Archiv für den Monat: März 2017

Industrie-4.0-Fabrik

Siemens baut in Schweden automatische Fabrik für 50.000 Elektroautos

Wird das der Durchbruch des Elektroautos für Jedermann? 2019 sollen 50.000 bezahlbare Elektroautos in einer Fabrik in Schweden gebaut werden – in einer vollautomatischen Fabrik mit Siemens-Technik. Es soll die erste Industrie-4.0-Fabrik der Welt werden.

Elektroauto Uniti

Das Elektroauto Uniti soll schon 2019 auf den Markt kommen. Die Schweden wollen im ersten Jahr dank Siemens-Technik 50.000 Autos in der ersten Industrie-4.0-Fabrik der Welt bauen.

Foto: Uniti

Plötzlich geht alles ganz schnell. Erst vor zwei Jahren sind schwedische Ingenieur-Studenten auf die Idee gekommen, einen futuristischen, elektrisch angetriebenen Cityflitzer ohne Lenkrad und ohne Pedale zu designen. Das war schon sehr mutig.

Kurz darauf haben sie das Start-up Uniti gegründet und per Crowdfunding 1,2 Millionen Euro gesammelt. Inzwischen hat Uniti fast 600 Investoren aus 45 verschiedenen Ländern. Und jetzt hat sich Siemens Nordics als Produktionspartner angeboten für den Aufbau einer Autofabrik. In einer vollautomatisierten Industrie-4.0-Fabrik sollen im ersten Jahr bereits 50.000 Stück des Kleinwagens gebaut werden, vollautomatisch von Robotern. Schon 2019 soll das Elektroauto auf den Markt kommen. Für rund 21.000 €.

Siemens baut vollautomatische Autofabrik in Schweden

Siemens stellt die Industrie-4.0-Technik zur Verfügung, um das E-Auto mit möglichst wenig Personal so kostengünstig wie möglich herstellen zu können. Zunächst wird im Computer eine Simulation des gesamten Produktionsprozesses stattfinden. In den anschließenden 18 Monaten folgt dann der Aufbau der weitgehend automaischen und menschenleeren Fabrik.

Siemens und Uniti planen aktuell den Produktionsprozess im Computer. Anschließend entsteht eine Industrie-4.0-Fabrik, die den Wagen vollautomatisch fertigt.

Foto: Uniti

Die Simulationssoftware soll die Entwicklungs- und Produktionszeit des Autos erheblich verkürzen. So verspricht Siemens, dass „das erste Fahrzeug, das die Fertigungsstraße verlässt, direkt an den Kunden ausgeliefert werden kann, ohne großartig Tests am Fahrzeug durchführen zu müssen”, so Mats Friberg, Geschäftsführer der Siemens PLM Nordics.

Das lässt aufhorchen. Schließlich nehmen gestandene Autobauer Milliardensummen für die Autoentwicklung in die Hand, von der ersten Idee bis zur Auslieferung. Und da wollen schwedische Studenten binnen weniger Jahre einen neuen Hersteller aus dem Boden stampfen, inklusive eigener Produktion?

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Uniti-Unternehmenschef Lewis Horne vor einem Kuka-Roboter: Das schwedische Start-up Uniti plant eine vollautomatische Autoproduktion.

Foto: Uniti

Die neue Fabrik wird in Südschweden entstehen, entweder in Malmö oder Landskrona. Arbeiter, die Teile montieren, werden dort nicht mehr zu sehen sein. Lewis Horne, CEO von Uniti Schweden: „Im Prinzip kann in unserer vollautomatisierten Produktionslinie die Beleuchtung 22 Stunden am Tag ausgeschaltet sein.“

Es gibt weder Lenkrad noch Pedale

Wenn der Cityflitzer 2019 über die Straßen fährt, werden wahrscheinlich einige Münder offen stehen. Denn der nach hinten spitz zulaufende, dreirädrige Zweisitzer mit schicken Scherentüren sieht schon von außen aus wie ein Gefährt aus der Zukunft.

Uniti mit geöffneten Flügeltüren: Das kleine Elektroauto wiegt nur 400 kg und ist eine Entwicklung der Universität Lund in Schweden. 2019 soll es auf den Markt kommen.

