Wenn Schränke rollen

Motion Control – Der Automat kommissioniert Kleinteile und sieht aus wie ein begehbarer Schrank. Das Antriebssystem bewegt die Regale, damit der Greifer greifen kann.

21. Mai 2008

Der Rollschrank funktioniert wie eine Werkzeugausgabe – allerdings mannlos an der Ausgabe. Das Ordern der Teile ist einfach: Am IPC wählt der Monteur zum Beispiel M10-Schrauben aus. Der Greifer im Automat fährt dann über die Achsen zu der entsprechenden Lagerbox, entnimmt die Schrauben und legt sie in einer Ausgabebox in der Auslage ab. Der Monteur quittiert das im IPC, legt die Kiste in die Einlagerung zurück und der Greifer transportiert sie an ihren Platz zurück. Anschließend schlägt der Automat dem Einkauf vor, welche Teile bestellt werden müssen, bis hin zur automatischen Bestellung von Werkzeugen, Klein- und C-Teilen.

Das Besondere am Rollschrank-System: Die Regale mit den Teileboxen stehen nicht fest, sondern fahren zur Seite. Der Greifer bewegt sich über Linearachsen in die Lücke und kann von dort aus die gewünschten Teile aus der jeweilige Kiste entnehmen. Das ist eine enorme Platzersparnis. Normalerweise ist ein Kommissionier-Apparat ein feststehendes Regal, und der Greifer entnimmt und lagert etwas aus. »Wir sparen Platz durch kompakte und verfahrbare, nebeneinander stehende Regalschränke. Wenn der Greifer dazwischen möchte, rollt der Schrank zur Seite und macht dem Greifer Platz in der Lücke«, erklärt Konstrukteur Peter Perlich das Prinzip Rollschrank.

Hardware – State of the art

Gut kommissionieren heißt viel Volumen auf möglichst wenig Fläche unterzubringen. Das kann der Automat. Er ist kompakt und passt zu Montage- und Handling- Arbeitsplätzen. »Schließlich basiert er auf der Konstruktion unseres Apotheken-Kommissioniersystems«, sagt Peter Perlich: »In Apotheken sind wir mit unserem System die Platzsparer im Vergleich zu anderen. Mangelnde Volumeneffizienz ist dort ein Ko-Kriterium, in der Industrie zählt das mindestens als Wettbewerbsvorteil.«

Das Pflichtenheft, das sich die Schrankbauer vorgenommen haben, hat es in sich: Waren sowie Werkzeugein- und -ausgaben sollen ständig automatisch dokumentiert und weitergegeben werden. Dazu zählen die permanente Inventur aller Lagerartikel, der automatisierte Bestandsabgleich zwischen Bestandsdaten und Bedarfsdaten bis hin zu Bestellvorschlägen für den Einkauf und der automatischen Bestellung von Werkzeugen, Kleinteilen und C-Teilen. Darüber hinaus sollen Werkzeuge und Bauteile für die Montage automatisch vorkommissioniert werden und Bauteilentnahmen werden Personen und Projekten zugeordnet. Damit sichert das System die Artikel vor unbefugten und nicht im Bestand dokumentierten Entnahmen (Vermeidung von Fehlbeständen). So viel Leistung setzt neueste Antriebs- und Steuerungstechnik voraus. »Alles ist State of the art – nur beste Hardware, denn ein Automat muss zehn bis zwölf Jahre ohne Probleme arbeiten. Deshalb haben wir auch beim IPC eine gängige Lösung gewählt«, erklärt Peter Perlich.

Hausintern wird bei Gollmann der Kommissionierschrank gerne Schneider-Automat genannt. Das hat etwas mit der Entstehungsgeschichte zu tun, denn der Automat wurde gemeinsam mit dem Machine Technology Center (MTC) Nord/ Ost von Schneider Electric entwickelt, wo sich Spezialisten, die von Berger Lahr stammen, um Aufgabenstellungen von Kunden aus dem Maschinenbau kümmern. Alexander Kasten hat den Apothekerautomat konstruiert, den Prototypen für die Industrieversion und war auf der Suche nach frei hängenden Linearachsen. »Die meisten Anbieter haben nur den Kopf geschüttelt oder sind nach einigen Tests abgesprungen«, erinnert sich Kasten. »Die Kollegen von Schneider Electric waren die einzigen, die uns eine Produktgarantie für frei hängende Linearachsen gegeben haben und über den Tellerrand der üblichen Konstruktion geschaut haben.«

