Um in verschie­denen Einsatz­fällen flexibel und effi­zient navi­gieren zu können, nutzen Fahrer­lose Trans­port­sys­teme verschie­dene Fort­be­we­gungs­kon­zepte. In der Intra­lo­gistik kommen in der Regel zwei Methoden zum Einsatz: diffe­ren­ti­elle oder omni­di­rek­tio­nale Fort­be­we­gung. Sie unter­scheiden sich maßgeb­lich in Manö­vrier­fä­hig­keit, Platz­be­darf und Steue­rungs­kom­ple­xität. Bei einer diffe­ren­ti­ellen Fort­be­we­gung wird das FTS durch zwei unab­hängig ange­trie­bene Räder und deren Geschwin­dig­keits­dif­fe­renzen gesteuert.

Dadurch hat das Fahr­zeug eine hohe Wendig­keit und kann sich auf der Stelle drehen, was beson­ders in engen Räumen vorteil­haft ist. Aller­dings erfor­dert diese Bewe­gung komplexe Steue­rungs­al­go­rithmen und kann auf unebenen Ober­flä­chen Stabi­li­täts­pro­bleme verur­sa­chen. Omni­di­rek­tio­nale FTS dagegen können sich dank spezi­eller Fahr-Lenk-Systeme in jede Rich­tung bewegen, auch seit­wärts und diagonal. Diese Fort­be­we­gungsart bietet maxi­male Flexi­bi­lität und erlaubt eine präzise Navi­ga­tion in beengten Umge­bungen. Der Nach­teil sind höhere Kosten und ein erhöhter Steue­rungs­auf­wand, da mehrere Antriebe gleich­zeitig koor­di­niert werden müssen.

„Die ECI Motoren aus dem Antriebs­bau­kasten von ebm-papst sorgen durch ihre hohe Leis­tungs­dichte dafür, dass unsere Radan­triebe sehr kompakt bauen und wenig Einbau­platz benö­tigen.“

Dr. Ing. Robert Michel, Produkt­ma­nager bei b-drives

Diffe­ren­ti­elle Fort­be­we­gung

Radan­triebs­sys­teme für fahrer­lose Trans­port­sys­teme (FTS oder AGV) müssen wesent­liche Anfor­de­rungen erfüllen: So sind kompakte Lösungen gefragt, die sich dank unter­schied­li­cher Moto­ri­sie­rung flexibel an die jewei­ligen Anwen­dungs­an­for­de­rungen anpassen lassen. Oft sind hohe Trag­lasten gewünscht sowie Über­last­fä­hig­keit beim Bremsen und Beschleu­nigen. Die Radan­triebs­sys­teme müssen zudem immer einen zuver­läs­sigen und sicheren Betrieb garan­tieren und dabei möglichst auch durch ihr Preis-/Leis­tungs­ver­hältnis über­zeugen.

Ein gelun­genes Beispiel ist das von der b-drives GmbH entwi­ckelte, sehr kompakte eWheel (Bild 1) für bidi­rek­tional navi­gie­rende Fahr­zeuge in dem BLDC-Motoren von ebm-papst verbaut sind. „Mit dem eWheel bringen Trans­port­sys­teme auch große Trag­lasten auf engstem Raum sicher ans Ziel. Dank der ECI Motoren ist es aktuell das kompak­teste System auf dem Markt, es lässt sich einfach inte­grieren und ist modular konzi­piert“, so Dr. Robert Michel, Produkt­ma­nager bei b-drives.

Mit Stator­bau­längen von 20, 40 oder 60 mm decken die ECI 63 Motoren den Leis­tungs­be­reich von 150 bis 370 W ab. (Urheber | ebm-papst)

Bei den ECI 80 Motoren reichen die Nenn­leis­tungen bis 750 W. (Urheber | ebm-papst)

Damit die Radan­triebe den harten Einsatz­be­din­gungen in der Logistik stand­halten, wird die Ansteu­er­elek­tronik für die zwei Motoren des Radan­triebs in einem soliden Gehäuse unter­ge­bracht. Für die notwen­dige Unter­set­zung sorgen Plane­ten­ge­triebe. (Urheber | b-drives)

Flexible Ausle­gungs­mög­lich­keiten

Die Module mit zwei ange­trie­benen Rädern sind als Baukas­ten­system aufge­baut und stehen in sechs Motor­bau­größen, drei Getrie­be­un­ter­set­zungen und fünf Raddurch­mes­sern zur Verfü­gung. Dadurch hat der Anwender die Wahl zwischen unter­schied­li­chen Baulängen von 109 bis 238 mm bei maxi­malen Geschwin­dig­keiten von 0,7 bis 3,7 m/s. Da die in den Anwen­dungen gefor­derten Dreh­mo­mente eben­falls unter­schied­lich sind, bietet der Baukasten auch hier Auswahl. Bei der kleinsten Baulänge liegen die maxi­malen Dreh­mo­mente beispiels­weise zwischen 29 und 100 Nm und bei der größten zwischen 53 und 100 Nm. Allen Ausfüh­rungen gemeinsam ist die hohe Trag­last von bis zu 500 kg pro Rad. Passend zu den Motoren bietet b-drives auch einen Doppelachs-Regler mit bis zu 80 Aeff Spit­zen­strom, CANopen und Safe Torque Off (STO). Falls andere Bussys­teme wie beispiels­weise ProfiNET oder EtherCAT gewünscht werden, gibt es auch hierfür die entspre­chenden Einzel-Elek­tro­niken.