Foto: Uniti

Vom Innenleben ganz zu schweigen. Da gibt es statt Pedalen und Lenkrad nämlich ein Steuerruder – fast wie im Flugzeug. Will der Fahrer beschleunigen, schiebt er das Ruder nach vorne, für eine Bremsung nach hinten. Die Geschwindigkeit sieht er dank Head-up-Projektionstechnik direkt auf der Windschutzscheibe. Und den Bordcomputer bedient er über ein Touch-Display. Das macht Plastikarmaturen und Knöpfe überflüssig.

Elektroauto hat bis zu 300 km Reichweite

Der Uniti könnte Stadtmenschen mit seiner Spritzigkeit überzeugen. Die Radnabenmotoren haben eine Leistung von bis zu 40 kW und beschleunigen das Auto, das dank Leichtbauweise und Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff nur 400 kg wiegt, in nur 3,5 Sekunden von 0 auf 80 km/h – bis zu einer Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h.

Je nach Ausführung werden 11- oder 20-kWh-Lithium-Ionen-Akkus verbaut sein, die Reichweiten zwischen 150 und 300 km ermöglichen. Das Laden funktioniert per Induktion oder Kabel.

Uniti dokumentiert übrigens den gesamten Prozess vom Prototypen bis zur Massenfertigung auf YouTube in der Serie „Uniti Update“.

Von Patrick Schroeder
Quelle: http://www.ingenieur.de/Branchen/Fahrzeugbau/Siemens-baut-in-Schweden-automatische-Fabrik-fuer-50000-Elektroautos vom 28.3.2017

Werkstofftechnik 2.0

Dieser Stahl will auch bei hoher Belastung einfach nicht müde werden

Wäre das schwere Zugunglück 1998 in Eschede, als ein ICE wegen eines gebrochenen Radreifens entgleiste, mit diesem neuen Stahl nicht geschehen? Ingenieure habe nach dem Vorbild des Knochens eine Stahlstruktur entwickelt, die deutlich besser gegen Risse und Ermüdungsbrüche gefeit ist. Die Erwartungen sind hoch.

Stahlproduktion bei Salzgitter

Stahlherstellung bei Salzgitter: Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine Stahllegierung entwickelt, die sich an der Struktur des menschlichen Knochens orientiert. Dadurch wollen die Ingenieure Ermüdungsbrüche verhindern. Ein gebrochener Radreifen hatte zur Zugkatastrophe von Eschede geführt.

Foto: Julian Stratenschulte/dpa

Ein internationales Forscherteam, darunter das Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf, ist auf der Suche nach einem Stahl, den man nicht ständig überwachen muss, um Ermüdungserscheinungen aufzuspüren, sondern der einfach nicht müde wird. Zum Vorbild genommen haben sich die Forscher den Aufbau menschlicher Knochen, die extrem leicht, aber dank ihrer Wabenstruktur besonders stabil sind und einen hohen Ermüdungswiderstand aufweisen.

Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium

Das Ergebnis ist eine Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium. Diese besteht aus verschiedenen metastabilen Phasen, die in Nanometer-großen Lamellen geordnet sind. Eine Phase ist eine Kristallstruktur, in welcher die Atome in einem Metall angeordnet sind.

Die neue Stahlstruktur orientiert sich am menschlichen Knochen und ist deshalb besonders gut belastbar.

Foto: M. Wang/Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Diese Kristallstruktur haben die Materialwissenschaftler so verändert, dass „der neu entwickelte Stahl resistent gegen multiple Rissbildung auf der Mikroebene ist“, so Dierk Raabe, Direktor am MPIE. „Um zu prüfen, ob die exzellenten Ermüdungseigenschaften unseres Stahls auch wirklich auf die lamellenartige Mikrostruktur zurückzuführen sind, haben wir ihn mit konventionellen Stählen verglichen.“

In zahlreichen Experimenten verglich das Team rund um Raabe die Ermüdungseigenschaften des neuen Stahls mit denen von Dual-Phasen-Stählen, die für Autos verwendet werden, mit perlitischen Stählen, welche in Stahlseilen für Brücken angewendet werden, und mit TRIP-Stählen, die vor allem in Fahrzeugkarossen Anwendung finden.

