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Zuerst ...
Ein Überwachungs-System für Batterien, wie es die Daimler AG in ihrem Werk in Sindelfingen bei ihren 94 Fahrerlosen Transportfahrzeugen einsetzt, optimiert die Leistungsfähigkeit der Energiespeicher und soll ihre Lebensdauer um ein erhebliches Maß verlängern.
Die Transportwege zwischen den einzelnen Betriebsteilen in einem Automobilwerk sind mitunter sehr lang. Wenn es sich dann um immer wiederkehrende Transportvorgänge handelt, die jederzeit pünktlich und kalkulierbar sein müssen, empfiehlt sich ein Fahrerloses Transportsystem (FTS). Genau das hatte die Daimler AG in Sindelfingen erkannt und sich deshalb im Jahr 2000 von der Firma Eisenmann ein solches innerbetriebliches, automatisches Fördersystem mit 94 Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) installieren lassen, das ein älteres FTS ersetzte. Diese Fahrzeuge, ausgelegt für Lasten bis 2 Tonnen, bringen die im Presswerk produzierten Pressteile in Gestellen zu einem Hochregallager und später von dort zum so genannten Rohbau im Bau 5, das heißt: zur Karosseriefertigung. Die gesamte Länge der Strecke, auf der die FTF mit Geschwindigkeiten mit bis zu 60 m/min unterwegs sind, beträgt rund 5,5 km, wobei die Fahrstrecken – je nach Gebäude – auf zwei respektive drei Geschossen angeordnet sind. Den erforderlichen Vertikaltransport der FTF übernehmen 12 Aufzüge. Geführt werden die Fahrzeuge über eine Leitfrequenz entlang einer Führungslinie im Boden. Für die Kommunikation zwischen den ortsfesten Einrichtungen und den FTF nutzt man das heute übliche drahtlose lokale Netzwerk (WLAN).
Kurze Zwischenladungen entlang des Parcours
Zur Energieversorgung der automatischen Fahrzeuge verfügt jedes über eine Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd) mit 45,6 V / 100 Ah. Sie versorgt den Elektroantrieb, die Fahrzeugsteuerung sowie die Elektrik, Elektronik und Sensorik. NiCd-Batterien sind zwar in der Anschaffung teurer als Blei-Akkumulatoren, aber sie sind kleiner, wartungsarm, sollen die Betriebskosten reduzieren und bieten die Möglichkeit der schnellen Zwischenladungen – ein Umstand, der bei dem Rund-um-die-Uhr-Betrieb dieser Anlage im Sindelfinger Werk von besonderer Bedeutung ist. Bei den rund 6.000 Transporten am Tag bliebe gar keine Zeit für die Batteriewechsel. Damit die FTF immer rechtzeitig Energie „nachtanken“ können, sind entlang des Parcours 35 Ladegeräte mit seitlichen Andockstationen platziert. An diese docken die Fahrzeuge während des Arbeitsprozesses kurz an, um die entnommene Energie in etwa 20 bis 40 Sekunden wieder nachzuladen. Da die FTF gelegentlich pausieren, also nicht zwischengeladen werden können, übernehmen 15 Ladegeräte die so genannte „Vollladung“. Werden nach Jahren neue Batterien in die Fahrzeuge eingebaut, unterzieht man diese ungeladenen Batterien einer Inbetriebsetzungs-Ladung. Diesen Vorgang übernehmen zwei Lade-/ Entladegeräte. Die Geräte eignen sich auch zur Kapazitätsbestimmung von Batterien.
Geliefert hat die Batterien, die Ladegeräte und weitere Komponenten wie das Wasserbefüllsystem ein Spezialist aus Baden-Württemberg: die Firma EVM – Gesellschaft für Energieversorgungssysteme mbH mit Sitz in Schömberg im Nordschwarzwald. Seit über 20 Jahren berechnet sie die Energieversorgungssysteme für Fahrerlose Transportsysteme und liefert hierfür alle erforderliche Komponenten. Eine wesentliche Besonderheit der Systeme von EVM ist das Batterie-Überwachungs-System, kurz BÜS. Es ist so groß wie die jeweilig eingesetzte Batteriezelle und wird – wie eine Zelle – im Batterietrog untergebracht. Das BÜS hat wichtige Aufgaben: Es misst unter anderem die Batteriespannung, den Ladestrom, die eingebrachte und entnommene Kapazität, die Anzahl der Vollladungen, den Wasserfüllstand und die Temperatur der Bat-terie.
