Smarte Bremssysteme - das Sicherheits-Plus

AGVs sind ohne Bremsen nicht denkbar. Mayr hat dazu ein großes Programm entwickelt, die intelligenten Bremssysteme leisten dabei heute weit mehr als nur das sichere Halten und Stoppen. 

Die moderne Intralogistik ist ohne fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF), auch Automated Guided Vehicles (AGV) genannt, kaum noch denkbar. Sie verbinden Produktionsinseln, automatisieren den Materialfluss und sorgen für Effizienz. Doch mit der steigenden Autonomie wachsen auch die Anforderungen an die Sicherheit. Besonders die Bremssysteme rücken in den Fokus. Sie müssen absolut zuverlässig sein, damit die Fahrzeuge auf ihrem Weg durch die Fabrikhallen immer zielgerichtet anhalten und keinen Schaden an Material oder gar Personen verursachen.  

In einigen FTF ist nicht nur der bodennahe Fahrantrieb relevant, sondern auch vertikale Bewegungen von Roboterarmen oder Hubtischen sind abzusichern. Außerdem müssen sich Sicherheitsbremsen nahtlos in digitalisierte Umgebungen einfügen.  

Auf dem Vormarsch 

AGVs sind auf dem Vormarsch und haben mittlerweile ihren festen Platz in der modernen Intralogistik. Denn überall dort, wo standardisierte Transporte erfolgen, können Prozesse mit Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) – also dem Zusammenwirken mehrerer FTF über eine Leitsteuerung – automatisiert werden.  

„Die Fahrzeuge müssen jederzeit in der Lage sein, innerhalb ihrer Sensorreichweite sicher zum Stehen zu kommen, um Kollisionen mit Personen oder Hindernissen zu vermeiden“, sagt Andreas Merz, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik. „Dies gilt unter allen Betriebsbedingungen, also auch bei maximaler Beladung, bei Gefälle oder bei einem Ausfall der Energieversorgung. Ausschlaggebend dafür, dass das zuverlässig funktioniert, sind elektromagnetische Sicherheitsbremsen, die nach dem Fail-Safe-Prinzip arbeiten.“ 

Diese Bremsen sind im energielosen Zustand durch Federkraft geschlossen und lüften nur, wenn sie aktiv bestromt werden. Fällt der Strom aus – sei es durch einen Not-Stopp, einen Kabelbruch oder eine leere Batterie – fällt die Bremse sicher ein und bringt das geforderte Bremsmoment auf.  

Hersteller wie Mayr Antriebstechnik aus Mauerstetten bieten hierfür ein breites Spektrum verschiedener Bremsenlösungen an. Die Bandbreite reicht von kompakten, leichten Bremsen für die Integration direkt im Radantrieb wie etwa der Roba servostop bis hin zu robusten, gekapselten Motorbremsen wie der Roba-stop M in Schutzart IP66 für den Einsatz in rauer oder schmutziger Umgebung.  

Sicherheit auch in der Vertikalen 

Doch die Komplexität moderner FTF geht über den reinen Fahrbetrieb hinaus. Viele Fahrzeuge sind mit Aufbauten wie Roboterarmen oder Hubeinrichtungen ausgestattet, um ihre Fracht autonom zu handhaben. Hier entstehen neue Gefahrenpotenziale durch schwerkraftbelastete Achsen, Hubtische oder Roboterarme. Ein unkontrolliertes Absinken einer Last muss verhindert werden. 

Für diese Anwendungsfälle kommen spezielle Sicherheitsbremsen wie die Roba topstop zum Einsatz. Diese einbaufertigen Plug-and-Play-Bremsmodule werden direkt zwischen Servomotor und Getriebe der Hubachse integriert. Sie halten die Vertikalachse zuverlässig in jeder Position – selbst dann, wenn der Motor zu Wartungszwecken demontiert wird. Ein aufwendiges Abstützen der Achse entfällt, was Stillstandzeiten erheblich verkürzt und die Wartung vereinfacht. Bei autonomen Staplern beispielsweise kann auch eine zusätzliche Zahnstangenbremse wie die Roba pinionstop eingesetzt werden. Sie greift mit einem integrierten Ritzel in eine Zahnstange ein und sorgt so für sicheren Halt der vertikalen Achse.  

