Ausgabe - 15 - Produktion

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24 · F&E · Produktion · 12. April 2012 · Nr. 15 HANNOVER MESSE Hoffnungsträger Lithium-Batterie PRODUKTION NR. 15, 2012 Auf der Hannover-Messe vom 23. bis 27. April stellen Forscher verschiedener Fraunhofer-Institute Lithium-Batterien mit verbesserten Eigenschaften vor: Diese sind schnell au�adbar, biegsam, druckstabil oder optimal gekühlt. MÜNCHEN (BA). Elektrofahrzeugen gehört die Zukunft, davon sind die Experten allgemein überzeugt. Doch bis die leise surrenden Stromer den Verbrennungsmotor gänzlich ablösen können, müssen noch einige Herausforderungen gemeistert werden. Etwa die Energieversorgung. Batterien müssen sicher, zuverlässig und preisgünstig sein. Vielversprechend sind unter anderem Lithium-Zellen, sie haben die höchste Energiedichte. Doch nicht nur in Elektroautos finden diese Batterien Anwendung – auch zum Speichern von Wind- und Sonnenenergie, für medizinische Untersuchungen oder den Antrieb von Tiefseefahrzeugen sind sie gefragt. Auf der Hannover- Messe stellen Fraunhofer-Forscher Lithium-Batterien für verschiedene Anwendungen vor. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC im Zentrum für Angewandte Elektrochemie in Würzburg entwickeln eine Batterie, welche die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren vereint. Je nach Anforderung wollen die Wissenschaftler Energiespeicher herstellen, die sie entweder auf die hohe Energiedichte einer Batterie oder auf die hohe Leistungsdichte eines Superkondensators einstellen. Ein Beispiel dafür sind Lithium-Ionen-Batterien, die sich um ein Vielfaches schneller aufladen 11 Mio Euro für die Geoenergie PRODUKTION NR. 15, 2012 BERLIN (BA). Die Helmholtz-Gemeinschaft baut die Forschung zur umweltfreundlichen Bereitstellung heimischer Energieträger aus Georessourcen aus und investiert bis zum Jahr 2016 zusätzlich 11 Mio Euro für das Portfoliothema Geoenergie. Die Forschungsthemen reichen von Erdwärme für Wärme- und Stromversorgung, umweltschonenden Verfahren zur Gewinnung unkonventioneller fossiler Ressourcen wie Schiefergas, der unterirdischen Speicherung von Kohlendioxid und Wasserstoff bis hin zur Speicherung von Wärme und Kälte in geologischen Schichten. Im Rahmen dieser Initiative verstärkt die Helmholtz-Gemeinschaft die Forschungsanstrengungen zu diesen Themen und bündelt hierzu unter Federführung des Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) die Kompetenzen der Helmholtz-Zentren Potsdam (GFZ), Karlsruhe (KIT) und Leipzig (UFZ) sowie von sieben Universitäten. Dabei werden die beteiligten Forschungsteams auch gezielt nach Synergien suchen. Die Batterieversorgung von Elektroautos stellt noch eine Herausforderung dar. Auf der Hannover Messe stellen Fraunhofer-Forscher Lithium-Batterien für verschiedene Anwendungen vor. Bild: Andrea Lehmkuhl / Fotolia als übliche Batterien. Eine Temperaturdifferenz von einigen Grad kann einen riesigen Unterschied machen – das gilt auch für Lithium- Batterien. Zehn Grad mehr, und die Lebensdauer der Energiespeicher halbiert sich. Ein ausgeklügeltes Kühlsystem ist daher unerlässlich. Für die Anwendung im Elektroauto haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ein gut gekühltes Batteriesystem entwickelt. Es besteht aus zwölf flachen Lithium-Zellen, zwischen denen sich jeweils eine fluidumströmte Kühlplatte befindet. Um die optimale Leistung aus den Platten herauszuholen, wurde deren Form simuliert und an die Geometrie der einzelnen