Das Ende des Leichtbaus? Supercaps für Regalbediengeräte

Veröffentlicht von Marco Gebhardt am 18.05.17 16:28
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Allgemein bekannt ist, dass Leichtbau viele Vorteile bietet. Dazu zählen der reduzierte Energieverbrauch, die geringere elektrische Anschlussleistung, die Entlastung des Gebäudes und des Regals, die Kostenersparnis durch geschonte Verschleißteile und der einfachere Transport sowie Aufbau. Bei GEBHARDT werden diese Vorteile mit dem innovativen Regalbediengerät Cheetah Eco seit Jahren erfolgreich umgesetzt. Im Folgenden wird der reduzierte Energieverbrauch am Beispiel eines Cheetah Eco, der im Jahr 2015 in Betrieb genommen wurde, genauer untersucht.

 

Falls eine größere Masse bewegt wird, benötigt man für dessen Beschleunigung auf eine gewünschte Geschwindigkeit mehr Kraft. Diese Erfahrung kann jeder selbst machen, indem er eine zweite Person oder großes Gepäck auf dem Fahrrad transportiert. Nach dem anstrengenden Beschleunigen verursacht das Fahren bei konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Strecke nur geringfügig erhöhte Muskelkraft. Das gleiche gilt auch für ein Regalbediengerät. Eine doppelt so große Masse führt in etwa zu einer doppelt so hohen Aufnahme an elektrischer Energie während des Beschleunigungsvorgangs. Das Regalbediengerät Cheetah Eco wiegt weniger als die Hälfte seiner Vorgängermodelle, so dass sich die Aufnahme elektrischer Energie während des Beschleunigens mehr als halbiert.

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Die standardmäßig eingesetzte Zwischenkreiskopplung arbeitet zudem deutlich effizienter, da die kinetische Energie aus der Fahrbewegung des RBG und die potentielle Energie aus der Höhenlage des Hubwerks besser aufeinander abgestimmt sind. Dies wird unterstützt durch das Layout der RBG-Gasse für doppelttief gelagerte 800x600 mm große und bis zu 60 kg schwere Kisten. Die Ein- und Auslagerungsbahnen werden in der Gassenmitte zugeführt und befinden sich in etwa auf halber Höhe der 10 m hohen Gasse. Daraus folgen kurze Wege für das Regalbediengerät und ein großer Durchsatz. Die maximale Hubhöhe des Hubwerks beträgt je Bewegung meist weniger als 5 m.

Die in dieser Hubhöhe steckende potentielle Energie genügt um das Regalbediengerät auf volle Geschwindigkeit zu beschleunigen. Ein schwereres Regalbediengerät könnte beim Absenken des Hubwerks nicht auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigen ohne zusätzliche elektrische Energie aus dem Netz zu ziehen. Beim Bremsen des Regalbediengerätes wird ausreichend Energie frei, um den Hubwagen beispielsweise 5 m nach oben zu verfahren. Falls durch eine größere RBG-Masse mehr Energie beim Bremsen zur Verfügung stünde, hätte dies keine Vorteile. Diese Energie könnte innerhalb des Regalbediengeräts nicht genutzt werden und müsste im Bremswiderstand in Form von Wärme vernichtet werden.

Die bei GEBHARDT entwickelte Reduktion der RBG-Geschwindigkeit bei geringem Durchsatz, ermöglicht darüber hinaus eine weitere Reduktion des Energieverbrauchs. Die Steuerung reduziert im Falle eines geringen Auftragsbestands automatisch die Geschwindigkeit. Da eine Reduktion auf 70% der Geschwindigkeit zu einer Halbierung der kinetischen Energie führt, kann so sehr einfach viel Energie eingespart werden.

