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Servoantrieb Flottere Fahrt für Fahrerlose Transportsysteme

| Autor/ Redakteur: Dr.-Ing. Oliver Barth* / Ines Stotz

Autonome Shuttle-Fahrzeuge, freifahrende Transportplattformen im Schwarmverbund, ständig untereinander kommunizierend und sich im Prozess optimierend – solche Szenarien beschreiben den flexiblen Warentransport in der Smart Factory von morgen. Auch die Antriebstechnik ist hier eine wichtige Kernkomponente. Ein Produkt von Wittenstein fährt voraus.

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ITAS von Wittenstein Motion Control ist ein vollskalierbarer, modularer Antriebsbaukasten für FahrerloseTransportsysteme.
ITAS von Wittenstein Motion Control ist ein vollskalierbarer, modularer Antriebsbaukasten für FahrerloseTransportsysteme.
(Bild: Wittenstein Motion Control)

Mit der Umsetzung von Industrie 4.0 in der Intralogistik weichen starre Transportbänder und Rollenförderstrecken einer dynamischen und bedarfsorientierten Lenkung von Warenströmen – und in der finalen Ausbaustufe soll gar das Produkt selbst seinen Weg durch die Produktion bestimmen können. Verbesserungen bei Navigation, Safety, Energieeffizienz und Batteriemanagement zeigen, dass autonome Transportsysteme für aktuelle Smart-Factory-Konzepte immer attraktiver werden. Der Antrieb – aus funktionaler Sicht die Komponente eines Fahrerlosen Transportsystems (FTS), die wohl am direktesten die Performance der Fahrzeuge beeinflusst – trägt mit seiner zunehmenden Industrie 4.0-Konnektivität zu dieser Entwicklung bei.

Mit dem in der Leistung weiter verbesserten Simco Drive mit Webserver-Funktionalität hat Wittenstein Motion Control jetzt einen Antriebsverstärker entwickelt, der die Anforderungen autonomer und flexibler Transportsysteme erfüllt, nahtlos in den Baukasten des Servoantriebssystems ITAS passt und zudem Zusatznutzen bietet.

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Intelligentes Energiemanagement integriert

Die wesentlichen Bausteine sind zum einen direkt in die Räder integrierte, platzsparende Motor-Getriebe-Einheiten und zum anderen leistungsgerechte Servoregler. Bei deren Entwicklung und Auslegung stellt sich grundsätzlich die Frage nach den Besonderheiten, um in einem FTS zum Einsatz zu kommen.

Ein wesentlicher Aspekt ist die Energieversorgung der Fahrzeuge. Die Zwischenkreis-Spannungsversorgung kann aus einem Akkumulator, einem Kondensator oder kombiniert gespeist werden. Gängige Standards sind Blei-, Li-Ion- oder Nickel-Cadmium-Akkus, deren Spannungsdifferenz zwischen vollständig geladen und entladen einige 10 VDC betragen kann. Akkus können – bedingt durch schnelle Ladezeiten – von Kondensatoren gestützt werden. Lässt sich das Fahrzeug in kurzen Zyklen laden, ist es auch nur mit Kondensatoren betreibbar. Für ein Ausnutzen der gespeicherten Energie, benötigen diese einen großen Spannungshub. Um kompatibel zu den vielfältigen Spannungsbereichen zu sein, wurde für die leistungsstärkere Ausführung des Simco Drive der Eingangsspannungsbereich auf 12...60 VDC festgelegt. Damit eignet sich der gesamte Antriebsbaukasten für nahezu alle marktüblichen Akkumulator-/Kondensator-Systeme.

Bei FTS hat das Energiemanagement zudem direkten Einfluss auf die Bremsenregelung. Autonome Fahrzeuge und Plattformen verfügen in der Regel über Fahrantriebe mit einer Bremse, die im stromlosen Zustand schließt. Liegt die Betriebsspannung bei 24 VDC mit ±10 % Toleranz, kann diese nicht mit der stark veränderlichen Batteriespannung betrieben werden. Da diese sowohl über als auch unter der Bremsenspannung liegen kann, ist der Einsatz eines Buck-Boost-Converters notwendig, der die fahrzeugseitige Eingangsspannung für die Bremse entsprechend auf- oder abwärts wandelt. Für größere Bremsen können die Betriebsströme bis zu 2 A betragen. Hier liefert der Converter in der Simco Drive-Variante die erforderliche Leistung von 50 W – und spart dabei gleichzeitig Platz und Kosten für ein sonst erforderliches separates Netzteil ein.

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Zum schnellen Schalten hoher Ströme bei variabler Zuleitungslänge werden Pufferkondensatoren auf der Endstufenplatine benötigt. Werden diese beim Zuschalten der Batterie schlagartig geladen, fließen hohe Ströme, die sowohl die Kondensatoren selbst als auch in der Zuleitung befindliche Relaiskontakte schädigen können. Daher begrenzt die integrierte Softstartfunktion der größeren Leistungsvariante die Einschaltströme auf unkritische Werte und schützt so die Energieversorgung wie auch die Elektronik.

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