Batteriezellen angepasst. Der Effekt kann sich sehen lassen: Die 2769_AZ_Tube_432x137.indd 2-3 Kühlplatten sorgen für eine weitestgehend homogene Temperaturverteilung im Batteriemodul und reduzieren den Temperaturanstieg auch bei großen Belastungen auf wenige Grad. Ein weiterer Pluspunkt: Die Wissenschaftler haben an jedem Batteriemodul ei- Kühlplatten sorgen für eine homogene Temperatur ne Platine angebracht, ein Modulmanagementsystem. Dieses überwacht unter anderem die Temperatur, den Lade- und den Alterungszustand der einzelnen Zellen und sendet die Daten an die zen- trale Steuerung des Batteriesystems. Hierzu wurden mit modellbasierten Verfahren zuverlässige Algorithmen auf Basis von stochas- tischen Partikelfiltern entwickelt. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT in Pfinztal setzen dagegen auf die Luftkühlung. Dabei stapeln sie die einzelnen Lithiumzellen aufeinander, getrennt durch schmale Streifen aus einem speziellen Polymerschaum. Ein Ventilator sorgt für die Luftzirkulation. Die Streifen bieten zwei Vorteile: Zum einen entstehen in den Zwischenräumen Kanäle, durch die Luft strömt und die Wärme abtransportiert. Zum anderen ist die Konstruktion sehr stabil, da die Zellen jeweils direkt auf den Schaumstreifen aufliegen. Die Kühlung arbeitet optimal, denn die Zellen sind nicht wärmer als die abgeführte Luft. Kühlmittelpumpen, Kühlflüssigkeiten und Wärmetauscher sind überflüssig. Und was wollen Sie morgen fertigen? Entdecken Sie Ihr ganzes Potenzial: die neue TruLaser Tube 7000. Mit dem vielseitigen Werkzeug Laser schneiden Sie Rohre flexibler, schneller und günstiger. Erweitern Sie Ihr Angebot mit TRUMPF, dem Laser-Weltmarktführer, und steigen Sie ein in neue Konstruktionswelten. www.trumpf-machines.com/tube-potenzial Das Gewicht der Kühlelemente macht weniger als 20 % des Gesamtgewichts der Zellen aus – die Batterie eignet sich daher für den Leichtbau in der Automobilindustrie. Üblicherweise sind Lithium-Zellen starr und unbeweglich. Für einige Anwendungen, etwa in der Medizin, sind biegsame Zellen gefragt. Die erste flexible Lithium-Batterie haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe entwickelt. Sie lässt sich verbiegen und verdrehen. Erste flexible Lithium-Batterie entwickelt Doch wie haben die Forscher das erreicht? „Wir arbeiten mit sehr dünnen Elektroden“, sagt Dr. Reinhard Mörtel, Wissenschaftler am ISIT. Außerdem befinden sich in der Kathode, dem Separator und der Anode zwischen einem und zehn Prozent Kunststoff als Bindematerial. Er verklebt die einzelnen Partikel miteinander und sorgt so dafür, dass sich die Aktivschichten ausbilden. Für die flexiblen Zellen haben die Forscher einen Kunststoff verwendet, der laminierbar ist. Erwärmen sie die Schichten unter leichtem Anpressdruck, haften sie anschließend sehr fest aneinander und trennen sich auch dann nicht, wenn die Zelle verdreht oder gebogen wird. Die Zelle ist zum Beispiel bei Schlaflabor-Patienten im Einsatz: Da die meisten Menschen im eigenen Bett besser schlafen als im Labor, bekommen die Patienten die Messgeräte mit nach Hause. Die Zelle ermöglicht dort ein Stromversorgung ohne Kabel. Hannover Messe, Halle 13, Stand C10 Seite 24 F&E PRO_2012_15.indd 24 03.04.2012 14:29:06
