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Fahrerlose Transportsysteme schnell und kontaktlos laden

Intralogistik
Fahrerlose Transportsysteme schnell und kontaktlos laden

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Fahrerlose Transportsysteme übernehmen in der Intralogistik immer mehr Aufgaben. Für einen maximalen Automatisierungsgrad sind allerdings intelligente Ladesysteme gefragt. Während herkömmliche kabel- oder spurgebundene Ladetechniken oft teure Eingriffe in die Infrastruktur erfordern, sind induktive Schnellladesysteme hingegen leicht zu integrieren, schnell betriebsbereit und platzsparend.

Beim Materialtransport in Produktion und Intralogistik spielen die fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTS) eine immer wichtigere Rolle. Dabei sind intelligente Transportlösungen und Plug-and-Play-Konzepte gefragt, die den Anforderungen der immer kleineren Losgrößen gewachsen sind. Im Idealfall ist das FTS nach einer einmaligen Registrierung in der Umgebung sofort einsatzbereit und erledigt autonom die Transportaufgabe.

FTS gibt es in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Aufgaben. So ist zum Beispiel der automatische Gabelstapler für die flexible Aufnahme von Paletten, Werkstücken oder Großladungsträgern konzipiert, die bodenseitig oder in Regalsystemen angeordnet sind. Unterfahrschlepper und Routenzüge transportieren rollengelagerte Behälter und Zugrahmen durch Unterfahren und Andocken. Die Transportfahrzeuge können auch mit einer zusätzlichen Hubeinheit kombiniert werden, um verschiedene Höhen in Entlade- und Beladestationen zu erreichen oder Komponenten anzuheben. Die Steuerung der FTS ist komplex und nicht standardisiert. Fahrzeuge unterschiedlicher Hersteller lassen sich deswegen noch nicht mit einer übergeordneten Steuerung koordinieren.

Lithium-Ionen-Batterien haben sich als Energiespeichersystem durchgesetzt

Um effiziente Prozesse zu sichern, muss das Material in der Produktion zum richtigen Zeitpunkt an der Fertigungslinie bereitstehen. Die smarte Produktion erfolgt zum Teil in konfigurierbaren Zellen, die auf einem Raster angeordnet sind. Die FTS transportieren dabei die Teile und Werkzeuge in die Zellen, die sich jederzeit nach Bedarf erweitern lassen. Dieses Matrix-Konzept ermöglicht eine automatische Umrüstung auf wechselnde Produkttypen ohne Produktionsausfälle. Allerdings ist es bei diesem Ansatz schwierig, konstante Fahrzyklen für die FTS festzulegen.

Unabhängig vom produktionstechnischen Ansatz sind bei FTS intelligente Energiekonzepte gefragt. Lithium-Ionen-Batterien haben sich als Energiespeichersystem durchgesetzt und gehören inzwischen zum Standard. Die höhere Lebensdauer im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien und die einfache Integration in intralogistische Abläufe sind dabei die entscheidenden Vorteile. Außerdem lässt sich dieser Batterietyp schnell zwischenladen. „Die Energiebedarfsplanung wird in Zukunft immer wichtiger“, sagt Johannes Mayer, Geschäftsführer der Wiferion GmbH. „Eine optimale Integration der Ladeprozesse in die Abläufe muss gewährleistet sein.“

Kabelgebundene Ladekonzepte lassen sich oft nur schlecht automatisieren. Bei konventionellen Ladekontakten fahren die FTS zu den eingerichteten Ladestationen und starten dort den Ladevorgang. Während dessen fehlen die Fahrzeuge allerdings im Produktionsprozess. Um einen unterbrechungsfreien Produktionsablauf und eine ständige Verfügbarkeit sicherzustellen, sind somit mehr Fahrzeuge nötig. Zudem ist eine aufwendige Beschaltung und eine Absenk-Kinematik erforderlich, damit die Kontakte nur zum Ladezeitpunkt aktiviert werden. Nach dem Laden muss der Kontakt sofort wieder abgeschaltet werden, da es sonst zu unerwünschten Stromübertragungen und Funkenbildung kommt.

