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Energiemanagement

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Gelungene Revitalisierung

Text: Stefan Kattner, SEW-Eurodrive
Nach 25 Jahren sollte man gealterte mechanische und elektronische Komponenten im Herzstück der internen Logistik ersetzen. Ein Retrofit verbessert die Anlagenverfügbarkeit deutlich. Mit ­aktueller Automatisierungstechnik lassen sich aber noch weitere positive Effekte erzielen.

Er läuft und läuft und läuft… Was einst für den VW Käfer zutraf, gilt auch für die Technik, auf der die Fahrzeuge und Fahrzeugteile produziert werden. Produktionslinien und Logistikanlagen laufen viele Jahre zuverlässig. Doch der Zeitpunkt kommt, dass diese Anlagen aufgrund des technischen Fortschritts, neuer Prozesse und wirtschaftlicher Erfordernisse angepasst werden müssen. Bei Volkswagen in Kassel war die 25 Jahre alte Logistikanlage den aktuellen Anforderungen nicht mehr gewachsen. Die Anlagenverfügbarkeit musste verbessert sowie die Kapazität für höheren Stückzahldurchsatz ausgebaut werden. Zudem bemüht sich der Automobilkonzern um eine deutliche Reduzierung des Energieeinsatzes in allen seinen Standorten, also auch in dem nordhessischen Werk, mit mehr als 16 000 Mitarbeitern die zweitgrößte VW-Produktionsstätte in Deutschland.

Modularer Querbaukasten

Eine zentraler Fortschritt für die Konstruktion und Produktion von Automobilen im Volkswagen-Konzern ist der 2012 eingeführte Modulare Querbaukasten (MQB). Dieses Konzept steht für ein Baukastensystem, das einheitliche Teile für verschiedene Marken, Serien und Modelle innerhalb des VW-Konzerns ermöglicht. Dadurch lässt sich die Vielfalt der Antriebs- und Fahrwerkskomponenten um etwa 90 Prozent reduzieren. Das Werk Kassel produziert einige Dutzend Teile für die Plattform MQB und liefert sie für elf Modelle der Marken Audi, Porsche, Seat, Skoda und Volkswagen.

Aus der nordhessischen Großstadt werden über die Behälterversandanlage (BVA) MQB-Blechteile in die anderen Werke des Konzerns per Bahn oder LKW verschickt. Die Blechteile aus dem Modularen Querbaukasten werden nach der Warmumformung und Laserbearbeitung in VW-Standardbehältern deponiert, in ein Hochregal eingelagert, kommissioniert und dann in die untere Versandebene über Heber ausgelagert. Direkt in der Halle erfolgt die Beladung auf Lkw oder das Bahngleis.

Die bisherige Anlage aus dem Jahr 1987 war aufgrund sinkender Anlagenverfügbarkeit und hoher Wartungskosten für die geplante Stückzahl des MQB nicht gerüstet. Daher musste die Behälterversandanlage den aktuellen Anforderungen angepasst werden. Regalbediengeräte wurden einem Retrofit unterzogen, die Heber und Kettenförderer komplett erneuert. Frank Hölting, verantwortlicher Projektleiter im VW-Werk Kassel, gewann als Partner das regional ansässige Unternehmen Lödige Industries. Dieses konnte bereits für komplexe Logistikaufgaben der Materialflusstechnik bei namhaften Automobilisten entsprechende Expertisen vorweisen.

Energieeffiziente Antriebe

Bereits in der Altanlage kam Antriebstechnik von SEW-Eurodrive zum Einsatz. Die Kettenförderer wurden aber noch über Schütze im Schaltschrank mit ungeregelten Asynchronmotoren betrieben. Prinzipbedingt führte das beim Anlauf zu einer hohen Belastung der Mechanik. Auch der entsprechende Schaltschrankbedarf und der Verdrahtungsaufwand für die 221 Förderer waren nicht unerheblich. Dieses Konzept wurde unter energetischen Gesichtspunkten neu bewertet.

Letztendlich fiel die Entscheidung für Stirnradgetriebe­motoren mit integriertem Frequenzumrichter der Baureihe Movimot. Die Kommunikation mit der Anlagensteuerung erfolgt über AS-Interface. Diese Bustechnik wird bevorzugt in der Intralogistik eingesetzt, da sie die erforderliche Performance aufweist und einfach in Bezug auf die Systemintegra­tion ist. Entsprechend der Fördermassen werden die bewährten Kombinationen aus einem Getriebemotor mit einem dezentralen Frequenzumrichter eingesetzt, den es in unterschiedlichen Nennleistungen gibt. Durch die modulare Antriebselektronik hat der Kunde alle Vorteile des Betriebes am Umrichter, beispielsweise parametrierbare Beschleunigung. Ferner entfallen die Netzbelastung und der Bremsenverschleiß beim Anlauf. Das ermöglicht den schonenden Betrieb der Mechanik. Die Modelle der Serie Movimot-D sind standardmäßig mit Motoren der DR-Baureihe in unterschiedlichen Effizienzausprä­gungen kombinierbar.