Unübersehbare Vorteile des BÜS
Die Messungen und die sich daraus ergebenden Maßnahmen, die das Überwachungs-System in der Folge einleitet, sorgen ganz entscheidend für die Optimierung der Leistungsfähigkeit und die Verlängerung der Batterie-Lebensdauer. Sinkt zum Beispiel die Batteriespannung unter den einstellbaren Schwellwert 40 Volt, wird das Fahrzeug via Leitsteuerung zum Nachladen an die automatische Ladestation geschickt. Zudem sorgt das BÜS dafür, dass die Spannung pro Zelle den Wert 1,55 Volt nicht übersteigt, denn sonst käme es zu einer ungewünscht hohen Gasung und damit zu vermehrtem Wasserverbrauch. Das aber würde die Lebensdauer deutlich verkürzen. Wenn doch einmal Wasser nachgefüllt werden muss – das geschieht bei Daimler in Sindelfingen wegen der geringen Gasung erst nach etwa drei Jahren –, lässt sich das sehr komfortabel mit dem EVM-Füllsystem auf einem Wasserbefüllwagen, das auf Gegendruck-Basis arbeitet, in rund zwei bis drei Minuten erledigen. Schließlich sorgt der Lüfter des Batterie-Überwachungs-Systems bei Bedarf für die erforderliche Kühlung. Die Energie pro Zeiteinheit, die dieser Lüfter verbraucht, beträgt 9 Watt, fällt also kaum ins Gewicht.
Alle Aktivitäten des BÜS, das die komplette Kontrolle über das „Leben“ der Batterie übernimmt, werden mithilfe der BÜS-Firmware in Form von Daten protokolliert, gespeichert und über Funk an die FTS-Leitsteuerung von Eisenmann übermittelt. Auf diese Weise lassen sich die relevanten Daten auf Bildschirmen grafisch darstellen und somit etwaige Fehler im System feststellen. Beim Tausch einer Batterie, etwa von einem Fahrzeug in ein anderes, zeigt sich der große Vorteil des BÜS-Einbaus in den Batterietrog, da alle batteriespezifischen Daten mit dem Energiespender „verheiratet“ bleiben.
Mit der neuesten BÜS-Software, die Daimler jüngst installiert hat, sind die Mitarbeiter in der Lage, auch einzelne batteriespezifische Parameter wie zum Beispiel Temperaturvorgaben für die Lüftersteuerung zu ändern, selbst während der Fahrt der Fahrzeuge. Da das Überwachungs-System über eine eigene CPU verfügt, ist die der Leitsteuerung untergeordnete Fahrzeugsteuerung, die alle Aktionen im fahrerlosen Fahrzeug koordiniert, von Aufgaben im Zusammenhang mit dem Batteriemanagement entlastet.
Batterie-Lebensdauer fast verdoppelt
Die beachtliche Wirkung des Energiemanagementsystems „BÜS“ lässt sich mit handfesten Zahlen untermauern. Wie mitgeteilt wird, war man bei der Daimler AG ursprünglich von Batterie-Lebenszeiten von maximal vier Jahren ausgegangen, so brauchen in der Regel die Instandhalter im Werk die Batterien de facto erst nach rund sieben Jahren auszutauschen. Anders ausgedrückt: Fast alle Batterien erreichen ein Ladungsspeichervermögen von 500.000 Ah. Das entspricht dem 5000-fachen Umsatz der Nennkapazität von 100 Ah. Ursprünglich waren höchstens 300.000 Ah veranschlagt worden.
Mit dem Fahrerlosen Transportsystem für Pressteile ist man in Sindelfingen sichtlich zufrieden. Nicht nur, dass einige Fahrzeuge mit rund 50.000 gefahrenen Kilometern mehr als einmal die Erde umrundet haben, auch das EVM-Energiemanagementsystem arbeitet im Sinne der Betreiber, denn es sorgt seit vielen Jahren nahezu störungsfrei für eine längere Batterielebensdauer und damit für mehr Wirtschaftlichkeit. Denn eins ist sicher: Die Fahrzeuge können technisch noch so hochwertig konstruiert sein, ohne Energie stehen auch sie still.
Autor: Wolfgang Degenhard
www.evm-gmbh.de
Bilder: EVM
Bild 3: Zahlreiche Ladeschränke sorgen dafür, dass die Batterien stets richtig geladen sind.