Antriebstechnik für FTS:
Lösungen für Fahrantrieb und Lastaufnahme

Platzsparende Bauform, hohe Leistungsdichte und hohe Energieeffizienz sind die wesentlichen Anforderungen an antriebstechnische Komponenten für fahrerlose, autonome Transportfahrzeuge (FTS) – wie sie immer öfter in der Fertigungs- und Lagerlogistik eingesetzt werden. Der FTS-Hersteller BeeWaTec vertraut durchgängig auf integrierte Systemlösungen von WITTENSTEIN motion control – bei den Plug&Play-Fahrantrieben ebenso wie bei den Kleinservoantriebssystemen für die Handlingaufgaben der Fahrzeuge.

Bei den Fahrantrieben eröffnet das Traktionsantriebssystem TAS Herstellern von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) wie BeeWaTec die Möglichkeit, die komplette Antriebseinheit als montagefreundliches Gesamtsystem zu integrieren. Die Bausteine eines TAS sind zum einen ein kompakter, leistungsstarker Servoaktuator der Produktfamilie TPM+ – bestehend aus einem Synchron-Servomotor und einem schrägverzahnten, spielarmen Planetengetriebe – sowie zum anderen dem intelligenten Servoregler simco® drive.  TAS ist bewusst als konfigurierbares Antriebssystem konzipiert: Dank  der vielfältigen Skaliermöglichkeiten können durch die individuelle Auswahl der Motor-Getriebe-Einheit in Kombination mit der passenden simco® drive-Elektronik verschiedene Leistungsbereiche abgedeckt werden.

Der Servoregler simco® drive kommt bei BeeWaTec zudem als dezentrale Steuerungseinheit für die Handhabungseinrichtungen auf den Fahrzeugen zum Einsatz – intelligent abgestimmt auf die hochdynamischen und drehmomentstarken Kleinantriebe der Baureihe cyber® dynamic line. Beide Antriebslösungen aus einer Hand zu beziehen ist für die BeeWaTec GmbH ein entscheidendes Argument: „Wir setzen grundsätzlich auf Systempartner wie WITTENSTEIN motion control“, erklärt Joachim Walter, Mitglied der Geschäftsführung des Unternehmens, „Die Beratung aus einer Hand sowie die ineinandergreifende Konzeption und Abstimmung der Antriebs- und Steuerungstechnik schließen Schnittstellenrisiken – und damit auch Zusatzkosten und unnötigen Zeitverlust – in der Projektierung und Produktion unserer FTS aus.“

Pro Fahrzeugachse werden zwei Transportantriebs-
systeme TAS eingesetzt. Als Differenzialantriebe bilden sie die Basis für die Fahrzeuglenkung.Die Motor-Getriebe-Einheit des TAS ist zur optimalen Lagerauslastung des Getriebes direkt an die Vulkollan<sup>®</sup>-Räder angebunden.

BeeWaTec: Besondere Kompetenz bei Kompakt-FTS

Ursprünglich aus der Einrichtungstechnik für Labor- und Arbeitsplätze sowie der Kleinteile-Lagertechnik kommend, ist die BeeWaTec GmbH aus Pfullingen mit etwa 190 Mitarbeitern in ihrer Firmengruppe seit mehreren Jahren mit autonomen Stapler-, Schlepper- und Transportfahrzeugen in der FTS-Branche äußerst erfolgreich. „Wir registrieren, dass insbesondere der Markt für kleine Fahrzeuge kontinuierlich wächst und fokussieren uns daher aktuell verstärkt auf modulare Minifahrzeuge“, erläutert Jens Walter, ebenfalls Mitglied der Geschäftsführung von BeeWaTec. „Die Baureihe Bee_Mini beispielsweise ist hinsichtlich Traglast, individuellen Anbauten, Antriebstechnik, Batterie- und Kommunikationstechnik auf vielfältige Weise skalierbar. Dadurch können wir auch bei individuell ausgelegten FTS Low- Cost-Lösungen anbieten, ohne auf High-End-Technik in den Fahrzeugen verzichten zu müssen.“

 

Das Bee_Mini-FTS nimmt die Stapeleinheit komplett auf. Ist der Behälter vollständig im Fahrzeug, schließt sich das Schutzrollo, während im lnneren die Klemmvorrichtung die Ladung sichert.

