Transport mit magnetisch schwebenden Shuttles

Acopos 6D basiert auf dem Prinzip der Magnetschwebetechnik: Shuttles mit integrierten Permanentmagneten bewegen sich berührungslos auf einer Fläche aus Motorsegmenten. Die elektromagnetischen Motorsegmente sind 240 x 240 mm groß und können zu beliebigen Formen zusammengesetzt werden. Die Shuttles tragen je nach Größe 0,6 bis 14 kg Gewicht und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 m/s. Sie können sowohl zweidimensional verfahren als auch ihre Schwebehöhe ändern und sie lassen sich entlang von drei Achsen drehen oder neigen. Das System verfügt also über sechs Freiheitsgrade.

Acopos 6D ermöglicht eine bis zu vier Mal so hohe Shuttle-Dichte wie andere Systeme auf dem Markt, da auf einem Motorsegment gleichzeitig mehrere Shuttles fahren können. Zudem lassen sich die Shuttles als Achsen bei Bearbeitungsstationen einsetzen. Zum Beispiel kann ein Shuttle mit einem Werkstück CNC-Pfade abfahren, während das Bearbeitungswerkzeug starr angebracht ist. Wiegestationen entfallen sogar vollständig, da jedes Shuttle gleichzeitig eine hochpräzise Waage ist. Dadurch kann die Maschine kleiner gebaut werden.

Da die Shuttles frei schweben, verursacht Acopos 6D keine Reibung. Es entsteht daher kein Abrieb und es gibt keine Verschleißteile, die gewartet werden müssen. Werden die Motorsegmente mit einer Edelstahlabdeckung versehen, entspricht Acopos 6D der Schutzart IP69K – das System eignet sich somit für einen Einsatz in Reinräumen und in der Nahrungsmittelproduktion.

Acopos 6D ist vollständig in das B&R-System integriert. Daher lassen sich die Shuttles mit beliebigen Achsen, Robotern, Track-Systemen oder Vision-Kameras mikrosekundengenau synchronisieren. Die Bahnplanung der Shuttles selbst erfolgt in einem dedizierten Controller, der mit Powerlink in das Maschinennetzwerk eingebunden wird. Die Bahnplanung beeinträchtigt daher die Performance des Netzwerkes und der Maschinensteuerung nicht. Für Systeme mit mehr als 200 Segmenten oder 50 Shuttles lassen sich mehrere Controller einsetzen und miteinander synchronisieren.

Im Gegensatz zu vergleichbaren Systemen ist beim Acopos 6D jedes Shuttle mit einer weltweit einmaligen ID ausgestattet. Der Controller weiß beim Hochfahren daher sofort, wo genau auf den Motorsegmenten sich welches Shuttle befindet. Aufwändige Homing-Sequenzen oder manuelle Eingaben nach dem Hochfahren sind nicht notwendig. Die Produktion kann sofort beginnen. Die Positionswiederholgenauigkeit der Shuttles liegt bei ±5 µm, daher ist Acopos 6D auch uneingeschränkt für Applikationen geeignet, bei denen es auf höchste Präzision ankommt, zum Beispiel in der Elektronikindustrie und bei der Assemblierung mechanischer und elektronischer Komponenten.

Acopos 6D bietet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten bei der Gestaltung von Maschinen und Anlagen. Gleichzeitig ist das System sehr einfach einzurichten. Hochentwickelte Algorithmen sorgen dafür, dass die Shuttles optimale Pfade fahren, nicht zusammenstoßen und möglichst wenig Energie verbraucht wird. Der Applikationsersteller kann sich so voll auf seine Hauptaufgabe konzentrieren: einen optimalen Maschinenprozess mit maximaler Produktivität zu entwickeln.

Acopos 6D wurde gemeinsam mit dem Unternehmen Planar Motors Inc. entwickelt, das sich seit mehr als 15 Jahren mit der Erforschung und Weiterentwicklung der Magnetschwebetechnologie für die industrielle Produktion beschäftigt. B&R ist Teilhaber des Unternehmens Planar Motors.

Moderne Produktionsmaschinen und -anlagen brauchen sehr viel Platz. Nur ein Bruchteil der Stellfläche dient dem wirklichen Produktionsprozess. Weitaus mehr Stellfläche wird für den Produkttransport benötigt. Es wird Zeit, die bisherigen Grenzen des Produkttransports zu durchbrechen und so eine neue Ära der Produktivität einzuleiten. Förderbänder, Rundtische oder Transportkarusselle – zahllos sind die Methoden, um Produkte in oder zwischen Bearbeitungsstationen zu transportieren. Eins ist ihnen jedoch allen gemeinsam: Sie leisten keinen Beitrag zum eigentlichen Fertigungsprozess. Ganz im Gegenteil: Sie brauchen Platz und verringern so den Output pro m² Stellfläche.

