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Flächen­beweglich­keit bei Fahrer­losen Transport­fahrzeugen

Losgrößen werden kleiner, Produkt­le­bens­zy­klen kürzer, starre Fließ­bänder und unfle­xible Ferti­gungs­straßen weichen modu­laren Konzepten. Zudem sind Produk­tions- und Lager­flä­chen teuer, Platz­op­ti­mie­rung spart Kosten. Für die Reali­sie­rung sind schnelle, flexible und zuver­läs­sige Materialfluss­konzepte notwendig – mit frei navi­gier­baren Fahrer­losen Transport­fahrzeugen. Ein entschei­dendes Merkmal der Transport­lösungen muss dabei eine omni­di­rek­tio­nale Beweg­lich­keit sein.


Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge sind schon lange in vielen Lagern, Distributions­zentren und Produktions­betrieben im Einsatz. Sie dienen zum Trans­port von Mate­rial in Behäl­tern oder auf Paletten – und ohne die Notwen­dig­keit eines physi­schem Trans­port­netzes. Doch sieht man sich in vielen Hallen um, so fahren die Transport­fahrzeuge starr und unfle­xibel an am Boden ange­brachten Linien­markierungen entlang.

Solange insbe­son­dere in der Produk­tion starre Fertigungs­linien aufge­baut sind, lässt sich die Material­versorgung mit den spur­ge­führten Lösungen auch elegant lösen. Wenn die zu ferti­genden Produkte ohne Varianz die Maschinen wie eine Perlen­kette von einem zum nächsten Bearbeitungs­schritt durch­laufen, muss auch der Material­fluss nicht geän­dert werden.

Spur­ge­führte Lösungen besitzen dabei Vorteile hinsicht­lich einer geringen Komple­xität und im Vergleich einfa­cher Sicher­heits­technik, doch die Flexi­bi­lität ist sehr begrenzt. Die Fahrer­losen Transport­fahrzeuge können bei Hinder­nissen nur anhalten, ein Umfahren ist ihnen nicht möglich. Der viel größere Nach­teil in modernen Produktions­szenarien ist jedoch, dass weder ein selek­tives Anfahren von Fertigungs­stationen noch auto­ma­ti­sche Routen­änderungen möglich sind. Routen­änderungen erfor­dern neue Linien­markierungen am Boden, eine simple Re-Konfi­gu­ra­tion per Soft­ware geht nicht.

Und damit treffen spur­ge­führte Lösungen in modernen Produk­tions- und Intralogistik­konzepte nicht mehr den Puls der Zeit. Denn die zuneh­mend modular aufge­bauten Ferti­gungen für hohe Produkt­varianz benö­tigen neue Konzepte für den Waren­fluss. Hinzu kommen neben dem flexi­blen Mate­ri­al­fluss auch mobile Maschinen. Beispiels­weise trans­por­tieren Fahrer­lose Transport­fahrzeuge den darauf montierten Roboter auto­ma­tisch zur nächsten Arbeits­sta­tion.

Für moderne Ferti­gungs­kon­zepte werden Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge benö­tigt, die völlig frei navi­gieren können und eine unein­ge­schränkte Flächen­be­weg­lich­keit bieten. (Grafik | ebm-papst)

Für die Reali­sie­rung moderner Fertigungs­konzepte und für die Opti­mie­rung von Intralogistik­prozessen werden Fahrer­lose Transport­fahrzeuge benö­tigt, die völlig frei navi­gieren können und eine unein­ge­schränkte Flächen­be­weg­lich­keit bieten. Natür­lich ist hier das Steuern und Navi­gieren flächen­beweglicher Fahr­zeuge komplexer, die Anfor­de­rungen an die Sensorik und Sicherheits­technik sind höher, doch hierfür gibt es bereits ausge­reifte Lösungen.

Lesen Sie nach­fol­gend, warum eine hohe Flächen­beweglichkeit mit omni­di­rek­tio­naler Bewegungs­freiheit bei Fahrer­losen Transport­fahrzeuge mehr Effi­zienz in der Logistik und Produk­tion ermög­licht.

