Start-ups auf der Hannover Messe: Adaptive – ein Speicher für Erneuerbare Energienetze

Der Ausbau der deutschen Stromnetze stockt, die Reserve-Kraftwerksleistung schmilzt dahin, kritisiert der Bundesverband für Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW). BDEW-Hauptgeschäftsführer Stefan Kapferer warnt vor einem Stau bei der Realisierung wichtiger Kraftwerksprojekte in Deutschland. Vor allem bei den Gas- und Pumpspeicherkraftwerken sei die Umsetzung wegen der Marktlage fraglich. Diese Kraftwerke sind aber wichtig, um die Stromversorgung auch dann zu sichern, wenn kein Wind weht oder keine Sonne scheint.

Erneuerbare Energien destabilisieren die Energienetze, weil ihr Strom nicht so gleichmäßig fließt wie der aus einem Kohle- oder Gaskraftwerk. Anstatt weiter auf konventionelle Kraftwerke als Ausgleich für die Schwankungen zu setzen, hatten einige Studenten an der TU Darmstadt eine andere Idee: Sie entwickelten einen Zwischenspeicher, der den überschüssigen Strom aufnimmt und bei Flaute wieder in das Netz einspeist.

Vom Robo-Tentakel bis zur Mini-Kanzlerin

Eröffnung mit Amtskollegin aus Polen

Mit dem traditionellen Rundgang von Bundeskanzlerin Angela Merkel hat am Montag die Hannover Messe für Besucher begonnen. Die CDU-Politikerin hatte die als weltgrößte Industrieschau geltende Messe am Vorabend zusammen mit Polens Ministerpräsidentin Beata Szydlo aus dem diesjährigen Partnerland offiziell eröffnet.

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Mit Blick auf Polen sagte die Kanzlerin: „Unsere beiden Länder verbindet heute ja weit mehr als nur eine gemeinsame Grenze.“ Polen hätte letztlich auch dazu beigetragen, dass die deutsche Trennung der Geschichte angehöre. „Das werden wir nicht vergessen“, erklärte sie. Die bilateralen Beziehungen seien ein Beispiel für den Offenheitsgrad der deutschen Wirtschaft.

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Am Siemens-Stand

Konzernchef Joe Kaeser zeigt den beiden Regierungschefinnen einen 3D-Drucker. Die fünftägige Hannover Messe ist im 70. Jahr ihres Bestehens erneut dem Leitthema der vernetzten Industrie gewidmet

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Mini-Kanzlerin

Der Siemens-Chef schenkte Merkel eine Miniaturversion der Kanzlerin aus dem 3D-Drucker. Bei der Eröffnungsfeier am Sonntag hatte die Bundeskanzlerin eindringlich für offene Märkte plädiert. Abschottung und Protektionismus führten auf Dauer immer wieder zu Verlusten, warnte sie.

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Roboter-Tentakel am Stand von Festo

Roboter sind das Trendthema der Messe. Vor allem die Industriehelfer ermöglichen, in immer neue Dimensionen vorzustoßen. Ob in der Fertigung, der Logistik oder im privaten Haushalt: die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter wird ausgefeilter.

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Leichtbauroboter „Bionic Cobot“

Der Hersteller Festo präsentiert einen pneumatischen Leichtroboter, der dem menschlichen Arm nachempfunden ist und feinfühlige Bewegungen ausführt.

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Vorteile der Digitalisierung

Digital vernetzte Industrieanlagen, wie sie etwa der Roboterhersteller Kuka zeigt, verkürzen nicht nur die Produktionszeit, sondern ermöglichen auch größtmögliche Flexibilität beim Herstellungsverfahren. Messebesucher etwa können sich vom Smartphone innerhalb von 15 Minuten ein komplettes Puzzle fertigen lassen. In der Praxis ermöglicht das etwa die schnelle Integration von Sondermodellen im laufenden Fertigungsprozess.

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Wer dabei an eine überdimensionale Batterie denkt, liegt falsch. Den vier Tüftlern waren die Verluste, die beim Laden einer Batterie entstehen, zu groß. Stattdessen haben sie einen Schwungmassenspeicher entwickelt. Der speichert die elektrische Energie nicht in Form chemischer Energie wie eine Batterie, sondern als Bewegungsenergie.