INTERVIEW Herr Sirman, Sie haben an Ihrem Standort Limburg die Bauarbeiten für die Erweiterung Ihrer Produktionsflächen gestartet. Was genau steckt dahinter? Derzeit sind alle Produktionsflächen belegt. Da wir weiterhin Umsatzerweiterungen anstreben, brauchen wir mehr Fläche. Geplant hatten wir den Erweiterungsbau schon für 2009, doch da hatte uns die Wirtschaftskrise einen Strich durch die Rechnung gemacht. Nachdem die Wirtschaftsweisen prognostizierten, die Erholung benötige mehrere Jahre, hatten wir das Projekt damals gestoppt. Wie groß wird jetzt der Anbau? Er ist mit 7500 m2 mehr als doppelt so groß wie der jetzige Bereich. Das Investitionsvolumen liegt bei ca. 12 Millionen Euro bei einem Jahresumsatz von 68,5 Millionen Euro. Das entspricht in etwa 17,5 Prozent des Jahresumsatzes. Allerdings werden wir nicht die ganze Produktionsfläche mit Maschinen belegen, sondern wir haben schon Reserven eingeplant. Somit sind wir in der Lage, flexibel auf Marktveränderungen reagieren zu können. Verändert sich dort der Automatisierungsgrad? Wir werden im Anbau einen höheren Automatisierungsgrad erreichen. Ziel ist demzufolge mit der gleichen Anzahl von Mitarbeitern durch höhere Automatisierung den Output zu vergrößern. Reagieren Sie mit der Erweiterung nur auf einen größer werdenden Markt? Nein, nicht nur auf einen größer werdenden Weltmarkt, sondern wir bringen auch neue Produkte auf den Markt. Spezifisch für uns ist, dass wir uns von einem Getriebehersteller zu einem Unternehmen der Antriebstechnik entwickelt haben. Und das bedeutet, dass wir unseren Kunden zu jedem Getriebe auch den Motor, das Messsystem, die Bremse sowie den Regler – also die komplette Einheit – liefern können. Die reine Getriebeherstellung nimmt demnach ab? Es verschiebt sich von Getrieben hin zu Aktuatoren beziehungsweise mechatronischen Lösungen. Hier war das Verhältnis einst 75:25. Heute liegt es bei 65:35, Tendenz steigend für die Mechatronik. Wir gehen sogar den nächsten Schritt und bieten mittlerweile getriebelose Antriebssysteme wie Torquemotoren an. Das ist für uns kein Widerspruch. Zudem erhöhen wir die Fertigungstiefe. Wo liegt der größte Zuwachs? Große Zuwächse haben wir bei Werkzeugmaschinen, aber auch in der Robotik- und Handhabungstechnik sind wir stark. Hier heißen unsere Kunden Kuka, ABB, Reis Robotics und Schunk, um einige Beispiele zu nennen. Vor allem in der Servicerobotik sind unsere Produkte gefragt. Ein großer Key account ist hier zum Beispiel Univer- sal Robots aus Dänemark, der in diesem Bereich sehr erfolgreich ist. Wodurch erwarten Sie außerdem erhöhte Auftragseingänge? In die Karten spielt uns sicherlich, dass es einen Trend weg von der Hydraulik gibt, dort wo keine großen Kräfte benötigt werden. Da finden unsere mechatronischen Lösungen eine ideale Anwendung wie beispielsweise in der ersten Werkzeugmaschine ohne Hydraulik von Grob – auch ein Kunde von uns. Wodurch unterscheiden Sie sich vom Wettbewerb? Durch unser Produkt. Es gibt kein anderes Produkt, das in einer Stufe eine so hohe Untersetzung anbietet. Das ist einzigartig. Weitere Merkmale sind Spielfreiheit, Leichtigkeit, Kompaktheit und die Hohlwelle. Das sind die Punkte, mit denen wir uns unterscheiden – wobei jedes Mal eins dieser Merkmale sticht. Des Weiteren entwickeln wir für unsere Kunden mechatronische Systemlösungen, die eine Kombination von mehre- 12. April 2012 · Nr. 15 · Produktion · Konstruktion · 25 „Wir liefern mittlerweile die komplette Einheit“ DIETMAR POLL, PRODUKTION NR. 15, 2012 Die Harmonic Drive AG investiert am Standort Limburg in neue Produktions�ächen. Über die Gründe der Investition und über weitere Strategien sprach Produktion mit dem Vorstandsvorsitzenden Ekrem R. Sirman. EKREM R. SIRMAN, VORSTAND HARMONIC DRIVE