Inhaltsverzeichnis
1. Antriebslösungen für AGVs – kompakt und modular
2. Fokus auf einfacher Inbetriebnahme
3. Antriebslösungen für AGVs – Effiziente Radnabensysteme
4. Dynamik und Flexibilität in der Intralogistik
5. AGVs und AMRs erobern weitere Branchen
6. Modulare Baukastensysteme bieten Flexibilität
7. Auch schwere Güter lassen sich bewegen
8. Fazit
In Zeiten der Digitalisierung setzen Unternehmen zunehmend auf automatisierte Lösungen, die reibungslose Prozesse in der gesamten Wertschöpfungskette ermöglichen. Fahrerlose Transportsysteme (FTS), engl. Autonomous Guided Vehicles (AGV), und Autonomous Mobile Roboters (AMR) helfen dabei, einen solchen autonomen Arbeitsablauf sicherzustellen. Für ihre Performance ist die richtige Antriebseinheit von zentraler Bedeutung. Die passende Lösung unterscheidet sich dabei anhand verschiedener Anforderungen – etwa der zu transportierenden Last, der Umgebungsbeschaffenheit oder der benötigten Reichweite. Wir geben einen Überblick, welche Anforderungen die AGV- beziehungsweise AMR-Antriebe im Zuge der Industrie 4.0 bewältigen müssen und welche Lösungen die Hersteller von Antriebseinheiten dafür bereitstellen.
Antriebslösungen für AGVs – kompakt und modular
Autonome Transportsysteme müssen an die Veränderungen der Arbeitsprozesse angepasst werden, die schon jetzt und in Zukunft immer wichtiger werden. Dabei liegt der Fokus auf Vernetzung der einzelnen Maschinen und flexibler Massenproduktion, die individuelle Kundenwünsche berücksichtigen kann und Ressourcen schont. Auch in Branchen, in denen der Einsatz moderner AGVs nicht mehr wegzudenken ist, wie in der Logistik, ändern sich die Anforderungen – so werden die Fahrzeuge in Warenlagern beispielsweise immer kleiner, sollen aber ihre Leistungsstärke beibehalten oder sogar steigern.
Darüber hinaus werden AGVs zunehmend mit intelligenten Komponenten ausgestattet, mit denen sie etwa ohne vorgegebene Spuren von A nach B finden, dabei Hindernisse umgehen und durch Machine Learning optimierte Arbeitsvorgänge ermitteln. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, eignen sich vor allem Servosysteme, da sie in ihrem Design flexibel sind und auch in kompakter Bauweise für verschiedene Zwecke platzsparend eingesetzt werden können. Sie lassen im Inneren des AGVs außerdem Platz für zusätzlich integrierbare Komponenten, wie größere Batterien oder Sensoren. Servomotor-betriebene AGVs können präzise Linear- und Drehbewegungen entlang einer beliebigen Achse ausführen – auch bei Steigungen und in scharfen Kurven. Dabei sind Nutzlasten von bis zu 5 t oder mehr transportierbar.
Fokus auf einfacher Inbetriebnahme
Um es den Kunden so einfach wie möglich zu machen, ist eine leichte Inbetriebnahme wichtig. Viele Hersteller setzen dafür auf Plug- and Play-Funktion und modulare Baukastensysteme, um eine individualisierte Antriebslösung mit schnellem Anwendungsstart zu ermöglichen. Sumitomo Drive Technologies und die Lafert Group haben dafür gemeinsam „Smartris“ entwickelt – eine Plug- and Play-Komplettlösung für den Antrieb von AGV/AMR-Shuttles. „Baukastensysteme eröffnen eine hohe Flexibilität, die individuelle Kundenbedürfnisse zu einem marktgerechten Preis befriedigen können.