Bee_Mini: Motor-Regler-Einheit sorgt für sicheren Materialtransport bei Maximallast

Das beste Beispiel hierfür ist ein völlig neu konzipiertes Fahrzeug zum Transport gestapelter Warenbehälter. „Das ist die eigentliche Marktneuheit“, berichtet Joachim Walter. „Wir sind die ersten, die ein solches Transportkonzept für ein Gesamtgewicht von 150 kg umgesetzt haben. Möglich wurde dies ganz wesentlich auch durch eine innovative Antriebslösung für den Klemmaktuator im Fahrzeug.“ Eingesetzt wird dieses Bee_Mini-FTS in der fertigungsnahen Versorgungslogistik. Auf einem Untergestell mit vier Rollen sind bis zu fünf Behälter gestapelt, die jeweils bis zu 30 kg Material enthalten. „Das Fahrzeug ist so gestaltet, dass es diese Stapeleinheit komplett aufnimmt“, erklärt Jens Walter den besonderen Aufbau. „Ist der Behälter vollständig im Fahrzeug, schließt sich das Schutzrollo, während die Klemmvorrichtung die Ladung sichert.“ Das Antriebssystem, das für die Fixierung des Behälterstapels verwendet wird, besteht aus einem Kleinservomotor der Baureihe cyber® dynamic line in Baugröße 40 mit BISS C Feedback-Interface und einem simco® drive als Servoregler in Schutzart IP20 mit einer Nennleistung von 500 W und integrierter CANopen-Kommunikationsschnittstelle.

 

Dezentrale Generierung und Steuerung der Klemmbewegung

„Mit dem Kleinservoantriebssystem wird die Stapeleinheit kraftgeregelt geklemmt“, erläutert Joachim Walter. „Gesteuert wird das Klemmen dezentral direkt über den Servoregler. Dessen Anbindung an den Fahrzeugrechner erfolgt über digitale Ein-und Ausgänge, wodurch die aufwändigere Umsetzung einer Feldbusschnittstelle entfällt.“ Für das Klemmen hat BeeWaTec einen Motion Task erstellt. Dieser ist Teil des intuitiven Benutzerinterfaces MotionGUI und im simco® drive hinterlegt. Der Motion Task enthält in Listenform alle für das Klemmen notwendigen Parameter. Bei der Aufnahme der Transporteinheit wird zunächst über Endschalter eine Startposition der Klemmbacken angefahren. Danach wird der maximale Motorstrom auf den Wert der gewünschten Klemmkraft parametriert, sodass der Motor den Behälterstapel mit konstanter Kraft festklemmen kann. Nach erfolgreicher Fixierung wird während des gesamten Transports die Klemmkraft über die Stromaufnahme permanent überwacht, sodass z. B. ein Lösen des Stapels aus dem Klemmmodul während der Fahrt sicher erkannt und das Fahrzeug gestoppt wird.

 

Der Servoregler Simco Drive in IP20 als dezentrale Steuerungseinheit und ein drehmomentstarker Kleinantrieb der Baureihe Cyber Dynamic Line bilden die inteiligente Antriebslösung für das Klemmmodul im Beewatec-FTS.
Die beidseitigen Klemmbacken fixieren den Behälterstapel mit konstanter Kraft. Während des Transports wird die Klemmkraft über das Drehmoment permanent überwacht.

 

Innovativer Fahrantrieb als integrationsfreundliche Baugruppe

Neue Wege „befährt“ BeeWaTec auch bei den Fahrantrieben. Statt Fahrzeugantriebe in Eigenregie auszulegen setzt der Hersteller – u. a. in der Baureihe Bee_Mini – auf das Traktionsantriebssystem TAS als komplette, einfach integrierbare Antriebseinheit. Jede Baugruppe besteht aus einem leistungsgerecht auswählbaren TPM+-Servoantrieb sowie dem Servoregler simco® drive. 

