Mit induktiv und über DC/DC-Wandler versorgten fahrerlosen Transportfahrzeugen lassen sich flexible mobile Montagelinien aufbauen.

Mit induktiv und über DC/DC-Wandler versorgten fahrerlosen Transportfahrzeugen lassen sich flexible mobile Montagelinien aufbauen. Siemens

Redviking in Plymouth (USA) stellt batterielose fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) her und will damit die Fertigungstechnik auf den Kopf stellen. „Mit unseren Systemen sparen Anwender im Vergleich zu ortsfesten und kettengetriebenen Montagelinien viel Geld und Zeit. Insbesondere dann, wenn komplexere Produktionsabläufe häufig verändert oder neu konfiguriert werden müssen“, so Rod Emery, Vice President des Bereichs Assembly Systems and Integration des FTF-Herstellers. Zu dem geringeren Kapitalbedarf kommen außerdem niedrigere Betriebs- und Wartungskosten, höhere Flexibilität und Anlagensicherheit. Das Unternehmen produziert kleine, mittlere und große FTF mit bis zu 6 m Länge, 1,2 m Breite und Nutzlasten bis 27.000 kg. Anwender sind derzeit hauptsächlich die Automobilbranche, Hersteller von Arbeits- und Baumaschinen sowie die Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrtindustrie.

Herkömmliche, batteriebetriebene FTF verursachen durch die unverzichtbare Wartung und aufwendige Ladestationen laufend zusätzliche Kosten. Betreiber müssen Ersatzfahrzeuge bereithalten und ebenfalls regelmäßig warten, damit ein Teil ihrer Flotte arbeiten kann, während der Rest aufgeladen wird. Der FTF-Hersteller in Plymouth schätzt, dass für eine mobile Montagelinie mit 15 Fahrzeugen für Ladestationen und Ersatzfahrzeuge bis zu 250.000 US-Dollar und mehr benötigt werden.

Alles Gründe für Redviking, auf Batterien zu verzichten und seine FTF induktiv mit Strom zu versorgen. Das Induktionssystem nutzt zwei Kabel, die 2,5 cm unter dem Fußboden verlegt werden, eines für die Energieübertragung, das andere für die Drahtloskommunikation zur Streckenführung.

Induktive Energieübertragung macht Prozesse flexibler

Die Vorteile der induktiven Energieübertragung hängen alle mit dem Konzept der mobilen Montagelinie zusammen. Produktionslinien lassen sich schnell komplett neu konfigurieren, durch einfaches Verlegen einer neuen Verkabelung, das selten mehr als ein Wochenende beansprucht. Demgegenüber werden für die Neukonfiguration einer kettengetriebenen Produktionslinie Wochen benötigt. Währenddessen steht die Produktion still und es werden Tonnen von Stahl und Hunderte von Technikern und Arbeitern benötigt, was hohe Kosten verursacht.

Mit kurzzeitig um 50 % höherer Extra-Power versorgen die robusten DC/DC-Wandler auch zusätzliche Verbraucher an Bord der FTF.

Mit kurzzeitig um 50 % höherer Extra-Power versorgen die robusten DC/DC-Wandler auch zusätzliche Verbraucher an Bord der FTF.Siemens

Dabei reicht die Flexibilität batterieloser Systeme bis in den Produktionsprozess selbst hinein. Durch die lokale Energieversorgung über das Bodenkabel fahren alle für die Produktion erforderlichen Fahrzeuge, es steht keine Reserve an der Ladestation. Und weil die Fahrzeuge intelligent sind, können sie in verschiedenen Zonen unterschiedlich schnell unterwegs sein. Zum Beispiel mit Maximalgeschwindigkeit, wenn das FTF vom Ende einer 150 m langen Montagelinie zurückkehrt, oder beim Durchfahren einer Logistikzone, die frei von Produktionsstationen ist.

Robuster Wandler auf schnellen Flitzern

Die batterielosen FTF haben einen Stromabnehmer, der die Energie einem DC/DC-Wandler Sitop PSU400M 24V/20A von Siemens zuführt. Dieser versorgt die Antriebsmotoren, die Fahrzeugsteuerung, die lokale Steuerlogik und die Überwachungssteuerung sowie die Sicherheitsschaltungen mit Strom. Der Wandler ist 90 mm breit, hat einen Raumbedarf von 1.400 cm³ und wiegt etwa 1,2 kg. Das ist nur ein Bruchteil der Größe und des Gewichts alternativer Industriebatterien, die bis zu 900 kg wiegen können. Zudem sind die Wandler selbst günstiger. Sie lassen sich mit Eingangsspannungen von 200 bis 900 V betreiben, wobei die FTF von Redviking normalerweise 400 V aus dem Bodenkabel abnehmen. Dies kann jedoch variieren, je nachdem, wie nahe die Stromabnahme des FTF an der Bodenleitung verläuft. „Daher ist der große Eingangsspannungsbereich des Wandlers wichtig“, sagt Rod Emery, „denn schon bei einer kleinen Abweichung ändert sich die verfügbare Leistung. Mit dem Siemens-Wandler sind wir diesbezüglich auf der sicheren Seite und können unsere Fahrzeuge gleichmäßig und problemlos bewegen.“ Bei der batterielosen Alternative entfällt neben den Ersatzbatterien auch die Wartung, da die kontaktlosen Wandler praktisch keine Wartung brauchen.

"DC/DC-Wandler Sitop sind entscheidend für die Realisierung mobiler Montagelinien mit unseren batterielosen FTF", sagt Rod Emery, Vice President Assembly Systems and Integration bei Redviking.

„DC/DC-Wandler Sitop sind entscheidend für die Realisierung mobiler Montagelinien mit unseren batterielosen FTF“, sagt Rod Emery, Vice President Assembly Systems and Integration bei Redviking.Siemens

Zudem sind die Geräte überlastfähig und in der Lage, für 5 s/min um 50 % höhere Ströme zu liefern (30 statt 20 A). So können die FTF Hilfsenergie für weitere Werkzeuge, Produktschnittstellen und Prüfgeräte liefern. Beispielsweise, um ein fertig montiertes Produkt in einen Testbereich zu fahren, wo die Elektronik und die elektrischen Systeme der Endmontage überprüft werden. Mit dieser Extra-Power deckt jeder dieser Wandler die erhöhte Leistungsaufnahme beim Einschalten der zusätzlichen Verbraucher ab. Das robuste Design erweitert auch die Bandbreite der Anwendungen. So gibt es aufgrund des weiten Einsatztemperaturbereichs von -25 bis 70 °C keine Probleme mit hohen Temperaturen, wenn beispielsweise die Fahrzeuge Außenbereiche durchfahren.

Die hohe Stoß- und Vibrationsfestigkeit der Wandler ist ebenfalls ein Plus. Bei Nutzlasten von bis zu 27 t und unterbrochenen Produktionsprozessen während der Montage kommt es zu unregelmäßigen, variierenden Vibrationen, die alle Komponenten über die gesamte Lebensdauer aushalten müssen. Die Wandler erfüllen auch in dieser Hinsicht die hohe Anforderungen.