Kompakte Antriebe für die Intralogistik BLDC-Motoren für Transportroboter

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Bei Fahrerlosen Transportrobotern kommt der Antrieb eine besondere Bedeutung zu: Sie müssen kompakt, leistungsstark und präzise zugleich sein. Welche Vorteile bürstenlose DC-Motoren bieten, lesen Sie hier. 

Das Herzstück Fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF) ist der Antrieb. Hierfür eignen sich insbesondere bürstenlose DC-Motoren. Zwar können grundsätzlich auch Schrittmotoren und Servomotoren einen Transportroboter bewegen – sie haben gegenüber BLDC-Motoren aber einige Nachteile. So erzeugen Schrittmotoren relativ viel Wärme, die einige Komponenten der FTF negativ beeinflussen kann. Servomotoren wiederum verursachen höhere Betriebskosten als BLDC-Motoren.

Diese Vorteile bieten BLDC-Motoren

Die bürstenlosen DC-Motoren von Oriental Motor arbeiten bedingt durch ihre Bauweise dagegen sehr effizient. Hier kommt es nicht zur Wirbelstromverlusten in den Statorblechen und es ist ein lastunabhängiger Betrieb mit Nennstrom möglich. Weitere Vorteile von bürstenlosen Motoren gegenüber bürstenbehafteten Antrieben sind die deutlich längere Lebensdauer und geringere Stillstandzeiten: Da hier keine Bürsten für die elektrische Kommutierung verwendet werden, entfallen auch die Wartungskosten und -zeiten hierfür.

Kompakte Bauweise ist ein großes Plus

Motoren für den Einsatz in Fahrerlosen Transportfahrzeugen sollten außerdem möglichst kompakt sein, da die Platzverhältnisse in den Transportrobotern sehr beengt sind. Oriental Motor bietet deshalb BLDC-Motoren mit besonders kompakten Abmessungen an: Die Baureihen BLV-R und BLH. Ihre relativ geringe Länge und das breite Motorgehäuse ermöglichen zudem einen größeren Rotor mit höherer Trägheit. Im Vergleich zu herkömmlichen, zylinderähnlichen bürstenlosen Gleichstrommotoren können diese BLDC-Antriebe daher wesentlich größere Lasten bewegen.

Das Getriebe muss exakt zur Anwendung passen

Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Antriebs für Fahrerlose Transportfahrzeuge ist das Getriebe. Es muss sowohl zum geplanten Antriebsstrang passen als auch die erforderliche Leistung bringen. Viele FTF-Hersteller verbauen in ihren Fahrzeugen gerne Hohlwellengetriebe, weil sie eine platzsparende Konstruktion des Antriebs ermöglichen – Bauraum ist in den AGVs schließlich knapp.

Während herkömmliche Hohlwellengetriebe allerdings meist rechtwinklig ausgelegt sind, bietet Oriental Motor den Anwendern bei seinen bürstenlosen BLV-R- und BLH-Antrieben u.a. eine spezielle Kombination aus Getriebe und Motor an. Es handelt sich um ein Flachgetriebe mit paralleler Hohlwelle, das für die Montage an der anzutreibenden Welle keine Verbindungsteile benötigt und deshalb sehr kompakt baut. Darüber hinaus hat das Hohlwellenflachgetriebe noch einen weiteren Vorteil: Es ermöglicht ein hohes Drehmoment und kann bei Bedarf auch rückseitig montiert werden. Die beidseitige Montagemöglichkeit reduziert die Montagezeiten und Arbeitskosten für die FTS-Hersteller deutlich. Da in den Flachgetrieben Platz für größere Lager ist als in herkömmlichen Hohlwellengetrieben, können FTS zudem größere Lasten aufnehmen.

Hindernisse werden elegant umfahren

Die bürstenlosen DC-Motoren der BLV-R-Serie gibt es mit Nennleistungen von 60, 100, 200 und 400 W. Eine Besonderheit dieser Baureihe ist das sanfte Beschleunigen und Abbremsen über den gesamten Drehzahlbereich hinweg (1 bis 4.000 U/min): Diese Funktion ermöglicht ein Umfahren von Hindernissen ohne Beeinträchtigung der Ladung. Da die Antriebe der BLV-R-Serie über eine hohe Auflösung von 0,01° verfügen, können sie zudem präzise positionieren und ein FTS punktgenau an einem definierten Ort zum Halten bringen.

Höhere Taktraten, geringere Wartezeiten

Wegen ihres schlanken Designs eignen sich die BLDC-Motoren von Oriental Motor u.a. sehr gut für die Integration in Niederflur-Transportroboter, die zum Heben von Regal- und Korbwagen eingesetzt werden. Verwenden die FTS-Hersteller einen Antrieb mit Hohlwellenflachgetriebe, verringert sich zudem der Abstand zwischen den Rädern, sodass mehrere FTF auf engem Raum aneinander vorbeifahren können. Dadurch sinken die Wartezeiten der Fahrzeuge und die Taktrate steigt.