Die Motor-Getriebe-Einheiten sind zur optimalen Lagerauslastung des Getriebes direkt mit den Vulkollan®-Rädern verbunden. „Pro Fahrzeugachse kommen zwei TAS zum Einsatz“, erklärt Joachim Walter. „Sie sind als Differenzialantriebe konzipiert, d. h. die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt über eine Drehzahldifferenz der beiden Antriebe – wodurch sich die Last pro Antrieb halbiert und die Baugröße verringert. All diese Faktoren ermöglichen – im Gegensatz zu drehbaren Einzelradantrieben – eine deutlich kompaktere und flachere Bauform der Antriebseinheit.“ Und darauf kommt es bei Bee_Mini an – aber nicht nur. Optional in die Antriebe integrierbar sind ein zusätzlicher Geber zur Drehzahlüberwachung sowie eine Halte- oder eine Federdruckbremse. „Dadurch können wir die Antriebssysteme kunden- bzw. applikationsspezifisch auslegen“, bestätigt Jens Walter. Die Vorparametrierung des Antriebssystems ermöglicht so eine schnelle und einfache Integration ins Fahrzeug. Ein weiterer Vorteil der Antriebseinheit: Durch ihre hohe Energieeffizienz lassen sich lange Fahrzyklen ohne Nachladung realisieren und so eine hohe Verfügbarkeit der Fahrzeuge erreichen.

Der intelligente Servoregler simco® drive des TAS zeichnet sich messtechnisch durch eine sehr hochauflösende Stromregelung mit bis zu 14 Bit und eine schnelle Strommessung unter 8 µs aus. Das sind ideale Werte für eine hochgenaue Drehmomentregelung und hohe Dynamik im Stromregelkreis – die das schnelle und präzise Positionieren der Fahrzeuge ermöglichen. Sicherheitstechnisch ist die Antriebsüberwachungsfunktion STO (Safe Torque Off) nach SIL3 entsprechend IEC 61508, die auch BeeWaTec zur Realisierung ihres Sicherheitskonzepts im Fahrzeug nutzt, in jedes TAS integriert. Besonderes Innovationspotenzial verspricht der integrierte Beschleunigungssensor des Servoreglers. „Wir stellen uns beispielsweise vor, über die Sensorwerte einen Überladungsschutz für das Fahrzeug zu entwickeln oder auch Fahrzeugkollisionen zu loggen und auszuwerten, um eventuelle Störungsursachen eingrenzen zu können“, blickt Jens Walter in die Zukunft.

Stimmiges Konzept für mehr Performance

Die Kombination kompakter Servomotoren und intelligenter Servoregler im effizienten Zusammenspiel eröffnet neue antriebstechnische Perspektiven für autonome Transportfahrzeuge. Möglich wird dies durch die Abstimmung der Antriebs- und Steuerungstechnik aus einer Hand, aber auch durch die enge Zusammenarbeit der Entwickler des Herstellers und des Systempartners. Das Ergebnis sind innovative Konzepte zu gleichzeitig marktgerechten Preisen – und mit hoher Qualität: „Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass wir im Falle eines Falles Fehlerursachen an den Motoren und Servoreglern ausschließen können“, bilanziert Joachim Walter. Einbauen, einschalten, antreiben – integrierten FTS-Antriebslösungen im Plug&Play-Design gehört die Zukunft.

Nicht nur die Antriebskonzepte stimmen, sondern auch die Zusammenarbeit der Projektpartner (v.l.n.r.): Joachim Walter, Mitglied der Geschäftsführung der Beewatec GmbH, Nadine Hehn, Vertriebsingenieurin bei Wittenstein Motion Control, sowie Maximilian Mayer und David Martinez, beide Soft- und Hardwareen-Entwickler bei BeeWaTec.