Bild: Sumitomo
Smartris bietet viele Kombinationsmöglichkeiten und Optionen aus einem definierten Standardbaukasten, der weite Bereiche der üblichen Anforderungen abdecken kann“, erklärt Christian Lochner, Product Manager Drive Systems der Sumitomo (SHI) Cyclo Drive Germany GmbH. Das Entwicklungsprojekt besteht aus einer intelligenten Kombination von Getriebe, Servomotor und Antriebsregler. „Echte Servoantriebe mit hochauflösenden Gebersystemen zeichnen sich durch eine hochpräzise Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung aus. Vor allem bei AMR sind die Anforderungen an Präzision und Performance, kombiniert mit kompakten Abmessungen, in der Regel überhaupt nur mit Servoantrieben zu erreichen“, sagt Lochner. Dadurch, dass sich das Getriebe im Rad befindet und der Platz im Fahrzeuginneren optimiert wird, ist „Smartris“ laut Sumitomo eine der kompaktesten Lösungen auf dem Markt für Logistik- und Fertigungsanwendungen.
Antriebslösungen für AGVs – Effiziente Radnabensysteme
Ein weiteres Beispiel für einen AGV/AMR-Antrieb, der hohe Leistung auf engstem Bauraum bietet und individuell an die Kundenwünsche angepasst werden kann, ist der hochintegrierte Radnabenantrieb mit Plug- and Play-Funktion von Framo Morat und dem MinebeaMitsumi Technology Center Europe (MTCE). „Radnabenantriebssysteme bieten eine sehr hohe Effizienz bei relativ günstigen Kosten im Vergleich zu anderen Antriebslösungen für fahrerlose Transportsysteme. Der integrale Aufbau dieser Systeme auf kleinstem Bauraum ist entsprechend kompakter und demnach für viele Kunden besonders attraktiv“, erläutert Michael Wigant, Head of Technical Sales und Deputy Head of Product Unit Industrial and Robotic Motors von MTCE. Die Kompaktheit des Antriebs ermöglicht neben der Entwicklung von kleinen leistungsstarken AGVs auch etwa eine Ausstattung mit größeren Akkus zur Verlängerung der Laufzeit.
Bild: Framo Morat/MTCE
Die Kompletteinheit aus Laufrad, Planetengetriebe, Motor, Bremse und Elektronik ist modular und skalierbar, was kundenspezifische Lösungen ermöglicht. Modulare Baukastensysteme seien laut Wigant sehr vielseitig für unterschiedliche Konzepte einzusetzen: „Durch diese ist es möglich, auch bei kleinen Abnahmemengen individuelle Systemkonfigurationen anbieten zu können und dadurch kleine bis große Hersteller von AGVs mit Antrieben zu unterstützen.“ Der Trend, Produkte so effizient wie möglich an die individuellen Bedürfnisse der Kunden anzupassen, zeichnet sich also auch bei den Antriebsherstellern ab.
Dynamik und Flexibilität in der Intralogistik
Wie ein AGV den Arbeitsprozess in der Praxis aufwerten kann, zeigt sich bei Intralogistikspezialist Torwegge. Dieser hat mit dem Kleinspannungs-Servoantrieb von SEW-Eurodrive einen neuen „Betriebsmitarbeiter“ entwickelt: Das AGV Torsten. Mithilfe des kompakten AGV können Produkte und Werkzeuge zu Mitarbeitern oder anderen Fertigungsinseln gebracht werden. Die Antriebstechnik ist dabei entscheidend für die Dynamik und Flexibilität. Der eingebaute Kleinspannungsantrieb „CMP ELVCD“ von SEW-Eurodrive ist speziell für die mobile Fördertechnik entwickelt. Durch das Programmodul „MultiMotion und Kinematik“, das eine integrierte und frei programmierbare Motion-Control-Steuerung enthält, lassen sich koordinierte Bewegungsabläufe präzise konfigurieren. So kann Torsten etwa eine neue Aufgabe aus dem Materialflussplan aufnehmen, wenn er durch ein Hindernis an seiner aktuellen Aufgabe gehindert wird. Per Sprachmodul kann er seinen menschlichen Kollegen dabei mitteilen, wohin er als nächstes unterwegs ist. Damit liefert der autonome Helfer den hohen Grad an Flexibilität, der in Logistik und Produktion immer wichtiger wird.
