Energieeffizienz in der Intralogistik: Kosten senken, Umwelt schonen.

Energieverbrauch_01Im Rahmen der Nachhaltigkeitsinitiative Blue Competence des VDMA übernimmt GEBHARDT umfassende Verantwortung für Ökonomie, Ökologie und Gesellschaft. Ziel ist die Minimierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs durch innovative Technologien.

Optimierungsmöglichkeiten des Energieverbrauchs

Der Energieverbrauch hängt nicht allein von der automatischen Förder- und Lagertechnik ab. Der größere Teil des Energieverbrauchs betrifft Heizung/Lüftung, Beleuchtung und sonstige Verbraucher. Deshalb ist es notwendig einen ganzheitlichen Ansatz zu wählen, wenn der Energieverbrauch gesenkt werden soll. Neben der Förder- und Lagertechnik ist deshalb die Gebäudetechnik von Bedeutung. Großen Einfluss haben zudem die Prozesse und Abläufe des Betriebs.

Kosten senken und die Umwelt schonenAnteiliger_Energieverbrauch_Automatiklager_01

Die Blue Competence Initiative des VDMA hilft bei der Suche nachhaltiger Produkte und nachhaltig agierender Unternehmen. GEBHARDT hat sich früh entschieden seine Produkte und Dienstleistungen unter die Blue Competence Flagge des VDMA zu stellen. Für uns ist es seit jeher das Ziel Maschinen so zu entwerfen, dass der Energieverbrauch möglichst gering ist. Gerade in Zeiten steigender Energiepreise gewinnt dieses Ziel zunehmend an Bedeutung. GEBHARDT verbindet dazu innovative Software mit innovativer Mechanik. Doch eine Optimierung, die lediglich Einzelkomponenten einbezieht, hebt nur einen kleinen Teil des Optimierungspotentials. Vielmehr muss das intralogistische Gesamtsystem betrachtet werden. Die Reduktion des Energieverbrauchs geht oftmals einher mit dem ebenfalls willkommenen Effekt der Verschleißreduktion. Beides zusammen reduziert die Betriebskosten und macht das Logistikzentrum effizienter und kostengünstiger. Eine Visualisierung des Energieverbrauchs rundet das Energiemanagement ab.

Anbieter automatischer Intralogistikanlagen haben vielfältige Möglichkeiten den Energieverbrauch im Logistikzentrum zu beeinflussen:

Leichtbau

Besonders im Bereich Lagertechnik gilt es gezielten Leichtbau umzusetzen, denn die Reduktion der bewegten Masse ist der erste Schritt zur Minimierung des Energieverbrauchs. Bei der Produktentwicklung sind hierzu umfangreiche Simulationswerkzeuge, wie beispielsweise FEM, notwendig. Dies führt zur Verwendung innovativer Materialien und Fügeverfahren, wie dem Kleben. Das Verbundwerkstoff-RBG Cheetah ist hier der Vorreiter in der Branche.

Dynamikanpassung / Run on Demand

Die Last in Logistikzentren und damit auch in Automatischen Kleinteilelagern schwankt im Tagesverlauf zum Teil erheblich. Hier liegt ein großes Einsparpotential. Durch intelligente Dynamikanpassung lässt sich insbesondere an der Fahrachse erheblich Energie einsparen. Intelligente Algorithmen analysieren die Auftragslast und passen automatisch die Dynamikwerte der Lagertechnik an. Auch Fördertechnik sollte nur dann laufen, wenn es auch etwas zu fördern gibt. Deshalb ist es wichtig, eine intelligente Abschaltung von Antrieben zu integrieren. Auch die Dynamik der Fördertechnik kann an die Auftragslast angepasst werden. Intelligente Software sorgt dafür, dass die Leistung mehrerer Intralogistik-Komponenten synchronisiert und auf einander abgestimmt wird. So wird nur die Energie verbraucht, die tatsächlich benötigt wird.

Zwischenkreiskopplung bei RBG

Die Zwischenkreiskopplung steht für die intelligente Ansteuerung der Fahr- und Hubachse. Ziel ist die minimale Fahr- und Hubzeit für eine maximale Anzahl Doppelspiele bei minimalem Energieverbrauch. Dazu wird freiwerdende Energie, beispielsweise beim Bremsen der Fahrachse, auf die Hubachse umgeleitet, um die notwendige Bewegung der Hubachse zu versorgen. Diese Lösung amortisiert sich meißt sofort und sorgt für eine Reduktion des Energieverbrauchs um bis zu 20%.

