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Dezentrale Intelligenz im Antrieb

Die Vereinfachung der Material- und Warenflüsse stehen heutzutage mehr und mehr im Vordergrund. Intelligente, kompakte und leistungsstarke Elektroantriebe mit integrierter Regelelektronik erschließen hier interessante Perspektiven.


In innerbetrieblichen Materialtransportsystemen zählen Verfügbarkeit, Schnelligkeit, Flexibilität und oft auch geringer Platzbedarf zu den wichtigsten Anforderungen. Die bislang üblichen Lösungen stoßen hier an Grenzen. Bei ihnen sind viele unterschiedliche Komponenten erforderlich, der Einbauplatz kann meist nicht optimal genutzt werden, oft lässt die Reaktionsschnelligkeit zu wünschen übrig, und die Lösungen sind nur bedingt skalierbar. Zwei Praxisbeispiele – ein Sortiersystem und eine Rollenbahn für die Palettenförderung – veranschaulichen, welche Optimierungspotentiale sich bei Neuanlagen, Upgrades oder Erweiterungen erschließen lassen, wenn kompakte Elektroantriebe mit integrierter Regelelektronik die treibende Kraft sind.

Effizient Sortieren und Ausschleusen

Bei einer Sortierweiche oder einem Crossbelt-Sorter (Bild 1) werden die Rollen bisher von einem umrichtergeregelten AC-Motor über Getriebe, Zahnriemen und Kurvenscheibe angetrieben, ein Pneumatikzylinder betätigt die Weiche. Für die Endlagenerkennung der Pneumatik sind zwei Sensoren notwendig. Hinzu kommen dann noch die Pneumatiksteuerung sowie die relativ teure Bereitstellung und Zuführung der Druckluft.

Bild 1: Bei einer Sortierweiche oder einem Crossbelt-Sorter ist der intelligente Rollenantrieb direkt in den Zuführrollen eingebaut, der kompakte Weichenantrieb findet im Rahmen Platz. (Foto | nullplus/Adobe Stock)

Mit kompakten, intelligenten Elektroantrieben lässt sich diese Automatisierungsaufgabe jetzt wesentlich eleganter, mit weniger Komponenten und ganz ohne Druckluft lösen. Der Rollenantrieb wird direkt in den Zuführrollen eingebaut, der kompakte Weichenantrieb findet im Rahmen Platz. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Platz besser ausgenutzt, da es am Band praktisch keine Störkonturen gibt. Die Bänder lassen sich so dichter nebeneinander, übereinander oder nahe am Boden platzieren.

Auch die Montage ist einfacher, vor allem weil keine Druckluftleitungen montiert werden müssen und keine mechanischen Übertragungselemente wie Zahnriemen notwendig sind. Zudem ist für die Positionserkennung an der Weiche nur noch ein Sensor erforderlich und bei Bedarf kann ein und derselbe Antrieb die Weiche in zwei Richtungen verstellen.

Mit kompakten, intelligenten Elektroantrieben lassen sich Automatisierungsaufgaben wesentlich eleganter, mit weniger Komponenten und ganz ohne Druckluft lösen.

Beim klassischen Aufbau braucht es dafür einen zweiten Pneumatikzylinder, ebenfalls wieder mit zwei Sensoren zur Endlagenerfassung. Bei Zwei-Wege-Weichen lassen sich also sogar drei Sensoren einsparen. Das ist auch durchaus für Umrüstungen interessant, denn der EC-Antrieb kann sich bei entsprechender Parametrierung auch wie ein pneumatischer Hubzylinder verhalten, ist also rückwärtskompatibel.