„Wir haben es geschafft, ein autonomes Materialflusssystem mit einem autonomen Fahrzeug zu verknüpfen“, sagt Uwe Schildheuer, CEO von Torwegge. „Hierbei ist zu wissen, dass Materialflusssysteme in der Regel autoritär arbeiten und den Teilnehmern vorgeben, wer was zu tun hat. Mit Torsten ist eine Plattform entstanden, mit der wir Materialfluss optimieren können, ohne dabei die Autonomie des Fahrzeuges einzuschränken.“ Für den Kunden werden dadurch eine fest installierte Materialflusstechnik und teure Förderstrecken hinfällig – ein Beispiel für die Flexibilität, die die passende Antriebslösung für die Autonomisierung von Arbeitsprozessen ermöglichen kann.
AGVs und AMRs erobern weitere Branchen
Neben klassischen Anwendungsgebieten von AGVs, wie in der Logistik, Produktion und Fertigung, kommen diese auch zunehmend in anderen Bereichen zum Einsatz – wie zum Beispiel in der Agrartechnik. Die Dunkermotoren GmbH hat sich auf Antriebe von sogenannten „Agribots“ spezialisiert, die unterschiedlichen Aufgaben im Bereich Automatisierung, Vernetzung und IoT gewachsen sind. Jan Maurath und Frank Intlekofer, beide Key Account Manager Motive bei Dunkermotoren, zeigen das vielseitige Potential von AGVs und AMRs in der Landwirtschaft auf: „Durch die wachsende Bevölkerung steigt der Bedarf an Nahrungsmitteln stetig an. Grünflächen und qualifiziertes Fachpersonal sind nur begrenzt verfügbar. Für Ackerbau und Viehzucht müssen vorhandene Ressourcen daher so effizient wie möglich eingesetzt werden.
Bild: Dunkermotoren
Die Digitalisierung hat die Automatisierung im Agrarbereich weiter vorangetrieben, wodurch AGVs bzw. AMRs nun auch hier vor allem wiederkehrende Aufgaben automatisieren können. So werden die „Agribots“ unter anderem als Futterroboter, Feldroboter oder auch zur automatisierten Stallreinigung eingesetzt.“ Auch beim maschinellen Säen, Düngen oder Melken würden laut Maurath und Intlekofer schon heute Antriebslösungen von Dunkermotoren verwendet, sodass auch diese Bereiche künftig in das Aufgabenfeld von AGVs bzw. AMRs fallen könnten.
Modulare Baukastensysteme bieten Flexibilität
Der Weltmarktführer für BLDC-Motoren setzt bei seinen Antrieben ebenfalls auf Baukastensysteme, um den Kundenanforderungen individuell gerecht zu werden. „Unser Baukasten bietet rund 25 Millionen Möglichkeiten zur Konfiguration. Vom einfachen bürstenbehafteten Getriebemotor bis hin zum voll integrierten bürstenlosen, smarten Radantrieb und den passenden Anbauten wie Getriebe, Geber oder Bremsen bietet sich Kunden von Dunkermotoren eine breite Auswahl,“ führen Maurath und Intlekofer weiter aus. Aufgrund der künftig weiterwachsenden Anforderungen und der Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten im AGV-Bereich ermögliche das modulare Baukastensystem Flexibilität und damit viele Vorteile.
Die smarten Motoren der Baureihe dPro und dMove können dank der Motor Control Plattform (MCP) angesteuert und ausgelesen werden. Die verbaute Elektronik im Motor sorgt dafür, dass kundenseitige Elektronik entlastet bzw. vereinfacht wird, da diese etwa neben der Steuerung auch das Datenmonitoring übernehmen kann. Auch Verschleiß oder die Erhöhung von Reibung kann von der Motorelektronik erkannt werden, um Stillstand präventiv zu vermeiden. Weitere Vorteile der Elektronik-Integration direkt im Motorgehäuse ist der Schutz vor Umwelteinflüssen, was in der Landwirtschaft unerlässlich ist, und eine einfache Plug- and Play-Inbetriebnahme.
