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Mit Fahr-Lenk-Systemen wendig und sicher unter­wegs

Sicher­heit ist bei fahrer­losen Trans­port­fahr­zeugen (FTF) oberstes Gebot zum Schutz von Menschen und der Umge­bung. Wenn sich die Antriebs­mo­dule nahtlos in das Steue­rungs­system des FTF einbinden lassen, ist der Fahr­zeug­her­steller auf der sicheren Seite. Denn wenn die Kommu­ni­ka­tion läuft und Safety-Anfor­de­rungen erfüllt sind, unter­stützt ihn das beim Erstellen des eigenen Sicher­heits­kon­zepts und verein­facht die nach­ge­la­gerte Frei­gabe des Gesamt­fahr­zeuges bei der TÜV-Prüf­stelle.


Bild 1: ArgoDrive ‒ ein kompaktes und einfach inte­grier­bares Antriebs­system für unter­schied­lichste fahrer­lose Trans­port­sys­teme. (Bild | ebm-papst)

Von fahrer­losen Trans­port­fahr­zeugen (FTF) können heute ganz unter­schied­liche Bran­chen profi­tieren, ange­fangen vom Online-Handel bis hin zum produ­zie­renden Gewerbe wie beispiels­weise die Auto­mo­bil­fer­ti­gung oder auch die Kran­ken­haus­lo­gistik. Sie werden in immer mehr Betrieben flexibel und effi­zient für die eigene Logistik genutzt, weil sie sich für den Trans­port verschie­denster Güter mit unter­schied­li­chen Gewichten und Spezi­fi­ka­tionen auslegen lassen.

Mit dem Agro­Drive hat ebm-papst hierfür das passende Fahr-Lenk-System inklu­sive Rad entwi­ckelt (Bild 1). In den Ausfüh­rungen Light, Stan­dard und Heavy kann es Lasten bis 100 kg, 300 kg, bezie­hungs­weise 500 kg pro Antriebs­ein­heit bewegen. In der maxi­malen Ausbau­stufe mit vier Fahr-Lenk-Systemen der Vari­ante Heavy ist dann eine Trag­last von zwei Tonnen problemlos möglich. Die Einbau­maße sowie die elek­tri­schen, mecha­ni­schen und steue­rungs­tech­ni­schen Schnitt­stellen sind bei allen Ausfüh­rungen iden­tisch, die Raddurch­messer, die Geschwin­dig­keit und die Beschleu­ni­gung vari­ieren und auch die mögliche Trag­last und die Boden­frei­heit unter­scheiden sich.

In den unter­schied­lichsten Bran­chen im Einsatz

„Jede Antriebs­ein­heit besteht aus zwei bürs­ten­losen DC-Motoren, Getriebe, Sensorik und allen erfor­der­li­chen Anschluss-Steckern. Die zwei Motoren tragen durch das Über­la­ge­rungs­ge­triebe je nach Anfor­de­rung zum Lenken, Beschleu­nigen, Fahren oder Bremsen bei. Etliche Einsatz­be­reiche haben sich die omni­di­rek­tio­nalen Fahr­sys­teme aufgrund dieser Eigen­schaften bereits erschlossen. In der Auto­mo­bil­fer­ti­gung sind sie zum Beispiel bei Fahr­zeugen zum Trans­port von Waren­körben oder sogar Rohka­rossen im Einsatz.

„Die Sicher­heit des Fahr-Lenk-Systems war uns von Anfang an sehr wichtig.“

Henry Sämisch, Appli­ca­tion Engi­neer Divi­sion Indus­trial Drive Tech­no­logy bei ebm-papst St. Georgen

Sie sind die trei­bende Kraft bei Trans­port­auf­gaben im Online-Handel und im Health­Care-Bereich entlasten sie das Klinik­per­sonal, z.B. beim Trans­port mobiler Röntgen-Systeme. Auch beim Hersteller selbst sind sie im Einsatz. Henry Sämisch, Appli­ca­tion Engi­neer Divi­sion Indus­trial Drive Tech­no­logy bei ebm-papst St. Georgen, ergänzt: „In der Moto­ren­fer­ti­gung in Mulfingen sorgt das fahrer­lose Trans­port­fahr­zeug EDDY mit unserem Fahr-Lenk-System beim Teile­trans­port zwischen den Arbeits­sta­tionen für mehr Flexi­bi­lität in der bestehenden Produk­ti­ons­um­ge­bung.“

Bild 2: Der unend­liche Lenk­winkel ermög­licht die Flächen­be­weg­lich­keit des Fahr­zeugs, auch aus dem Stand. (Bild | ebm-papst)

Bild 3: In der Moto­ren­fer­ti­gung bei ebm-papst in Mulfingen sorgt das fahrer­lose Trans­port­fahr­zeug EDDY mit dem Fahr-Lenk-System ArgoDrive beim Teile­trans­port zwischen den Arbeits­sta­tionen für mehr Flexi­bi­lität in der bestehenden Produk­ti­ons­um­ge­bung. (Bild | ebm-papst)

