Effizient, sicher – und sauber

Steigende Kraftstoffkosten und strenge Emissionsstandards stellen derzeit auch mobile Baumaschinen und die Logistik vor Herausforderungen. Mit seinen neuen, leistungsstarken elektromechanischen Linearantrieben für Gabelstapler setzt Cascade Drives aus Schweden daher neue Standards in der Branche. Die Systeme erreichen nicht nur höhere Geschwindigkeiten beim Heben und Senken der Last, sondern sparen neben CO₂-Emissionen auch Energie ein und erfüllen alle Anforderungen der funktionalen Sicherheit. Mit im Einsatz: robuste, zuverlässige Sicherheitsbremsen von mayr^® Antriebstechnik.

Wie alle Branchen befinden sich derzeit auch Baumaschinen, die Logistik und das Container-Handling auf dem Weg hin zu mehr Nachhaltigkeit und Energieeffizienz. Doch wie passt das zusammen mit größtmöglichem Durchsatz, höchster Kapazität und Produktivität? Erreichen alternative Antriebssysteme die nötigen Kräfte, Geschwindigkeiten und Reichweiten bzw. Laufzeiten? Können elektromechanische Systeme hydraulische ersetzen? Eine innovative Lösung bietet daher das Unternehmen Cascade Drives aus dem schwedischen Sollentuna bei Stockholm mit seinen patentierten elektromechanischen Linearzylindern. „Bei einer Vielzahl an Fahrzeugen wie z. B. Gabelstaplern oder Baumaschinen, z. B. Baggern, werden die Kernfunktionen (z. B. Heben oder Senken) bislang über einheitliche bzw. austauschbare Hydraulikzylinder abgebildet“, erklärt Kristian Floresjö, CEO von Cascade Drives. „Aber diese Systeme verschwenden Energie, weil sie nicht immer passend auf die jeweilige Funktion hin ausgerichtet sind, eine Größe bzw. Ausführung passt eben nicht für alle Kunden. Deshalb ist es eine entscheidende Aufgabe, mit der Elektrifizierung diese Funktionen zu optimieren.“ Ein Beispiel dafür ist ein Gabelstapler für das Handling von (leeren) Containern mit einem Gewicht bis zu neun Tonnen. Der Duplexmast hat eine Höhe von insgesamt 18 Metern und verfährt mit einer Geschwindigkeit von 0,8 m/s. Mit dem neuen Linearantrieb werden 64% der für das Heben gebrauchten Energie zurückgewonnen. Das entspricht insgesamt einer Energieeinsparung von 20% gegenüber herkömmlichen Systemen. „Das patentierte Cascade Drives Lastverteilungs-System ermöglicht uns die Konstruktion von kompakten Hochleistungszylindern, die mit hoher Effizienz und in einem breiten Spektrum von Geschwindigkeiten arbeiten können – entscheidende Eigenschaften für die Hubfunktion“, betont Kristian Floresjö.   

Bremsen Know-how für größtmögliche Sicherheit

Für die das Heben kommen zwei 230 kN Linearzylinder zum Einsatz, von denen jeder einzelne in der Lage ist, die maximale Gesamtlast zu handeln. “Um die funktionale Sicherheit zu erreichen, haben wir uns mit Mayr Antriebstechnik zusammengeschlossen“, erläutert Kristian Floresjö. „Der Bremsenspezialist liefert uns Systeme, die alle Anforderungen erfüllen und volle Redundanz ermöglichen.“ Wenn ein Zylinder ausfällt, kann der zweite die Maximallast sicher und zuverlässig halten und abbremsen. „In mehreren Web-Meetings haben wir uns mit den Fachleuten aus Mauerstetten beraten und die Bremsen gemeinsam sicher und robust ausgewählt. Auch die Berechnungen für E-Stops wurden gemeinsam durchgeführt.“ Zum Einsatz kommen daher nun die robusten ROBA-stop^®-M Motorbremsen mit geschlossenem Bremsengehäuse in Standardausführung. Für spezielle Einsatzbereiche könnten die Bremsen auch mit Korrosionsschutz ausgeführt werden.