Bild 2: Intelligente Antriebe kommen auch bei klassischen Palettenförderanlagen zum Einsatz – mit wenigen Komponenten und ganz ohne Druckluft. (Foto | chesky/Adobe Stock)

Palettentransport ohne übergeordnete Steuerung

Auch bei klassischen Palettenförderanlagen (Bild 2) lohnt sich ein Umdenken. Setzt man hier „intelligente“ Antriebe in den einzelnen Segmenten ein, die also direkt miteinander kommunizieren, ist für einen staudruckfreien Transport keine übergeordnete Steuerung mehr erforderlich (Bild 3). Das Sensorsignal zur Positionsbestimmung der Palette wird direkt im Kompaktantrieb eingelesen. Auch hier lassen sich die Antriebe in den Rollen integrieren und es gibt keine Störkonturen. Zudem reduziert sich die Anzahl der notwendigen Komponenten. Statt übergeordneter Steuerung und einem Umrichter, AC-Motor und Sensor ist für jedes Segment nur noch ein intelligenter Kompaktantrieb mit Sensor notwendig.

Bild 3: Die „intelligenten“ Antriebe der einzelnen Segmente kommunizieren direkt miteinander und sorgen so für einen staudruckfreien Transport der Paletten.

Integrierte Elektronik für Motoren aus dem Antriebsbaukasten

Ihre „Intelligenz“ verdanken die kompakten EC-Antriebe des Antriebsspezialisten ebm-papst der integrierten K4-Regel­elektronik. Diese beinhaltet eine kompakte Leistungsendstufe und kann den Motor mittels feldorientierter Regelung bis zum Stillstand betreiben. Die K4-Regelelektronik ermöglicht es, den Antrieb maßgeschneidert an die Anforderungen der Anwendung anzupassen. Drei Haupt­betriebsmodi sind dabei möglich, der Motor arbeitet entweder im Drehzahl-, Positionier- oder Drehmomentmodus. Die voll integrierte Regelelektronik bietet zudem mehrere analoge und digitale Ein- und Ausgänge, die über eine RS485 Schnittstelle parametrierbar sind. Ebenso kann über zahlreiche Überwachungsfunktionen, wie Spannung, Strom, Drehzahl, Temperatur etc., die Funktion des Antriebs im Betrieb kontrolliert werden.

Bild 4: EC-Außenläufer­motor mit integrierter Regelelektronik, großem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte.

Die leistungsfähige Regelelektronik wird je nach Anwendungsanforderungen in unterschiedlichen Außenläufer- bzw. Innenläufer-EC-Motoren integriert. Die jeweiligen Baureihen sind als Baukastensysteme konzipiert, so dass sich für jede Anforderung schnell die passende Lösung finden lässt. Das Leistungsspektrum reicht bei den elektronisch kommutierten Außenläufermotoren VARIODRIVE Compact bis 120 Watt (Bild 4) und bei den Innenläufermotoren der Serie ECI bis 750 Watt Abgabeleistung (Bild 5).

Selbst tonnenschwere Paletten können so problemlos transportiert werden. Die Antriebe lassen sich auf Grund der modularen Bauweise innerhalb kurzer Zeit flexibel für die konkrete Aufgabenstellung zusammenstellen, also mit Getrieben, Gebern und Bremsen kombinieren. Insgesamt sind mehrere tausend Varianten möglich; Definierte Vorzugstypen sind innerhalb von nur 48 Stunden versandfertig.

Ihre „Intelligenz“ verdanken die kompakten EC-Antriebe von ebm-papst der integrierten K4-Regelelektronik.

Dabei überzeugen die Motoren auch durch ihre Baulänge. Die Aktivteile (bewickelter Stator und mit Magneten bestückter Läufer) der Innenläufer sind beispielsweise nur 20, 40 oder in der leistungsstärksten Variante 60 mm kurz, lassen sich also auch bei beengten Einbauverhältnissen in den Rollen oder Anlagenrahmen gut unterbringen. Um 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. 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.

Bild 5: Mit 42, 63 bzw. 80 mm Durchmesser decken die EC-Innenläufermotoren den Leistungsbereich von 30 bis 750 Watt ab und lassen sich auf Grund der modularen Bauweise innerhalb kurzer Zeit flexibel an die konkrete Aufgabenstellung anpassen.

Die 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 vorkonfektionierter Kabelanschluss möglich. 

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