(WK-intern) – Die Akkus in der „Tankstelle“ können zugleich das Stromnetz stabilisieren, indem sie Netzschwankungen ausgleichen. Gewechselt werden die Traktionsbatterien mit 12-fach-Schraubern von Desoutter.

Große Pläne hat die Bundesregierung mit einer Million anvisierten Elektrofahrzeugen auf Deutschlands Straßen im Jahr 2020. Doch die Absatzzahlen bleiben bislang weit hinter den Zielen zurück. „Dass E-Mobile dieselbe Leistungscharakteristik wie herkömmliche diesel- oder benzingetriebene Fahrzeuge aufweisen werden, ist noch nicht absehbar“, erklärt Dipl.-Ing. Frank Schuldt, Leiter des Projekts green2store beim EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie Next Energy. Dafür biete die E-Mobilität andere Stärken. „Genau diese Vorteile erforschen wir an unserem Institut und bauen sie weiter aus“, sagt der Leiters des Themenfeldes für Batteriespeichersysteme. In einem Forschungsprojekt brachten er und seine Mitarbeiter Deutschlands erste automatische Batteriewechselstation für E-Fahrzeuge zur Praxisreife.

+++ Batterien stabilisieren das Stromnetz, wenn das Auto stillsteht

Die Stromtankstelle auf dem Institutsgelände belegt, dass es möglich ist, Traktionsbatterien über ihre gesamte Lebensdauer hinweg wirtschaftlich nutzbar zu machen. „Der Ansatz unserer Überlegungen zielt auf die vermeintlich inaktive Phase der bis zu 60 Kilowattstunden starken Akkumulatoren ab.“ Nach landläufiger Meinung arbeiten Batterien ausschließlich bei der Spannungsabgabe an das Fahrzeug. Während der Aufladephase am Netz und ihrer bloßen Lagerung seien die Lithium-Ionen-Stromspeicher jedoch mindestens ebenso wertvoll. „Bis zum nächsten Einsatz in einem E-Fahrzeug könnten wir die Kapazität der Traktionsbatterien zur Stabilisierung des Stromnetzes und perspektivisch auch für sonstige Netzdienstleistungen nutzen“, blickt Frank Schuldt in die Zukunft. Zugleich ließen sich Schwankungen im Netz durch unregelmäßige Einspeisungen aus Photovoltaik- und Windenergieanlagen kompensieren.

+++ 12-fach-Schrauber wechselt Batterien minutenschnell

Die nötige Technik für den schnellen Batteriewechsel und die Zusammenfassung der Stromspeicher zu einer Einheit funktioniert bestens: Die vom Bundeswirtschaftsministerium über das Projekt „GridSurfer“ geförderte Station verfügt über eine Wechselmechanik, die sechs Batterien vorhalten und für einen vollautomatischen Batteriewechsel bereitstellen kann. Herzstück der Station ist ein 12-fach-Schrauber von Desoutter, der dem Autofahrer nach nur knapp drei Minuten die Weiterfahrt mit einem frisch geladenen Akku ermöglicht, ohne dass dieser sein Fahrzeug zum „Betanken“ verlassen muss. „Im Vergleich zur derzeit gängigen Ladetechnik an Stromzapfsäulen über Nacht ist der Batteriewechsel mit dem 12-fach-Schrauber ein gewaltiger Fortschritt“, sagt Daniel Trapp, der als Laborleiter die Anlage betreut. Der Diplom-Ingenieur demonstriert die Funktion der Elektrotankstelle und geht, während ein E-Fahrzeug in die Wechselstation einfährt, eine Etage tiefer. Unterflur befinden sich die elektronischen Steuerungen des Schraubsystems, und aus der Froschperspektive lässt sich der Tauschvorgang auch am besten beobachten.

