Autonome Förderwagen

Lothar Fischer,

Flexibler Transport in der Produktion

Die Technologie der autonomen Förderwagen wird künftig ein wichtiger Bestandteil flexibler Produktionssysteme sein. Damit können Produzenten flexibel auf die schnellen Veränderungen der modernen Produktion, Verarbeitung und Verpackung reagieren.

Der große Vorteil von iTrak besteht darin, dass sich der Produktionsfluss „on the fly“ verändern lässt. © Rockwell Automation

Daneben bietet die Technologie weitere Vorteile wie höheren Durchsatz, verbesserte Anlageneffektivität und Verfügbarkeit sowie reduzierte Energiekosten, weniger Verschleiß und geringeren Platzbedarf.

Die Erfassung, Analyse und Bereitstellung von Betriebsdaten erfolgt in modernen Fertigungsbetrieben nahezu in Echtzeit und gewinnt immer mehr an Bedeutung. Viele Unternehmen sehen sich jedoch aufgrund der Leistungseinschränkungen der vorhandenen Anlagen einem Fertigungslimit gegenüber. Sicherlich zeigen Echtzeitdaten Bereiche auf, in denen Verbesserungen in Bezug auf Produktivität, Qualität und Flexibilität möglich sind. Aber wenn die Hardware nicht auf dem aktuellen Stand ist und darauf reagieren kann, sind alle Bemühungen zur Datenanalyse vergeblich. Aus diesem Grund fordern Maschinenbauer wie Hersteller flexiblere Automatisierungslösungen, die mit dem Strom an Fertigungsdaten umgehen und diese schnell umsetzen können.

Rockwell Automation bietet eine große Bandbreite an Automatisierungs- und Softwareprodukten, die darauf ausgelegt sind, komplexe Daten und das Volumen der Produktionsdaten zu nutzen. Zu diesen flexiblen Fertigungslösungen gehören auch die Independent-Cart-Technologien (ICT) iTrak und MagneMotion. Sie kommen bereits in zahlreichen modernen Maschinenkonzepten zum Einsatz – unter anderem in der Konsumgüter-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

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Anwendungen mit iTrak-Technologie – darunter Konsumgüterverpackung, medizinische Analysegeräte und Befüllungen – haben die Leistungsfähigkeit der ICT nicht nur in Bezug auf ihre Flexibilität, sondern auch hinsichtlich höherem Durchsatz, niedrigeren Energiekosten, geringerem Platzbedarf und kürzeren Produkteinführungszeiten unter Beweis gestellt. In zahlreichen Anwendungen ließen sich in der Praxis um 90 Prozent kürzere Umrüstzeiten, um 100 Prozent höhere Durchsätze und ein um 50 Prozent reduzierter Platzbedarf erzielen.

Flexible Anpassung nach Bedarf

In vielen Unternehmen ist ICT nur der Ausgangspunkt und wird an die eigenen Anwendungen angepasst. Ein Beispiel hierfür ist das dänische Unternehmen Mach-Tech. Dieses integriert die Leistungs-, Netzwerk- und Luftversorgung direkt in die Förderwagen – unabhängig von deren Position oder Ausrichtung auf der Führungsschiene.

Eine Maschine, die das Unternehmen für einen führenden Pharmakunden entwickelt hat, wird in einem Pilotprojekt konzipiert, um das effektivste Timing und den effektivsten Ablauf der Produktion für ein Medizinprodukt zu ermöglichen. Niels Jørgen Hansen, Geschäftsführer von Mach-Tech, sagt: „Aktuell kommen beim Kunden mehrere verschiedene Montageverfahren zum Einsatz, die alle unterschiedliche Bearbeitungszeiten haben. Mit dem iTrak-System und seinen autonomen Förderwagen können wir diese Bearbeitungszeiten mit Förderwagen untereinander abstimmen, um die Auswirkungen der längeren Verweilzeiten auf den gesamten Produktionszyklus auszugleichen. Einfach ausgedrückt, brauchen wir für den langsamsten Prozess nur die Anzahl der Stationen zu erhöhen.“

„Der große Vorteil von iTrak besteht darin, dass wir den Produktionsfluss „on the fly“ verändern können“, erläutert Hansen. „In der Phase des Produktdesigns kennen die Kunden oft nicht die genauen Produktionsparameter und Bearbeitungszeiten, aber dank der Flexibilität von iTrak lassen sich alle Parameter viel einfacher ändern und testen, bis ein optimaler Produktionsablauf definiert ist. Die Maschine, die heute das Produkt zusammenbaut, ist ein Rundschalttisch mit einem Durchsatz von etwa 30 Produkten pro Minute. Obwohl die iTrak-basierte Lösung den gleichen Durchsatz liefert, besteht ein großes Problem der Rundschalttische darin, dass sie keine längeren und variablen Bearbeitungszeiten in sich kompensieren können. Es lassen sich nicht einfach neue Stationen hinzufügen oder Produktionsschritte ändern. Zukünftig könnten Sie sogar zwei Maschinen ersetzen, indem Sie unterschiedliche Bearbeitungsstationen hinzufügen, ohne dass dies einen Einfluss auf den Durchsatz hätte.“

