Macht alles ganz einfach: neues Antriebssystem für FTS

Das cyber iTAS system 2 der Wittenstein cyber motor GmbH ist die neue Generation des kompakten Servoantriebssystems für Fahrerlose Transportsysteme (FTS), autonome mobile Roboter (AMR) und andere mobile Plattformen. Es vereint eine schlanke und integrationsfreundliche Sicherheitsarchitektur mit höchster Leistungsdichte, die den Fahrzeugen einen entscheidenden Zugewinn an Performance und damit Produktivität ermöglicht. Das Antriebssystem für Differenzialantriebe überzeugt dabei zugleich durch ein durchgängig industriegerechtes Design, das Entwicklung, Konstruktion und Bau sowie Betrieb und Service der Fahrzeuge signifikant und nachhaltig vereinfacht.  

Lager, Produktion, Montage und Intralogistik sind die wohl häufigsten Einsatzbereiche für Automated Guided Vehicles (AGV) – in der Regel spurgebundenen Fahrerlosen Transportfahrzeugen, die oftmals mit Lastaufnahmemitteln ausgestattet sind, beispielsweise zum Transport von Paletten oder Behältern. Ähnliches gilt für die Vielzahl sich selbst orientierender und frei navigierender mobiler Plattformen, beispielsweise Autonomous Mobile Robots (AMR), die in der Regel ebenfalls mit einem spezifischen Lastaufnahmemittel oder einem Roboter ausgestattet sind. Das Antriebssystem cyber iTAS system 2 – bestehend aus einem sicherheitszertifizierten Servoregler der Baureihe cyber simco drive 2 mit einem Maximalstrom von bis zu 200 A sowie einem kompakten Radaktuator cyber TAS actuator 2 – eignet sich für alle dieser und weiterer Fahrzeugtypen. Durch den Einsatz von zwei dieser High-Performance-Antriebssysteme pro Fahrzeug entsteht ein Differenzialantrieb, der über unterschiedliche Drehzahlen oder Drehrichtungen pro Rad eine Lenkfunktion generiert. Dies und die kinematische Dynamik des Radaktuators können dazu beitragen, insbesondere flache Fahrzeuge und Plattformen mit niedrigen Unterfahrhöhen auf ein neues Produktivitätsniveau zu bringen – und das auf einfache Weise. 

Industriegerechte Einfachheit und Robustheit sichern höchste Verfügbarkeit 

Das Antriebssystem cyber iTAS system 2 überzeugt durch seinen industriegerechten und durchdacht-einfachen Aufbau. Für die antriebsnahe, verkabelungsarme und Platz im Schaltschrank sparende Positionierung in unmittelbarer Nähe zum Antrieb ist der Regler in Schutzart IP65 weitgehend gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit geschützt. Der Radaktuator selbst bietet IP54 – passend für den Einsatz im Indoor-Bereich. Angeschlossen wird der cyber simco drive 2 mit gängigen M12-Industriesteckern – die Versorgung für Leistung und Logik erfolgt über einen Weitbereichseingang mit 12 bis 60 VDC. Für die einfache Anbindung in unterschiedliche Steuerungsumgebungen steht eine Multi-Ethernet-Schnittstelle sowie eine CANopen-Schnittstelle zur Verfügung. Bis auf das Rad – wahlweise mit Vulcollan- oder Bestane-Lauffläche – ist das gesamte System komplett wartungsfrei. Das elektronische Typenschild gewährleistet eine einfache Inbetriebnahme – ebenso unterstützt es auch Diagnosefunktionen oder einen schnellen Restart des Antriebssystems. Zudem trägt das schlanke Systemdesign dazu bei, Bauteile wie Kabel, Schütze, Relais oder einen zweiten Encoder einzusparen. Weniger Komponenten bedeuten weniger Ausfallrisiken, so dass das cyber iTAS system 2 auch in dieser Hinsicht die Robustheit und damit die Verfügbarkeit optimiert. 

Weniger ist mehr: Schlanke Sicherheitsarchitektur bis PL d direkt im Antriebssystem umgesetzt 

Ein wesentlicher – und in der Zukunft immer wichtigerer – Aspekt beim Betrieb solcher Fahrzeuge ist, dass sie sich in den wohl allermeisten Fällen mit Menschen den gleichen Arbeitsraum teilen. Mit seiner neu konzipierten „Next Level Safety Architecture“ wird das cyber iTAS system 2 – bei gleichzeitiger Beachtung von Performance- und Produktivitätsanforderungen im späteren Einsatz – den hohen Sicherheitsanforderungen bis hin zu kollaborativen Einsatzszenarien gerecht. Das Ziel war es, ein Antriebssystem mit einer integrierten Sicherheitsarchitektur zu schaffen, das mit weniger Kabeln und Steckern, weniger Schnittstellen, weniger Bauteilen und Modulen, weniger Fehlerrisiken sowie weniger Montage- und Dokumentationsaufwand auskommt – und dennoch die Anforderungen an den sicheren Betrieb von AGVs und AMRs erfüllt.  