Auch schwere Güter lassen sich bewegen
Eine weitere Branche, die zunehmend von AGVs erobert wird, ist der Gesundheitssektor. Die Warenströme in der Krankenhauslogistik oder etwa in Reha-Einrichtungen können durch Automatisierung das Personal entlasten und dem wachsenden Health-Care-Markt großes Potenzial bieten. Ein Beispiel für einen Antrieb, der auch sehr schwere Güter trotz kompakter Bauweise transportieren kann ist das „ArgoDrive“-System von ebm-papst. Die Antriebseinheit wurde unter anderem für die Medizintechnik ausgerichtet. Das Fahr-Lenk-System inklusive Rad kann je nach Ausführung Lasten von 100 kg bis zu zwei Tonnen transportieren. Damit lassen sich neben dem Materialtransport von Hygieneartikeln, Medikamenten und Co. etwa auch tonnenschwere Röntgen-Systeme oder Krankenbetten befördern. Dies bringt in Krankenhäusern besondere Herausforderungen mit sich, wie Patrick Schumacher, Head of Product Management Industrial Drive Technology bei ebm-papst, sagt: „Gegebene Gebäude sind hinsichtlich der Zugangswege, Flurgestaltung oder beispielsweise Aufzüge definiert. Der Platz für die notwendigen Fahrwege für AGVs ist dabei üblicherweise nicht großzügig dimensioniert. Auch die Nutzung der gegebenen Fahrwege ist durch hohe Anforderungen an die flexible Beweglichkeit des Fahrzeugs geprägt. Damit ist der Einsatz eines flächenbeweglichen AGVs oft alternativlos.“
Bild: ebm-pabst
Die AGVs agieren außerdem im Health-Care-Bereich eng mit Menschen, wodurch sich laut Schumacher hohe Anforderungen an die Safety-Ausstattung des Fahrzeugs ableiten. Diese münden wiederum in Safety-Anforderungen an die eingesetzten Antriebssysteme. Ein unendlicher Lenkwinkel ermöglicht daher auch im Stand die Flächenbeweglichkeit des Fahrzeugs. Zwei Fahr-Lenk-Systeme, die diagonal verteilt jeweils links und rechts am AGV montiert werden, garantieren die omnidirektionale Bewegungsfreiheit und enges Rangieren, zwei Stützräder stellen die notwendige Lastaufnahme und Stabilität sicher. Das AGV kann bei Verletzung von Schutzfeldern vor dem Fahrzeug sofort eine Notbremsung vollziehen, was durch kontinuierlich scannende Sicherheitssensoren gewährleistet wird. Der Einsatz von AGVs wird laut Schumacher zukünftig die Branche unterstützen: „Alleine die aktuellen Diskussionen rund um das Gesundheitswesen – auch im Kontext der Finanzierung – zeigt, dass AGVs immer mehr Aufgaben im Health-Care-Bereich übernehmen werden müssen. Der Einsatz von AGVs wird mittel- und langfristig einen Beitrag zur Entlastung des Gesundheitswesens erbringen.“
Fazit
Die Trends für AGV und AMR-Antriebssysteme gehen eindeutig Hand in Hand mit den Zielen der Digitalisierung: Es gilt, auf die gewünschten Lösungen der AGV-Hersteller individuell einzugehen, damit auch diese wiederum den spezifischen Anforderungen ihrer Kunden gerecht werden. Dank modularer Baukastensysteme, die einige Hersteller als Zukunft der Antriebssysteme für AGVs nennen, nimmt der Aufwand bei individueller Produktion immer weiter ab, sodass diese sich auch bei geringen Stückzahlen lohnt. Durch den Einsatz von intelligenten Komponenten lassen sich die Antriebe als Herzstück der AGVs problemlos in Smart Factory-Konzepte integrieren und werden somit zu einem weiteren Puzzleteil auf dem Weg zur Industrie 4.0.
Mehr zum Thema Mobile Maschinen und Fahrerlose Transportsysteme
Hier finden Sie mehr über:
- ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG
- MinebeaMitsumi Technology
- Framo Morat GmbH & Co. KG
- Dunkermotoren GmbH
- SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG
- Torwegge GmbH & Co. KG