Maschinenvarianten in verschiedenen Kombinationen

Anpassungen an den Produktdurchsatz und Prozessflexibilität bieten beide ICT-Technologien von Rockwell, aber wirklich interessant wird diese Entwicklung durch die Möglichkeit, die Daten-, Energie- und Luftverbindungen von Mach-Tech zu den Förderwagen hinzufügen zu können. „Wir haben die Förderwagen und Schienen modifiziert, um Maschinenvarianten mit verschiedenen Kombinationen bieten zu können: sechs bar Luftdruck, Vakuum, Produktauswurf und Aktuatoren; Ethernet für Zwei-Wege-Kommunikation und Steuerungsdaten sowie Energie, in diesem Fall 2 A pro Mover für die Heizung.“

„Auf der älteren Maschine mit Rundschalttisch“, sagt Hansen, „wurden die Stationen über ein zentrales Karussell mit Strom und Luft versorgt. Für ein nicht rundes Format – in diesem Fall ein Rechteck – hatten wir diese jedoch noch nicht entwickelt. Deshalb haben wir die Karusselltechnik mit Hilfe von Federspannern so angepasst, dass die Versorgungsleitungen über alle Radien hinweg immer eng gehalten wurden, um ein Flattern bei schnellen Bewegungen zu vermeiden.“

„Wir haben auch die Strecke angepasst und drei Kupferschienen integriert, die den Strom liefern“, fährt Hansen fort. „Das hat bisher noch niemand so gemacht. Es war eine Herausforderung, um die Kurven zu kommen, aber abgesehen davon, war die Stromversorgung einfach. Da war das zentrale Karussell, das für die Luftversorgung und Kommunikation zuständig war, schon eher eine Herausforderung. Am Ende haben wir uns auf einen einzigen Versorgungsschlauch geeinigt, der sowohl Leistung als auch Luft transportiert und am Förderwagen wieder geteilt wird. Mit dieser Anordnung müssen wir nur einen einzigen Schlauch pro Förderwagen führen. Das Schöne an diesem Ansatz ist, dass wir auch eine 24-VDC-Leitung einbauen können, wenn keine stromschienenbasierte Lösung erforderlich ist.“

Die Entwicklung wird ausgebaut

„Natürlich waren die Ingenieure von Rockwell Automation sehr an dieser Technologie interessiert, da ihnen dieser Ansatz völlig neu war“, erklärt Hansen. "Die Förderwagen oder Mover sind lediglich Anpassungen des bestehenden Designs und wir konnten die Stiftlöcher und Schrauben nutzen, um unsere Anwendung darauf aufzubauen.“ Dank der Leistungsfähigkeit und der Funktionsweise von iTrak kann das System diese Änderungen in Bezug auf die zusätzliche Massenträgheit, die durch die neue Hardware entsteht, problemlos bewegen. „Wir haben mehrere Versuche mit unterschiedlichen Lasten durchgeführt“, erläutert Hansen, „einschließlich analoger Geräte, E/A. Wir haben alles Mögliche auf die Mover gelegt und keine Massenträgheitsprobleme festgestellt. Wir bauen diese Entwicklungen jetzt in einer Maschine für einen anderen Kunden weiter aus, der ebenfalls iTrak einsetzt, allerdings ohne Kurven. Die Förderwagen bewegen sich einfach auf einer 5 bis 6 m langen Strecke hin und her und ersetzen einen linearen Produktionsprozess oder gleichen ihn aus.“

„Die von uns entwickelte Technologie ist in mehreren Varianten erhältlich“, sagt Hansen abschließend, „mit unterschiedlichen Kombinationen von Leistung, Netzwerk und Luft – abhängig von der speziellen Anwendung. Wir bieten sie als Lösung sowohl für Maschinenbauer als auch für Hersteller an, sei es für eine neue Anwendung oder eine bestehende Anlage. Auf diese Weise können wir Kunden helfen, die nach neuen Systemen suchen, oder die das, was sie bereits haben, modernisieren möchten.“

ICT ist Teil der Integrated Architecture von Rockwell Automation, die durch die Konnektivität des Connected Enterprise komplettiert wird. Mit ICT und all der darin enthaltenen Flexibilität lassen sich auf Basis von Betriebsdaten Entscheidungen fällen, Feedback einholen und erforderliche Änderungen schnell und effizient umsetzen – dies ist bei herkömmlichen Systemen nicht so einfach möglich. Auf diese Weise erlaubt ICT die auf dem Markt geforderte Flexibilität im Rahmen einer Fertigung in nahezu Echtzeitgeschwindigkeit. Hybridversionen wie die von Mach-Tech entwickelte Lösung heben die Anpassungsfähigkeit und Flexibilität auf eine neue Ebene.

Lothar Fischer ist Solution Architect bei Rockwell Automation. /am

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