Kaum Verzögerung bei der Positionsübermittlung

Für die BLDC-Motoren der BLV-R-Serie hat Oriental Motor einen Treiber im Programm, der mit den Kommunikationsprotokollen Modbus (RTU) und CANopen kompatibel ist. Diese Schnittstellen erlauben die gleichzeitige Übertragung von Positionsdaten mehrerer Achsen an die übergeordnete Steuerung. Dadurch kommt es nur zu sehr geringen Verzögerungen bei der Positionsübermittlung. Interessant ist auch die Möglichkeit, über die separat erhältliche Parametriersoftware MEXE02 den Betriebszustand des Motors 24 Stunden oder länger zu überwachen. So lassen sich Ursachen für eventuelle Störungen schnell und über einen langen Zeitraum zurückverfolgen.

Oriental Motor hat das Design seiner BLDC-Treiber übrigens kürzlich nochmals optimiert: Hersteller von Transportrobotern sind deshalb jetzt noch flexibler bei der Anordnung von Batterien und Steuergeräten im Antriebsstrang ihrer Fahrzeuge.

Neben den bürstenlosen Motoren der BLV-R-Serie eignen sich auch die Antriebe der BLH-Serie optimal für Fahrerlose Transportsysteme (15 W, 30 W, 50 W, 100 W). Diese Antriebe zeichnen sich durch eine stabile Drehzahl aus, die auch bei Laständerungen oder Synchronbetrieb nur geringe Drehzahlabweichungen aufweist (±0,2 % bzw. ±0,5 %, je nach Treiber). In Transportrobotern sorgt diese Eigenschaft für hohe Taktraten und damit für einen effizienten Betrieb.

Die BLH-Motoren bieten zudem hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen. Sie sind mit Hohlwellenflachgetriebe und Stirnradgetriebe lieferbar. Für die BLV-R-Antriebe stehen darüber hinaus auch CS-Stirnradgetriebe mit zentrierter Welle zur Verfügung. Beide Motorserien werden zudem in der Standardversion ohne Getriebe bzw. mit Rundwelle angeboten.

Bremsenergie kann in Bewegungsenergie umgewandelt werden

Ein besonderes Feature ist der Generatorbetrieb: Die Energie, die bei jedem Bremsvorgang entsteht, kann gespeichert und unmittelbar wieder in Bewegungsenergie umgesetzt werden. Möglich wird das durch die passenden BLDC-Treiber mit diversen Schnittstellen. Der Treiber sorgt dafür, dass der durch den Bremsvorgang gewonnene Strom nicht an das Schaltnetzteil zurückgegeben wird. Er sorgt zudem für eine noch bessere Performance sowie eine hohe Drehzahlstabilität auch bei hohem Drehmoment und eine geringe Geräuschentwicklung.

Reibungsloser Betrieb durch kontinuierliches Monitoring

Erwähnenswert sind auch die Drehmomentbegrenzungs- und die Lastfaktor-Anzeigefunktion: Letztere dient zur Überwachung des erzeugten Drehmoments. Mithilfe der Parametriersoftware MEXE02 und der eingebauten Statusmonitor-Anzeige kann der errechnete Lastfaktor dargestellt und überprüft werden. Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Fahrzeuge lassen sich auf diese Weise leicht erkennen, sodass bei Bedarf rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden können (Predictive Maintenance). Über die Parametriersoftware können zudem die gewünschten Fahrprofile der FTF ganz einfach via PC und USB-Verbindung festgelegt werden. Durch zusätzliche Ein- und Ausgänge und eine stufenlose Drehzahlregelung mit PWM-Eingang (Pulsweitenmodulation) wird die Benutzerfreundlichkeit nochmals gesteigert.

Gut gerüstet für die Zukunft mit BLDC-Motoren

Die bürstenlosen DC-Motoren von Oriental Motor sind also mit ihrem großen Drehzahlbereich, der kompakten Bauweise, der flachen Drehmomentkennlinie und den vielen Getriebe-Optionen sehr gut für den Einsatz in Transportrobotern geeignet. Hinzu kommen Kostenvorteile gegenüber Servomotoren und eine wesentlich geringere Wärmeentwicklung als bei Schrittmotoren. FTS-Hersteller haben mit den BLDC-Antrieben von Oriental Motor also eine leistungsstarke, effiziente Lösung, um die steigenden Anforderungen ihrer Kunden zu erfüllen.