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Entwicklung eines energieeffizienten Regalbediengerätes für automatische Kleinteilelager

 

Ausgangssituation

Das Thema Energieeffizienz ist zunehmend aufgrund ökologischer und ökonomischer Gründe sowie auch wegen regulativen Maßnahmen der öffentlichen Hand ein wichtiges Kriterium für zukünftige lnvestitionsentscheidungen. So gewinnen in der Logistik und lntralogistik energieeffiziente Systeme zunehmend an Bedeutung, da der Markt hier eindeutige Forderungen nach Lösungen stellt, welche über die Betriebszeit einen minimalen Energieverbrauch aufweisen.

Betrachtet man die Supply Chain im Bereich der Logistik, so fallen ca. 75 % der Energiekosten durch den überbetrieblichen Transport und 25% im Bereich der lntralogistik an. Untersucht man den Anteil der Förder- und Kommissioniertechnik, so stellt diese innerhalb der lntralogistik mit fast 50 % einen wesentlichen Stellhebel bei den Energiekosten dar.

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Abbildung 1: Anteile der Energiekosten

 

Problemstellung

Ein häufig in der Lager- und Kommissioniertechnik eingesetztes System ist das sogenannte automatische Kleinteilelager (AKL). Dieses wird zur Lagerung von Kleinteilen, welche in der Regel in Behältern oder anderen Ladehilfsmitteln gehandhabt werden, benutzt. Automatische Kleinteilelager bestehen aus einem Regalsystem mit einer oder mehreren Gassen, einem Regalbediengerät (RBG) je Gasse sowie Kommissionierplätzen und Fördertechnik, um die Behälter vom Regalbediengerät zum Kommissionierplatz und zurück zu fördern. Das gesamte System wird mittels geeigneter Steuerungstechnik sowie einer Lagerverwaltungssoftware gesteuert. 

Seitens der Mechanik ist das Regalbediengerät ein zentrales Element des automatischen Kleinteilelagers. ln der folgenden Abbildung ist der Aufbau schematisch dargestellt.

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Abbildung 2: Typischer Aufbau eines RBG

 1) Fahrwerk  5.1) Teleskoptisch 
 2) Mast  5.2) Klemmenriemenförderer
 3) Hubwerk 5.3) Riemenzugförderer
 4) Hubwagen  6) Gassenausrüstung
 7) Steuerschrank

Durch die Auslegung des Regalbediengerätes werden zahlreiche wirtschaftliche, logistische als auch ökologische Kenngrößen bestimmt, welche oftmals im Konflikt zueinander stehen. So muss das Regalbediengerät zur Erzielung schneller Ein- und Auslagerungszyklen hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreichen können sowie hohe Traglasten aufweisen, um möglichst viele oder auch schwere Güter handhaben zu können. Um einen sicheren Lastwechsel gewährleisten zu können, müssen Strukturschwingungen vermieden werden. Dies erfordert eine ausreichende Dimensionierung aller Komponenten (Fahrwerk, Mast, Hubwagen, etc.), was letztlich hohe Totmassen bedeutet. Um die geforderte Dynamik zu erreichen, bedarf es entsprechend starker Antriebe. Dies hat zur Folge, dass der Energieverbrauch zunehmend steigt, da immer größere Antriebe benötigt werden, um die stetig steigenden Massen und Dynamikvorgaben zu bewältigen.

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 Abbildung 3: Negativer Wirkungskreislauf für die Energieeffizienz

Um zukünftig ein energieeffizientes Regalbediengerät für automatische Kleinteilelager zu entwickeln, müssen ganzheitliche Ansätze erarbeitet werden, welche sowohl neue Ansätze des Leichtbaus sowie Maßnahmen zur Energierückgewinnung und sparsame Antriebstechnik berücksichtigen. Darüber hinaus müssen geeignete Strategien für das energieeffiziente Verfahren des RegaIbediengerätes erarbeitet werden.

Projektziel

Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung eines energieeffizienten Regalbediengerätes unter Anwendung einer ganzheitlichen, auf Ressourcen sparenden Einsatz ausgelegten Konzeption.

Zur Erreichung der Zielsetzung soll die Anwendung von Leichtbauansätzen für die Konstruktion (z.B. Faserverbundwerkstoffe) erfolgen sowie energieeffiziente Antriebstechnik mit Energierückspeisung sowie ein intelligentes Energiemanagement zum Einsatz kommen.

Die wesentlichen Projektziele sind hierbei:

  • Hohe Energieeffizienz durch intelligente Antriebskonzepte und reduzierte Massen, Reduktion des Energieverbrauchs im Betrieb um 40 %
  • Gewichtsoptimierte Bauweise zur Reduzierung der erforderlichen Komponentenleistung für hohe Energieeffizienz einerseits und zur Reduktion der Produktkosten um 20 %
  • Maximale Dynamikwerte durch neue Antriebskonzepte und reduzierte Massen
  • Erhöhung der Geräteleistung durch geringere parasitäre Zeiten wie z.B. Geräteberuhigungszeiten

Vorgehensweise

Gelingt es, ein Regalbediengerät in Leichtbauweise umzusetzen, werden deutlich geringere bewegte Massen erzielt. Dadurch kann das gesamte Regalbediengerät bei gleichen oder besseren Leistungsdaten insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Antriebstechnik kleiner dimensioniert werden.

Weiterhin muss das gesamte Antriebskonzept eines Regalbediengerätes sowohl unter Berücksichtigung des o.g. Leichtbaus als auch hinsichtlich optimaler Energieausbeute überarbeitet werden. Es muss untersucht werden, in wie weit die beim Abbremsen freiwerdende Energie sinnvoll genutzt werden kann. Damit einher geht ein ganzheitliches Energiemanagement, welches sowohl die Leichtbauweise als auch die Möglichkeiten der Antriebstechnik berücksichtigt.

Folgende Vorgehensweise wird angestrebt:

  • Entwicklung innovativer Leichtbaustrukturen für das Tragwerk
  • Erstellung von Berechnungsmodellen zur statischen und dynamischen Auslegung
  • Entwicklung eines rechnergestützten Berechnungsverfahrens zur Ermittlung des Energieverbrauchs beim RBG-Betrieb
  • Validierung der Ergebnisse mit Hilfe eines Demonstrators

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Abbildung 4: Ganzheitlicher Lösungsansatz

 

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).

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Ansprechpartner

Lehrstuhl fml

Technische Universität München
Boltzmannstraße 15
D-85748 Garching

 

/fml/images/Umschlag.JPG Kontakt

 

 Förderung

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Projektträger

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ZIM-FV KV2063703LL9

 

Projektpartner

  • viastore systems GmbH

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