Mechatronischer Antrieb für autonome Transportsysteme

01.04.2020

Sumitomo und Lafert präsentierten gemeinsame Entwicklung „SMARTRIS“ erstmals auf der SPS

Mit einem Dreiklang aus Getriebe, Motor und Antriebsregler bedienen Sumitomo Drive Technologies und die Lafert-Group gemeinsam den wachsenden Autonomous Guided Vehicle (AGV)-Markt. „Smartris“ heißt die neue, einbaufertig konzipierte Mechatroniklösung für Traglasten bis über 3.000 Kilogramm.

Europa ist führend im weltweiten Markt autonomer Transportsysteme. Branchenanalysen zeigen, dass Europa mit 34 Prozent rund ein Drittel des Weltmarkts bestimmt – gefolgt vom asiatischen Wirtschaftsraum mit knapp 28 Prozent und Nordamerika mit knapp 23 Prozent. In harter Währung ausgedrückt, hatte der AGV-Markt 2016 ein Volumen von 1,56 Milliarden US-Dollar. Dabei wird es aber nicht bleiben. Branchenanalysen rechnen bis 2022 mit einem weltweiten Wachstum von jährlich 9,34 Prozent. Für Europa sind in diesem Zeitraum nach Recherchen von Sumitomo Drive Technologies jährliche Steigerungen von 8,48 Prozent prognostiziert. Dahinter steht für Europa ein Umsatzwachstum von 538,8 Millionen Dollar im Jahr 2016 auf 880,9 Millionen Dollar 2022.

Gemeinsames Entwicklungsprojekt für AGV

Den wachsenden Markt begleitet Sumitomo Drive Technologies mit einer neuen mechatronischen Antriebslösung. Die Kombination aus Zykloidgetriebe, Synchronservomotor und Antriebsregler stellt das erste gemeinsame Entwicklungsprojekt mit der italienischen Lafert-Group dar. Der führende Hersteller von Servoantrieben gehört seit 2018 zur japanischen Sumitomo Heavy Industries (SHI) und übernimmt konzernweit die Rolle des globalen Kompetenzzentrums für Antriebsregler und Motoren. „Smartris steht für einen smarten Antrieb, der aus drei Komponenten besteht: Getriebe, Motor und Regler“, erklärt Nils Zieglgänsberger, Leiter Business Development bei Sumitomo Drive Technologies. Der Charme dieser Lösung liegt in seiner mechatronischen Abstimmung auf den Einsatz in autonom fahrenden Transportsystemen. Willkommene Eigenschaften sind dabei Leistungsdichte, kompakter Aufbau, Energieeffizienz, hohe Betriebssicherheit und Robustheit. Komplett wird die Lösung mit dem ebenfalls für diese Anwendung konzipierten 48 V Antriebsregler von Lafert.

Mehr Platz durch weniger Lager

Aus dem Blickwinkel der Leistung heraus betrachtet, haben Sumitomo Drive Technologies und die Lafert-Group mit der neuen Antriebslösung vor allem den intralogistischen Materialfluss mit Europalette und Gesamtlasten von Fahrzeug und Ladung bis über 3.000 Kilogramm im Fokus. Bei der Auslegung der Getriebe war konstruktiv der Kompromiss zu finden, die herrschenden Kräfte in idealer Weise und ohne Abstriche beim Wirkungsgrad sicher zu beherrschen. Bei den Kräften, die vom Getriebe aufgenommen werden müssen, handelt es sich um Quer- und Radialkräfte, welche aus Kurvenfahrten und der Transportlast resultieren. Die im Getriebe integrierte Hauptlagerung senkt die Reibungsverluste und verschafft den Herstellern fahrerloser Transportsysteme mehr Platz - und Platz ist Mangelware im AGV.

Hintergrund: Ist der Getriebemotor in der Lage, die komplette Lagerung für das Fahrzeug samt Ladung zu übernehmen, ist eine zusätzliche Lagerung samt einer weiteren Achse nicht mehr notwendig. Der Getriebemotor arbeitet damit quasi wie ein Direktantrieb mit dem Zykloidgetriebe als Felge bei Pro & Ultra. Beim Smartris ist der Getriebeaußenring deshalb auch direkt mit einem Reibbelag als Reifen verbunden.