Sicher­heits­kon­zept mit Funk­ti­ons­bau­steinen für Siemens­steue­rungen

Für den Fahr­zeug­her­steller ist es unkom­pli­ziert, die Fahr-Lenk-Systeme ArgoDrive in sein Fahr­zeug zu inte­grieren, nicht nur mecha­nisch, sondern auch im Hinblick auf die Steue­rungs­technik. „Sicher­heits­kon­zept und Verka­be­lung sind bei allen ArgoDrive-Vari­anten völlig iden­tisch“, betont Patrick Schu­ma­cher. „All-in-one-Kabel und indus­trie­ge­rechte Stecker erleich­tern den elek­tri­schen Anschluss“. Henry Sämisch ergänzt: „Außerdem war uns die Sicher­heit des Systems von Anfang an sehr wichtig. So bieten wir für Sicher­heits­zer­ti­fi­zie­rungen alle rele­vanten Sicher­heits­kenn­zahlen wie MTTFd-Werte sowie BP-10 Werte und die Anfor­de­rungen der FTS-Normen ISO 13849 und ISO 3691-4 sind erfüllt.“

Bild 4: Sicher­heits­kon­zept und Verka­be­lung sind bei allen ArgoDrive-Vari­anten völlig iden­tisch. Vorde­fi­nierte ArgoDrive-Funk­ti­ons­blöcke erleich­tern die Anbin­dung an die Fahr­zeug­steue­rung. (Bild | ebm-papst)

Wer heute bei der Entwick­lung eines fahrer­losen Trans­port­sys­tems mit der Steue­rung S7 1500F als Fahr­zeug­steue­rung arbeitet bezie­hungs­weise SIMOVE für Navi­ga­tion und Flot­ten­ma­nage­ment nutzt, hat es beson­ders einfach. Vorde­fi­nierte ArgoDrive-Funk­ti­ons­bau­steine erleich­tern die Einbin­dung der Fahr-Lenk-Systeme ins Steue­rungs­pro­gramm; die Rege­lung der Motoren über­nehmen dann die Regler PDC600F von Siemens, die mit der über­ge­ord­neten Steue­rung über Profinet und Profi­safe kommu­ni­zieren (Bild 4). „Damit stehen viele Safety-Funk­tionen für einen sicheren Betrieb der fahrer­losen Trans­port­fahr­zeuge zur Verfü­gung und für ein funk­tio­nie­rendes Setup des Fahr-und-Lenk­sys­tems sind keine weiteren Kompo­nenten erfor­der­lich“, ergänzt Patrick Schu­ma­cher.

Kolli­si­ons­ri­siken ausschließen

Die Sicher­heit ist beim Betrieb fahrer­loser Trans­port­sys­teme ein zentrales Thema. Wenn sich die Arbeits­um­ge­bung des Perso­nals mit den Verkehrs­wegen der FTF über­schneiden, müssen Kolli­si­ons­ri­siken ausge­schlossen werden. ArgoDrive bietet dafür mehrere Möglich­keiten. Bei einer Schutz­feld­ver­let­zung beispiels­weise muss das Antriebs­system den Befehl eines sicheren Stopps der Sicher­heits­steue­rung zuver­lässig ausführen. Für die Antriebe  muss vor allem eine hohe Brems­leis­tung zur Verfü­gung stehen. Der ArgoDrive erreicht hier unter Nutzung der elek­tro­mo­to­ri­schen Bremsen eine Verzö­ge­rung von bis zu 2,5 m/s2, ebenso ist durch Nutzung der zusätz­lich inte­grierten Bremse eine Notbrem­sung möglich. Auch beim Versagen der Strom­ver­sor­gung des FTF geht die Antriebs­ein­heit in einen sicheren Halt, um unkon­trol­lierte Bewe­gungen zu vermeiden. Damit unter­stützt der ArgoDrive alle typi­schen und notwen­digen Safety-Anfor­de­rungen.

bis zu 2,5 m/s2 Verzö­ge­rung

Das einzelne Fahr-Lenk-System wird hierzu über die zwei externen Regler ange­steuert. Auch die Signale für den Lenk­winkel sind redun­dant ausge­legt und die Posi­tion ist jeder­zeit abfragbar. Die in den Reglern inte­grierte STO-Funk­tion (Safe Torque Off) sorgt für einen sicheren Halt (PLe). Halte­bremse und STO lassen sich auch gemeinsam auslösen. Außerdem über­wacht der Antrieb, dass eine bestimmte Maxi­mal­ge­schwin­dig­keit nicht über­schritten wird (SLS, Safe Limited Speed) und das Fahr­zeug sich 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.

Weitere Sicher­heits­funk­tionen

Hinzu kommen weitere Sicher­heits­funk­tionen: SP (Safe Posi­tion) über­wacht das Anfahren. Anhand des inte­grierten Lenk­win­kel­ge­bers kann die Steue­rung zudem die Posi­tion des Fahr­zeugs über­wa­chen, indem sie die Signale der Motor­regler mit dem Lenk­win­kel­geber vergleicht. Per SSM (Save Speed Moni­to­ring) lässt sich außerdem sicher­stellen, dass sich die Dreh­zahl in einem defi­nierten Korridor bewegt. Bei einer Grenz­wert­über­schrei­tung geht das Fahr­zeug dann in den sicheren Zustand, hält also an. Auch die Ansteue­rung des Brems­vor­gangs wird über­wacht; hierfür gibt es die Funk­tion SBC (Safe Break Control).

Mit dem ArgoDrive steht damit eine sichere, flexible und einfach inte­grier­bare Antriebs­lö­sung für fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge zur Verfü­gung, die in Bezug auf Flächen­be­weg­lich­keit und Kompakt­heit keine Kompro­misse erfor­dert und sich für den Einsatz in unter­schied­lichsten Bran­chen eignet. Bei Auswahl und Inbe­trieb­nahme unter­stützen zudem die Spezia­listen von ebm-papst gerne mit ihrem Knowhow.

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