Mecanum-Rad: Bewegung wie auf Luftkissen bei voller Bodenhaftung

Die Geschichte des Mecanum-Rads

Das Mecanum-Rad wurde 1973 von Bengt Ilon erfunden, einem Ingenieur der schwedischen Firma Mecanum AB. Nach ihm wird das Rad manchmal auch Ilon-Rad genannt. Die US-amerikanische Marine kaufte das Patent von Mecanum und nutzte die Technik zunächst exklusiv für die Verladung von Transportgut auf ihren Schiffen. Erst 1997 wurde die Technologie auch für kommerzielle Unternehmen und den zivilen Einsatz verfügbar. Bisher werden die meisten Mecanum-Fahrzeuge – ähnlich wie bei der Navy – für den Transport sehr schwerer Lasten in beengten Verhältnissen eingesetzt. In der Luftfahrtindustrie etwa werden vielrädrige Mecanum-Schwertransporter verwendet, um die riesigen Rümpfe durch die Produktionshallen zu bugsieren. Kleinere Mecanum-Fahrzeuge sind immer noch relativ selten.

In Europa gehört imetron mit DONKEYmotion zu den führenden Anbietern von Mecanum-Fahrzeugen und hat sich auf solche kleineren Dimensionen spezialisiert. Die omnidirektionalen DONKEYmotion-Transportsysteme sind für praktisch alle industriellen Einsatzgebiete geeignet. Ihre einzigartige Beweglichkeit eröffnet völlig neue Möglichkeiten für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) in der Intralogistik und Anwendungen wie der Bühnentechnik. Mit der Mecanum-Technologie werden sich Transport und Logistik in den kommenden Jahren grundlegend verändern.

Tonnen für omnidirektionale Beweglichkeit

Fahrzeuge auf Mecanum-Rädern können sich – ähnlich wie Luftkissenboote – in zwei Dimensionen völlig frei bewegen. Sowohl aus dem Stand als auch aus der Fahrt heraus können sie jede beliebige Richtung ansteuern, Kurven von beliebigem Radius fahren oder auf der Stelle drehen. Die Grundlage dieser omnidirektionalen Mobilität ist das einzigartige Konzept des Mecanum-Rads.

Anders als konventionelle Räder hat das Mecanum-Rad keine geschlossene Lauffläche. Stattdessen sind auf seiner Radfelge drehbar gelagerte tonnenförmige Rollen meist im Winkel von 45 Grad zur Achse des Rades angebracht. Diese können sich frei um ihre eigene schräge Lagerachse drehen. Form, Größe und Abstände der Rollen sind so gewählt, dass das Rad quasi eine durchgehende Abrollfläche erhält.

Kraftübertragung und Steuerung

Wenn sich ein Mecanum-Rad dreht, entstehen zwei Kraftkomponenten: die erste weist in die Drehrichtung des gesamten Rades, die zweite befindet sich im rechten Winkel dazu. Da seine Rollen beweglich sind, ist das Mecanum-Rad aber nicht spurtreu wie sein gewöhnliches Pendant. Kommen weitere Kräfte hinzu, kann seine Bewegung in jede beliebige Richtung abgelenkt werden. Bei Fahrzeugen mit vier Mecanum-Rädern sind die 45-Grad-Winkel der Rollenachsen jeweils um 90 Grad zueinander versetzt angeordnet. Von sich aus würde jedes Rad diagonal in eine andere Ecke eines gedachten Rechtecks fahren. Man kann sich das System auch wie eine Mutter auf einem Gewinde vorstellen. Hindert man die Mutter daran sich zu drehen, so bewegt sie sich entlang der Achse des Gewindes. Lässt man die Mutter jedoch los, bleibt sie stehen und dreht sich um die Gewindeachse.

Richtung und Stärke der „Antriebskraft“ des einzelnen Mecanum-Rades hängt von seiner Drehgeschwindigkeit ab. Durch präzise Kombination von Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der einzelnen Räder entsteht die Bewegung des Fahrzeugs in die gewünschte Richtung. DONKEYmotion-Fahrzeuge werden unter anderem ganz einfach mit einem Joystick gelenkt. Ein kleiner Computer im Fahrzeug stimmt die Bewegung der einzelnen Mecanum-Räder aufeinander ab, um das vorgegebene Ziel mit der gewünschten Geschwindigkeit anzusteuern.

Und so funktioniert es

Um das Fahrzeug geradeaus zu bewegen, müssen zum Beispiel die Kraftvektoren der vorderen Räder nach vorne und nach innen wirken und die der hinteren mit gleicher Stärke – also Geschwindigkeit – nach vorne und nach außen. Tatsächlich drehen sich dabei alle Räder mit gleicher Geschwindigkeit nach vorn, wie bei einem konventionellen Fahrzeug. Drehen die Mecanum-Räder vorne links und hinten rechts nach vorn, die beiden anderen Räder nach hinten, und alle mit der gleichen Geschwindigkeit, fährt es seitlich nach rechts. Für eine Kurve drehen alle Räder, wie bei einem Kettenfahrzeug, in dieselbe Richtung, die kurvenäußeren aber schneller als die inneren. Je größer die Differenz, desto enger die Kurve.

