BLDC-Motoren ermöglichen effizienten Betrieb von Transportrobotern

Turbo für die Intralogistik

Fahrerlose Transportsysteme können die Effizienz von Intralogistik-Prozessen deutlich steigern. Den Antrieben der Fahrzeuge kommt dabei eine besondere Bedeutung zu: Sie müssen kompakt, leistungsstark und präzise zugleich sein. Viele Hersteller setzen in ihren FTS deshalb bürstenlose DC-Motoren von Oriental Motor ein.
 Die BLDC-Motoren von Oriental Motor ermöglichen den Betrieb von fahrerlosen Transportsystemen auf engem Raum.
Die BLDC-Motoren von Oriental Motor ermöglichen den Betrieb von fahrerlosen Transportsystemen auf engem Raum.Bild: Oriental Motor GmbH

Es gibt viele gute Gründe für Industrieunternehmen, ihre Intralogistik mit Transportrobotern zu automatisieren. Dazu zählen nicht nur die hohe Verfügbarkeit und der geringe Personalbedarf. Fahrerlose Transportsysteme haben auch noch einen weiteren Vorteil: Sie machen den innerbetrieblichen Materialfluss transparent. Die im Betrieb gesammelten Daten können direkt für die Optimierung der Logistikprozesse genutzt werden. 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, haben aber gegenüber BLDC-Motoren einige Nachteile. So erzeugen Schrittmotoren relativ viel Wärme, die einige Komponenten der FTF negativ beeinflussen kann. Servomotoren wiederum verursachen höhere Betriebskosten als BLDC-Motoren.

 Die bürstenlosen DC-Motoren der 
BLH-Serie ermöglichen durch stabile Drehzahlen und geringe Drehzahlabweichungen hohe Taktraten beim Betrieb von FTS.
Die bürstenlosen DC-Motoren der BLH-Serie ermöglichen durch stabile Drehzahlen und geringe Drehzahlabweichungen hohe Taktraten beim Betrieb von FTS.Bild: Oriental Motor GmbH

BLDC-Motoren mit Vorteilen

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

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.

Getriebe muss exakt zur Anwendung passen

Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Antriebs für FTF ist das Getriebe. Es muss sowohl zum geplanten Antriebsstrang passen, als auch die erforderliche Leistung bringen. Viele Hersteller verbauen in ihren Fahrzeugen daher gerne Hohlwellengetriebe, weil sie eine platzsparende Konstruktion des Antriebs ermöglichen, denn der Bauraum ist in den AGVs 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 für die FTF-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 400W. Eine Besonderheit der Baureihe ist das sanfte Beschleunigen und Abbremsen über den gesamten Drehzahlbereich hinweg (1 bis 4.000U/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. Wegen ihres schlanken Designs eignen sich die BLDC-Motoren u.a. sehr gut für die Integration in Niederflur-Transportroboter, die zum Heben von Regal- und Korbwagen eingesetzt werden. Verwenden die FTF-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.

 Die bürstenlosen DC-Motoren der BLV-R-Serie sind gut geeignet für punktgenaues Positionieren.
Die bürstenlosen DC-Motoren der BLV-R-Serie sind gut geeignet für punktgenaues Positionieren.Bild: Oriental Motor GmbH

Kaum Verzögerung bei 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 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 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 gut für fahrerlose Transportsysteme (15, 30, 50 und 100W). Diese Antriebe zeichnen sich durch eine stabile Drehzahl aus, die auch bei Laständerungen oder Synchronbetrieb nur geringe Drehzahlabweichungen aufweist (±0,2 bzw. ±0,5 Prozent, je nach Treiber). In Transportrobotern sorgt dies 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.

Umwandlung der Bremsenergie

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 verschiedenen 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.

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. Über die Parametriersoftware können zudem die gewünschten Fahrprofile der FTF 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.

 Für seine BLDC-Motoren bietet 
Oriental Motor auch passende Treiber an. Sie können die Positionsdaten mehrerer FTS-Achsen zeitgleich an die Steuerung übermitteln.
Für seine BLDC-Motoren bietet Oriental Motor auch passende Treiber an. Sie können die Positionsdaten mehrerer FTS-Achsen zeitgleich an die Steuerung übermitteln.Bild: Oriental Motor GmbH

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