Zudem veränderten die Forscher testweise die Mikrostruktur ihrer Legierung erneut und beobachteten die Verschlechterung der Ermüdungsresistenz. Auf diese Art bestätigten die Forscher ihre Annahme, dass der verbesserte Ermüdungswiderstand des neu entwickelten Stahls auf dessen lamellenartige Multiphasen-Mikrostruktur zurückzuführen ist.

Legierung soll weiter verbessert werden.

Serienmäßig einsetzbar ist der neuartige Stahl aber noch nicht. Jetzt soll die Legierung noch optimiert werden, um die Ermüdungsresistenz noch zu verbessern. Die Forscher des MPIE, der Kyushu University Japan und des Massachusetts Institute of Technology in den USA sind überzeugt, dass dies möglich ist.

Warum aber überhaupt der Aufwand? Das Problem von Stählen ist, dass sie unter starker Belastung zwar langsam verschleißen, das aber lange nicht erkennbar ist. Denn der Verschleiß zeigt sich erst tief in der Stahlstruktur, auf der Mikro- und Nanoebene, bevor dann ein Riss folgt. Und so ein Riss ist je nach Einsatzort gefährlich. Bei Radreifen von Zügen sind solche Risse eine Katastrophe. Gleiches gilt für Flugzeuge und Kraftwerke.

Das Unglück in Eschede war das schwerste Bahnunglück der Nachkriegsgeschichte: Am 3. Juni 1998 raste der Intercity-Express 884 dort mit 200 km/h gegen eine Betonbrücke und entgleiste. 101 Menschen kamen ums Leben. Unfallursache war ein gebrochenes Rad.

Foto: dpa

Um solche Risse rechtzeitig zu entdecken, werden derzeit die Materialen regelmäßig überwacht und aufwendig vermessen. Und das kostet Geld, Zeit und Einsatzzeiten bei Zügen und Flugzeugen. Zudem werden Sensoren eingesetzt, die zum Beispiel die Räder von Zügen laufend überwachen, um Schwingungsänderungen festzustellen, die auf Materialermüdungen zurückzuführen sind.

Vielleicht kann der neue Stahl da Abhilfe schaffen. Und trotz weniger Kontrolle Katastrophen wie die von Eschede verhindern.

Und das sind die fünf schnellsten Züge der Welt.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Branchen/Stahl-Metallverarbeitung/Dieser-Stahl-hoher-Belastung-einfach-muede vom 21.3.17

Aufladen in Sekunden – Neue Batterie mit Glas ist dreimal besser als Lithium-Ionen-Akkus

Sollte es wirklich so einfach sein, richtig leistungsfähige Akkus zu bauen? Der 94-jährige John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat einen neuen Akku-Typen entwickelt, der dreimal so leistungsfähig sein soll. Die Hauptrolle dabei spielt Glas.

John Goodenough

John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat jetzt eine neue Batterietechnik vorgestellt, die mit Glaselektrolyt arbeitet. Sie soll dreimal so leistungsstark sein wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku.

Foto: Universität Texas

 Wenn die Daten stimmen, wäre das einer der vielen Durchbrüche in der Akkutechnik. Viele haben nach einem Schlagzeilengewitter aber nicht den Weg in die Serie gefunden. Wird das diesmal anders?

Schneller und häufiger laden ohne Leistungseinbußen

Goodenough und die portugiesische Forscherin Maria Helena Braga haben an der Universität Texas in Austin einen Akku entwickelt, der in nur einer Minute aufgeladen sein soll. Und trotz dieser enorm kurzen Ladezeit soll es sich nicht um einen Super- oder gar Ultracap handeln, sondern um einen Akku. Die neuen Solid-State-Akkus haben angeblich eine mehr als dreimal so hohe Energiedichte wie aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.

John Goodenough wurde in Deutschland geboren und forscht immer noch, auch im hohen Alter von 94 Jahren, an neuen Akkutechniken.

Foto: Universität Texas

Außerdem sollen sie häufiger geladen werden können, ohne an Leistung einzubüßen. Bislang haben die Forscher im Labor 1.200 Ladezyklen durchgeführt, ohne wesentliche Leistungseinbußen feststellen zu können.

