Bessere Lösungen systematisch fördern

Im Werk Biberach des Technologiekonzerns Liebherr wurde ein neues, vollautomatisches Hochregallager erstellt. Ziel der Maßnahme war, diesen logistischen Bereich zu optimieren und dabei in dem vorhandenen Gebäude eine hochverfügbare automatisierte Gesamtlösung aus einem Guss zu installieren.

Der Autor: Jörg Raible, Leiter Vertrieb Mechanical Drive , Siemens, Stuttgart

Die Entwicklung und Fertigung aller Produkte und Komponenten der Liebherr-Firmengruppe ist verteilt auf insgesamt 40 Produktionsgesellschaften bzw. Standorte in 17 Ländern auf vier Kontinenten. Beispielsweise werden im Werk Biberach bei Ulm Turmdrehkrane und Mobilkrane hergestellt, die weltweit zum Einsatz kommen. Versorgt wird die Produktion über ein Teile-Hochregallager der Größe 65 m x 19 m x 15 m mit etwa 8000 Stellplätzen für Paletten und Gitterboxen bis 1,5 t Nutzlast. Dieses wurde von Siemens Stuttgart im Laufe des Jahres 2013 in zwei Projektstufen vom Staplerbetrieb auf eine vollautomatische Lösung mit vier Regalbediengeräten (RBG) umgebaut.

„Im gesamten Projektverlauf haben die Verantwortlichen bei Liebherr von Anfang an auf Systemdurchgängigkeit geachtet“, betont Arno Raisch, Abwicklungsmanager für Logistikprojekte bei Siemens Stuttgart. Bestes Beispiel dafür ist die Antriebstechnik für die Regalbediengeräte und die Fördertechnik im Bereich der Kommissionierzonen sowie des Warenein- und -ausgangs. Integrated Drive Systems (IDS) nennt der Hersteller solche perfekt aufeinander abgestimmten Antriebslösungen, von der Steuerung über die Frequenzumrichter bis hin zu den Getriebemotoren.

Durchgängigkeit beginnt bei Planung und Auslegung

Raisch nennt ein solch durchgängiges Konzept „klasse, denn es minimiert Schnittstellen und vereinfacht so das komplette Engineering“. Das beginnt bereits in der ersten Projektphase, wenn mithilfe der Software Sizer die komplette Antriebstechnik optimal ausgelegt wird. Die dort ermittelten Werte, z. B. für Soll-Drehzahl, Soll-Moment, maximale Frequenz und einige andere sind die Grundlage für die Inbetriebnahme mit der Software Starter, die als Tool für die Parametrierung der Antriebe dient. Selbst die sicherheitstechnischen Überlegungen können hier bereits praktisch umgesetzt werden.

Denn die in den Regalbediengeräten eingesetzten Frequenzumrichter Sinamics S120 für Hub-, Längs- und Gabelbewegung beinhalten integrierte Sicherheitsfunktionen, die sich über die Ansteuerung per Profisafe aktivieren lassen. Kommt es zum Not-Halt, sendet die fehlersichere Steuerung Simatic S7-315 F den entsprechenden Befehl, und der Frequenzumrichter stoppt den Motor entlang einer definierten Rampe.

Auch die Pufferüberwachung läuft über die fehlersichere Steuerung. Nähert sich das RBG einem Endanschlag, wird automatisch die Motordrehzahl reduziert. „All das ist durch die Möglichkeiten von IDS sehr einfach und komfortabel umzusetzen“, erklärt Klaus Pocesny, Projektleiter bei Siemens. Die beiden großen Getriebemotoren für Horizontal- und Vertikalbewegung sind lagegeregelt und jeweils mit einem inkrementellen HTL-Drehzahlgeber ausgestattet. Während das Fahrwerk über einen Laser mittels SSI-Signal geregelt wird, nutzt das Hubwerk einen über Zahnriemen angetriebenen Absolutwertgeber mit Drive-Cliq. „Diese Sensoren lassen sich direkt an die S120-Geräte anschließen, was den IDS-Gedanken unterstreicht“, kommentiert Pocesny.

