KEM Konstruktion Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020

ANTRIEB & KOMPONENTEN
ELEKTROMOBILITÄT
DC-Kleinstmotoren von Faulhaber im Teleskoparm eines Laderoboters von Volterio
Klein, kräftig und robust
DC-Kleinstantriebe leisten heute in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen beachtliches. Sie
überzeugen durch ihre geringe Leistungsaufnahme, wandeln elektrische Energie effizient in Bewegungsenergie
um, sind einfach in der Drehzahl regelbar, leicht, leise und zuverlässig. Dadurch treiben sie in vielen
Branchen immer wieder die Technik voran. Inzwischen gilt das auch für die Elektromobilität. Treibende
Kraft eines Laderoboters für Elektroautos sind grafitkommutierte DC-Kleinstantriebe von Faulhaber.
Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee
(Österreich) abgeschlossen hat. Heute ist er Geschäftsführer der
Volterio GmbH und der Laderoboter steht kurz vor dem Start der
Serienproduktion.
Leistungsstarke Antriebstechnik für
den Roboterarm des Ladesystems
Elektromobilität ist unbestreitbar im Kommen, doch bis zur funktionierenden
Standardtechnologie gibt es noch ein paar Hürden
zu bewältigen. Eine davon ist der Ladevorgang. Straßenzüge mit
massenhaft aneinandergereihten Ladesäulen sind keine akzeptable
Lösung. Sie machen den Stadtraum nicht gerade schöner, und auch
in der eigenen Garage würde man gern darauf verzichten, weil doch
recht viel Platz verloren geht und das Kabel schnell zur Stolperfalle
werden kann. Eine Alternative ist induktives Laden. Dabei ist das
Equipment unter dem Straßenbelag oder im Garagenboden praktisch
unsichtbar. Das hat jedoch seinen Preis und für die Installation
sind oft umfangreiche Erdarbeiten notwendig. Im Vergleich zum Kabelkontakt
geht zudem immer ein Teil des Stroms verloren, und dieser
Anteil wird größer, wenn das Fahrzeug nicht genau über der
Spule parkt. Die Autohersteller lösen das, indem sie eine Navigationshilfe
anbieten, um die Abstände zwischen den beiden Spulen
genau zu justieren. Inzwischen gibt es jedoch eine vielversprechende
Alternative, bei der es solche Probleme prinzipbedingt nicht gibt:
den Laderoboter von Volterio. Die Idee stammt aus der Masterarbeit,
die Christian Flechl 2014 an der Technischen Universität Graz
Bild: Faulhaber
Teleskoparm statt Kabel
Das System besteht aus einer Fahrzeug- und einer Bodeneinheit.
Die Fahrzeugeinheit lässt sich einfach in Elektroautos integrieren
und kann meist sogar nachgerüstet werden. Die Bodeneinheit liegt
im „Ruhezustand“ als unauffällige, lediglich sechs Zentimeter hohe
Konstruktion auf dem Boden. Zum Laden parkt man das Auto einfach
darüber. Haben sich beide Einheiten identifiziert, fährt teleskopartig
ein Roboterarm aus, auf dem der „Stecker“ – ein konisch-runder
Stromüberträger – sitzt. Er steuert das Gegenstück am Unterboden
des Fahrzeugs an und stellt den vollen Kontakt auch dann her,
wenn das Fahrzeug nicht optimal steht. Es genügt, wenn sich der
Anschluss in einem 50 auf 50 cm großen Feld befindet. Sein Ziel findet
der Roboter über ein Ultraschall-System. Die Verbindung ist in
weniger als 15 Sekunden hergestellt. Die Ladeleistung eines Ladegeräts
mit Heimanschluss beträgt 22 kW, womit auch große Autobatterien
in vier bis fünf Stunden aufgeladen werden können. Die
Technik ist aber dafür ausgelegt, bis zu 100 kW Gleichstrom zu bewältigen,
was die Ladezeit auf eine Stunde senkt.
Die Suche nach dem passenden Motor
Bei der Entwicklung des Prototyps kam es auch auf die Motoren an,
die die drei Achsen des Roboterarm bewegen: „Wir wollten eine
möglichst flache Einheit bauen, also ging es im Gerät von Anfang an
sehr eng zu“, erinnert sich Flechl. „Zugleich sind jedoch erhebliche
Gewichte der hochstromtauglichen Kabel und Stecker zu bewegen,
die Motoren müssen daher – in Verbindung mit dem passenden Getriebe
– bei minimalem Volumen ein hohes Drehmoment und eine
hohe Dynamik erreichen.“ Bei seiner Internetrecherche stieß der
junge Diplomingenieur recht schnell auf Faulhaber, denn für die geforderte
Spezifizierung gibt es nicht viele Angebote auf dem Markt.
„Der Austausch mit anderen Experten hat mir bestätigt, dass ich
dort an der richtigen Adresse bin. Die Zusammenarbeit gestaltete
sich dann sehr angenehm. Die Antriebsexperten haben das ganze
Projekt mit eingehender technischer Beratung, passender Antriebsauswahl
und den Komponenten gesponsert.“ In den Prototypen
wurden DC-Kleinstmotoren der Baureihe CR mit Planetengetriebe
und passendem Motion Controller eingebaut. Darüber hinaus hat
der Antriebsspezialist aus Schönaich zu Testzwecken weitere Antriebe
ausgewählt und zur Verfügung gestellt.
44 K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020