„Der Produkttransport ist ein notwendiges Übel für Maschinen- und Anlagenbauer“, bringt es Dario Rovelli, Experte für mechatronische Systeme bei B&R, auf den Punkt. Neben dem hohen Platzverbrauch hat der konventionelle Produkttransport  einen zweiten schwerwiegenden Nachteil: Er macht die Maschine unflexibel.

Es war Henry Ford, der der industriellen Massenproduktion mit dem Förderband und einem strikten Produktionstakt zum Durchbruch verholfen hat. Doch was einst die Industrie viel produktiver machte, ist nun zum Hindernis geworden. Rovelli: „Um den aktuellen Anforderungen mit ständig wechselnden und immer individuelleren Produkten gerecht zu werden, müssen wir den unflexiblen Produktionstakt loswerden.“

Neue Technologien haben die Produktion in den vergangenen Jahren viel flexibler gemacht, allen voran Track-Systeme wie SuperTrak und Acopos Strak. Sie können jedes Produkt individuell bewegen und auch als eigenständige Achse bei Bearbeitungsstationen eingesetzt werden. Zudem können Produktströme bei vollem Tempo getrennt und wieder zusammengeführt werden.

„Track-Systeme meistern eine ganz große Herausforderung“, erklärt Rovelli, „sie synchronisieren asynchrone Prozesse.“ Das heißt: Die Produktionsgeschwindigkeit muss sich nicht mehr nach der langsamsten Bearbeitungsstation richten. Langsame Prozesse werden einfach parallelisiert und machen die Maschine ohne große Investitionen wesentlich produktiver.

„Track-Systeme ermöglichen es erstmals, die individuelle Massenproduktion wirtschaftlich umzusetzen“, sagt Rovelli. Und zwar dort, wo es eine klare Abfolge verschiedener Prozessschritte gibt, die flexibel angepasst werden können. Allerdings gibt es auch Applikationen, bei denen die Reihenfolge der Prozessschritte ständig wechselt. Diese Applikationen benötigen eine völlige Freiheit des Produktionsablaufs.

„Visionäre Vordenker haben daher seit vielen Jahren einen Traum“, sagt Rovelli: „Sie wollen den linearen Produkttransport völlig auflösen und einen mehrdimensionalen Produktionsraum schaffen – in dem sich jedes Produkt individuell von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation bewegt, ohne an einen rigiden, sequenziellen Produktionstakt gebunden zu sein.“

Was lange Zeit nach einem kühnen Traum klang, wird nun durch moderne Magnetschwebetechnologie real. Shuttles gleiten wie von Geisterhand über einer Fläche und können nahezu beliebig beschleunigt und bewegt werden. „Seit ich diese Technologie zum ersten Mal im Einsatz sah, bin ich völlig fasziniert“, schwärmt Rovelli. „Sie ist kontaktlos, geräuschlos und extrem präzise. Mir war sofort klar, welch bahnbrechende Bedeutung das für die Fertigung der Zukunft haben würde. Und nun ist die Magnetschwebetechnologie so weit fortgeschritten, dass ein wirtschaftlicher Einsatz in der Produktion möglich wird.“

Daher hat B&R die Magnetschwebetechnologie vollständig in sein Automatisierungssystem integriert und bietet mit Acopos 6D nun eine Technologie an, welche den Wandel vom streng linearen Produktfluss hin zu einem offenen Produktionsraum einläutet. „Wir sprechen hier von nichts weniger als einer Revolution der Art und Weise, wie Produkte in Zukunft gefertigt, assembliert und verpackt werden“, sagt Rovelli.

Seit die Diskussion um Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things an Fahrt aufgenommen hat, wird immer wieder davon gesprochen, dass sich das Produkt den Weg durch die Produktion selbst suchen soll. „Häufig wurde das als Hirngespinst abgetan“, sagt Rovelli, „aber nun haben wir tatsächlich die Technologie, diese Vision in die Tat umzusetzen.“ Mit Acopos 6D kann eine Maschine gleichzeitig unterschiedliche Produktvarianten oder sogar unterschiedliche Produkte fertigen. Jedes Produkt fährt die Stationen an, die es tatsächlich benötigt. „Das ist die Geburtsstunde der Schwarmproduktion.“