Fester Elektrolyt aus Glas

Der Schlüssel für die neuartige Batterie besteht aus Glas. Goodenough hat mit seinem Team statt flüssiger Elektrolyte Glas als festen Elektrolyt eingesetzt, der Anode und Kathode verbindet. Das Glas führt dazu, dass die Gefahr von Kurzschlüssen oder gar Bränden sinkt, unter denen Lithium-Ionen-Akkus mitunter leiden. Wegen Brandgefahr mussten schon Boeings am Boden bleiben.

Samsung zog wegen Brandgefahr des Akkus sein Galaxy Note 7 zurück. Auch Tesla hatte kurzzeitig mit den Lithium-Ionen-Akkus Probleme. Die New Yorker Polizei hat schon davor gewarnt, Smartphones im Bett zu laden, weil der Hitzestau die Akkus in Brand setzen kann.

Warnung der New Yorker Polizei auf Twitter vor dem Laden von Smartphones unter der Bettdecke.

Foto: NYPD/Twitter

Diese Gefahr soll es dank Glas nicht mehr geben. Zudem erlaubt Glas leistungsfähigere Kathoden und Anoden aus Alkalimetallen. Das reduziert den Aufwand für die Herstellung der Zellen und erhöht deren Energiedichte und die Lebensdauer des Akkus. Außerdem können die Kosten erheblich sinken. „Die Glaselektrolyte erlauben die Substitution von Lithium durch kostengünstiges Natrium“, erklärt Braga. Natrium steht auf der Erde praktisch unbegrenzt zur Verfügung.

Auch bei Temperaturen unter Null noch leistungsfählig

Und da Glas auch bei tiefen Temperaturen leitfähig bleibt, sind die Akkus auch bei Temperaturen um – 20° C noch voll leistungsfähig und arbeiten sogar noch bis – 60° C, so die Uni Texas. Bislang leiden zum Beispiels Elektroautos im Winter unter drastisch reduzierten Reichweiten, weil die kühlen Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Akkus einschränken.

2011 erhielt Ingenieur John Goodenough aus der Hand von US-Präsident Barack Obama die National Medal of Science.

Foto: Ryan K. Morris/ National Science & Technology Medals

„Wir glauben, dass unsere Entdeckungen viele Probleme heutiger Akkus lösen“, meint Goodenough. Jetzt wollen die Forscher eng mit Batterieherstellern zusammen arbeiten, um ihre Laborbatterie für die Serienfertigung weiter zu entwickeln.

Eine spannende Entwicklung sind auch Superkondensatoren aus Florida, die binnen Sekunden voll aufgeladen sind und Smartphones mit Energie versorgen sollen. Auch koreanische Forscher arbeiten an Superkondensatoren. Das Verrückte: Sie nutzen Zigarettenkippen als Rohstofflieferant. Wie das geht, lesen Sie hier.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Energiespeicher/Neue-Batterie-Glas-dreimal-besser-Lithium-Ionen-Akkus vom 07.03.2017

Bio-Logo auf Schale Etiketten direkt in die Schale von Kartoffeln und Avocados lasern

Zumindest für einen Monat dürfen Avocados und Süßkartoffeln bei Rewe aus den Plastikverpackungen heraus. Der Handelsriese lasert die Etiketten, die sonst auf der Verpackung kleben, einfach direkt in die Schale – und das völlig frei von Rückständen oder Schädigungen. Plastikverpackungen können damit überflüssig werden.

Biogemüse bei Rewe

Mit einem Niedrig-Energie-Laser markiert Rewe in einem Testlauf Biogemüse wie diese Süßkartoffeln. Wenn das bei den Kunden gut ankommt, will Rewe auf die Plastikverpackungen bei Biogemüse verzichten.

Foto: Rewe

Was für ein Hype: Als Rewe Mitte der Woche ankündigte, dass 800 Filialen in Nordrhein-Westfalen von Rewe und der Discount-Tochter Penny ihre Bio-Avocados und Bio-Süßkartoffeln nicht mehr in Plastik einschweißen, sondern das Bio-Label per Laser in der Schale markieren, erzeugte das ein gewaltiges Presseecho.

Zu Recht: Denn es ist ein sehr neuer Trend, die Lasertechnik dafür zu nutzen, um berührungsfrei Informationen wie Logos, QR-Codes oder Markennamen direkt in der Schale von Obst und Gemüse zu markieren. Eine tolle Idee. Denn sie spart ganz viel Verpackungsmüll.