Der Mut zum Neuen

Sonst werden die Achsen bei Kommissionierautomaten oben und unten über Los- und Festlager geführt. Aber der Mut zum Neuen schweißt zusammen. Und weil von den MTC nicht nur Linearachsen, sondern das gesamte Thema Motion mit abgedeckt wird, lag es nahe, Bewegungssteuerung, Antriebe und alle anderen Komponenten als Komplettlösung aus einer Hand einzusetzen. Zur komplexen Automatisierungslösung gehört eine Menge an Motion Control. Steuerungsingenieur Andreas Fleischmann beschreibt, was hinter der Bewegung steckt: »Es sind diverse Achsen zu steuern und die Rollschränke selbst werden mit Frequenzumrichtern angetrieben. Der Motion Controller fährt die einzelnen Rollschränke auf Position und sorgt dafür, dass diese nicht miteinander kollidieren.« Das Handling der Lagerbehälter übernimmt ein vierachsiges Portal. Drei Achsen verfahren das Portal, mit der vierten wird der Greifer geschwenkt, damit auf beide Seiten eines Schrankes zugegriffen werden kann. Hierfür sind Servoachsen im Einsatz, die vom Motion Controller angesteuert werden. Die komplette Automatisierungslösung ist mit dem Controller realisiert: Abläufe und Verriegelungen übernimmt die integrierte SPS. Für die Bedienung der Anlage und die Verwaltung des Lagers wird ein Panel-PC eingesetzt. Der Motion Controller bekommt von diesem PC seine Fahraufträge. Es können Behälter ein-, aus- und umgelagert werden. Die Kommunikation zwischen PC und Controller ist mit Modbus TCP/IP auf Basis von Ethernet realisiert. Die Greifer-Mimik hat sich das Gollmann-Team selbst ausgedacht. »Im Paket zu den SSI-Schäfer- Kästen gibt es sie leider noch nicht dazu«, bedauert Peter Perlich: »Wir haben also die Kisten ausgemessen, die Greifer-Prototypen selber gebaut und ermittelt, wie die Greiferfunktionen am sichersten laufen.« Einmal angepasst, ist alles Weitere kein Geheimnis, denn die Industrie-Boxen sind speziell für automatisches Handling gebaut. Wenn die Greifer- Mimik mit den Bewegungen der X-, Y- und Z-Achse abgestimmt ist, funktioniert alles wie beim Apothekerautomat – »eben wie am Schnürchen«, findet Perlich.

Grenzen des Wachstums

Dem ›One Size Fits All Prinzip‹ gibt Perlich kaum Chancen bei Fertigungs- und Montagevorgängen. Der Gollmann-Schrank kann aber wachsen. Modularität ermöglicht es, bestehende Elemente weiter auszubauen. »Unser Prototyp hat vier Regale. Mit fünf Regalen sieht er im Grunde genommen genauso aus – er hat die gleichen Elemente zum Kommissionieren und Positionieren. Durch das fünfte Regal wird er etwas länger, allerdings bei gleicher Breite, denn hier wollen wir möglichst im Standard bleiben, aber wir können auch anders «, sagt Dr. Iwan Zwick von der Gollmann- Geschäftsleitung: »Als Anlagenbauer können wir fast alles. Ob es sich lohnt, vom Standard abzuweichen, ist eine Frage des Engineering-Aufwands. Aufwand und Zusatznutzen sollten keinen Zielkonflikt verursachen. In der Tiefe des Automaten versuchen wir beim Standard zu bleiben. Sonst müssten wir viel umzeichnen. Wir versuchen in der Breite Standards zu bieten, in der Höhe gibt es bis jetzt drei Varianten und die Länge richtet sich nach der Anzahl der Regale im Automaten.«

Auch bei Kommissionier-Systemen gibt es aus Konstrukteurssicht ›Grenzen des Wachstums‹. Die maximale Höhe des aktuell verfügbaren Systems sind etwa drei Meter mit Schränken, die etwas über zwei Meter sind. Für Anwendungen mit besonders hohen Regalen im Schrank müsste man die Regale oben befestigen, um sie schwingungsfrei verschieben zu können. Allerdings ist auch hier das Machbare nicht immer das Vernünftige und Wirtschaftliche. Denn der Charme der Lösung liegt, jedenfalls heute noch, in der geringen Größe. »Beliebiges Skalieren nach oben ist nicht unbedingt sinnvoll. Wenn wir zu groß bauen, verlieren wir unseren Wettbewerbsvorteil. Denn kaum einer kauft ein kompaktes System, wenn er genügend Platz für ein Hochregallager hat.«

Peter Schäfer

FAKTEN

Die Gollmann Kommissioniersysteme in Halle (Saale) gibt es seit dem Frühjahr 2006. Der erste Apothekenautomat kam genau ein Jahr später auf den Markt. Die Industrieversion hat Gollmann auf der Motek 2007 vorgestellt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2008