Faulhaber DC-Kleinstmotoren mit Planetengetriebe: Automatisches Laden für E-Mobile

Volterio entwickelt zusammen mit Faulhaber sowie mit weiteren weltweit führenden OEMs ein revolutionäres automatisches Ladesystem für zukünftige Elektrofahrzeuge.

Christian Flechl
Geschäftsführer der Volterio GmbH

„Automatisierte Ladevorgänge können vielfältig eingesetzt werden. Das gilt für den gesamten Bereich der Logistik sowie für alle fahrerlosen Fahrzeuge. Auch an E-LKWs wird inzwischen gearbeitet. Volterio entwickelt die passenden Laderoboter dazu und setzt dabei auch weiterhin auf die wertvolle Unterstützung von Faulhaber.

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Ladesäulen machen den Stadtraum nicht gerade schöner, und selbst in der Garage möchte man gern auf die klobigen Kabel und Stecker verzichten. Das berührungslose induktive Laden mit Spulen im Garagenboden oder dem Straßenbelag kommt ohne solche optische und mechanische Belästigung aus – leider zu einem hohen Preis, in mehrfachem Sinne: Um die Spulen wirklich verschwinden zu lassen, muss man den Boden aufreißen und wiederherrichten; die maximale Leistung beträgt derzeit meistens drei Kilowatt, was zu langen Ladezeiten führt; beim Laden geht im Vergleich zum Kabelkontakt ein erheblicher Teil des Stroms verloren, und dieser Anteil wird noch größer, wenn man nicht ganz exakt über der Spule geparkt hat.

DC-Kleinstmotoren mit Planetengetriebe und passendem Motion Controller von Faulhaber sind die perfekte Antriebslösung für den Laderoboter von Volterio.

Stecker findet Anschluss

Mit der Technik von Volterio werden alle diese Probleme elegant umgangen. Im „Ruhezustand“ liegt das Ladegerät als unauffällige, gerade mal sechs Zentimeter hohe Konstruktion auf dem Boden. Zum Laden parkt man mit dem Auto einfach darüber. Nun fährt teleskopartig ein Roboterarm aus. An seinem Ende befindet sich ein Stecker, der sein Gegenstück am Unterboden des Autos ansteuert. Zuvor haben sich beide Komponenten per verschlüsselter Drahtloskommunikation verständigt. Da der konisch-runde Stromträger kein Stecker im herkömmlichen Sinn ist, findet er den vollen Kontakt auch dann, wenn das Fahrzeug die Parklücke nur suboptimal getroffen hat. Für die gezielte Ansteuerung sorgt ein Ultraschall-System. Die Verbindung wird in weniger als 15 Sekunden hergestellt.

Dabei genügt es, wenn sich der Anschluss in einem 50 x 50 cm großen Feld befindet, das Auto darf auch schräg stehen. Die ganze Einheit lässt sich zudem ganz im Boden versenken, wenn etwa eine Garage oder ein Parkplatz neu gebaut werden. Die Ladeleistung eines Ladegeräts mit Heimanschluss beträgt 22 Kilowatt, womit auch die größten Autobatterien in vier bis fünf Stunden aufgeladen werden können. Die Technik ist aber dafür ausgelegt, bis zu 100 Kilowatt Gleichstrom zu bewältigen, was die Ladezeit auf eine Stunde senkt.

Die Idee für Volterio stammt aus einer Masterarbeit, die Christian Flechl 2014 an der Technischen Universität Graz abgeschlossen hat. Heute ist er Geschäftsführer der Volterio GmbH, und sein Produkt steht kurz vor dem Start der Serienproduktion. Bei der Entwicklung des Prototyps kam es nicht zuletzt auf die drei Motoren an, die den Roboterarm auf ebenso vielen Achsen bewegen: „Wir wollten eine möglichst flache Einheit bauen, also ging es im Gerät von Anfang an sehr eng zu“, erinnert sich der junge Diplomingenieur. „Zugleich sind doch erhebliche Gewichte zu bewegen, die Motoren müssen daher – in Verbindung mit dem passenden Getriebe – bei minimalem Volumen ein hohes Drehmoment und eine hohe Geschwindigkeit erreichen.“

Stark, schnell, zuverlässig

Auf Faulhaber ist er durch Internetrecherche recht schnell gestoßen, 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, und das gleiche gilt für die folgende Zusammenarbeit. Faulhaber hat das ganze Projekt mit eingehender technischer Beratung, passender Motorauswahl und den Motoren gesponsert“, zeigt sich Flechl erfreut. In den Prototypen wurden DC-Kleinstmotoren mit Planetengetriebe und passendem Motion Controller eingebaut. Darüber hinaus hat Faulhaber zu Testzwecken weitere Antriebe ausgewählt und zur Verfügung gestellt.

Die hohe Motorleistung der Baureihe CR beruht auf einer sehr stabilen Graphitkommutierung mit geringem Verschleiß, leistungsstarken Neodym-Magneten und einem besonders hohen Kupferanteil in der Wicklung. Das Ladegerät ist für etwa 20.000 Zyklen ausgelegt; dafür wird nur rund 1 % der Lebensdauer der Antriebe benötigt. Wichtig ist auch ihre ausgezeichnete Robustheit, denn die Volterio-Einheit soll auch nach längerem Stillstand und bei rauer Witterung zuverlässig funktionieren.

Der Prototyp hat sich in ausgiebigen Testreihen bestens bewährt, die Technologie ist den konkurrierenden Konzepten in entscheidenden Aspekten deutlich überlegen. Davon haben sich auch mehrere Hersteller von Premium-Autos überzeugen lassen. Sie sind schon dabei, die Serienfertigung der Ladegeräte zu organisieren. Derweil wendet sich Volterio neuen Aufgaben zu: „Automatisierte Ladevorgänge können vielfältig eingesetzt werden“, erklärt Christian Flechl. „Das gilt für den gesamten Bereich der Logistik sowie für alle fahrerlosen Fahrzeuge. Auch an E-LKWs wird inzwischen gearbeitet. Wir entwickeln die passenden Laderoboter dazu, weiterhin mit wertvoller Unterstützung von Faulhaber.“