Antriebstechnik

Dynamische Antriebe für flinke FTS

| Redakteur: Ute Drescher

In der Intralogistik gelten fahrerlose Transportsysteme als Mittel der Wahl, um in Zeiten der Digitalisierung und Industrie 4.0 einen flexiblen und zuverlässigeren Warenfluss zu gewährleisten.
In der Intralogistik gelten fahrerlose Transportsysteme als Mittel der Wahl, um in Zeiten der Digitalisierung und Industrie 4.0 einen flexiblen und zuverlässigeren Warenfluss zu gewährleisten. (Bild: EBM Papst)

So unterschiedlich die vielseitigen und flinken Helfer FTS auch aussehen, eine Gemeinsamkeit haben alle: Sie brauchen dynamische, kompakte Antriebe, die auch unter harten industriellen Bedingungen zuverlässig arbeiten.

In der Intralogistik gelten fahrerlose Transportsysteme (FTS, engl. Automated Guided Vehicle/AGV) als Mittel der Wahl, um in Zeiten von Digitalisierung und Industrie 4.0 einen flexiblen und zuverlässigen Warenfluss zu gewährleisten. Die Herausforderungen sind die Fertigung von Produkten mit großer Variantenvielfalt in kleinen Stückzahlen, sich ständig ändernde Produktionsbedingungen oder die Just-In-Time-Bereitstellung unterschiedlicher Einzelteile oder Baugruppen in der Fertigung.

Von fahrerlosen Transportsystemen können unterschiedliche Branchen profitieren, angefangen vom Online-Handel im Consumerbereich bis hin zur Automobilfertigung im Industriebereich. FTS werden sowohl innerhalb von Gebäuden als auch im Außenbereich eingesetzt. Dank kontinuierlicher Weiterentwicklung der Systeme und der verwendeten Technik werden sie in immer mehr Betrieben flexibel und effizient in der eigenen Logistik genutzt. Ihr Vorteil ist, dass sie sich für den Transport unterschiedlichster Güter mit verschiedenen Gewichten und Spezifikationen auslegen lassen.

Hinzu kommen aber noch weitere Vorzüge. So sind fahrerlose Transportsysteme einfach in bereits bestehende Logistikstrukturen integrierbar. Auch nachträgliche Änderungen oder Optimierungen am Lagerlayout, an der Lager- und Warenstruktur sind im laufenden Betrieb möglich. Außerdem lassen sich schwankende Leistungsanforderungen einfach beherrschen. Da die FTS zentral vom Leitsystem gesteuert werden, können sie für sich ändernde Aufgaben oder Auftragsspitzen bereits frühzeitig eingeplant und Fahrten entsprechend priorisiert bearbeitet werden.

Unterschiedliche Leistungsklassen, Aufgaben und Anforderungen

Unabhängig vom Einsatzbereich arbeiten die FTS besonders wirtschaftlich, wenn sie möglichst lange Fahrwege und -zeiten ohne wiederholtes Aufladen der mitgeführten Energiespeicher erreichen. Es kommt zu weniger Unterbrechungen im Betrieb; zudem werden die Akkus geschont und „leben“ folglich länger. Die Radantriebe wie auch die Antriebe für Hubvorrichtungen oder Einrichtungen zur Ladungssicherung müssen deshalb besondere Anforderungen erfüllen.

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Selbst mit Getriebe und den je nach Aufgabenbereich vorgeschriebenen Sicherheitsbremsen sollten FTS-Antriebe leicht und kompakt ausfallen, bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte und Energieeffizienz. Gerade in den zunehmend kleineren Transport-Fahrzeugen, z. B. für Verteilsysteme in Warenlagern oder Kleinladungsträgern bis 200 kg (KLT), steht für die Antriebssysteme nur wenig Bauraum zur Verfügung. Außerdem sollten die Motoren für Schutzkleinspannung ausgelegt und intelligent sein, um die Steuerung zu entlasten.

Variantenvielfalt aus dem Antriebsbaukasten

Darüber hinaus sind die Wünsche der FTS-Hersteller vielfältig, z. B. was Antriebsleistung, Getriebeausführungen, Untersetzungsstufen, Regelung oder Anschlusstechnik betrifft. Die passende Antriebslösung durch Kombination unterschiedlicher Module individuell zusammenzustellen, hat sich deshalb in der Praxis bewährt. Der Antriebsspezialist ebm-papst aus St. Georgen liefert ein gutes Beispiel mit seinen Motoren, die für den modularen Antriebsbaukasten ausgelegten sind. In der Entwicklung der kompakten, elektronisch kommutierten, bürstenlosen Innenläufermotoren steckt viel Applikations-Knowhow. Dadurch sind die Baureihen ECI-42, ECI-63 und ECI-80 perfekt für den Einsatz in FTS ausgelegt und der Anwender profitiert von kompletten Antriebslösungen aus einer Hand. Er kann sich also auch bei unterschiedlichsten Varianten mit nur einem kompetenten Ansprechpartner abstimmen.