Das Prinzip: Ist zu viel Energie im Netz, treibt ein Elektromotor ein Schwungrad an. Da dieses Schwungrad so reibungs- und widerstandsfrei wie möglich gelagert ist, verliert es kaum an Geschwindigkeit – also an Bewegungsenergie. Ist dann zu wenig Energie im Netz, wird der Elektromotor umgepolt und das rotierende Rad treibt den Generator an, der aus der kinetischen wieder elektrische Energie macht. Audi hatte über Jahre ein ähnliches Schwungradsystem in seinen Le-Mans-Rennwagen eingebaut, um den Strom für den Hybrid-Antrieb zu speichern.

Was die Besucher auf der Industrie-Messe erwartet

Digitale Umspannwerke werden eine Schlüsselkomponente des Stromnetzes der Zukunft sein – davon ist man bei ABB überzeugt. Erneuerbare Energien unterliegen von Natur aus Schwankungen, zudem wird der traditionelle Leistungsfluss in nur eine Richtung zunehmend durch multidirektionale Stromflüsse abgelöst. Das stellt neue Anforderungen an die Umspannwerke. ABB will mit dem Konzept eines "digitalen Umspannwerks", in dem bereits zahlreiche existierende Produkte und Lösungen eingebaut sind, den Messebesuchern eine Vision für das Stromnetz der Zukunft präsentieren.

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Im Umfeld der Industrie 4.0 stehen Ingenieure oft vor ganz neuen Herausforderungen bei der Entwicklung von Produkte: Sie müssen eine komplexe Mechatronik, Sensoren, Aktuatoren und eine intelligente Steuerung vereinen. Die Altair Engineering GmbH stellt daher auf der Hannover Messe Lösungen und Methoden für simulationsgetriebene Innovation vor und zeigt anhand von Technologiedemonstratoren und Kundenbeispielen, wie diese erfolgreich in der Entwicklung innovativer Produkte eingesetzt werden können.

Die Systemsimulation für einen kollaborativen Roboter (Cobot) dient zudem der Lastermittlung für die Topologieoptimierung, mit der sich Leichtbaustrukturen durch organische Formgebung realisieren lassen. Diese leichten Strukturen sind letztlich Voraussetzung für die geforderte Effizienz bei gleichzeitig hoher Präzision und Arbeitssicherheit.

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Bis auf wenige Ausnahmen verfügen alle Landtiere über Beine. Und so wundert es wenig, dass Entwickler von Robotern diesem Vorbild nacheifern und alles daran setzen, für ihre Schöpfungen möglichst vergleichbare Bewegungsapparate zu entwerfen. Besonders begabt darin ist offensichtlich Marco Hutter, Professor am Institut für Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich. ANYmal verfügt über Gelenke, die in ihrer Dynamik tatsächlich an ein tierisches Äquivalent erinnern. So kann ANYmal nicht nur gehen oder laufen, sondern auch Treppen steigen, kriechen, tanzen, klettern und springen – und die Sprünge dann weich abfedern. Mit lediglich 30 Kilogramm Gesamtgewicht ist ANYmal handlich genug, um sich zur Not auch mal tragen zu lassen.

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Die aus der TU Darmstadt hervorgegangene Danto Invention GmbH hat sich auf innovative Leichtbau-Konzepte für Faser-Kunststoff-Verbund-Teile spezialisiert und präsentiert auf der Hannover Messe jetzt erstmals die unmittelbar vor dem Markteintritt stehende Danto-Feder. Ein Vorteil dieser Feder ist natürlich das Gewicht – Danto spricht von einer Ersparnis von mehr als 70 Prozent im Vergleich zu einer Stahlfeder. Wesentlicher noch sei aber die hohe Formflexibilität, die Konstrukteuren aus unterschiedlichen Bereichen bisher ungeahnte Gestaltungsmöglichkeiten bieten soll. Die Feder ist zudem rostfrei und weist ein sehr hohes Maß an Dämpfung auf. Durch diese und zahlreiche weitere Vorteile eröffnet sich diesem Konzept ein sehr breiter Bereich an interessanten Anwendungen, zum Beispiel in der Robotik, im Schiffsbau, in der Luft- und Raumfahrt oder im Maschinenbau – um nur einige zu nennen.

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In Zeiten, in denen die Hannover Messe fast ausschließlich im Zeichen der Digitalisierung steht, gelten Vertreter der guten alten Schwerindustrie schon fast als Exoten. Doch auch dort tut sich einiges, wie Die Firma Meuselwitz Guss zeigt. Im Fokus stehen Themen wie Ressourcenschonung und Kosteneffizienz. Zu den aktuellsten Produktentwicklungen zählen zum Beispiel mischkristallverfestigte Konstruktionswerkstoffe mit Kugelgraphit, die sich durch ihre gute Bearbeitbarkeit auszeichnen und Leichtbaukonstruktionen hochbelastbarer Bauteile ermöglichen, wie sie beispielsweise in Windenergieanlagen benötigt werden.

