Von der Glasfaserpositionierung bis zum Robotergreifer

Kleinstmotoren als treibende Kraft der globalen Logistik

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.

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 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 (Bild 1). 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 DC-Servomotoren der Serie BX4 mit integriertem Motion Controller und Planetengetriebe (Bild 2 und 3). Beim Einsatz in der Hubsäule sorgt diese Kombination für präzises Positionieren beim Ein- oder Auslagern und das im Dauerbetrieb mit ständigem Lastwechsel. Die automatisierten Vorgänge werden zum Teil von Kamerasystemen überwacht. Bei hochwertigen, schwenkbaren Kameras übernehmen ebenfalls FAULHABER-Motoren 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 (Bild 4). 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 Transportgutes 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 (Bild 5). 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.“

Titelbild: FAULHABER