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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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