Youtube-Video: Gabelstapler mit elektromechanischen Linearantrieben

Sicher in Position halten und abbremsen

Im Normalbetrieb arbeiten die Bremsen als Haltebremsen: Wenn der Antrieb also eine bestimmte Position angefahren hat, hält die Bremse diese millimetergenau, und sicher. Die Bremsen können die Last im Notfall aber auch zuverlässig aus der Bewegung heraus anhalten. Denn die ROBA-stop^®-M-Sicherheitsbremsen von mayr^® Antriebstechnik sind elektromagnetische Federdruckbremsen und arbeiten nach dem Fail-safe-Prinzip. Das bedeutet, sie sind ausfallsicher. Sie sind im stromlosen Zustand, also bei Stromausfall oder Not-Aus, geschlossen. Wird der Strom eingeschaltet, baut sich in den Bremsen ein Magnetfeld auf. Die Ankerscheibe wird dadurch gegen den Federdruck an den Spulenträger gezogen. Der Rotor ist damit frei, d. h. die Bremse ist gelüftet. Bei Fehlerzuständen wie Stromausfall oder Not-Aus bringt die ROBA-stop^®-M-Bremse die Last innerhalb kürzester Zeit zuverlässig zum Stillstand.

Kurze Schaltzeiten und zuverlässige Schaltzustandskontrolle

Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind gerade bei sicherheitskritischen und vertikalen Achsen kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Denn in der Zeit des freien Falls bis die Bremse schließt und die Verzögerung einsetzt, beschleunigt sich die Masse zusätzlich – unter Umständen so extrem, dass die zulässigen Werte der Bremse überschritten werden. Anwender sollten daher bei der Auswahl der Sicherheitsbremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten – und auch darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden. Deshalb ist eine zuverlässige Schaltzustandskontrolle wichtig.

mayr^® Antriebstechnik bietet hier mit dem Modul ROBA^®-brake-checker eine innovative Lösung für sensorloses Bremsenmonitoring. Das (auch nachrüstbare) Modul kann den Schaltzustand der Bremse überwachen und weitere kritische Informationen wie Spulentemperatur, präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler bereitstellen.

Darüber hinaus kann das Modul ROBA^®-brake-checker für verschiedene Batteriespannungen eine geregelte Ausgangsspannung liefern und auch die Übererregungsspannung konstant halten. Dadurch ist eine sehr gute Auslegung der Bremsen möglich: Es ermöglicht eine stabile Versorgung der Bremsen, auch bei im zulässigen Rahmen abfallender bzw. veränderlicher Batteriespannung und damit einen sicheren Betrieb; die Bremse wird trotzdem sicher versorgt.

Bremsen intelligent ansteuern und Energie sparen

Und die Ansteuer- und Überwachungsmodule von mayr^® Antriebstechnik können mehr. Denn die Leistungsdichte und Energieeffizienz der Bremsen hängen nicht nur von konstruktiven Faktoren ab: Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich im Betrieb durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen. Denn nur beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig mit einer hohen Spannung bestromt. In dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich. Im weiteren Betrieb reicht aber eine wesentlich kleinere Magnetkraft aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann dann die Spannung deutlich abgesenkt werden und damit sinkt auch der Energieverbrauch.

Meist sind Verhältnisse von 2:1 zwischen Anzugsspannung und Haltespannung möglich. Senkt der Gleichrichter die Spannung nach dem Lüften der Bremse auf die Hälfte des Wertes ab, sinkt die Spulenleistung und damit auch der Energieverbrauch auf nur mehr ein Viertel. Durch die optimale Ansteuerung der Bremsen können also bis zu 75 Prozent der Energiekosten gespart werden.