Rückspeisung bei RBG

Die im System freiwerdende, generatorische Energie in Form von Bewegungs- und Lageenergie wird über ein Netzrückspeisegerät mit dem Umrichterzwischenkreis der Frequenzumrichter gekoppelt. So kann generatorische Energie, die nicht in einer weiteren Achse nutzbar ist, in das Netz zurückgespeist werden. Mit dieser Technologie können RBG bis zu 50 % Energie einsparen. Die Amortisierung liegt bei Paletten-RBG bei ca. 2 Jahren.

Software

Intelligente Software zur Energieeinsparung umfasst vielfältige Funktionen. Neben der Dynamikanpassung muss der zurückzulegende Weg analysiert und minimiert werden, beispielsweise mittels einer ABC Analyse. Das Lastmanagement kann dafür sorgen, dass Hilfsprozesse wie Umlagerungen in Zeiten mit schwacher Last, z.B. nachts, verlagert werden. Außerdem müssen Ein- und Umlagerstrategien auf die tatsächliche Anwendung hin optimiert werden.

Kontinuierliche Verbesserung

Der Energieverbrauch eines Logistikzentrums lässt sich stetig verbessern. Hierzu muss der Verbesserungsprozess kontinuierlich wiederholt werden. Den Ausgangspunkt bildet die Auswertung der Verbrauchsdaten, gefolgt von der Suche nach Verbesserungspotentialen. Nach deren Identifzierung folgt die Effizienzverbesserung. Deren Ergebnisse müssen gemessen, visualisiert und überwacht werden, bevor der Prozess von neuem beginnt.

Lightweight construction for miniload cranes: Evolution or revolution?

RBG CheetahFor many years, the lightweight construction  for storage and retrieval cranes is driven by the requirements of performance and energy efficiency. There is a trade-off between operations and design in an automatic small parts store. A modern storage and retrieval crane has to provide a better performance without deteriorating the cost advantage and the storage capacity. An increase in the performance requires higher driving dynamics of the storage and retrieval crane, which requires a larger volume and a stiffer supporting structure to give a reduced calming time. This however leads to a deterioration of the approach dimensions and a reduced storage capacity. With the same volume of the supporting structure, the stability without changing the approach dimension can be implemented by an antipedalgear. This however leads to higher acquisition costs and reduced availability caused by an additional technical expense. Similarly the stiffness can be increased due to the lightweight construction with new materials, like Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP). So the energy consumption as well as the stress of susceptible components will be reduced, what leads to a reduction of the operating costs and the availability. The acquisition costs will be significantly higher  using CFRP. The evolution of familiar concepts , which rely on the use of thin-walled, edged or rolled metal structures, are reaching their limits with an increase of dynamic. This shows, for example when there are problems with the fatigue strength and results in cracks in the metal. This is why GEBHARDT decided to go a revolutionary way and rely on composite materials. The result is the GEBHARDT Cheetah.

Up to now the implementation of a consistently lightweight construction with composite materials failed because of the high material- and manufacturing costs. That’s why the implementation of the Cheetah-mast is made of standard profiles of composite materials. The critical buckling of the large volume mast can be prevented with the use of profiles in the thrust range of the mast. The storage and retrieval crane is made of different materials, mainly steel, aluminum and composite materials. This material mix breaks down the previous problems with composite material concepts in storage technology.  Because the adhesive bonding has proved to be a good joining technology for different materials, a suitable surface pretreatment and  adhesive technique was developed. Equally the adhered materials were checked regarding their aging, to guarantee a permanent bond. Adhesive Bonding is especially advantageous in comparison to welding, because there is nearly no thermal deformation which has to be corrected. Also the adhesive is using the complete contact surface of the joining members – e.g. in comparison to spot-welding. Furthermore the adhesive gives a higher damping to the overall structure, so the storage and retrieval crane gets an improved calming time after slowing down. Besides the development of the new product, Gebhardt also had to implement new technologies for the manufacturing process. Up to now the multi material mix and especially the use of composite materials were used rarely in intralogistics. To check the operational stability and the operational safety of the new storage and retrieval crane, the mast was tested on a servo-hydraulic vibration test rig. It proved it’s stability even after a few millions of load change and showed no damage at all. Testing also included tens of thousands of collisions with the buffer and emergency stops. That’s how the test stand trials and aging test reflect the whole life cycle of the Cheetah.

Leichtbau bei Regalbediengeräten: Evolution oder Revolution?

Seit vielen Jahren wird der Leichtbau bei Regalbediengeräten getrieben von Anforderungen an die Umschlagsleistung und der Energieeffizienz.  Es herrscht jedoch ein Zielkonflikt in Betrieb und Auslegung eines Automatischen Kleinteilelagers.

