Die Elektromobilität steht unter Strom – und das liegt nicht allein an der Antriebstechnik. Nur langsam gewinnt die Elektrifizierung des Verkehrs an Fahrt. Größtes Manko außer der mangelnden Ladeinfrastruktur: die begrenzte Reichweite der E-Fahrzeuge. Macht der Akku zu schnell schlapp, kann der Umstieg auf’s Elektroauto nicht gelingen. Die Batterie ist daher eine Schlüsselkomponente. Mit ihrer Leistungsfähigkeit steht und fällt der Erfolg der Mobilitätswende.
Herausforderung Prozessoptimierung
Die Batterie ist das Herzstück eines jeden E-Fahrzeugs, gleichzeitig aber auch das teuerste Bauteil. Die große Herausforderung der Hersteller liegt daher neben dem Erhöhen der Zelleffizienz vor allem in der Prozessoptimierung. „Die Produktion von Batteriezellen, -modulen und -packs ist hochautomatisiert. Robotertechnik und Automationssysteme geben in den Fabriken den Takt an“, so Daniel Obladen, Head of Sales General Industries bei der Nabtesco Precision Europe GmbH, und macht deutlich: „Nicht nur im Fahrzeug wurde eine neue Evolutionsstufe erreicht, auch in der Fertigung der benötigten Komponenten geht man die nächsten Schritte.“ Gefragt sind vor allem innovative Techniken und Antriebskonzepte, die die Herstellung in puncto Wirtschaftlichkeit und Produktivität auf ein neues Level heben. Zykloidgetriebe von Nabtesco seien dabei der Schlüssel zum Erfolg.
Zykloidgetriebe für die Batteriefertigung
Die meisten kennen Nabtesco als Weltmarktführer im Bereich Robotergetriebe. In sechs von zehn Industrierobotern stecken Lösungen des Getriebespezialisten mit Europazentrale in Düsseldorf. Doch die Getriebe leisten nicht nur in Robotern gute Arbeit, sondern bringen auch die Peripherie auf Touren. „Oft ist der Einsatz eines klassischen 6-Achs-Roboters gar nicht notwendig, zwei oder drei Achsen sind für einen Großteil der Anwendungen absolut ausreichend“, erklärt Obladen. Dabei gelte für die peripheren Anlagen dasselbe wie für ihre großen Roboterkollegen: Wie genau, stark und schnell die Systeme sind, hängt maßgeblich von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Getriebelösungen ab. Zykloidgetriebe sind aufgrund ihrer besonderen Konstruktion deutlich präziser, dynamischer und steifer als die üblicherweise genutzten Schnecken- und Standard-Planetengetriebe. Die Folge: kürzere Taktzeiten, bessere Produktqualität, höhere Stückzahlen sowie geringere Kosten. Für einzelne Prozessschritte lässt sich eine Zeitersparnis von bis zu 40 % erreichen, führt Nabtesco aus.
Ob Getriebeeinheiten, hochdynamische Servogetriebe oder robuste Drehtische: Mit seiner breiten Produktpalette, seinem umfassenden Automations-Know-how sowie seiner hohen Entwicklungskompetenz decke das Unternehmen nahezu alle Applikationen in der Batteriefertigung ab. Überall, wo es auf exaktes Positionieren und absolute Zuverlässigkeit ankommt, sind die leistungsstarken Lösungen eine optimale Wahl. Vor allem die unzähligen Handling- und Positionieranwendungen profitieren von den spezifischen Eigenschaften der Zykloidgetriebe – angefangen vom Falten, Stapeln und Wickeln über das Fixieren und Befüllen bis hin zum Montieren und Einsetzen der Module und Packs ins Chassis. Für optimale Ergebnisse sei es dabei von Vorteil, wenn die Peripherie mit der gleichen Getriebetechnik ausgestattet ist wie die Roboter. „Roboter und Peripherie bilden eine Einheit. Je besser sie zusammenpassen, umso besser ist ihre Performance und Leistungsfähigkeit“, erläutert Obladen. „Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund des wachsenden Segments der robotergestützten Positionierung sowie der zunehmenden Verschmelzung von Roboter und Peripherie von zentraler Bedeutung.“
Kraftübertragung über Kurvenscheiben und Rollen
Das Erfolgsgeheimnis der Präzisionsgetriebe liege in ihrer Bauweise. Während andere Getriebetechniken zur Kraftübertragung Zahnräder einsetzen, erfolge sie bei Zykloidgetrieben über Kurvenscheiben und Rollen. Das sorge für einen hohen Wirkungsgrad, eine enorme Schockbelastbarkeit (bis zum Fünffachen des Nenndrehmoments) sowie ein minimales Spiel über die gesamte Lebensdauer (Hystereseverlust 0,5 bis max. 1 arcmin) – ein dickes Plus gegenüber normalen Planetengetrieben, die im Laufe ihres Lebens häufig mit zunehmendem Spiel zu kämpfen haben. Das zweistufige Untersetzungsprinzip garantiere zudem ein exzellentes Verhalten hinsichtlich Dynamik und Laufruhe sowie eine hohe Wiederhol- und Bahngenauigkeit. Die integrierten Schrägkugellager nehmen axiale sowie radiale Lasten und Biegemomente auf und tragen zur hohen Torsionssteifigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Stoß- und Überbelastung bei.
