07.10.2020

Mechatronischer Antrieb für autonome Transportsysteme

Kombination aus Getriebe, Motor und Regler

Mit einem Dreiklang aus Getriebe, Motor und Antriebsregler bedienen Sumitomo Drive Technologies und die Lafert-Group gemeinsam den wachsenden Markt für fahrerlose Transportsysteme. Smartris heißt die neue, einbaufertig konzipierte Mechatroniklösung für Traglasten bis über 3.000kg.

Autor: Philipp Meinhardt


Der Antrieb Smartris von Sumitomo besteht aus Getriebe, Motor sowie Regler und ist mechatronisch auf den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen abgestimmt.
Bild: Sumitomo (SHI) Cyclo Drive Europe Ltd

Den wachsenden Markt für fahrerlose Transportsysteme 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 Hersteller von Servoantrieben gehört seit 2018 zur japanischen Sumitomo Heavy Industries 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 48V-Antriebsregler von Lafert.

Mehr Platz durch weniger Lager

Aus dem Blickwinkel der Leistung heraus betrachtet, haben Sumitomo und Lafert mit der neuen Antriebslösung vor allem den intralogistischen Materialfluss mit Europalette und Gesamtlasten von Fahrzeug und Ladung bis über 3.000kg im Fokus. Bei der Auslegung der Getriebe galt es, konstruktiv den Kompromiss zu finden, die herrschenden Kräfte in bestmöglicher 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, die aus der Transportlast und Kurvenfahrten resultieren. Die im Getriebe integrierte Hauptlagerung senkt die Reibungsverluste und verschafft den Herstellern fahrerloser Transportsysteme mehr Platz - und Platz ist Mangelware im FTS. 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. In der Ausführung PRO nimmt der Getriebemotor zugleich die Felge mit Polyurethanbelag am Getriebeaußenring auf.

Zwei Produktwelten miteinander kombiniert

Für die anspruchsvolle Lagerung bedienen sich die Konstrukteure aus dem Fine-Cyclo-Getriebebaukasten und kombinieren diese mit langlebigen Zykloidgetrieben aus der Altax-Reihe. Das Zusammenspiel bringt die richtigen Eigenschaften, wie hohe Radiallasten der Kegelrollenlagerung, Kompaktheit und eine hohe Drehmomentdichte der Zykloidtechnologie an den Lastangriffspunkt im FTS-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 bestmögliche Umwandlung der eingesetzten elektrischen Energie in Bewegung zählt gerade in FTS-Anwendungen zum A&O. "Der Wirkungsgrad hat durch die begrenzte Kapazität der Batterien 1:1 unmittelbaren Einfluss auf die Betriebsdauer", berichtet 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 FTS 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."

Fett statt Öl

Damit die Fahrzeuge nicht die Haftung verlieren, sind auch Ölspuren verlässlich zu verhindern. Sumitomo 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. Zieglgänsberger dazu: "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 denen 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.

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Leicht zu integrieren

Um die FTS-Antriebe leicht in die Transportsysteme unterschiedlicher Hersteller integrieren zu können, bietet Sumitomo 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 verschiedenen Baugrößen ab - davon zwei für schwere Lasten.

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