Aus Gründen des Arbeitsschutzes ist der Ladepunkt oft nicht in unmittelbarer Nähe der Produktionsbereiche eingerichtet, sondern befindet sich weiter entfernt in extra dafür geschaffenen Ladezonen. Manchmal liegen diese sogar außerhalb der Produktionshalle. Bei höheren Strömen ist die Konstruktion der Ladestation zudem komplex und teuer, da eine große Energieübertragung erst durch starke Kontaktkräfte möglich wird. Diese müssen wiederum von den Ladestationen abgefangen werden. In der Folge ist ein höherer Wartungsaufwand nötig, um den reibungslosen Betrieb sicherzustellen.

Das Laden der Lithium-Ionen-Batterien über Leitliniensysteme ist weniger verbreitet als das Laden über Ladekontakte. Das Fahrzeug bewegt sich dabei auf definierten Fahrwegen. Um die Leiter im Boden zu installieren, sind bauliche Eingriffe in die Infrastruktur notwendig. Die Zahl der Fahrzeuge, der Energiebedarf und der Fahrweg bestimmen die Auslegung des Systems. Der Einspeisepunkt wird so dimensioniert, dass alle Fahrzeuge zu einem Zeitpunkt mit einer entsprechenden Menge an Energie versorgt werden können. Die Fahrstrecke wird bei dieser Technik dauerhaft mit Energie versorgt. Bei diesem System ist jederzeit ein Zwischenladen möglich. Allerdings ist die Lösung relativ teuer und unflexibel. Wird der Fuhrpark erweitert oder ändern sich die Fahrwege, stößt das System an seine Grenzen. Je nach Auslegung und Zahl der Fahrzeuge bewegen sich gute Leitliniensysteme in einem Gesamtwirkungsgrad von rund 60 %.

Das Potenzial der Lithium-Ionen-Technik lässt sich nur mit kontaktlosen Schnellladesystemen voll ausschöpfen, wie sie beispielsweise das Unternehmen Wiferion mit der Etalink-Serie anbietet. Die Systeme brauchen weder Steck- noch Schleifverbindungen und sind einfach zu installieren. Die Ladetechnik besteht dabei aus einer Wallbox und einem Ladepad, das an einer geeigneten Stellen im Logistik- und Produktionsumfeld installiert wird. Im Fahrzeug wird die Empfangselektronik mit Empfängerspule, mobiler Ladeeinheit und Energiespeicher verbaut. Sobald das Fahrzeug das Ladepad erreicht hat, beginnt der Ladevorgang.

Das gesamte System ist in kurzer Zeit betriebsbereit. Die Komponenten sind nur über das Magnetfeld miteinander verbunden und daher für den langjährigen Dauereinsatz geeignet. „Bei unseren Systemen sprechen wir nicht nur vom kabellosen Laden, sondern vom kontaktlosen Laden“, betont Johannes Mayer. „Da wir auf mechanische Schleifkontakte verzichten, ist das System praktisch wartungsfrei. Oxidierte Stecker oder gebrochene Kabel wie bei herkömmlichen Ladeprozessen sind obsolet.

Ein Ladepunkt kann unterschiedliche Batterien mit 24 oder 48 V bedienen. Die Ladekennlinie ist dabei frei programmierbar. Da keine physische Verbindung zwischen Ladegerät und Batterie aufgebaut wird, gibt die intelligente Elektronik auf dem Fahrzeug vor, welche Ladeparameter von der Station geliefert werden sollen. Der Ladeprozess kann in weniger als einer Sekunde mit Volllast starten. Mit der intelligenten Energielösung lassen sich zudem Fahrzeuge unterschiedlicher Hersteller laden.