Volkswagen entschied sich für eine Antriebslösung mit den IE4-Motoren DRU...J. Das sind Drehstrommotoren, die im Rotor einen Kurzschlussläufer und Permanentmagnete enthalten und daher keine Rotorverluste aufweisen. Somit werden servo-elektrische Eigenschaften eines Motors gepaart mit wirtschaftlichen Standardkomponenten des DR-Motorbaukastens. Durch die synchrone Drehzahl der Motoren wird ein lastunabhängiger Drehzahlgleichlauf der Kettenförderer realisiert und somit eine komfortable Behälterübergabe. Movimot-Getriebe­motoren benötigen unwesentlich mehr Einbauplatz als herkömmliche Motoren. Die kompakte Bauform des Synchronläufers gleicht das aber wieder aus.

Dynamisch bewegen und regeln

In die untere Versandebene werden die VW-Standardbehälter nach der Einlagerung im Hochregallager und der Kommissionierung über Heber ausgelagert. Mechanik Made in Germany, aus dem Land des Maschinenbaus, ist oftmals sehr langlebig. Elektrische Komponenten dagegen unterliegen häufigeren Veränderungen durch den technischen Fortschritt. Im Rahmen der Modernisierung wurden insgesamt sieben Wickelheber jeweils mit einem Stirnradgetriebe der Baugröße R97 und einem Asynchron-Servomotor DRL132S4 von SEW-Eurodrive ausgestattet. Für hohe dynamische Anforderungen ist diese spezielle Ausführung des DR-Motors besonders geeignet. Die Ansteuerung erfolgt über die dezentrale Antriebs- und Positioniersteuerung Movipro, die exakte Positionierungen mit frei parametrierbaren Software-Komponenten ermöglicht.

Das Hochregallager für die MQB-Komponenten hat sechs Gassen und insgesamt 1096 Stellplätze. Es ist 28 m hoch und seine Gassenlänge beträgt 100 m. Das Regalbediengerät (RBG) fährt mit Teleskopgabeln in die Regalfächer, um die Waren ein- oder auszulagern. Somit sind 1600 Ein- und Auslagerungen, also 800 Doppelspiele, pro Tag realisierbar. Die kompletten Antriebsstränge der Fahr-, Hub- und Gabelantriebe des Regalbediengeräts wurden erneuert. Drehzahlen und Leistungen wurden nach den technischen Angaben der alten Antriebe ausgelegt. Bei der Projektierung war zu berücksichtigen, dass im Hochregallager im Winter auch Minusgrade herrschen können.

Eine weitere besondere Herausforderung war die Integra­tion neuer Schaltschränke für die Antriebselektronik der Fahr- und Hubantriebe, die auf dem RBG mitfahren. Alle sechs Regalbediengeräte arbeiten beim Fahr- und Hubantrieb mit den Antriebsumrichtern Movidrive. Durch den Gleichstrom-Zwischenkreisverbund kann die freiwerdende Energie der einen Achse von der anderen Achse wiederverwendet werden – ein Recycling der generatorischen Energie. Das führt im Mittel zu einer deutlichen Energieeinsparung. Ein Movipro als dezentrale Steuerung für den Gabelantrieb befindet sich wiederum auf dem mitfahrenden Hubrahmen des RBG.

Antriebslösung der Klasse IE4

In der horizontalen Fördertechnik ist die Antriebslösung mit dem Umrichter Movimot und dem hocheffizienten Synchronläufer DRU...J ein Meilenstein. Sie lässt sich praktisch überall einsetzen, wo eine Drehzahlregelung erforderlich ist. Für Volkswagen ist dieser erste Einsatz eines IE4-Motors nicht nur ein Pilotprojekt, sondern eine wirtschaftliche Standardlösung für weitere Antriebsaufgaben. Durch die Verwendung dezentraler Frequenzumrichter für die Heber und Kettenförderer wurden viele Schaltschränke eingespart. Wo vorher eine Linie von Schränken mit 12 m Länge aufgereiht war, ist der jetzt erforderliche Platz um drei Viertel geschrumpft. Zusätzlich wurde die Klimatisierung der Schaltschränke gespart, was sich ebenfalls positiv auf die Energiebilanz auswirkt.

Bei allen Neuinstallationen im Volkswagenkonzern wird bereits während der Planungsphase großes Augenmerk auf die Energiesparanalyse gelegt. So wurde vor Beginn der Arbeiten eine Energieverbrauchsmessung durchgeführt. Im Januar 2014 erfolgte die abschließende Messung an der Behälterversandanlage. Das Ergebnis: mehr Produktivität und etwa 15 Prozent weniger Energieverbrauch. Möglich wurde das vor allem durch moderne Elektromotoren und eine neue Steuertechnik.

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