Bio-Waren werden meist aufwendig verpackt

Haben Supermärkte das selbe Obst oder Gemüse in traditioneller und in Bio-Qualität im Angebot, muss zumindest eine Warengruppe verpackt werden, um sie voneinander zu unterscheiden. Weil Bio-Waren weniger oft verkauft werden, sind Obst und Gemüse in Bio-Qualität in der Regel eingeschweißt. Ausgerechnet. Denn gerade Käufer von Bio-Lebensmittels wollen weniger Müll produzieren – und sind gezwungen, bei Bio-Gemüse und Bio-Obst das Gegenteil zu tun.

Ein Apfel mit Lasercode und QR-Code des Maschinenbauers Bluhm.

Foto: Bluhm

Genau das erspart nun das Laser-Labeling von Obst und Gemüse. Maschinenbauer wie Eurolaser in Lüneburg und Bluhm Systeme in Rheinbreitbach bei Bonn haben CO2-Laser entwickelt, die ohne tiefen Eingriff in die Frucht oder das Gemüse Informationen in die Schale eingravieren. Dabei ist der teilweise benutzte Begriff eines Tattoos völlig falsch. Denn es wird kein Material in die Schale eingefügt, sondern per Laser die oberste Schalenschicht behandelt.

Niedrig-Energie-Laser markiert Logos in der Schale

Und wie funktioniert das Verfahren? Eingesetzt werden Niedrig-Energie-CO2-Laser. Deren Licht erhitzt punktuell die Schale, so dass das Farbpigment an entsprechender Stelle verdampft, schildert der Maschinenbauer Bluhm. Mehr nicht. Dadurch wird das Lebensmittel weder geschädigt, noch verändert. Auch die Haltbarkeit soll sich nicht verändern.

„Die Frucht kann mit oder ohne Schale ganz normal verzehrt werden – selbst der gelabelte Bereich ist bedenkenlos essbar“, so der holländische Importeur für Bio-Lebensmittel Eosta, der die gelabelten Produkte über seine Biomarke nature & more an Rewe liefert.

Das Unternehmen beliefert seit Januar auch die schwedische Supermarktkette ICA mit gelabeltem Bio-Gemüse. ICA hat zunächst markierte Avocados und Süßkartoffeln sowie Paprika und Gurken ins Sortiment aufgenommen, die nun auf Umverpackungen verzichten können.

725.000 Plastikschalen in einem Jahr eingespart

Allein für die Avocados spart ICA 725.000 Plastikschalen und Folien pro Jahr. Für die Verpackung der Avocados wurden bislang 217 km Plastikfolie mit einer Breite von 30 cm verwendet. Umgerechnet macht das 2.042 kg Plastik. Der dabei erzeugte CO2-Ausstoß entspricht einer Autofahrt 1,3 Mal um die Welt, hat Eosta berechnet.

Bio-Avocados bei Rewe: Für die Markierung per Laser werden nur die Farbpigmente in der obersten Schicht der Schale verdampft.

Rewe will die Reaktion der Kunden abwarten, bevor das Laser-Labeling beibehalten und ausgeweitet wird. Weitere Möglichkeiten gibt es: Die Logos können auch auf Obst eingebrannt werden, beispielsweise auf Äpfel und Kiwis, Mangos und Kokosnüsse. Ungeeignet ist das Verfahren bei Zitrusfrüchten und Granatäpfeln, weil sich deren Schale rasch erneuert und so die Logos wieder verschwinden.

Auch Markierungen von Lebensmitteln möglich

Doch nicht nur Obst und Gemüse lässt sich mit Lasern markieren. In der Backwarenindustrie werden Lasermarkiersysteme bereits eingesetzt, um Logos oder Markennamen auf Brot, Brötchen oder Waffeln aufzubringen. Erlaubt ist das in der EU seit 2013, in anderen Ländern wie Australien und Neuseeland schon seit 2009.

Und was können Laser noch alles? Zum Beispiel den Alkoholgehalt von Autofahrern im Vorbeifahren erfassen.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Lasertechnologie/Etiketten-direkt-in-Schale-Kartoffeln-Avocados-lasern vom 07.03.2017