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Kleinstmotoren als t reibende K raft der globalen Logistik: Ausgabe 02/2020, 08.10.2020

Von der Glasfaserpositionierung bis zum Robotergreifer

Nur wenn alles schnell, zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort ankommt, hält der globale Warenkreislauf die Wirtschaft am Laufen. Grundlage dafür ist eine umfassende Automatisierung innerhalb der Logistikketten, die ohne eine Armada leistungsstarker Kleinstmotoren nicht denkbar wäre. Diese müssen unter oft sehr beengten Verhältnissen beträchtliche Kräfte freisetzen, auch im Dauer- oder Stop-and-go-Betrieb zuverlässig arbeiten und dabei in manchen Fällen auch noch hochpräzise positionieren.

Autor: Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber, und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

Obwohl es so ähnlich klingt, stammt der Begriff Logistik nicht aus demselben altgriechischen Wortstamm wie die Logik, sondern aus der französischen Militärsprache. Der «maréchal de logis», der Quartiermeister, war zunächst für die Beschaffung der Unterkunft (logis), dann aber auch für grosse Teile der Militärversorgung, also eine komplexe Logistik, zuständig. Wichtigste Grundlage dafür war auch damals schon die Informationsübertragung. Bis ins 19. Jahrhundert hinein brauchte man dazu Pferde, reitende Boten oder Brieftauben. Heute übernehmen Glasfaserkabel die Datenübermittlung mit hoher Geschwindigkeit und bilden damit das Rückgrat moderner Logistik.

Präzise Positionierung bei Glasfaserverbindungen
Um zwei Glasfasern miteinander zu verbinden, ist viel Fingerspitzengefühl gefragt, denn die einzelnen Fasern sind etwa so dünn wie ein menschliches Haar. Der optische Kern ist sogar noch dünner und hat einen Durchmesser von gerade mal 5 µm. Beim Verbinden zweier solcher Lichtleiter müssen die beiden Enden exakt aneinander liegen, damit das Signal später unbeeinträchtigt übertragen werden kann. Das präzise Ausrichten übernehmen auf der Baustelle kleine mobile Maschinen. Die einzelnen Faserenden werden zunächst mit einem exakten 90-Grad-Schnitt abgelängt, von der schützenden Isolierung befreit und dann in das Gerät eingelegt. Dieses richtet die beiden Stücke automatisch dreidimensional exakt zueinander aus, sodass die glatten Enden genau aufeinandertreffen. Sie werden miteinander verschweisst und schliesslich wieder isoliert. Nun sind die Fasern verbunden und eine zuverlässige Signalübertragung ist möglich.
Die hochpräzise Ausrichtung der Faserenden, die dafür obligatorisch ist, wird in vielen Fällen von Faulhaber-Positionierantrieben (vgl. Firmenkasten) übernommen, zum Beispiel von Kleinstmotoren der Serie 1524 SR. Die edelmetallkommutierten DC-Motoren mit lediglich 15 mm Durchmesser arbeiten rastmomentfrei, haben einen sehr geringen Stromverbrauch und sind obendrein ausgesprochen leicht. In den Glasfaserjustagegeräten werden sie mit passendem Getriebe und Spindel sowie einem hochauflösenden Encoder kombiniert. Auch Antriebe, die mit hochpräzisen PreciStep-Schrittmotoren arbeiten, eignen sich für solche Anwendungen.

Präzision, Kraft und Geschwindigkeit beim Ein- und Auslagern
Dank der genauen Ausrichtung beim Verbinden kann die Glasfaser Bestellungen fehlerlos und schnell rund um den Globus übertragen. Schlussendlich werden über die Auftragsdaten dann Produkte aus einem Lager geholt und zum Versand vorbereitet. Automatische Regalbediengeräte, selbstfahrende Transportsysteme und intelligente Logistikroboter übernehmen hier immer mehr Arbeitsschritte, sowohl beim Einlagern als auch bei der Entnahme und Versandvorbereitung. Dafür sind sie – je nach Regalsystem – mit Hubsäulen, Teleskoparmen oder Greifern ausgerüstet. In der Regel gibt es für die Motoren, die für den Antrieb sorgen, nicht viel Platz. Häufig werden diese direkt in die Handling-Elemente eingebaut. Dort müssen sie trotz möglichst geringer Baugrösse oft beträchtliche Gewichte stemmen. Auch die Geschwindigkeit spielt eine wichtige Rolle. In den grossen Lagern des Online-Versandhandels werden täglich viele tausend Bestellungen verarbeitet.
Ein typischer Aufbau aus Hubsäule und Greifer an einem Logistik-Roboter enthält als Antriebseinheit zum Beispiel bürstenlose DCServomotoren der Serie BX4 mit integriertem Motion Controller und Planetengetriebe. Beim Einsatz in der Hubsäule sorgt diese Kombination für präzises Positionieren beim Ein- oder Auslagern und das im Dauerbetrieb mit ständigem Lastwechsel. Die automatisierten Vor gänge werden zum Teil von Kamerasystemen überwacht. Bei hochwertigen, schwenkbaren Kameras übernehmen ebenfalls FaulhaberMotoren häufig den Antrieb.