Antriebe aus dem Baukasten

In den Radan­trieben kommen zwei Motor­typen zum Einsatz: Der bürs­ten­lose, elek­tro­nisch kommu­tierte Innen­läu­fer­motor ECI 63 mit 63 mm Durch­messer (Bild 3), und der größere ECI 80 mit 80 mm Durch­messer (Bild 4). Mit Stator­bau­längen von 20, 40 oder 60 mm decken die ECI 63 Motoren den Leis­tungs­be­reich von 150 bis 370 W ab, bei bis zu 880 mNm Nenn­dreh­mo­ment und 4.000 U/min Nenn­dreh­zahl. Ihr Wirkungs­grad liegt bei über 90 %. Bei den ECI 80 Motoren stehen die glei­chen drei Stator­bau­längen zur Verfü­gung; die Nenn­leis­tungen reichen hier bis 750 W.

„Die Motoren stehen in Schutz­klein­span­nung von 24 und 48 V zur Wahl, so dass b-drives mit den Motoren von ebm-papst die Radan­triebe auch in diesem Punkt sehr einfach an die jewei­lige Appli­ka­tion anpassen kann“, ergänzt Steffen Schmidt, Market Manager Intra­lo­gi­stics bei ebm-papst. Durch die Schutz­klein­span­nung ist die Anfor­de­rung an die Doku­men­ta­tion über­schaubar und die Inbe­trieb­nahme verein­facht möglich. Auch die Über­last­fä­hig­keit der Motoren bis zum drei­fa­chen Nenn­dreh­mo­ment ist für den Einsatz­be­reich wichtig, vor allem beim Anfahren mit großen Lasten oder wenn das FTS Schrägen oder Uneben­heiten über­winden muss.

Die im Antriebs­regler inte­grierte STO-Funk­tion (Safe Torque Off) sorgt eben­falls für ein sicheres Halten (PLe). Halte­bremse und STO lassen sich auch gemeinsam auslösen. Außerdem lässt sich die Geschwin­dig­keit des Antriebs von einer geeig­neten Steue­rung sicher über­wa­chen (Safe Limited Speed) und sicher­stellen, dass sich das Fahr­zeug nur in die frei­ge­ge­bene Rich­tung bewegt (SDI, Safe Direc­tion). Dafür haben die Motoren stan­dard­mäßig zwei unab­hän­gige Geber­sys­teme: die inte­grierten Hall­sen­soren zur Kommu­tie­rung und einen hoch­auf­lö­senden Inkre­men­ta­len­coder zur Rege­lung.

Durch den Abgleich beider Signale kann die Elek­tronik die Dreh­zahl funk­tional sicher erfassen. Bei Bedarf kann ein alter­na­tiver Geber einge­setzt werden, z.B. ein Sin/Cos-Geber oder ein TTL- bzw. HTL-Inkre­men­tal­geber. Zudem ist es auch möglich, Sicher­heits­funk­tionen über PROFI­safe zu nutzen. „Die ECI-Motoren sind kompa­tibel zu Simatic Micro-Drive; wir können dann im Radmodul den entspre­chenden Encoder einbauen“, erklärt Dr. Michel. Das inno­va­tive, kompakte und viel­seitig einsetz­bare Radmodul wird sich durch diese Flexi­bi­lität ein breites Einsatz­feld erschließen, zumal es auch durch das gute Preis-/Leis­tungs­ver­hältnis über­zeugt.

Omni­di­rek­tio­nale Fort­be­we­gung

In Anwen­dungen, bei denen es auf Wendig­keit, Trag­last, Dynamik oder eine gute Fein­po­si­tio­nie­rung ankommt, sind meist omni­di­rek­tio­nale Fahr­zeug­kon­zepte im Einsatz. ebm-papst bietet dafür mit dem ArgoDrive das passende Fahr-Lenk-System inklu­sive Rad an. Jede Antriebs­ein­heit besteht aus zwei bürs­ten­losen DC-Motoren, Getriebe, Sensorik und Anschluss-Steckern. Die beiden ECI 63 Motoren mit Stator­bau­länge 20 mm tragen durch ein Über­la­ge­rungs­ge­triebe je nach Anfor­de­rung zum Lenken, Beschleu­nigen, Fahren oder Bremsen bei. Ist das Rad ausge­richtet bzw. findet keine Lenk­be­we­gung statt, kann die komplette Leis­tung beider Motoren für das Fahren genutzt werden; dies macht das ArgoDrive einzig­artig und beson­ders effi­zient.

Mit nur 300 W Nenn­leis­tung für beide Motoren kann es in den Ausfüh­rungen Light, Stan­dard und Heavy Lasten bis 100 kg, 300 kg, bezie­hungs­weise 500 kg pro Antriebs­ein­heit bewegen. Der unend­liche Lenk­winkel ermög­licht die Flächen­be­weg­lich­keit des Fahr­zeugs, auch aus dem Stand. Für omni­di­rek­tio­nales Fahren werden mindes­tens zwei ArgoDrive pro Fahr­zeug benö­tigt. Mit zwei einander gegen­über ange­ord­neten Fahr-Lenk-Systemen und zwei Bock­rollen können so beson­ders schmale und wendige FTS reali­siert werden. Darüber hinaus lässt sich die Anzahl der einge­setzten Systeme beliebig erhöhen, um die Trag­last des Fahr­zeugs zu erhöhen. Mit vier Fahr-Lenk-Systemen und vier Bock­rollen lassen sich beispiels­weise bela­dene Fahr­zeuge mit einem Gesamt­ge­wicht von 4 t omni­di­rek­tional und mit hoher Posi­tio­nier­ge­nau­ig­keit sehr dyna­misch bewegen.