Dies zeigt sich zum einen beim Servoregler des Systems, der bereits in der Grundvariante über eine zweikanalige STO-Funktion (Safe Torque Off) für ein sicher abgeschaltetes Drehmoment verfügt. Mit Hilfe einer optionalen Sicherheitskarte können die Sicherheitsfunktionen erweitert werden. Neben der Sicherheitsfunktion STO ist eine SBC-Funktion (Safe Brake Control) für eine sichere Bremsenansteuerung – beide nach SIL 3 und PL e – sowie eine sichere Encoder-Emulation nach SIL 2 und PL d integriert. Diese wandelt die sicheren Positions-Istwerte aus dem Aktuator in analoge Signale um und überträgt sie an die Sicherheitssteuerung. Zum anderen verfügt der Aktuator seinerseits sowohl über einen integrierten Safety-Encoder nach SIL 2 und PL d für die sichere Geschwindigkeits- und Positionsüberwachung sowie – ergänzend zur generatorischen Bremsfunktion des Antriebs – über eine integrierte Federdruckbremse. Die Kombination aus integriertem Safety-Encoder zur Ermittlung der sicheren Position und der sicheren Encoder-Emulation für deren Ausgabe ermöglicht die Realisierung der Sicherheitsfunktion SP (Safe Position) nach SIL 2 und PL d. Die Übertragung der sicheren Signale vom Regler zur Safety- oder Fahrzeugsteuerung erfolgt über den sicheren Feldbus PROFIsafe, sodass die Zusatzverkabelung dann nicht mehr benötigt wird. Eine weitere sichere Kommunikationsschnittstelle ist mit CIP Safety für Ende des Jahres 2024 geplant. Insgesamt erfüllt das cyber iTAS system 2 die Anforderungen nach SIL 2 und PL d – wie sie von den meisten Fahrzeugherstellern und Betreibern vorgegeben werden. Und diese profitieren nicht nur von zertifizierter Sicherheit, sondern durch die schlanke Sicherheitsarchitektur auch von reduziertem Zeit- und Kostenaufwand bei Inbetriebnahme, Service und Dokumentation sowie einer Reduzierung der sicherheits- und steuerungstechnischen Komplexität in den Fahrzeugen. 

Performance und Kompaktheit erhöhen die Designflexibilität 

Neben der funktionalen Sicherheit hat sich WITTENSTEIN cyber motor bei der Entwicklung des cyber iTAS system 2 an aktuellen fahrzeugtechnischen Rahmenbedingungen und Performance-Merkmalen orientiert. So bietet der Radaktuator pro Rad eine Stützlast von 750 kg – und dies bei einer Bauhöhe von nur 180 mm. Durch die Integration des Getriebes in die Radgeometrie und die Integration eines platzsparenden Safety-Encoders erreicht der Servoantrieb eine Baulänge von gerade einmal 230 mm. Es können zwei Radaktuatoren platzsparend back-to-back montiert werden – zumal sie axial um 90° gedreht angebracht werden können, so dass ihr jeweiliger Kabelabgang optimal zu den Steckverbindungen an der Vorderseite des Servoreglers geführt werden kann. Dadurch können jetzt auf minimalem Bauraum leistungsfähige Differenzialantriebe realisiert werden, die ein Höchstmaß an Manövrierfähigkeit und Gleichmäßigkeit bei Schleichfahrten gewährleisten. Durch die hohe Stützlast ist für jedes Rad höchste Traktion sichergestellt. Dies verkürzt Bremswege und erlaubt es, die Schutzfelder von Sicherheits-Laserscannern kleiner auszulegen, was weniger Sicherheitsstopps nach sich zieht und so mehr Taktzeit und Produktivität ermöglicht. Für den Konstrukteur bedeutet dies zusammengenommen höchste Designflexibilität für Fahrzeuge bereits ab einer Höhe von 180 mm und einer Breite von 460 mm sowie Fahrzeugmassen zwischen 1 und 3 Tonnen – schwere und gleichzeitig schnelle Fahrzeuge können mit dem cyber iTAS system 2 jetzt noch flacher konstruiert und gebaut werden. 

FTS-Antriebssystem mit hohem Zukunftspotenzial 

Normkonforme Sicherheit, hohe Performance, industriegerechte Einfachheit, steuerungstechnische Variabilität, platzsparende Kompaktheit und einsatzgerechte Robustheit – das cyber iTAS system 2 erfüllt alle Anforderungen an ein zukunfts- und investitionssicheres Antriebskonzept für fahrerlose Transportfahrzeuge, autonome mobile Roboter und andere mobile Plattformen. Perfekt, um bestehende Fahrzeugarchitekturen zu optimieren und innovative AGV- und AMR-Designs zu realisieren, zumal im elektronischen CADENAS-Produktkatalog jederzeit aktuelle 2D- sowie 3D-CAD-Modelle und 3D-PDF-Datenblätter online verfügbar sind. Mit cyber iTAS system 2 sind Fahrzeughersteller schon heute in der Lage, FTS, AMR und andere mobile Plattformen zu bauen, die auch den Anforderungen der Fabrik der Zukunft in idealer Weise gerecht werden. 

Autor: Wittenstein cyber motor GmbH, Igersheim 
Fachlicher Ansprechpartner: Hans-Christian Spranger, Leiter Produktmanagement, WITTENSTEIN cyber motor GmbH, Igersheim