Ob in Fabriken, Abfertigungshallen oder Versand- und Verteilzentren – in vielen Unternehmen herrscht ein reger interner Warenverkehr. Materialien müssen zur richtigen Zeit und am richtigen Ort sein, damit die Produktion nicht stillsteht, Versandware sollte jederzeit zur Verfügung stehen, damit Kunden ihre Bestellung schnell bekommen. Und diese innerbetrieblichen Warenbewegungen nehmen durch die wachsende Verzweigung arbeitsteiliger Prozesse stetig zu. Trotz der gestiegenen Anforderungen steht Wirtschaftlichkeit natürlich weiterhin an erster Stelle.
Neuartiges Regalsystem entwickelt
Ausgeklügelte Software hilft Logistikern zwar, diese Komplexität zu meistern, am Ende zählt jedoch die physische Verfügbarkeit, also auch ein passendes Lagersystem. In der Intralogistik gibt es dafür je nach Anforderung unterschiedlichste Lösungen. Sollen mehrere Paletten einer Ware sortenrein, übersichtlich und auf kleinem Raum gelagert werden, und spielt zudem permanente Verfügbarkeit eine wichtige Rolle, eignet sich oftmals ein Palettendurchlaufregal am besten. Bito Lagertechnik mit Sitz im rheinland-pfälzischen Meisenheim hat dafür gemeinsam mit EBM-Papst ein neuartiges Regalsystem entwickelt (Bild 1). Beim PROflow active geben Antriebsrollen den Paletten gezielte Anschubhilfe – und bremsen sie wenn nötig ab.
Weg von der schiefen Bahn
Normalerweise werden für die Bewegung der Paletten in der Regel auch natürliche Kräfte zu Hilfe genommen. So werden sie in Durchlaufregalen üblicherweise durch die Schwerkraft angetrieben. Sie rollen über eine um 4 % geneigte, schiefe Bahn von der Beschickungs- zur Entnahmeseite. Eine bewährte Technik, die in einigen Bereichen aber an ihre Grenzen stößt. Denn je nachdem, welche Ladungsträger sich in den Kanälen bewegen, kann es zu Schwierigkeiten kommen: die Paletten laufen nicht an oder bleiben einfach stehen. Das senkt die Verfügbarkeit der Ware. Zudem rollen neu beschickte Paletten im Kanal ungebremst auf die stehenden auf. Der dabei hervorgerufene Impuls kann zur Beschädigung sensibler Ware führen. Schließlich ist bei herkömmlichen Durchlaufregalen an der Entnahmeseite eine Nachlaufsperre eingebaut, damit der Gabelstapler die erste Palette staudruckfrei herausheben kann. An dieser mechanischen Baugruppe kann es aber je nach Bedienung zu Problemen wie verkanteten Paletten kommen.
Vorteile von Antriebsrollen
Daher entschloss sich Bito, auf Antriebsrollen zu setzen. Die schieben die Paletten an, verhindern ungewolltes Stehenbleiben, können sie aber auch abbremsen. Im Kanal lassen sich Paletten mit sensibler Ware völlig berührungsfrei auch auf Lücke stellen (Bild 2). Und auf die Nachlaufsperre kann komplett verzichtet werden: Entnimmt der Stapelfahrer eine Palette dauert es eine vordefinierte Zeit, bevor die Antriebe die Paletten kontrolliert nach vorne takten (Bild 3).
Neben höherer Verfügbarkeit und Warenschutz ermöglicht das PROflow active aber auch, die Neigung der Bahn zu halbieren. Dadurch lassen sich mehr Ladungsträger auf gleichem Raum lagern. Ein solches Durchlaufregal, das mit lediglich 2 % Neigung auskommt, hat es bis dato nicht gegeben.
Einbaufertige Systemlösung
Die Antriebseinheit entstand in einer gemeinsamen Entwicklung zwischen Bito und EBM-Papst. „Neben Fragen der Größe und Leistung war eine zentrale Anforderung von Bito, wie so ein komplexes System in eine Tragrolle im Lagerregal integriert werden kann“, erinnert sich Matthias Trenz, Market Manager Industrial Drive Technology bei EBM-Papst. Als Antriebslösung stand am Ende ein einbaufertiges Cartridge. Das Plug&Play-System beinhaltet den BLDC-Motor mit Elektronik, Bremse und Getriebe sowie das Antriebsgehäuse mit Rollenboden und herausgeführtem Kabelbaum. Die Vorgabe war, dass das System ohne einen Schaltschrank in jeder Rollenbahn auskommen kann, um den Verkabelungsaufwand gering zu halten.
Bürstenloser Innenläufermotor
Als Antriebsmotor dient der ECI 63.20 K4, ein bürstenloser Innenläufermotor mit 180 W Leistung, der neben der intergrierten K4-Steuerung auch ein Bremsmodul hat. Durch die kompakten Maße und die hohe Überlastfähigkeit eignet sich diese Baukastenlösung für Einsätze auf engstem Raum mit dynamischen Anforderungen. Der Antriebsmotor der ECI-Baureihe hat einen Durchmesser von 63 mm und eine Statorlänge von 20 mm. Moderne EC-Motoren wie dieser haben den Vorteil, dass sie via integrierter Elektronik auf das Antriebsprofil der jeweiligen Anwendungen programmiert werden können. Somit lassen sich variable Drehzahlen, Drehmomente und die Leistungsabgabe nach Bedarf einstellen.