Für die hochdynamischen Handling- und Positionieraufgaben in der Batteriefertigung sind vor allem die Servogetriebe ideal geeignet, führt Nabtesco aus. Sie zeichnen sich durch eine hohe Verdrehsteifigkeit sowie ein geringes Verdrehspiel aus und sichern selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen eine hohe Positionier- und Drehzahlgenauigkeit. Im Vergleich zu mehrstufigen Planetengetrieben sind die Zykloidgetriebe deutlich steifer, kompakter (ca. 50 % kürzer) und leichter. Außerdem bieten sie eine um 500 % höhere Überlastsicherheit. „Dank dieser hohen Steifigkeit sowie der hohen Präzision über die gesamte Lebensdauer lassen sich mit Zykloidgetrieben sehr viel schnellere Taktzeiten realisieren als mit Planetengetrieben“, betont Obladen. „Batteriehersteller, die ihre Produktionsprozesse effizienter gestalten wollen, kommen an Zykloidgetrieben also nicht vorbei.“
Vor allem die Getriebe der brandneuen Neco-Serie sorgen für hohe Effizienzsteigerungen, so Nabtesco. Aufgrund des Radialklemmrings in Low-Inertia-Ausführung reduziere sich die Trägheit auf der Motorwelle um bis zu 39 % und ermögliche so extrem dynamische Zyklen. Aufgrujnd des modularen Konzepts verringert sich der Montageaufwand für den Motor um ein Vielfaches. Dabei garantiere ein flexibles System mit modularen Hülsen und Flanschen die unkomplizierte Adaption aller gängigen Servomotoren. „Mit der Neco-Serie haben wir eine moderne Getriebelösung geschaffen, die höchsten Ansprüchen an Leistungsfähigkeit und Anwenderfreundlichkeit gerecht wird“, betont Obladen. „Durch Fokussierung auf Perfektion ist eine sehr wirtschaftliche Lösung entstanden, ohne Kompromisse bei den technischen Spezifikationen eingehen zu müssen.“
Geht es um Dreh- oder Schwenkbewegungen, beispielsweise bei der Elektrolytbefüllung sowie der Modul- und Packfertigung, sind Drehtische die Technik der Wahl. Herkömmliche Drehtische arbeiten meist mit Schneckengetrieben oder Kurvenantrieben, was dazu führt, dass Anwender mit Abstrichen bei Performance, Langlebigkeit und/oder Flexibilität leben müssen. „Schneckengetriebe haben einen sehr schlechten Wirkungsgrad und weisen naturgemäß nach einer gewissen Zeit Verschleißerscheinungen auf“, erklärt Obladen und ergänzt: „Der Nachteil bei Drehtischen mit Kurvenantrieben ist, dass sie getaktet sind und somit immer den gleichen Zyklus fahren. Angesichts der zunehmenden Flexibilisierung und Individualisierung der Montagelinien sind feste Kurvenprofile, die für jedes Bauteil neu eingestellt werden müssen, jedoch oft ungünstig.“
Alternative für die rotatorische Positionierung
Mit der RS-Serie bietet Nabtesco nach eigenen Angaben eine innovative Alternative für die rotatorische Positionierung, die klassischen Techniken in vielen Anwendungen deutlich überlegen ist. Sie ist in fünf Baugrößen für Axiallasten von 1,5 bis 9 t verfügbar und zeichnet sich durch eine hohe Positioniergenauigkeit und Leistungsfähigkeit sowie eine kompakte Bauform aus. In Kombination mit einem Servomotor lassen sich so frei programmierbare, hochflexible Positioniereinheiten realisieren, die jederzeit unkompliziert an sich ändernde Handling- und Montageanforderungen angepasst werden können.
Immer mehr Elektroautos erobern die Straßen. Und auch auf den Fertigungsstraßen lautet die Devise: umsteigen auf innovative, leistungsfähigere Techniken. „Als langjähriger Robotik- und Automatisierungspartner kennen wir die von der Branche geforderten hohen Anforderungen hinsichtlich Präzision, Qualität, Performance und Prozesssicherheit genau“, so Obladen. „Wo auch immer in der Batteriefertigung Handling- und Positionierprozesse automatisiert und hochpräzise ausgeführt werden müssen, leisten unsere Zykloidgetriebe einen wesentlichen Beitrag zu mehr Effizienz und Wirtschaftlichkeit.“