Platz­be­darf und Flächen­kosten redu­zieren

Fläche in Lager- und Produktions­hallen trägt einer­seits zu hohen Fixkosten bei, ande­rer­seits ist der Platz für die zu bewäl­ti­genden Aufgaben schnell zu knapp – insbe­son­dere bei stei­gender Auftrags­lage. Eine opti­male Flächen­nutzung leistet somit sowohl bei Bestands­hallen und Produktions­flächen als auch bei Neupla­nungen einen wich­tigen Beitrag für die OEE (Overall Equip­ment Effec­ti­ve­ness). Insbe­son­dere bei spur­ge­führten Transport­fahrzeugen muss viel Raum für die Fahr­wege reser­viert sein.

Durch die einge­schränkte Manövrier­fähigkeit resul­tiert ein hoher Flächen­be­darf im Bereich von Kurven und bei den Lastübergabe­stellen. Im Prinzip lassen sich diese Transport­fahrzeuge mit einem PKW verglei­chen, denn auch hier sind die Bewe­gungs­frei­heits­grade sehr einge­schränkt. Beispiels­weise ist ein Drehen im Stand oder ein Quer­fahren nicht möglich. Außerdem müssen die lini­en­mar­kierten Fahr­wege inklu­sive einer Sicher­heits­zone stets frei­ge­halten werden, tempo­räre Aufbauten oder Lage­rung von Mate­rial und Maschinen sind nicht möglich. Die Flexi­bi­lität des Layouts der Logistik- und Produk­ti­ons­flä­chen bleibt einge­schränkt.

Auch in sehr beengten Umge­bungen können die Transport­fahrzeuge mit omni­di­rek­tio­naler Bewegungs­fähigkeit exakte Manöver durch­führen.

Wenn dagegen frei navi­gier­bare Fahrer­lose Transport­fahrzeuge mit Antriebs­lö­sungen für flächen­be­weg­li­ches Fahren im Einsatz sind, so lassen sich die notwen­digen Flächen für Kurven­fahrten und Rangier­be­darf bei Mate­ri­al­über­ga­be­stellen deut­lich redu­zieren. Omni­di­rek­tio­nale Systeme mit belie­biger Flächen­be­weg­lich­keit ermög­li­chen belie­bige Fahr­ma­növer. Hierzu zählen Traver­sieren quer zur Fahrt­rich­tung ebenso wie Drehen im Stand und belie­bige Kombi­na­tionen.

Auch in sehr beengten Umge­bungen können die Transport­fahrzeuge mit omni­di­rek­tio­naler Bewegungs­fähigkeit exakte Manöver durch­führen. Im Prinzip ist die Manövrier­fähigkeit mit einem Luft­kis­sen­fahr­zeug vergleichbar, die Orien­tie­rung des Transport­rahmens ist unab­hängig von der Fahrt­rich­tung und -posi­tion.

Enabler für modu­lare Produk­tionen

Diese Flächen­beweglichkeit von Transport­fahrzeuge spart nicht nur Fläche ein, sondern neben dem einfa­chen Umfahren plötz­li­cher oder tempo­rärer Hinder­nisse lassen sich auch die Wegstre­cken durch die freie Navi­ga­tion verkürzen. Das stei­gert die Dynamik und Geschwin­dig­keit und erhöht somit den Material­durchsatz. Außerdem wird durch die Flächen­beweglichkeit der Fahrer­losen Transport­fahrzeuge die Reali­sie­rung zukunfts­ge­rich­teter und modu­larer Produk­tionen erst möglich.

Eine neue Antriebs­lö­sung für Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge mit Flächen­be­weg­lich­keit: Das Fahr-Lenk-System ArgoDrive von ebm-papst. (Foto | ebm-papst)

Durch kleiner werdende Losgrößen und stetig stei­gende Produkt­va­rianz gehören starre Fließ­bänder und unfle­xible Ferti­gungs­straßen zuneh­mend der Vergan­gen­heit an. Die Zukunft in der Ferti­gung heißt flexible Produk­tion runter bis zur Losgröße 1. In diesem Zuge müssen sich sowohl Maschinen als auch ganze Ferti­gungs­li­nien durch Modu­la­ri­sie­rung schnell umrüsten lassen. Das erfor­dert auch einen flexi­blen Mate­ri­al­trans­port – sowohl hin zu Maschine als auch weiter zur nächsten Maschine. In modu­laren Produk­tionen kommt auch zuneh­mend Mobile Robo­tics zum Einsatz.

