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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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