AG Vorstand Ekrem R. Sirman spricht über den Neubau, ein erweitertes Produktportfolio und die weiteren Aussichten für die Unternehmung. Bild: Harmonic Drive ren unterschiedlichen Antriebselementen sein können. Welche technologischen Weiterentwicklungen erwarten Sie? Vor allem beim Einsatz neuer Materialien für Gewichtseinsparungen sehe ich Potenziale und zwar in sämtlichen Branchen. Aber ich erwarte auch leistungsfähigere Materialien durch Legierungen, aus denen man noch bessere Produkteigenschaften hervorbringen kann. Diese Erkenntnisse sind gleichermaßen wichtig für Mechanik und die elektrische Antriebstechnik. Wie wirkt sich die Eurokrise bei Ihnen aus? Unmittelbare Folgen aus der Eurokrise haben wir nicht – im Gegenteil, als deutsches Unternehmen profitieren wir ja von einem schwachen Euro. Aber es ist eine Gefahr für die Weltwirtschaft. Allerdings sind wir etwas gelassener durch die Erfahrungen aus der letzten Krise. Denn wir wissen, dass nach jedem Downturn ein 30.03.12 13:04 Upturn folgt. Man muss eben in diesen Phasen ausreichend finanzielle Rücklagen haben, damit man seine gut ausgebildeten Mitarbeiter behalten kann. Demzufolge steht Liquidität über allem. Wir trauen uns zu, eine weitere Krise zu überstehen, da wir eine Eigenkapitalquote von 60 Prozent haben. Der Krise im Jahr 2009 sind auch Sie mit Kurzarbeit begegnet? Ja, allerdings haben wir unseren Mitarbeitern in dieser Zeit ein Darlehen gewährt, so dass sie unterm Strich nicht mit weniger Netto nach Hause gehen mussten. Das ist vielleicht sogar einmalig. Nach dem Ende der Krise haben die Mitarbeiter dieses Darlehen in Form von Überstunden zurückgezahlt. Wir wussten schließlich, dass auch wieder bessere Zeiten kommen würden. Danach ging es steil bergan? Ja, 2010 hatten wir das bis dato umsatzstärkste Jahr um dann 2011 nochmals deutlich zuzulegen. Auch 2012 ist bereits sehr gut angelaufen. In Zahlen ausgedrückt heißt das? Der Umsatz im Jahr 2011 lag bei 68,5 Millionen Euro, was nochmals einem Zuwachs von acht Prozent zum Rekordjahr 2010 darstellt. Mit der Einschätzung aus dem 4. Quartal 2011 haben wir zunächst für 2012 einen niedrigeren Umsatz geplant als im Vorjahr. Dies resultiert aus der allgemeinen Beurteilung der Märkte und der A-Kunden. Das 1. Quartal 2012 läuft im Vergleich zu unserer Einschätzung besser. Derzeit haben wir einen höheren Auftragseingang als Umsatz. Harmonic Drive AG Im Jahr 1970 wurde in Langen bei Frankfurt/Main die Harmonic Drive GmbH gegründet. Die Expansion des Unternehmens führte 1988 zur Verlegung des Firmensitzes nach Limburg/Lahn. Umfangreiche Investitionen in Gebäude, modernste CNC-Maschinen und Personal folgten. Die Produktion kundenspezifischer Antriebssysteme begann 1998 nach erfolgten umfangreichen Investitionen für den Ausbau der Getriebefertigung. Im Jahr 2000 wurde aus der Harmonic Drive GmbH die Harmonic Drive AG. Im November 2006 erfolgte der Umzug der Konstruktion & Entwicklung in den Neubau eines 2400 qm großen Entwicklungszentrums. Damit wurden beste Voraussetzungen für die Verstärkung der Entwicklungsaktivitäten geschaffen. Der Spatenstich für eine Verdopplung der Produktionsfläche erfolgte unlängst. Heute steht den Kunden ein breit gefächertes Angebot von Produkten zur Auswahl: Einbausätze, Units, Getriebeboxen, Planetengetriebe, Servomotoren, Servo- u. Sonderantriebe sowie Antriebssysteme nach Kundenwunsch. Seite 25 Konstruktion PRO_2012_15.indd 25 03.04.2012 14:30:00
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