Einsatz­sze­na­rien für hohe Flächen­be­weg­lich­keit

Mit spur­ge­führten Fahrer­losen Transport­fahrzeugen sind diese Szena­rien nicht mehr reali­sierbar. Die Transport­lösungen müssen über Sensorik gesteuert frei zur nächsten Arbeits­sta­tion bewegt werden – hierfür sorgt ein über­ge­ord­netes Loka­li­sie­rungs- und Steue­rungs­system. Diese Leit­steue­rung weiß genau, wann und wo welche Bearbeitungs­station mit welcher Ware von welchem Fahrer­losen Transport­fahrzeug ange­fahren werden muss und erteilt die entspre­chenden Fahr­auf­träge.

Weil sich in modernen Produktions­szenarien das Layout der Flächen oft ändert und jeder Winkel ausge­nutzt wird, müssen die Trans­port­fahr­zeuge dabei extrem wendig sein und eine omni­di­rek­tio­nale Beweg­lich­keit bieten, um schnell und sicher auch in sehr engen Umge­bungen ans Ziel zu kommen. Aber auch ein schnelles und sicheres Abbremsen bei uner­war­teten Hinder­nissen muss das Trans­port­fahr­zeug über seine Antriebs­technik gewähr­leisten. Eine weitere Anfor­de­rung an die Antriebs­technik für mehr Flexi­bi­lität in der Produk­tion sowie der damit verbun­denen Intra­lo­gistik ist das Fahren auf unter­schied­li­chen Boden­be­lägen sowie auch die Bewäl­ti­gung von Stei­gungen.

Weil sich in modernen Produktions­szenarien das Layout der Flächen oft ändert, müssen die Trans­port­fahr­zeuge extrem wendig sein und omni­di­rek­tio­nale Beweg­lich­keit bieten.

Typi­scher­weise bestehen zwar die Böden in Produktions­stätten und Logistik­zentren aus glatten, zement­ge­bun­dener Indus­trie-Fließ­estrich mit Grun­die­rung auf Acrylat-Basis, dennoch weisen Hallen oft auch ausge­prägte Dehnungs­fugen, raue Abschnitte und unter­schied­liche Beläge auf. Hinzu kommt, dass Fahrer­lose Transport­fahrzeuge auch zwischen Hallen hin- und herfahren müssen, beispiels­weise um Mate­rial aus dem Lager zu holen.

Dabei muss das Trans­port­fahr­zeug über geteerte Flächen fahren und oft Stei­gungen bei Über­gängen über­winden. Antriebs­lö­sungen mit hoher Manö­vrier­fä­hig­keit wie beispiels­weise das Mecanum-Rad bekommen dann schnell Probleme, weil diese einen glatten Boden für den Fahr­be­trieb benö­tigen – diese Einschrän­kung muss jedoch nicht sein, denn es gibt Fahr-Lenk-Systeme, die alle Anfor­de­rungen zukunfts­sicherer Fahrer­loser Transport­fahrzeuge erfüllen.

Fein­po­si­tio­nie­rung für hohe Präzi­sion

Die omni­di­rek­tio­nale Beweg­lich­keit, die moderne Fahr-Lenk-Systeme bei den Transport­fahrzeugen ermög­li­chen, wird beson­ders auch bei der Fein­po­si­tio­nie­rung an der Maschine und bei Materialübergabe­stationen benö­tigt. Hier ist eine millimeter­genaue Justie­rung notwendig, um beispiels­weise Behälter in die Arbeits­sta­tion schieben zu können. Ausge­stattet mit hoch­auf­lö­sender Sensorik und spiel­armer Mechanik posi­tio­niert ein omni­di­rek­tio­nales Fahr-Lenk-System jedes fahrer­lose Trans­port­fahr­zeug mit höchster Präzi­sion schnell und effi­zient ans Ziel.

