Smart und kompakt
Fahrerlose Transportsysteme (FTS, bzw. englisch AGV für Automated Guided Vehicles) können die Produktivität im industriellen Umfeld um 50 bis 70 Prozent steigern. Sie benötigen dazu jedoch ausreichend Bewegungsfreiheit – und das ausgerechnet in Werkshalle
Je mehr Funktionalität die FTS-Konstrukteure auf kleinstem Raum unterbringen können, umso größer somit der Nutzen für die Endanwender. Entscheidend hierfür ist die Wahl der optimalen Aktorik. Daher setzen Konstrukteure vermehrt auf smarte, elektromechanische Aktuatoren, wenn es um leistungsfähige Achssteuerung im kompakten Paket geht.
FTS in der Werkshalle
In Fertigungsbetrieben entfällt dank fahrerloser Transportsysteme (Bild 1) für die Mitarbeiter häufig schweres Heben und Tragen, beispielsweise beim Befüllen der Produktionslinien mit Rohlingen oder beim Transport der fertigen Waren durch die Hallen ins Lager. Die meisten derzeit eingesetzten FTS werden per Laser oder Magnetstreifen gesteuert. Einige nutzen Kabel und feste Fahrspuren, aber immer mehr kommunizieren über Funk.
In einer Fertigungsanlage meldet ein Maschinenbediener üblicherweise über ein Terminal seiner Arbeitsstation an ein Logistiksystem, dass er neue Teile benötigt. Nach dem Eingang der Anforderung leitet das System den Transportauftrag an die FTS-Managementsoftware weiter, die das nächstgelegene Fahrzeug unter Berücksichtigung der Dringlichkeit und des optimalen Transportwegs mit der Aufgabe betraut. Nachdem der Bediener die Arbeit abgeschlossen hat, signalisiert er dem Steuerungssystem, mit dem nächsten Schritt im Prozess fortzufahren.
Der Hostrechner kennt zu jedem Zeitpunkt den Zustand, die Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung, etwaige Störungen sowie den Ladezustand des FTS und steuert es vorwärts, rückwärts, links oder rechts. Trifft das FTS auf ein Hindernis, hält es automatisch an, um eine Kollision zu vermeiden. Nachdem das Hindernis entfernt wurde, wird der Betrieb ebenso automatisch wieder aufgenommen.
Intelligenz ist gefragt
Genauso wie die Nutzung von FTS ansteigt, wächst auch der Wunsch, die Fahrbewegungen in moderne Softwaresysteme zu integrieren. Hierzu zählen zum Beispiel ERP-Systeme zur Ressourcenplanung, automatische Lagersysteme, modulare Förderbandanlagen und das Asset Management. Solche Software hilft bei der Entwicklung optimaler Arbeitsabläufe für den Transport von Material von einem Fabrikbereich zu einem anderen, die weitestgehend automatisiert, das heißt ohne Bedienereingriffe erfolgen.
Die Vernetzung geschieht über die in modernen FTS integrierten Mikroprozessoren und Softwarelösungen. Um das Potential der digitalen Kommunikation aber voll auszuschöpfen, verwenden die Entwickler vermehrt sogenannte „smarte“Aktuatoren, die ebenfalls mit Intelligenz ausgestattet sind. Letztere ermöglicht zum einen die Integration in Automatisierungskonzepte des FTS und zum anderen die direkte Kommunikation der Aktuatoren untereinander. Die Möglichkeit zur Synchronisierung der Aktuatoren kann beispielsweise zur Entwicklung eines FTS-Hubtischs genutzt werden (Bild 2).
Vergleich von Aktuatoren
Für die intelligente Integration in FTS, die in Produktionshallen genutzt werden, sind elektromechanische Aktuatoren die optimale Lösung. Wie aus Bild 3 zu ersehen ist, verfügen preisgünstige Riemen-, Scheren-, Nocken- genauso wie Hydrauliksysteme über wenig bis gar keine Fähigkeit zur digitalen Integration. Spindelgetriebe lassen sich besser integrieren, aber da sie einen zusätzlichen Motor und Controller benötigen, kosten sie in der Regel mindestens genauso viel wie ein smarter elektromechanischer Aktuator. Hohlspindelantriebe haben eine vergleichbare Integrierbarkeit und Technologie. Ihre immensen Kosten sind aber kaum zu rechtfertigen, es sei denn für Lager- und Versandanwendungen mit extrem hohen Geschwindigkeiten oder Stückzahlen wie z.B. in E-Commerce-Verteilerzentren.
Vorteil Kompaktheit
Eine optimale Nutzung verfügbarer Hallenflächen bietet Vorteile für jedes Werk, sei es bezogen auf die Kosten zusätzlicher Gebäu
de oder die maximale Rendite vorhandener Flächen. Da sich fahrerlose Transportsysteme besonders schnell und einfach konfigurieren lassen, sind sie platzsparender als herkömmliche, in der Regel stationäre Förderbänder. Aber der Platzbedarf der FTS selbst ist auch ein wichtiger Faktor – sowohl der benötigte Platz für die Bewegung in den Hallen als auch ihre Fähigkeit, Engstellen zu durchfahren.
