Das automatisierte Lagerhaus: Eine RECOM-Geschichte

RECOM unterstützte kürzlich einen Kunden bei der Entwicklung einer Power-Lösung für eine automatische Lageranwendung. Die Kernkompetenz des Kunden liegt in hochpräzisen mechatronischen Lösungen und komplexer Software für die Lagerung und Handhabung von Waren. Um die Entwicklungskosten zu minimieren und die Markteinführungszeit (TTM) zu verkürzen, werden für die elektronischen Blöcke wie Motorantriebe, Sensoren, Steuerungen, CPUs, Kameras, Laser, Schnittstellen und drahtlose Kommunikationssysteme nach Möglichkeit handelsübliche Industriekomponenten verwendet.

Die effiziente Nutzung der Energie in diesen Systemen gewährleistet, dass Logistikunternehmen einen zuverlässigen und schnellen Service bieten. Die besonderen Anforderungen dieser Art von Anwendung machen es jedoch schwierig, eine Standardlösung für die Stromversorgung zu finden. Für einen effizienten Betrieb und eine 24/7-Verfügbarkeit fahren die Transportfahrzeuge auf Schienen und erfahren eine schnelle Beschleunigung und Verzögerung. Diese Kombination führt zu hohen Schock- und Vibrationsbelastungen für die gesamte Elektronik.

Eine zusätzliche Herausforderung stellen die rauen Temperaturbedingungen in einem Lagerhaus dar; die Temperaturen können von -20°C oder weniger in kühlen Häusern bis zu über 50°C in heißen Regionen reichen. Um einen sicheren Betrieb ohne besonderen Isolationsschutz zu gewährleisten, ist die Schiene auf eine maximale Spannung von 60V begrenzt. Eine höhere Spannung könnte das Lagerpersonal gefährden: Sie könnte einen so hohen Stromfluss erzeugen, dass es bei Kontakt zu Atemstillstand oder Herzkammerflimmern kommt. Die Schiene hat einen Widerstand, der zwar klein, aber nicht gleich Null ist; die an einem Transportfahrzeug verfügbare Gleichspannung hängt daher sowohl von der Entfernung zwischen dem Fahrzeug als auch von dem in der Schiene fließenden Strom ab. Die Schienenspannung wird von einem dreiphasigen DIN-Schienennetzteil nach Industriestandard mit hoher Leistung erzeugt, dessen Ausgang auf 60V getrimmt ist, um die großen Spannungsabfälle auf den langen Schienen zu kompensieren.

Der Strom für die Motoren kommt direkt von der Schiene. Die hohe Leistung, die für die Motoren benötigt wird, und damit die hohen Ströme auf den langen Schienen führen zu erheblichen Spannungsabfällen und Erdverschiebungen. Darüber hinaus kann es zu intermittierendem Kontakt zwischen Schienen, Rädern oder Schleifkontakten kommen, was zu Spannungseinbrüchen oder Transienten führen kann, die durch Kondensatoren gepuffert werden. Um die Kosten zu minimieren, werden standardmäßige 24VIN-Industriegeräte verwendet. Daher muss die Stromversorgung der Transporteinheit über den weiten Eingangsspannungsbereich der Schienen arbeiten können. Die von der Elektronik benötigte Gesamtleistung beträgt 200W.

Aufgrund der besonderen Leistungsanforderungen hatte der Kunde in der Vergangenheit ein komplexes, diskretes, kundenspezifisches Design verwendet, das von einem externen Anbieter entworfen und hergestellt wurde. Für das neue Design suchte der Kunde jedoch nach einer einfacheren Lösung mit weniger Komponenten und geringerem NRE. RECOM schlug eine Standardlösung aus unserem umfangreichen Katalog vor und arbeitete von der frühen Konzeptphase bis zum endgültigen Design eng mit dem Kunden zusammen.

Die frühzeitige Zusammenarbeit mit RECOM ermöglichte es dem Kunden, die NRE-Kosten niedrig zu halten, indem er sich auf das konzentrieren konnte, was er am besten kann - das mechanische und elektrische Design. Auf diese Weise konnte der Kunde Umgestaltungen, Rückschläge oder unerwartete Überraschungen vermeiden, die normalerweise mit diskreten, kundenspezifischen Designs verbunden sind.

Abbildung 2 oben zeigt die Blöcke, die über den 24V-Systembus versorgt werden. Die raue elektrische Umgebung mit ihren stark schwankenden Eingangsspannungen, Spannungstransienten und Erdverschiebungen erfordert einen isolierten DC/DC-Wandler. Die Lösung von RECOM verwendet den RPA200H-11024SRUW/P als Herzstück des Bordnetzes. Dieser DC/DC Wandler, liefert eine Ausgangsspannung von 24V DC über einen Eingangsspannungsbereich von 16,5V bis 140V DC. Der ultrabreite Eingangsbereich kann die stark schwankende Versorgungsspannung auf der Schiene problemlos abdecken und die auftretenden Unter- und Überspannungen bewältigen.

Der DC/DC-Wandler gehört zur Familie der Half-Brick-DC/DC-Wandler der Serie RPA200H, die speziell für die Anforderungen der Bahnindustrie entwickelt wurde. Stromversorgungen in automatisierten Lagerfahrzeugen und Stromversorgungen für Schienenfahrzeuge müssen viele der gleichen Herausforderungen meistern: eine lange Lebensdauer in einer Umgebung mit extremen Temperaturen, hohen Schock- und Vibrationsbelastungen und Spannungstransienten. Außerdem laufen sie natürlich beide auf Schienen.

Der RPA200H-11024SRUW/P hat einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad über den gesamten Eingangsspannungsbereich und wird mit einer Metallgrundplatte geliefert, die einen weiten Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +93,5°C bei Grundplattenkühlung ermöglicht. Das Gehäuse ist mit Gewindeeinsätzen versehen, die eine sichere Befestigung an der Leiterplatte oder an einem Schott für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Schock- und Vibrationsbelastung ermöglichen. Die Stromversorgung ist nach UL/IEC/EN60950 zertifiziert und wird mit einer dreijährigen Garantie geliefert.

RECOM hat auch in anderer Hinsicht geholfen. Das Datenblatt des RPA200H-11024SRUW/P enthält bereits eine vollständig validierte EMI-Filterlösung, die die strenge Norm DE 50121-3-2 erfüllt; RECOM unterstützte das Design, indem es dem Kunden anbot, Messungen der Gesamtlösung im EMI-Labor von RECOM vorzunehmen.

Ein weiterer großer Vorteil für den Kunden bestand darin, dass das vorherige diskrete Design Hunderte von verschiedenen Komponenten, einschließlich Magneten, enthielt, die schwer zu beschaffen waren; die RECOM-Lösung reduzierte den Beschaffungsaufwand auf ein Stromversorgungsmodul und einige wenige Komponenten für den Filter.