Ein modernes RBG muss eine verbesserte Umschlagleistung bieten, ohne den Kostenvorteil oder die Lagerkapazität zu verschlechtern. Eine Erhöhung der Umschlagleistung erfordert eine höhere Fahrdynamik des RBG, wozu eine großvolumigere und damit steifere Tragwerksstruktur mit reduzierter Beruhigungszeit sinnvoll ist. Dies führt jedoch zu einer Verschlechterung des Anfahrmaßes und damit der Lagerkapazität. Bei gleichem Volumen des Tragwerks kann hingegen eine Stabilisierung mit unverändertem Anfahrmaß durch einen Antipendelantrieb realisiert werden, der jedoch durch den zusätzlichen technischen Aufwand zu erhöhten Anschaffungskosten und zu einer verschlechterten Verfügbarkeit führt. Ebenso kann die Steifigkeit durch Leichtbau mit neuen Werkstoffen, wie z. B. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), erhöht werden. Der Energieverbrauch sowie die Belastung von verschleißanfälligen Bauteilen werden damit reduziert, was zu einer Senkung der Betriebskosten führt und die Verfügbarkeit erhöht. Allerdings steigen die Anschaffungskosten beim Einsatz von CFK beträchtlich.

Die Evolution bekannter Konzepte die auf die Verwendung von dünnwandigen, gekanteten oder gerollten Metallstrukturen setzen, kommen mit zunehmender Dynamik an ihre Grenzen. Diese Grenzen treten zum Vorschein, wenn es beispielsweise zu Problemen mit der Dauerfestigkeit kommt und im Metall Risse entstehen. Bei GEBHARDT hat man sich daher entschieden einen für Regalbediengeräte revolutionären Weg einzuschlagen und auf Verbundwerkstoffe zu setzen. Das Ergebnis ist das GEBHARDT Cheetah.

Bisher scheiterte die Umsetzung eines konsequenten Leichtbaus mit Kompositwerkstoffen an den hohen Material- und Fertigungskosten. Bei der Umsetzung des Cheetah-Mastes werden deshalb Standardprofile aus Faserverbundwerkstoff verwendet. Durch den Einsatz von Profilen im Schubbereich des Mastes kann das kritische Beulen des großvolumigen Mastes ohne zusätzlichen Aufwand unterbunden werden. Das RBG wird aus verschiedenen Materialien, hauptsächlich Stahl, Aluminium und einem Faserverbundwerkstoff, hergestellt. Dieser Multimaterialmix überwindet die Probleme bisheriger Kompositwerkstoffkonzepte im Bereich der Lagertechnik. Da sich das Kleben als Fügetechnik für unterschiedliche Materialien bewährt hat, wurde ein geeignetes Oberflächenvorbehandlungs- und Klebeverfahren entwickelt. Ebenso wurden die verklebten Materialien Aluminium, Stahl und Faserverbundwerkstoff bezüglich ihrer Alterung untersucht, um eine dauerhafte Klebung zu garantieren. Besonders vorteilhaft ist das Kleben im Vergleich zum Schweißen, da sich bei dem benutzten Klebstoff nur ein vernachlässigbarer Wärmeverzug ergibt, der nicht aufwändig gerichtet werden muss. Weiterhin nutzt der Klebstoff – z. B. im Vergleich zum Punktschweißen – die komplette zur Verfügung stehende Kontaktfläche der Fügepartner. Darüber hinaus verleiht der Klebstoff der Gesamtstruktur eine erhöhte Dämpfung, so dass das Regalbediengerät nach dem Abbremsen eine verbesserte Beruhigungszeit aufweist. Neben der Entwicklung des neuen Produkts musste Gebhardt auch für die Fertigung veränderte Technologien erarbeiten und einführen. Der Multimaterialmix und vor allem die Verarbeitung von Kompositwerkstoffen fanden in der Intralogistik bisher nur selten Verwendung.

Um die Betriebsfestigkeit und -sicherheit des neuen RBG zu überprüfen, wurde der Mast auf einem servo-hydraulischen Schwingungsprüfstand getestet. Er bewies auch nach vielen Millionen Lastwechseln seine Festigkeit und zeigte keinerlei Schädigungen. Die Prüfung umfasste zudem viele zehntausende Pufferfahrten und Not-Halt-Situationen. Die durchgeführten Prüfstands- und Alterungsversuche widerspiegelten somit den gesamten Lebenszyklus des Cheetah.