Transportieren und Sortieren
Haben die Produkte das Lager verlassen, werden sie meist auf Förderbändern oder Rollenbahnen transportiert. Über Weichen, Klappen oder Schieber lassen sie sich dann absondern und auf den gewünschten Verarbeitungsweg bringen. Nicht nur in Grosslagern, in denen tausende Pakete pro Stunde transportiert werden, kommt es beim automatischen Sortieren aufs Tempo an. Die Weichen müssen auf den Sekundenbruchteil genau in die richtige Stellung gebracht werden. Für diese Aufgabe werden häufig grafitkommutierte DC-Kleinstmotoren der Serien 2237 CXR und 2342 CR in Verbindung mit darauf abgestimmten Getrieben verwendet. Ihr Kommutierungssystem ist sehr robust und eignet sich besonders für dynamische Hochleistungsapplikationen mit schnellem Start-/Stoppbetrieb, wie es bei der automatischen Sortierung gefordert ist.
Oft werden auch selbstfahrende Fahrzeuge (Automated Guided Vehicles, AGV) für Transportaufgaben eingesetzt. Sie sind mit Aufbauten für das Handling des Transportgurtes ausgestattet: Bewegliche Hebel, Bügel und Stifte sorgen darin für die Fixierung während der Fahrt. Als Antriebe für die beweglichen Teile sind die Kleinstantriebe ebenfalls eine gute Wahl.

Individuell und sicher Verpacken
Schlussendlich gelangen die Produkte zur Packstation, wo sie in die passenden Versandkartons gepackt werden. Sensoren erfassen dazu ihre Dimension. Automatische Packstationen falten dann aus einer Kartonbahn individuell die passende Hülle. Das spart nicht nur Material, sondern auch Versandkosten, da die Logistik-Dienstleister ihre Preise neben dem Gewicht auch am Volumen ausrichten. Die eigentliche Arbeit des Faltens erledigen kleine Hebel und Klappen in der Verpackungsmaschine. Um sie zu bewegen, sind bürstenlose DC-Servoantriebe mit integriertem Motion Controller gut geeignet.
Werden die Pakete dann zum Transport auf Paletten gestapelt, benötigen sie eine Fixierung. Meist benutzt man dafür Bänder aus faserverstärktem Kunststoff. Umreifungsgeräte spannen und verschweissen das Band, sodass es eng am Stapel anliegt und diesen sichert. Auch einzelne Pakete können so zusätzlich stabilisiert werden. Da diese Geräte in der Hand gehalten werden, kommt es hier besonders auf das Gewicht an, jedes Gramm weniger schont die Gesundheit der Mitarbeiter. Kleine, leichte Antriebe sind deshalb gefragt, zum Beispiel der bürstenlose DC-Servomotor 3274 BP4. Er wiegt selbst nur 320 Gramm, erreicht jedoch ein Spitzendrehmoment von über 1 Nm. Mit dieser Kraft lassen sich auch Bänder für schwere Lasten sicher spannen.
«Es gibt kaum einen Bereich in der Logistikkette, in dem wir mit unseren Motoren nicht vertreten sind», ergänzt Rolf Schmideder, Business Development Manager beim Antriebsspezialisten. «Unsere Antriebe und die typischen Anforderungen – maximale Kraft, höchste Geschwindigkeit und Präzision bei minimalem Volumen und Gewicht – passen einfach optimal zusammen. Und die Einsatzgebiete werden künftig noch umfassender sein, wenn demnächst Drohnen und Roboter auch die individuelle Anlieferung übernehmen.»

Infoservice
Faulhaber Minimotor SA
Zona Artigianale 8, 6980 Croglio
Tel. 091 611 31 00, Fax 091 611 31 10
info@faulhaber.ch, www.faulhaber.ch



Logistikketten sind ohne eine Armada leistungsstarker Kleinstmotoren nicht denkbar. Die Antriebe müssen unter oft sehr beengten Verhältnissen beträchtliche Kräfte freisetzen, auch im Dauerbetrieb immer zuverlässig arbeiten und dabei in vielen Fällen auch noch hochpräzise positionieren.


DC-Kleinstantrieb mit Edelmetallkommutierung: Glasfaserpositionierung ist oft sein Einsatzfeld.


Ein typischer Aufbau aus Hubsäule und Greifer an einem Logistik-Roboter enthält als Antriebseinheit oft bürstenlose DC-Servomotoren der Serie BX4 mit integriertem Motion Controller.


Dieser Logistik-Roboter kombiniert autonomes Fahren mit Handlings-Robotik. Sowohl das Ausfahren der Zunge als auch das Bewegen des Greifarms übernehmen bürstenlose DC-Servomotoren von Faulhaber.


Weichen in Förderbändern müssen auf den Sekundenbruchteil genau in
die richtige Stellung gebracht werden. Für diese Aufgabe werden häufig grafitkommutierte DC-Kleinstmotoren in Verbindung mit darauf abgestimmten Getrieben verwendet.


Kompaktes Kraftpaket: Der bürstenlose DC-Servomotor 3274 BP4 wiegt selbst nur 320 Gramm, erreicht jedoch ein Spitzendrehmoment von über 1 Nm.

Faulhaber

Faulhaber – Die Antriebsexperten aus Schönaich Faulhaber ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Kleinund Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu etwa 250 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke Faulhaber gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 224 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 Millimetern Aussendurchmesser umfasst das Faulhaber Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche für Sonderausführungen eingehen zu können.

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Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee.