EC-Antriebe Antrieb mit Köpfchen für den Materialtransport

Autor / Redakteur: Patrick Schumacher / Stefanie Michel

Dort, wo Güter über Rollenbahnen transportiert und über Weichen geschleust werden, ist ein zuverlässiger Betrieb und kontinuierlicher Förderfluss gewünscht. Elektroantriebe mit integrierter Regelelektronik sind eine platzsparende Alternative.

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Der Einsatz intelligenter Antriebe in klassischen Palettenförderanlagen ist ein Beispiel für platzsparende Antriebssysteme mit wenigen Komponenten und ohne Druckluft.
Der Einsatz intelligenter Antriebe in klassischen Palettenförderanlagen ist ein Beispiel für platzsparende Antriebssysteme mit wenigen Komponenten und ohne Druckluft.
(Bild: ©chesky - stock.adobe.com)
  • Wenn bisherige Antriebssysteme in der Intralogistik aufgrund von geringem Einbauraum oder mangelnder Reaktionsgeschwindigkeit an ihre Grenzen stoßen, kommen EC-Antriebe mit integrierter Regelelektronik zum Einsatz.
  • In Sortiersystemen lassen sich die Motoren als Rollenantriebe direkt in die Zuführrollen einbauen, was Übertragungselemente überflüssig macht und somit Platz spart.
  • Beim Palettentransport sorgen die intelligenten Antriebe für ein staudruckfreies Bewegen der Ware, weil die bestückten Segmente direkt miteinander kommunizieren.

Die Vereinfachung der Material- und Warenflüsse steht heutzutage mehr und mehr im Vordergrund. Gewünscht ist ein kontinuierlicher Förderfluss bei langer Lebensdauer und ökonomischem Betrieb der Fördereinrichtung. Betroffen sind nahezu alle Branchen, denn Koffer und Pakete müssen ebenso zuverlässig über Rollenbahnen transportiert und über Weichen ausgeschleust oder sortiert werden wie Lagerbehälter mit Kleinteilen oder ganze Paletten. In innerbetrieblichen Materialtransportsystemen zählen Verfügbarkeit, Schnelligkeit, Flexibilität und oft auch geringer Platzbedarf zu den wichtigsten Anforderungen. Die bislang üblichen Lösungen stoßen hier an ihre Grenzen:

  • Oft sind viele unterschiedliche Komponenten erforderlich,
  • der Einbauplatz kann meist nicht optimal genutzt werden,
  • oft lässt die Reaktionsgeschwindigkeit zu wünschen übrig und
  • die Lösungen sind nur bedingt skalierbar.

Zwei Praxisbeispiele – ein Sortiersystem und eine Rollenbahn für die Palettenförderung – sollen veranschaulichen, welche Optimierungspotenziale sich bei Neuanlagen, Upgrades oder Erweiterungen eröffnen, wenn kompakte Elektroantriebe mit integrierter Regelelektronik zum Einsatz kommen.

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Platz am Sortiersystem besser ausnutzen

Bei einer Sortierweiche oder einem Crossbelt Sorter werden die Rollen bisher von einem umrichtergeregelten AC-Motor über Getriebe, Zahnriemen und Kurvenscheibe angetrieben, ein Pneumatikzylinder betätigt die Weiche. Für die Endlagenerkennung der Pneumatik sind zwei Sensoren notwendig. Hinzu kommen dann noch die Pneumatiksteuerung sowie die relativ teure Bereitstellung und Zuführung der Druckluft.

Mit kompakten, intelligenten Elektroantrieben lässt sich diese Automatisierungsaufgabe jetzt mit weniger Komponenten und ganz ohne Druckluft lösen: Der Rollenantrieb wird direkt in den Zuführrollen eingebaut, der kompakte Weichenantrieb findet im Rahmen Platz. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Platz besser ausgenutzt, da es am Band praktisch keine Störkonturen gibt. Die Bänder lassen sich so dichter nebeneinander, übereinander oder nahe am Boden platzieren.

Auch die Montage ist einfacher, vor allem weil keine Druckluftleitungen montiert werden müssen und keine mechanischen Übertragungselemente wie Zahnriemen notwendig sind. Zudem ist für die Positionserkennung an der Weiche nur noch ein Sensor erforderlich und bei Bedarf kann ein und derselbe Antrieb die Weiche in zwei Richtungen verstellen. Beim klassischen Aufbau ist dafür ein zweiter Pneumatikzylinder nötig, ebenfalls wieder mit zwei Sensoren zur Endlagenerfassung. Bei 2-Wege-Weichen lassen sich also sogar drei Sensoren einsparen. Das ist auch durchaus für Umrüstungen interessant, denn der EC-Antrieb kann sich bei entsprechender Parametrierung auch wie ein pneumatischer Hubzylinder verhalten, ist also rückwärtskompatibel.

Palettentransport ohne übergeordnete Steuerung

Auch bei klassischen Palettenförderanlagen lohnt sich ein Umdenken. Setzt man hier „intelligente“ Antriebe in den einzelnen Segmenten ein, die also direkt miteinander kommunizieren, ist für einen staudruckfreien Transport keine übergeordnete Steuerung mehr erforderlich. Das Sensorsignal zur Positionsbestimmung der Palette wird direkt im Kompaktantrieb eingelesen.

Auch hier lassen sich die Antriebe in den Rollen integrieren und es gibt keine Störkonturen. Zudem reduziert sich die Anzahl der notwendigen Komponenten. Statt übergeordnete Steuerung sowie Umrichter, AC-Motor und Sensor ist für jedes Segment nur noch ein intelligenter Kompaktantrieb mit Sensor notwendig.

Ihre „Intelligenz“ verdanken die kompakten EC-Antriebe des Antriebstechnikherstellers EBM-Papst der integrierten K4-Regelelektronik. Diese leistungsfähige Regelelektronik wird je nach Anwendungsanforderungen in unterschiedlichen Außenläufer- beziehungsweise Innenläufer-EC-Motoren integriert.

Was den Antrieb intelligent macht

Die EC-Antriebe von EBM-Papst erhalten ihre „Intelligenz“ durch die integrierte K4-Regelelektronik. Diese beinhaltet eine kompakte sinuskommutierte Leistungsendstufe und kann den Motor durch feldorientierte Regelung bis zum Stillstand betreiben. Die K4-Regelelektronik erlaubt es, den Antrieb an die Anforderungen der Anwendung anzupassen. Dafür lassen sich drei Betriebsmodi wählen, die das Parametrieren vereinfachen: Drehzahlmodus, Positioniermodus oder Drehmomentmodus.
Die integrierte Regelelektronik bietet mehrere analoge und digitale Ein- und Ausgänge, die über eine RS485-Schnittstelle parametrierbar sind. Ebenso kann über zahlreiche Überwachungsfunktionen wie Spannung, Strom, Drehzahl oder Temperatur die Funktion des Antriebs im Betrieb kontrolliert werden.

Integrierte Elektronik für EC-Motoren

Die jeweiligen Baureihen sind als Baukastensysteme konzipiert, sodass sich für jede Anforderung schnell die passende Lösung finden lässt. Das Leistungsspektrum reicht bei den elektronisch kommutierten Außenläufermotoren Variodrive Compact bis 120 W und bei den Innenläufermotoren der Serie ECI bis 750 W Abgabeleistung. Selbst tonnenschwere Paletten können so problemlos transportiert werden. Die Antriebe lassen sich aufgrund der modularen Bauweise innerhalb kurzer Zeit flexibel für die konkrete Aufgabenstellung zusammenstellen, also mit Getrieben, Gebern und Bremsen kombinieren. Insgesamt sind mehrere Tausend Varianten möglich.

Dabei überzeugen die Motoren auch durch ihre Baulänge. Die Aktivteile (bewickelter Stator und mit Magneten bestückter Läufer) der Innenläufer sind beispielsweise nur 20, 40 oder in der leistungsstärksten Variante 60 mm kurz, lassen sich also auch bei beengten Einbauverhältnissen in den Rollen oder Anlagenrahmen gut unterbringen. Um das Abtriebsdrehmoment auf das in der Anwendung benötigte Niveau zu erhöhen, stehen verschiedene Getriebemodule zur Verfügung. Neben Planeten- und Stirnradgetrieben sind beispielsweise auch die platzsparenden Etacrown-Winkelgetriebe lieferbar. Verlangt die Anwendung Halte- beziehungsweise Sicherheitsbremsen, um beispielsweise bei einer Hubeinrichtung auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung die Position sicher zu halten, können Module mit Permanentmagnet- oder Federdruckbremsen die Antriebseinheit ergänzen. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen sind redundante Encodersysteme möglich.

Die Antriebe erfüllen die Anforderungen der Schutzart IP54 und bieten auch beim elektrischen Anschluss variable Möglichkeiten. Dazu zählen beispielsweise industrietaugliche Stecker, bei denen der radiale Winkelstecker mit Bajonettverschluss drehbar ist und automatisch einrastet. Für platzkritische Anwendungen steht ein axialer Stecker zur Verfügung, alternativ ist auch ein vorkonfektionierter Kabelanschluss möglich.

* Patrick Schumacher ist Leiter Produktmanagement für industrielle Antriebstechnik bei der EBM-Papst St. Georgen GmbH & Co. KG in 78112 St. Georgen, Tel. (0 77 24) 81-0, info2@de.ebmpapst.com

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