Systematische Energieeinsparung

Grundsätzlich entschieden sich die Projektverantwortlichen bei den Drehstrom-Asynchronmotoren – selbst bei denen mit sehr niedriger Leistung – für energieeffiziente IE2-Motoren. In Verbindung mit den Frequenzumrichtern ist Liebherr damit den Forderungen, die sich aus der EU-Verordnung 640/2009 (Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren) ergeben, voraus. Außerdem gibt es eine gezielte Energierückführung, um die Energieeffizienz der gesamten Förder- und Lagertechnik zu erhöhen.

Dieser Vorteil ließ sich durch Integrated Drive Systems einfach nutzen. Konkret betrifft die Energierückführung alle Antriebe in den vier Regalbediengeräten plus einen zusätzlichen etwa 11 m hohen Fördertechnikheber im Bereich der Kommissionierung, der u. a. die Ersatzteilabteilung im oberen Geschoss des Gebäudes versorgt.

Denn die Umrichter Sinamics S120 beinhalten eine integrierte Energierückspeisung, die die zurückgewonnene Energie beim Senkvorgang wieder ins Netz und nicht nur in den Zwischenkreis zurückführt. Vor allem auch die optimale Programmierung der Regalbediengeräte, um die definierte Leistung von 45 Doppelspielen pro Stunde und Gerät laut FEM-Norm für Hochregallager auch in der Praxis erreichen zu können, sehen die beiden Praktiker als Vorteil einer Antriebslösung aus einem Guss. Die kommunikationstechnische Verbindung mit dem Materialfluss- und Lagerverwaltungsrechner erfolgt über WLAN. Mit den entsprechenden Scalance-Produkten von Siemens lassen sich hier sogar sicher und zuverlässig der Not-Halt und die Freigaben an das Gerät übertragen.

Fördertechnik mit kompakten Getriebemotoren

Innerhalb der Fördertechnik sorgen etwa 180 Getriebemotoren des Typs Simogear für die entsprechenden Horizontal- und Vertikalbewegungen. Innerhalb der Strecken von ca. 150 m Gesamtlänge gibt es etwa 40 Hubtische. Hier kommt ein Funktionsgleichrichter direkt am Klemmenkasten zum Einsatz. Dieser lässt die integrierte Antriebsbremse noch schneller einfallen und erhöht die Präzision beim Anhalten. Um dem Kommissionierpersonal ein möglichst ergonomisches Arbeiten zu ermöglichen, wurde eine Förderhöhe von 500 mm gewählt.

Somit mussten die Antriebe vor allem in den Hubtischen sehr klein und kompakt bauen. Pocesny erinnert sich: „Das Raumangebot für die Antriebstechnik war bei diesem Projekt extrem knapp.“ Deshalb kamen Simogear Getriebemotoren in Flachgetriebeausführung zum Einsatz. Nur etwa acht unterschiedliche Bautypen mit Leistungen zwischen 0,37 und 1,5 kW konnten alle Anforderungen abdecken. Dies ist natürlich ein Vorteil in der Erstbeschaffung und in der Ersatzteilvorhaltung. Ein weiterer Vorteil der neuen Motorenreihe ist die Flanschkompatibilität zu anderen Produkten.

Angetrieben werden die Motoren über Frequenzumrichter Sinamics G120C. Die Kompaktumrichter haben in der Grundausstattung alles mit on Board, was für einen Fördertechnikantrieb benötigt wird. Hierzu gehört die integrierte Schnittstelle (Profibus oder Profinet), sowie die sicherheitsgerichtete Abschaltung der Antriebe. Als großer Vorteil zeigt sich die geberlose Drehzahlregelung. Diese ermöglicht auch bei kleinen Geschwindigkeiten ein sehr hohes Moment und ist bei der Fahrt gegen Endanschläge von großem Nutzen.

Die eingesetzten Umrichter sind alle über Profinet mit der Anlagensteuerung Simatic S7-319 F verbunden. Welche Vereinfachungen eine steuerungstechnische Homogenität bringt, lässt sich auch an den Hubeinrichtungen in der Fördertechnik ablesen. Durch die hohen Transportgewichte von bis zu 1,5 t ist eine besonders genaue Positionierung des Hebers erforderlich. Hier kommt mit einem lagegeregelten Sinamics-Umrichter eine Technik zum Einsatz, die die benötigte Genauigkeit bei den unterschiedlichen Gewichten erlaubt. I