Fachartikel aus MECHATRONIK 1-2/2018, S. 52 bis 55
Wittenstein
Flottere Fahrt für Fahrerlose Transportsysteme
Aus funktionaler Sicht ist der Antrieb die Komponente eines Fahrerlosen Transportsystems, die wohl am direktesten die Performance der Fahrzeuge beeinflusst.
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| iTAS ist der erste voll skalierbare, modulare Antriebsbaukasten für Fahrerlose Transportsysteme (FTS). |
Ein Optimum an Leistungsdichte bieten dabei die modular konzipierten Servoantriebssysteme iTAS von Wittenstein cyber motor. Der simco drive-Servoregler mit bis zu 50 A Nennstrom komplettiert den iTAS-Baukasten. Zahlreiche Merkmale unterstreichen die konsequente Auslegung für den Einsatz in Fahrerlosen Transportsysteme und elektrisch angetriebenen Flurförderzeugen. Hierzu zählen u. a. der erweiterte Eingangsspannungsbereich, ein integrierter Buck-Boost-Converter zur Spannungswandlung für die Antriebsbremse, die fahrzeuggerechte Feldbus-Konnektivität, integrierte und integrierbare Safety-Funktionen sowie ein dreiachsiger Beschleunigungssensor als „sensorischer Fahrtenschreiber“ zur Dokumentation wichtiger Fahr- und Betriebsinformationen.
Flexible und autonome Transporte als Voraussetzung für Industrie 4.0
Autonome Shuttle-Fahrzeuge, freifahrende Transportplattformen im Schwarmverbund, ständig untereinander kommunizierend und sich im Prozess optimierend – solche Szenarien beschreiben den flexiblen Transport von Waren z. B. in der Produktion der Smart Factory von morgen. 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 in den Bereichen Navigation, Safety, Energieeffizienz und Batteriemanagement zeigen, dass autonome Transportsysteme für aktuelle Smart-Factory-Konzepte immer attraktiver werden. Auch die Antriebstechnik – neben der Steuerungs- und der Sicherheitstechnik eine der Kernkomponenten eines FTS – trägt mit ihrer zunehmenden Industrie 4.0-Konnektivität zu dieser Entwicklung bei. Mit dem in der Leistung weiter verbesserten simco drive mit Webserver-Funktionalität hat Wittenstein einen zukunftssicheren Antriebsverstärker entwickelt, der alle Anforderungen autonomer und flexibler Transportsysteme erfüllt, nahtlos in den iTAS-Baukasten passt und zudem attraktiven Zusatznutzen bietet.
Intelligentes Energiemanagement integriert
Modulare Antriebstechnik aus dem Baukasten als integrationsfreundliches, optimal abgestimmtes Gesamtsystem aus einer Hand – das ist das Konzept der Servoantriebssysteme iTAS von Wittenstein cyber motor. 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, welche Besonderheiten einen Antriebsverstärker erwarten, wenn er in einem FTS zum Einsatz kommt. Ein wesentlicher Aspekt ist die Energieversorgung der Fahrzeuge. Die Zwischenkreis-Spannungsversorgung von FTS kann aus einem Akkumulator, einem Kondensator oder aus einer Kombination von beidem gespeist werden. Gängige Standards sind Bleiakkumulatoren, Li-Ion-Akkumulatoren oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, deren Spannungsdifferenz zwischen vollständig geladen und entladen einige 10 VDC betragen kann. Bedingt durch sehr schnelle Ladezeiten können Akkumulatoren von Kondensatoren gestützt werden. Ist es möglich, das Fahrzeug in kurzen Zyklen zu laden, kann es auch nur mit Kondensatoren betrieben werden. Zur Ausnutzung der gespeicherten Energie benötigen insbesondere Kondensatoren 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 Antriebsverstärker – und damit der Antriebssystembaukasten iTAS – 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 der Bremse bei + 24 VDC mit ± 10 % Toleranz, kann diese nicht mit der stark veränderlichen Batteriespannung betrieben werden. Da die Batteriespannung 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 zwei Ampère betragen. Hier liefert der Buck-Boost-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.
Zum schnellen Schalten hoher Ströme bei variabler Zuleitungslänge werden Pufferkondensatoren auf der Endstufenplatine benötigt. Werden diese beim Zuschalten der Batterie schlagartig geladen, fließen sehr hohe Ströme, die sowohl die Kondensatoren selbst als auch in der Zuleitung befindliche Relaiskontakte schädigen können. Daher begrenzt die integrierte Softstartfunktion der größeren Leistungsvariante des simco drive die Einschaltströme auf unkritische Werte und schützt so die Energieversorgung wie auch die Elektronik.
Erweiterter Eingangsspannungsbereich, Spannungswandlung für die Bremsenregeleung, Softstartfunktion – alle genannten Funktionen wurden platzsparend in den Servoregler simco drive integriert und entlasten den FTS-Hersteller davon, diese in Form zusätzlicher externer Geräte im Bauraum des FTS unterbringen und aufwändig verkabeln zu müssen.
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