Zwei Produktwelten miteinander kombiniert

Für die anspruchsvolle Lagerung bedienen sich die Konstrukteure aus Markt Indersdorf aus dem Fine-Cyclo-Getriebebaukasten und kombinieren diese mit langlebigen Zykloidgetrieben aus der Altax-Reihe. Das Zusammenspiel bringt die richtigen Eigenschaften an die richtige Stelle im AGV-Antrieb. Die Servomotoren aufgrund der herrschenden Kräfte von vornherein mit Getrieben der Fine-Cyclo-Serie zu kombinieren schied aus, da dieser Typ auf Präzision und nicht auf Wirkungsgrad eingestellt ist. Beim Hybridgetriebe gehen damit die robusten Eigenschaften der Lagerung nicht zu Lasten der Dynamik und des Wirkungsgrades. Die ideale Umwandlung der eingesetzten elektrischen Energie in Bewegung zählt gerade in AGV-Anwendungen zum A&O. „Der Wirkungsgrad hat durch die begrenzte Kapazität der Batterien 1:1 unmittelbaren Einfluss auf die Betriebsdauer“, berichtet Nils Zieglgänsberger. Der Anspruch an die Energieeffizienz schlägt sich ferner auch im Einsatz von Permanentmagnetmotoren nieder. Die Verlustleistung der Getriebemotoren ist in dieser Kombination entsprechend gering – ohne Abstriche beim Drehmoment. „Wir brauchen Kraft, da die AGV im täglichen Dauerbetrieb ordentliche Lasten transportieren. Dafür müssen wir das Gewicht direkt auf die Antriebsräder übertragen, um ausreichend Grip und damit Fahrsicherheit auf die Strecke zu bekommen.“

Gut geschmiert mit Fett statt Öl

Sicherheit auf der Strecke: Damit die Fahrzeuge nicht die Haftung verlieren, sind auch Ölspuren verlässlich zu verhindern. Sumitomo Drive Technologies verzichtet daher bei der Lebensdauerschmierung auf das klassische Getriebeöl – und setzt stattdessen ein speziell für diesen Einsatz entwickeltes Fett ein. Die Auswirkungen einer defekten Dichtung – die gerade im Dauerbetrieb nie ganz auszuschließen sind – führen damit nicht zu einem rutschigen Ölfilm im Materialfluss. Nils Zieglgänsberger: „Es würde eine enorme Verschmutzung auf der Logistikfläche nach sich ziehen, wenn ein Fahrzeug Öl verliert und das über einen unbemerkten Zeitraum hinweg immer weiter auf der Strecke verteilt.“ Erschwerend komme hinzu, dass autonome Transportfahrzeuge häufig in Bereichen unterwegs sind „in der kein Mensch vor Ort ist und demnach auch niemand eine Leckage schnell entdecken kann“. Ein weiterer Nachteil: Verliert das Getriebe Öl, verliert es auch sein Schmiermittel. Damit steigt der Verschleiß bis hin zum plötzlichen Totalausfall.

Leicht zu integrieren

Um die neuen AVG-Antriebe leicht in die Transportsysteme unterschiedlicher Hersteller integrieren zu können, bietet Sumitomo Drive Technologies angepasste Trägersysteme und Montageflansche an. „Die mechanischen Schnittstellen sind bei jedem Fahrzeug in der Regel unterschiedlich. Unsere Antriebe lassen sich dennoch leicht mit kundenspezifischen Montage- und Trägersystemen kombinieren“, erklärt der Leiter Business Development. Den applikationsspezifischen Leistungsbedarf decken beide Unternehmen in ihrer Gemeinschaftsentwicklung mit fünf Baugrößen ab – davon zwei für schwere Lasten. Vorgestellt wurde Smartris erstmalig in Nürnberg auf der SPS und weckte das besondere Interesse der Besucher.