Der Schritt zur intelligenten Bremse 

Die höchste mechanische Sicherheit ist jedoch nur die halbe Miete. Im Zeitalter von IoT und vorausschauender Wartung müssen sicherheitsrelevante Komponenten auch Informationen über ihren Zustand liefern. Die klassische Verschleißüberwachung kommt hier an Grenzen: Gerade bei batteriebetriebenen Fahrzeugen ist mit Spannungsschwankungen zu rechnen, die von der Verschleißüberwachung nicht erkannt werden. Die Lösung ist hier eine ganzheitliche Funktionsüberwachung, die verschiedene Parameter abdeckt, also eine intelligente Ansteuerung und Überwachung der Bremsen- 

Das Überwachungs- und Versorgungsmodul Roba brake-checker von Mayr beispielsweise macht aus einer herkömmlichen Sicherheitsbremse eine smarte Einheit – und das komplett sensorlos. Das Modul steuert die Bremse nicht nur optimal an, indem es beispielsweise durch eine kurzzeitige Übererregung extrem schnelle Schaltzeiten realisiert und die Spannung im gehaltenen Zustand absenkt, um Energie zu sparen und die Batterie des FTF zu schonen. Es geht einen entscheidenden Schritt weiter. 

Daten für den digitalen Zwilling 

Durch die kontinuierliche Analyse von Strom und Spannung während jedes einzelnen Schaltvorgangs ermittelt der Roba brake-checker ohne zusätzliche Sensoren kritische Parameter. In Kombination mit dem Modul Roba Gateway wird die Lösung netzwerkfähig: Die beiden Module sind per IrDA-Schnittstelle verbunden, die Daten der Bremse lassen sich dann per Ethernet-Anschluss permanent auslesen. Die Lösung liefert eine hohe Aussagekraft zur Schaltfunktion und ermöglicht die gezielte Suche nach Fehlerursachen wie beispielsweise erhöhter Verschleiß, steigende Spulentemperatur, sinkende Versorgungsspannung oder Spannungsabfall auf Zuleitungen der Bremse. Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bremsen steigen, gleichzeitig lässt sich die Wartungsplanung optimieren. 

Damit werden Auffälligkeiten im Prozess sofort sichtbar. Ein sich langsam verlängernder Schaltweg deutet auf Verschleiß hin und kann eine automatisierte Wartungsmeldung auslösen, lange bevor die Sicherheit beeinträchtigt wird. Diese Daten sind die perfekte Grundlage für eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) und die Abbildung der Bremse in einem digitalen Zwilling. Die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der gesamten FTF-Flotte steigen signifikant. Indem Staub und Schmutz die Funktion des gekapselt im Schaltschrank arbeitenden Moduls nicht beeinflussen können, wird eine hohe Betriebssicherheit im rauen Industriealltag gewährleistet – ein klarer Vorteil gegenüber externen Sensoren. 

„Aktuell bieten wir die Module als kompakte Einheit in einem Gehäuse an, das auf der Hutschiene positioniert wird“, erklärt Andreas Merz. „Für die immer kompakteren Konstruktionen sind teils aber hoch integrierte Lösungen gefordert. Wir haben die Lösung daher auf einen Chip gebracht, der die komplette Funktionalität des Roba brake-checker und Roba Gateway bietet. Der Controller wird direkt in die Steuerung des Anwenders integriert und spart so noch einmal deutlich Platz. Im Moment ist diese Variante bei ersten Kunden in der Erprobung.“ 

So schließt sich der Kreis von der robusten Mechanik zur intelligenten Datennutzung. Moderne Bremssysteme für die Intralogistik sind heute weit mehr als reine Aktoren. Sie sind zu intelligenten Sicherheitskomponenten geworden, die aktiv zur Prozesssicherheit, Effizienz und Digitalisierung in der Fabrik von morgen beitragen. 

Bilder: Chr. Mayr GmbH + Co. KG, Shutterstock/Vanitjan, Etisoft