Mecanum-Räder brauchen Qualität

Laufeigenschaften, Energieeffizienz und Haltbarkeit eines Mecanum-Rades hängen von zahlreichen Parametern ab. Dazu gehören unter anderem Durchmesser, Breite und Anzahl der Rollen sowie die Güte der verwendeten Werkstoffe und Einzelteile. Die Mecanum-Räder der DONKEYmotion-Serie werden regelmäßig weiterentwickelt und optimiert. imetron ist stolz darauf, auf diesem Feld dem derzeit erreichbaren Optimum so nah wie möglich zu sein.

Je kleiner das Rad, desto anspruchsvoller ist seine Konstruktion. imetron ist der führende Anbieter kompakter Mecanum-Räder mit höchsten Traglasten, langen Wartungsintervallen und besten Laufeigenschaften. Dank der konsequenten Weiterentwicklung der Technik seit 2010 kann imetron heute Mecanum-Räder anbieten, die an Laufruhe und Haltbarkeit kaum zu übertreffen sind. Sie zeichnen sich dank einer besonderen Lagerung durch einen praktisch vibrationsfreien Lauf aus. Das ist zugleich die Grundlage für höchste Energieeffizienz.

Unser erklärtes Ziel:

"imetron ist der Hersteller der leistungsfähigsten und laufruhigsten Mecanum-Räder weltweit."

Mecanum-Rad schafft Gratis-Nutzfläche

Aber wozu der Aufwand? Reichen einfache Räder nicht auch? Das tun sie in vielen Fällen schon heute nicht mehr, in der Zukunft der Intralogistik wird das immer weniger der Fall sein. Herkömmliche Flurförderfahrzeuge wie Hubwagen oder Schubmaststapler benötigen mit ihren Rad-Lenksystemen beträchtliche (teure) Rangierflächen. Diese werden dank der unbeschränkten zweidimensionalen Beweglichkeit, die das Mecanum-Rad erlaubt, überflüssig.

Ein Mecanum-Transportsystem braucht nicht viel mehr als ein paar Millimeter Abstand, um etwa zwischen zwei Regalreihen zu fahren und dort seine Arbeit zu erledigen. Es kann ohne Kurve, im rechten Winkel quer vom Haupt- in den Seitenkorridor einfahren. Die Breite von Fahrkorridoren kann deshalb drastisch reduziert, die Packdichte in Lagern entsprechend erhöht werden. Materialfluss und Lagerlogistik gewinnen enorm an Effizienz. Bei der Automatisierung von Lager- und Fertigungslogistik mit FTS/FTF müssen vorhandene Hallen und Produktionsflächen nicht mehr aufwendig umgebaut werden.

Ideal für Showeffekt und Industrie 4.0

Da es auf der Stelle drehen kann, werden bei Werkzeugwechselwagen oder mobilen Montageplattformen zusätzliche Drehtische überflüssig. Für Theater und Entertainment bedeutet diese Fähigkeit, dass ein Mecanum-Fahrzeug gleichzeitig als Bühnenwagen sowie als Drehscheibe dienen kann. Diese Vorzüge können auch in der Fertigungslogistik von Präsentationswerken („Gläserne Fabrik“) sowie in Showrooms oder bei Messeauftritten effektvoll genutzt werden.

Neben Platz wird auch Zeit gespart – man denke nur an den komplexen Vorgang des Einparkens. Statt fein abgestimmte Kurven zu fahren, den Wagen hin und her zu setzen bis er endlich die gewünschte Position erreicht, fährt ein Mecanum-Fahrzeug neben die Lücke und im 90-Grad-Winkel direkt dorthin, und das auf wenige Millimeter genau. Insbesondere bei der Feinpositionierung an Lastübergabepunkten – eine Kiste rollt zum Beispiel von der Förderbahn auf ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) – ist dies ein enormer Vorteil. Auch die komplexe Rechner-Logik eines computergestützten Rangiervorgangs wird nicht mehr gebraucht. Im Hinblick auf Szenarien wie Industrie 4.0 und One Piece Flow Fertigung bietet das Mecanum-Rad deshalb mit seiner einfachen Punkt-zu-Punkt-Steuerung unschlagbare Vorteile. Werkstücke, Teile und Produktionsmittel können dank Mecanum-Prinzip mit maximaler Flexibilität befördert werden – ohne Ein- und Umbauten. Die Optionen für die Automatisierung von Logistikprozessen sind unbegrenzt.

Intralogistik des 21. Jahrhunderts mit DONKEYmotion, dem smarten Baukastensystem für Mecanum-Antriebe!

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