Eine Möglichkeit, mit weniger Platz auszukommen, ist der Einsatz kleinerer Aktuatoren, aber auch hier bleibt der Einbauraum ein Problem. Elektromechanische Aktuatoren besitzen normalerweise an beiden Enden Adapter zur Lastaufnahme. Ersetzt man den herkömmlichen hinteren Adapter durch einen Anbauflansch, reduziert sich die Gesamtlänge im Vergleich zur Hublänge, sodass dem Konstrukteur mehr Platz bereitsteht.
Ein kompakteres Design erlaubt den Einsatz eines FTS auch bei beengten Platzverhältnissen, während zugleich der Energieverbrauch sinkt. Letzteres ist besonders dann entscheidend, wenn das FTS-Design die teureren Lithium-Ionen-Akkus verlangt. Ein reduzierter Energieverbrauch bedeutet zudem längere Einsatzzeiten und eine geringere Ladehäufigkeit, was ebenfalls zur allgemeinen Produktivität beiträgt. Bei den gängigen Antriebsmöglichkeiten beanspruchen elektromechanische Aktuatoren im Vergleich zu Riemen-, Hydraulik- oder Getriebelösungen am wenigsten Platz, um eine bestimmte Last zu bewegen. Unter den elektromechanischen Lösungen haben wiederum diejenigen mit Einzelflanschmontage den geringsten Platzbedarf.
Thomson Industries bietet etwa einen optionalen hinteren Montageflansch, der das Verhältnis von Einbau- zu Hublänge seines Electrak HD-Aktuators optimiert. Dessen kompakte Bauform erleichtert den Einbau an engen Stellen und ist ideal für die Entwicklung unterschiedlicher Arten von Automatisierungsausrüstung, FTS und Hubvorrichtungen – und das alles unter Beibehaltung der bereits erwähnten digitalen Fähigkeiten.
Anwendungen
Überall dort, wo Güter und Teile über eine ebene Fläche bewegt werden müssen, können intelligente, kompakte FTS eine zentrale Rolle spielen. Im Folgenden werden einige Industriebranchen genannt, in denen fahrerlose Transportsysteme weit verbreitet sind. Konsumgüte: FTS finden sich in zahlreichen Konsumgüterbranchen wie Elektronik, Medizin, Chemikalien, Zigarettenherstellung, Textil und Haushaltsgeräte. Sie bewegen alles, von
Teilen für Feinarbeiten und Verpackungen bis hin zu schweren Paletten. Bei der Herstellung von Klimaanlagen ist das beispielsweise der Transport von Montageplatten, Abluftgittern, Abdeckungen, Paneelen, Motoren, Luftauslässen, Frontrahmen, Abdeckungen und Kondensatoren zu und von den entsprechenden Arbeitsstationen. Neben den Platzeinsparungen, die elektromechanische Aktuatoren hierbei mit sich bringen, erlaubt ihre Intelligenz die Synchronisierung der Aktuatoren für schwere Bauteile wie Kühlanlagen.
Glasfaser-Produktion:
Bei der Herstellung von Glasfasern, wo Glasschmelze in dünne Filamente gezogen wird, die anschließend miteinander verklebt werden, könnten FTS mit CNCMaschinen, intelligenten Industrierobotern und Produktionslinien gekoppelt werden. Das heißt, sie transportieren automatisch das Rohsilikat zwischen den Stationen Ziehen, Trocknen, Schneiden sowie anschließend zum Verpacken, Stapeln und Lagern. Die Arbeitsabläufe sind von Anfang bis Ende eng durchgetaktet; die Programmierbarkeit elektromechanischer Aktuatoren bietet den Glasfaser-Herstellern hier eine optimierte Effizienz.
Automobilproduktion: Im Automobilbau ersetzen FTS manuelle Arbeiten, Gabelstapler und andere herkömmliche Methoden, um Türen, Motorhauben, Scharniere oder Bolzen an die entsprechenden Stationen zu bringen. Die hohe Belastbarkeit elektromechanischer Aktuatoren ist gerade in der Automobilproduktion ein wertvoller Faktor. Elektronikproduktion: Der fehlende Vorrat von Wafern oder sonstigen Komponenten ist eine Ursache für Unterbrechungen an einer Elektronik-Produktionslinie, die kostspielig sein können. Indem sie sicherstellen, dass die richtigen Komponenten zur richtigen Zeit am richtigen Platz sind, ermöglichen FTS – unterstützt durch programmierbare Aktuatoren – die Verarbeitungseffizienz in der Produktion.
Prüfung elektronischer Systeme: Die elektromagnetischen Eigenschaften elektronischer Systeme wie Schalttafeln müssen in einer Umgebung geprüft werden, die keine elektrische Entladung bewirkt. Mit Aktuatoren ausgestattete FTS können so programmiert werden, dass sie mehrere Schalter in fester Abfolge betätigen, und ohne Störbeeinflussung zu den Prüfständen bewegt werden. Dazu sind Aktuatoren erforderlich, die darauf getestet wurden, dass sie bei elektronischen Vorgängen nur minimale elektromagnetische Strahlung aussenden. Geprüft werden Faktoren wie induktive Lastschaltung, positive Induktivität, positive und negative Kopplung, Anlass-Impuls, Lastabwurf, elektromagnetische Immunität sowie leitungsgeführte und abgestrahlte Emissionen.
Die Auswahl smarter, sicherer elektromechanischer Aktuatoren mit minimalem Platzbedarf ist eine entscheidende Maßnahme, mit der Konstrukteure fahrerlose Transportsysteme von heute für Aufgaben von morgen rüsten können. ( anm) ■