Der Hersteller Wiferion bietet mit dieser Lösung ein Ladesystem, dessen Funktionsweise nicht von den Umgebungsbedingungen beeinflusst wird. Dank der Schutzklassen IP 65 und IP 68 ist die Technik vor Staub und Wasser geschützt und lässt sich sogar in Außenbereichen einsetzen. Nicht zuletzt verbraucht das Ladesystem nur dann Energie, wenn geladen wird. Der Wirkungsgrad des induktiven Schnellladesystems liegt deswegen bei maximal 93 % und somit im Bereich der besten kabelgebundenen Ladegeräte. Leere Batterien und Lastspitzen können durch regelmäßiges Zwischenladen der Fahrzeuge vermieden werden. Die Fahrzeuge sind im Prozess verfügbar und die Batterien können kompakter ausfallen als bei traditionellen Ladekonzepten. Da Ladepausen und Stillstandzeiten entfallen, erhöhen sich die Verfügbarkeiten der Fahrzeuge um bis zu 30 %.

Die Lösung ist flexibel und lässt sich schnell an Veränderungen anpassen

Das smarte Ladesystem der Spezialisten aus Freiburg im Breisgau lässt sich nach eigenen Angaben leicht bedienen und fast überall installieren, sprich an Wänden, auf dem Boden, auf Fahrwegen oder an Abstellplätzen. Während bei herkömmlichen Systemen die Integration in die Lagerabläufe oft Wochen oder Monate dauert, sind für die Implementierung der Wireless-Charging-Technik hingegen keine aufwendigen Infrastrukturmaßnahmen erforderlich. Ladeeinheit und Empfängerspule lassen sich in kurzer Zeit am Fahrzeug installieren. Zudem kann der Anwender das modulare System schnell an Veränderungen im Ablauf oder an neue Anforderungen anpassen. Da mobile Elektronik und Empfängerspule getrennte Bauteile sind, lassen sich viele Anbringungsvarianten realisieren. Fast jedes Fahrzeug lässt sich deswegen mit dem kontaktlosen Schnellladesystem ausstatten.

„Wir bieten mit unserem System zusätzlich einen Kommunikationskanal für verbesserte Prozesssicherheit“, ergänzt Johannes Mayer. „Unser Ladesystem kann deswegen auch auf die Batterietemperatur reagieren.“ Auf diese Weise wird verhindert, dass die Batterie wegen eines erhöhten Ladestroms und somit starker Wärmeentwicklung abgeschaltet werden muss. Damit die lithiumbasierten Batterien optimal aufgeladen werden, erfolgt die Kommunikation mit den Fahrzeugkomponenten über eine integrierte CAN-Schnittstelle. Energielevel, Betriebszeiten und Fahrzeugzustände lassen sich mit dieser Technik in Echtzeit abrufen. (us)

Kontakt:

Wiferion GmbH

Munzinger Straße 1

79111 Freiburg

Tel.: +49 761–154267–30
Mail: julian.seume@wiferion.com
www.wiferion.com


Retrofit

Wiferion bietet das ganze Spektrum für die Energieversorgung von Fahrzeugen. Dazu zählen auch Retrofitprojekte, um bestehende Flotten zu optimieren.


Uwe SchoppenRedakteur Industrieanzeiger
Bild: Tom Oettle

Kontaktlos geht’s besser

Fahrerlose Transportsysteme, kurz FTS, sind inzwischen fester Bestandteil in Produktion und Intralogistik. Die Technik funktioniert prima, solange die Batterien voll sind. Geht es ans Aufladen der Energieträger, zeigt sich auch mal die weniger attraktive Seite der FTS: Oxidierte Stecker, gebrochene Kabel, lange Ladepausen. Der Hersteller Wiferion verpricht hier Abhilfe mit seiner kontaktlosen Schnellladetechnik, die sich zudem leichter einrichten lässt als kabelgebundene Konzepte.


Wiferion-Chef Johannes Mayer: „Bei unseren Systemen sprechen wir nicht nur vom kabellosen, sondern vom kontaktlosen Laden.“

Die Profis für Energieversorgung

Wiferion ist einer der führenden Lösungsanbieter für die mobile, kabellose Energieversorgung von industriellen E-Fahrzeugen. Das Start-up wurde 2016 von vier ehemaligen Mitarbeitern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gegründet und zählt zu den Technologietreibern im Bereich Wireless Charging.

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