+++ Problemlos eingefädelt zur prozesssicheren Hochzeit

Sowie das Fahrzeug in der Wechselbucht zum Stillstand kommt, wird es in der richtigen Position fixiert. Unmittelbar darauf fahren die zwölf an einem Scherenhubtisch angebrachten EME-Schraubspindeln unter den Fahrzeugboden. „Die Desoutter-Werkzeuge fädeln ihre Steckschlüsselaufsätze zuverlässig in die Schrauben am Batteriepaket ein“, beschreibt Trapp. „Das liegt an der teleskopisch federnden Frontpartie der Spindeln und an der programmierten Findestufe.“ Derweil läuft der Batteriewechsel selbsttätig weiter. Die Multi-CVIL-Steuerung schaltet alle Schraubspindeln zum Lösen in den Linkslauf, und nach wenigen Sekunden senkt der Scherenhubtisch den leeren Stromspeicher ab, um an dessen Stelle ein frisch geladenes Modul zu platzieren. Jetzt wiederholt sich der Prozess in umgekehrter Reihenfolge, und der Hubtisch fährt den neuen Akku unter das Elektrofahrzeug. Mit exakt 35 Newtonmetern (alle EME-Schraubspindeln verfügen über einen präzisen Drehmomentsensor) wird der zentnerschwere Akku zuverlässig mit dem Fahrzeug verheiratet. Dabei schließt das absolut synchrone Anziehen der Akku-Fahrzeug-Verbindungen etwaige Verspannungen an den Bauteilen aus, wie sie etwa bei konventioneller Schraubtechnik ungewollt auftreten könnten. „Sollte eine Schraubverbindung schadhaft sein, registriert das System den Defekt bereits während des Montagevorgangs“, beschreibt Daniel Trapp. Das sei bisher zwar noch nicht vorgekommen, doch findet er es sehr beruhigend, dass die Schraubtechnik diese Fehlerquellen von vornherein ausschließt.

+++ Maßgeschneiderte Technik

Weil Desoutter in den Entwicklungsprozess eingebunden war, konnte die Lösung exakt auf den Schraubfall zugeschnitten werden. „Um am Scherenhubtisch Gewicht und Platz zu sparen, schlugen wir diese kompakten Schraubspindeln vor“, sagt Desoutter-Produktmanager Michael Loosen. „So nutzen wir die Tischhöhe optimal aus, und die raumsparende Bauweise spart letztendlich auch Kosten.“ Als weiteres Beispiel für die gelungene Zusammenarbeit führt Montage-Experte Loosen den Nachweis und die Dokumentation der zu den Elektrofahrzeugen passenden Schraubwerte und -ergebnisse auf. „Dass wir bei diesen kniffligen Fragestellungen unser fertigungstechnisches Know-how aus artverwandten Herausforderungen einbringen konnten, war schon hilfreich“, hebt Michael Loosen mit Blick auf ähnliche Projekte in der Automobilindustrie hervor. Der Schlüssel zur Realisierung der bestmöglichen Lösung liege im engem Kontakt und in der Abstimmung mit den Anwendern.

+++ 150 Kilometer Akkureichweite, Tendenz steigend

Während das E-Auto nach dem Batteriewechsel mit seinen „getankten“ 60 Kilowattstunden genügend Energie für 150 Straßenkilometer mit auf die Piste nimmt, wird der leere Akku schon mit bis zu fünf weiteren Akkus in dem Wechselturm wieder aufgeladen. „Stationen wie diese haben das Zeug dazu, die dezentralen Energiespeicher von morgen zu sein“, ist Frank Schuldt überzeugt. Die Oldenburger 360 kW starke Demonstrationsanlage könne jedenfalls regenerativ erzeugten Strom jederzeit aufnehmen – oder ins Netz zurückspeisen, wenn keine Elektromobilität gefragt ist. Und diese vermeintlich inaktive Zeit mache derzeit noch den Löwenanteil aus. Doch werde sich die künftige Elektromobilität nach Auffassung der Next-Energy-Ingenieure von unserer derzeitigen Form der Fortbewegung mit Verbrennungsmotoren unterscheiden. Die Flexibilität wachse auch bei den Verkehrsbedürfnissen weiter, was der Oldenburger Technologie zusätzlich in die Hände spiele. Schuldt sieht als nächsten Schritt in die alltägliche Praxis wirtschaftlich attraktive Anwendungsbereiche beispielsweise für Pflegedienste oder Taxiunternehmen. „Denn die regelmäßigere Nutzung der Akkus schadet den Stromspeichern entgegen bisheriger Meinung jedenfalls nicht.“

Vorstellung Next Energy

Next Energy – Forschung für die Energie von morgen

Das EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie Next Energy ist ein unabhängiges Forschungsinstitut mit der Zielsetzung, Lösungen für die effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung der Zukunft zu entwickeln. Der Fokus der Forschung liegt auf den drei Bereichen Photovoltaik, Brennstoffzellen und Energiespeicher. In enger Kooperation mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie arbeitet das Institut in einer Bandbreite von der Materialforschung bis zur Systementwicklung anwendungsorientiert und interdisziplinär. Als eigenständiges An-Institut ist Next Energy direkt auf dem naturwissenschaftlichen Campus der Universität Oldenburg angesiedelt. In dem 2009 eingeweihten Forschungszentrum sind mehr als 100 Mitarbeiter beschäftigt. Organisiert ist das Institut unter dem Dach des gemeinnützigen Vereins „EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.“, dem neben der Universität Oldenburg und dem Land Niedersachsen auch die EWE AG als maßgeblicher Förderer angehört. www.next-energy.de

PM: Desoutter

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