K4-Ansteuerelektronik
Eine Vielzahl unterschiedlicher Elektromotoren ist somit nicht notwendig, eine hohe Individualisierung damit kostengünstig. Möglich macht diese flexible Regelung die Ansteuerelektronik mit der Bezeichnung K4, die direkt im Antrieb intergiert ist. Das K4-Modul überwacht die Antriebe und ermöglicht im Rahmen der vorgegebenen Parameter 100 % Motorauslastung. Antriebsvorteile wie volles Motordrehmoment ab Drehzahl 0 bei hoher kurzzeitiger Überlastfähigkeit, lassen sich so optimal nutzen. Durch die Sinuskommutierung werden durch den sanften Stromanstieg per Sinuskurve Kommutierungsgeräusche vermieden. Der Motor läuft sehr leise und vibrationsarm, wozu auch die wartungsfreien Kugellager beitragen. Die Intelligenz sitzt dabei dezentral in jeder Rolle, das ganze Regalsystem lässt sich daher beliebig erweitern oder verkürzen.
Leistungsstarkes Getriebe
Der dynamische Motor lässt sich einfach mit den Planeten-, Winkel- und Stirnradgetrieben von EBM-Papst Zeitlauf kombinieren. Bei Bito ist auf den BLDC-Motor ein zweistufiges Performax-Planetengetriebe montiert. Das Konstruktionsprinzip mit ineinander angeordneter Zahnräder und der radialen Verschraubung der Gehäuseteile erlaubt eine hohe Leistungsdichte auf wenig Bauraum. Durch schrägverzahnte Kunststoffzahnräder in der ersten Stufe ist die Geräuschentwicklung minimiert. Die gehärteten Stahlräder in der zweiten Stufe sorgen für Langlebigkeit. In zahlreichen Tests ermittelten die Partner von Bito und EBM-Papst, welches Moment und welche Untersetzungspaarung für den Einsatz erforderlich sind. Schließlich fand man bei einer hohen Untersetzung von 102:1 die optimale Auslegung. Prinzipiell wäre bei zwei Stufen auch eine Untersetzung von 204:1 möglich.
Einfache Montage
Dieses komplette Antriebssystem ist in ein Gehäuse integriert, das Versorgungskabel wird über den Rollenboden herausgeführt (Bild 4). Beim Rollenboden wurde die Kontur der Tragrolle mit 80 mm Durchmesser von Bito übernommen, damit bei der Montage diese einfach darübergestülpt und verprägt werden kann. Des Weiteren wurde gemeinsam eine Klemmkupplung entwickelt, die auf die Antriebswelle aufgesetzt ist – diese bildet den Kraftschluss in der Tragrolle. Das integrierte Antriebssystem ermöglicht so eine sehr einfache Montage. Die gesamte Rolle wird schließlich in den Seitenwangen der Rollenbahn befestigt. Das Potenzial des Durchlaufregals ist groß: Es eignet sich für den Einsatz mit verschiedenen Gebinde- und Palettenarten und überall dort, wo sensible Güter gehandhabt werden müssen. Denn die Antriebe verhindern auch das Aufschaukeln beim Transport über die Palettenbahn.
Vielseitig in der Intralogistik einsetzbar
Neben dem Beispiel von Bito eignen sich die dezentralen Antriebssysteme von EBM-Papst noch für viele weitere Anwendungen in der Intralogistik. Dank variabler Fördergeschwindigkeiten, hoher Laufruhe, langer Lebensdauer sowie niedriger Störanfälligkeit, sind sie beispielsweise auch für Förderbänder oder Sortier- und Picking-Anlagen geeignet.
Antriebstechnik im Fokus
Die ECI-Familie
Die elektronisch kommutierten Innenläufermotoren der Serie ECI zeichnen sich durch eine große Leistungsdichte und Dynamik aus. Je nach Konfiguration bieten die ECI-Motoren ein breites Leistungsspektrum bis 750 W. Die Kompakten ECI-63 Motoren, die bei Bito zum Einsatz kommen, gibt es je nach gewünschter Leistung in Motorvarianten mit 20, 40 und 60 mm. Der Kompaktantrieb nach Maß eignet sich für sämtliche Anwendungen innerhalb der industriellen Antriebstechnik, insbesondere für die Bereiche Automatisierungstechnik, Medizintechnik, Intralogistik, Verpackungstechnik, Zugangssteuerung und batteriegetrieben Anwendungen.
K4-Antriebssysteme
Mit dem K4-Elektronikmodul lassen sich Antriebssteuerung und Leistungselektronik in den Antrieb integrieren. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten von EC-Motoren erweitert. Die K4-Steuerung beinhaltet eine kompakte sinuskommutierte Leistungsendstufe und kann den Motor mittels feldorientierter Regelung bis zum Stillstand betreiben. Mehrere analoge und digitale Schnittstellen sind über eine RS485 Schnittstelle parametrierbar. Für die Bedienung kann die frei verfügbare PC-Software „Kickstart“ benutzt werden.
Das Performax-Planetengetriebe
Die Performax-Baureihe ist das Planetengetriebe-Konzept von EBM-Papst Zeitlauf. Es zeichnet sich durch eine hohe Leistungsausbeute auf minimalem Bauraum aus. Je nach Ausführung sind Untersetzungen von 17:1 in einer Stufe, 204:1 in zwei Stufen und 3468:1 in drei Stufen möglich. Typische Einsatzgebiete sind neben der Intralogistik, der Sonderfahrzeugbau und Bürogeräte.