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Als Supraleiter bezeichnet man Materialien mit ganz besonderen Eigenschaften: Kühlt man sie unter ihre spezifische "Sprungtemperatur" hinaus ab, fällt nicht nur ihr elektrischer Widerstand schlagartig auf null, sie können zudem das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand einfrieren – sodass entweder sie selbst oder der Magnet in einen Schwebezustand gelangen. Diese Eigenschaften verleihen Supraleitern ein großes Potenzial für die zukünftige industrielle Anwendung. Sie ermöglichen es, Objekte ganz ohne Regelungstechnik zu lagern, oder mit nur geringem Energieaufwand berührungslos zu bewegen – selbst durch Wände hindurch. Dabei ist ihr staub- und abriebfreies Arbeiten perfekt geeignet, um Objekte schwebend in sehr reinen Umgebungen geschützt zu transportieren. Festo widmet sich schon seit längerem der Erforschung und Entwicklung von geeigneten Supraleiter-Anwendungen und präsentiert den aktuellen Stand der Dinge jetzt auf der Messe in Hannover.

Eine dieser möglichen Anwendungen ist die kontaktfreie Reinigung eines Exponats im fluiden Umfeld in der so genannten SupraTube. Diese ist eine geschlossene, senkrecht stehende und mit Flüssigkeit gefüllte Glasröhre. In ihr wird ein Magnetpuck von einem ersten Kryostaten mit Supraleitern in einem Abstand von rund fünf Millimeter im Schwebezustand gehalten. Durch einen Impuls in Drehbewegung versetzt und dann vom oberen Kryostaten entkoppelt, sinkt die Magnetscheibe in Kreiselbewegungen in der Röhre hinab, bis sie am unteren Ende von dem Supraleiter im anderen Kryostaten wieder eingefangen und berührungslos zentriert wird.

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Auch wenn viele ehemals kabelgebundene Techniken inzwischen drahtlosen Alternativen gewichen sind – die Energieübertragung findet auch in Zeiten der industriellen Automatisierung und Digitalisierung meist noch immer über Steckverbindungen statt. Dies gilt insbesondere für Anwendungen mit häufigen Steckzyklen, wie bei den in immer mehr Produktions- und Lagerhallen eingesetzten automatischen Transportsystemen. Um das zu beheben präsentiert Weidmüller Interface mit dem FreeCon Contactless eine gleichermaßen elegante, effiziente und technisch ausgereifte Lösung.

Wie der Name schon erahnen lässt, ist FreeCon Contactless für eine kontaktlose und wartungsfreie Energieübertragung ausgelegt. Ein Einsatzgebiet ist das automatisierte Aufladen mobiler Systeme, zum Beispiel bei Akku-Ladestationen führerloser Gabelstapler, aber auch für andere Transportsysteme und Roboter ist FreeCon Contactless geeignet. Mittels induktiver Resonanzkopplung kann das innovative FreeCon Contactless eine Leistung von 240 Watt – 24 Volt DC / 10 Ampere – über einen bis zu fünf Millimeter breiten Luftspalt kontaktlos übertragen – und das mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent.

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Um größere Speichermengen zu erreichen, werden mehrere Schwungräder übereinander in einer Art Tonne gestapelt und mit einem Elektromotor versehen. „Das ist nachhaltiger als Batteriegroßspeicher, weil unser System nicht gekühlt werden muss und auch das Recycling deutlich einfacher ist als bei einer Lithium-Ion-Batterie“, verspricht Co-Gründer Sebastian Golisch. „Und er ist günstiger.“ Das Unternehmen „Adaptive Balancing Power“, das 2016 von Golisch und seinen Partnern aus der Darmstädter Hochschule ausgegründet wurde, spricht von 65.000 Euro pro Megawatt im Jahr. Ein entsprechender Batteriespeicher koste hingegen mindestens 90.000 Euro. Das Prinzip hat Adaptive mit mehreren Prototypen erprobt, die Leistung haben die Tüftler schon mehr als verdreifacht.

Das Interesse der Industrie ist groß: Nach seinem Vortrag vor dem Start-up-Forum in Halle 3 hatte er noch nicht einmal das Mikrofon abgelegt, da standen die Interessenten Schlange – aus deutschen Industriekonzernen, aber auch Vertreter indischer Unternehmen sind neugierig geworden. „Wir sind auf der Suche nach Investoren“, sagt Golisch danach. „2019 wollen wir unser erstes Serienprodukt auf dem Markt haben.“