Die Messungen im Vollastbetrieb am Cheetah Eco ergeben eine durchschnittlich Leistungsaufnahme von weniger als 3 kW für ein Doppelspiel. Moderne Wasserkocher haben eine vergleichbare Leistungsaufnahme. Ein Wasserkocher zieht diese Leistung jedoch nur wenige Minuten, bis das Wasser gekocht hat. Ein Regalbediengerät hingegen beschleunigt und bremst teilweise pausenlos viele Stunden pro Tag. Im Einschichtbetrieb mit 8 Stunden arbeitet ein Regalbediengerät bei 250 Werktagen pro Jahr etwa 2.000 Stunden. Bei einer Leistungsaufnahme von durchschnittlich 3 kW ergeben sich damit 6000 kWh Strombedarf pro Jahr.Bei 535 Gramm CO2 je erzeugter kWh ergibt sich eine Emission von 3,21 Tonnen CO2 jährlich. Ein herkömmliches RBG würde knapp die doppelte Menge CO2 ausstoßen. Für einen exakten Vergleich der Regalbediengeräte fehlen derzeit umfassende Normen, die eine Energieberechnung und Energiemessung exakt definieren.

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Bei einem Strompreis von 0,25 €/kWh resultieren für die 6.000 kWh jährlich 1.500 € Stromkosten, bei 0,15 €/kWh lediglich 900 €. Diese Kosten und damit verbundenen CO2-Emissionen gelten natürlich nur, wenn das Regalbediengerät während des Einschichtbetriebs über 8 Stunden durchgehend mit voller Dynamik bewegt wird. Falls das Regalbediengerät zwischendurch weniger Aufträge hat und die Dynamik reduziert wird bzw. keine Aufträge vorliegen und das RBG in den Stand-By-Modus wechselt, wird der jährliche Energieverbrauch erheblich sinken.

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Aktuell wird bei GEBHARDT intensiv getestet inwiefern der Energieverbrach durch Supercaps, die auf dem RBG mitfahren können, zukünftig weiter reduziert werden könnte. Das eingesetzte Regalbediengerät Cheetah Speed zeichnet sich durch seine extrem große Dynamik (v = 6,5 m/s und a = 6,5 m/s2) aus. Durch die große Dynamik ist viel Energie im System, so dass hier eine Speicherung besonders interessant ist. Insbesondere kann damit die, oft nicht effektive, Zwischenkreiskopplung verbessert werden, da überschüssige Energie nicht nur sofort sondern auch später genutzt werden kann. Falls das RBG mit voller Geschwindigkeit eine Position auf der gleichen Höhe anfährt, kann die für einen Hub zur Verfügung stehende aber aktuell nicht benötigte Energie für das darauf folgende Anfahren gespeichert werden. So ist es möglich die hohe vorhandene Bewegungsenergie innerhalb des Systems zu behalten, ohne beim Bremsen des RBG bzw. Absenken des Hubwagens fortwährend Energie im Bremswiderstand zu vernichten und anschließend von Außen neu zuzuführen. Letztendlich müssen durch das Stromnetz nur noch die Verluste im Antriebssystem, Rollen, Lager, Getriebe, Antrieb usw. ausgeglichen werden. 

Besonders vorteilhaft ist, dass mit Supercaps das Zuführen des geringen verbleibenden Bedarfs an Energie konstant erfolgen kann. Somit können die Anschlussleitungen und der Trafo des Betreibers sehr viel kleiner ausfallen. Zudem muss der Energieanbieter keine Stromspitzen für das kritische zeitgleiche Anfahren mehrerer RBGs vorhalten, so dass oftmals ein niedrigerer Strompreis vereinbart werden kann. 

Der Vorteil des Leichtbaus könnte durch die neuen Möglichkeiten mit Supercaps in Frage gestellt werden, weil die bei größerer Masse höhere Energie einfach gespeichert werden könnte. Dies würde jedoch zu deutlich größeren Supercaps und Antrieben und damit zu erheblich größeren Anschaffungskosten führen. Außerdem führt eine größere Masse zu größeren Kräften, so dass der Mast oder Fahrschemel der extrem hohen Dynamik nicht standhalten könnte. Außerdem würden ohne Leichtbau die Verschleißteile übermäßig beansprucht und müssten unverhältnismäßig oft ausgetauscht werden. 

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Kategorien: RBG, Leichtbau, Supercaps, Ultracaps, Energiespeicher, Regalbediengerät, AKL, Automatisches Kleinteilelager, Lagertechnik, Lagersystem

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