Mit dem Fahr-Lenk-System ArgoDrive von ebm-papst navi­gieren Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge frei und omni­di­rek­tional über die gesamte Fläche, umfahren spie­lend uner­wartet auftre­tende Hinder­nisse und bewegen sich auch in sehr engen Umge­bungen problemlos. (Grafik | ebm-papst)

Die Mehr­heit aktu­eller mobiler Trans­port­fahr­zeuge verfügt bei den Fahr­werks­kon­zepten aber über ein Fahr­werks­kon­zept mit drei Rädern, bei denen nur eines – wie bei einem klas­si­schen Stap­ler­kon­zept – für die Lenk­be­we­gung sorgt. Verbreitet sind auch Diffe­ren­zi­al­lö­sungen; bei diesem Fahr­werks­kon­zept kann sich das Transport­fahrzeug zwar um die eigene Achse drehen, aber keine Quer­fahrten durch­führen.

Für die präzise Posi­tio­nie­rung ist ein zeit­rau­bendes wieder­holtes Vor- und Zurück­fahren mit zusätz­li­chen Lenk- oder Dreh­be­we­gungen notwendig – das benö­tigt auch zusätz­liche Fläche. Antriebs­kon­zepte für Fahr­zeuge mit omni­di­rek­tio­naler Bewe­gungs­fä­hig­keit wie Dreh­schemel oder Mecanum besitzen wiederrum beson­dere Anfor­de­rungen an die Boden­beschaffenheit, sind langsam und besitzen eine hohe Komple­xität.

Effi­zi­ente Reali­sie­rung der Flächen­be­weg­lich­keit

Eine neue Antriebs­lö­sung für Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeug mit Flächen­beweglichkeit ist das Fahr-Lenk-System ArgoDrive von ebm-papst. Es vereint die Funk­tionen Vortrieb und Lenkung in einer Baugruppe. Diese Einheit besteht aus Motoren, spezi­ellem Getriebe, Sensorik und allen erfor­der­li­chen Anschlüssen. Seine zwei Motoren tragen je nach Anfor­de­rung zum Lenken, Beschleu­nigen, Fahren oder Bremsen bei. Der unend­liche Lenk­winkel ermög­licht die platz­spa­rende Flächen­be­weg­lich­keit des Fahr­zeugs – auch aus dem Stand.

Das Fahr-Lenk-System ArgoDrive von ebm-papst vereint die Funk­tionen Vortrieb und Lenkung in einer Baugruppe.

Zwei Fahr-Lenk-Systeme an der linken und rechten Seite des Fahrer­losen Trans­port­fahr­zeugs garan­tieren bereits die volle Omni­di­rek­tio­na­lität. Zwei zusätz­liche frei beweg­liche Stütz­räder an Vorder-und Rück­seite sorgen für Stabi­lität. Je nach Anfor­de­rung an die Größe des Fahrer­losen Trans­port­fahr­zeugs sowie dem Gewicht der zu bewe­genden Ware, lassen sich auch drei oder vier Fahr-Lenk-Systeme verbauen. Damit sind große Lasten selbst bei Stei­gungen reali­sierbar.

Um jede Anfor­de­rung an die zu bewe­genden Massen, an den Bremsweg oder Bewäl­ti­gung von Stei­gungen skalierbar zu erfüllen, bietet ebm-papst sein Fahr-Lenk-System ArgoDrive in den Vari­anten Light, Stan­dard und Heavy für Gewichts­klassen bis 100, 300 bezie­hungs­weise 500 kg an. Mit beispiels­weise vier Fahr-Lenk-Systemen in der Ausfüh­rung Heavy ist dann ein Fahrzeug­gesamt­gewicht von bis zu zwei Tonnen möglich.

Vorteile in einem Fahr-Lenk-System vereint

Es gibt verschie­dene Fahrwerks­konzepte, um fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge auf den Weg zu bringen. Wie wendig das Fahr­zeug schluss­end­lich ist und wie viel Zula­dung es erlaubt, hängt maßgeb­lich vom Antrieb und den Rädern ab. Je nach Topo­logie müssen Nutzer dabei oft Kompro­misse in Kauf nehmen und beispiels­weise Abstriche hinsicht­lich Manövrier­fähigkeit oder Kompakt­heit machen. Neue Lösungen wie das Fahr-Lenk-System von ebm-papst mini­mieren aber jegliche Kompro­misse für Hersteller von zukunfts­gerichteten Fahrer­losen Trans­port­fahr­zeuge.

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