Mit 42, 63 bzw. 80 mm Durchmesser decken die drei Motor-Baugrößen den Leistungsbereich von 30 bis 750 W ab. Die Antriebe lassen sich auf Grund der modularen Bauweise innerhalb kurzer Zeit flexibel für die konkrete Aufgabenstellung zusammenstellen, also mit der gewünschten Regelelektronik, Getrieben, Gebern und Bremsen kombinieren. Insgesamt sind mehrere tausend Varianten möglich; Vorzugstypen sind innerhalb von nur 48 Stunden versandfertig, so dass der Anwender schnell mit der eigenen Entwicklung starten kann. Dabei überzeugen die Motoren auch durch ihre Baulänge. Die Aktivteile (bewickelter Stator und mit Magneten bestückter Läufer) sind nur 20, 40 oder in der leistungsstärksten Variante 60 mm kurz, lassen sich also auch bei beengten Einbauverhältnissen in den FTS gut unterbringen.

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Motor, Getriebe und Bremse frei wählbar

Um die hohen Drehzahlen der Innenläuferantriebe auf anwendungsgerechtes Niveau zu bringen und das Abtriebsdrehmoment auf das in der Anwendung benötigte Niveau zu erhöhen, stehen verschiedene Getriebemodule zur Verfügung, neben Planeten- und Stirnradgetrieben sind z. B. auch die platzsparenden EtaCrown-Winkelgetriebe auf Basis der innovativen Kronenradtechnologie lieferbar. Die effizienten Getriebe decken einen weiten Untersetzungsbereich ab, so dass sich die Antriebe leicht an unterschiedliche Aufgabenstellungen anpassen lassen.

Verlangt die Anwendung Halte- bzw. Sicherheitsbremsen, um beispielsweise bei einer Hubeinrichtung auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung die Position sicher zu halten, können Module mit Permanentmagnet- oder Federdruckbremsen die Antriebseinheit ergänzen. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen sind redundante Encodersysteme möglich und auch das Thema funktionale Sicherheit (FuSi) ist bei der Antriebsauslegung berücksichtigt.

Wahlmöglichkeiten bei der Regelelektronik

Bei der Regelelektronik gibt es ebenfalls applikationsgerechte Wahlmöglichkeiten. So werden die Motoren im einfachsten Fall mit einer Elektronik mit Hallsensoren zur Rotorlageerfassung ausgestattet und werden von einem externen Regler angesteuert. Sind die Antriebe mit der vollintegrierten K4 Regelelektronik ausgestattet, lassen sie sich mit Hilfe einer einfach und intuitiv zu bedienenden PC-Software parametrieren. Viele Abläufe können dann die Antriebe selbstständig übernehmen; die übergeordnete Steuerung wird entlastet. Drei Betriebsmodi (Drehzahl-, Drehmoment- und Positioniermodus) sind möglich. Der schwingungsarme, leise Lauf bei ausgeprägter Überlastfähigkeit und hohem Wirkungsgrad wird durch eine Sinus-Kommutierung erzielt. Die K5-Regelelektronik (aktuell verfügbar für ECI-63.xx) bietet zudem eine CANopen-Schnittstelle, was weitere Kommunikationsmöglichkeiten erschließt. K5-Antriebe können z. B. auch als CAN-Master eingesetzt werden.

SEMINARTIPP Die Grundkenntnisse, wie sich Servoantriebe optimal parametrieren lassen und wie die Steuerungs- und Regelfunktionen bei Motion Controllern beherrscht werden, lernen Teilnehmer im Grundlagenseminar „Servoantriebe“.
Weitere Informationen

Die individuell konfigurierbaren Antriebe erfüllen die Anforderungen der Schutzart IP54 und bieten auch beim elektrischen Anschluss variable Möglichkeiten. Dazu zählen beispielsweise industrietaugliche Stecker, bei denen der radiale Winkelstecker mit Bajonettverschluss drehbar ist und automatisch einrastet. Für platzkritische Anwendungen steht ein axialer Stecker zur Verfügung, alternativ ist auch ein konfektionierter Kabelanschluss möglich. (ud)

BUCHTIPPDas Buch „Praxishandbuch Antriebsauslegung“ hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

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