Die lang vorhergesagte Rohstoffknappheit, steigende Energiepreise und der fortlaufende Klimawandel treiben die Gesellschaft und somit auch die Industrie bereits seit Jahrzehnten zu einem Umdenken. Ein energieeffizientes und umweltfreundliches Portfolio ist für Unternehmen heutzutage ein unverzichtbarer Aspekt der Unternehmensphilosophie und Wettbewerbsfähigkeit.
Maßgeblich dafür verantwortlich sind seit Jahren auch strengere gesetzliche Auflagen. Die Deutsche Regierung beschleunigte diesen Umdenkprozess mit der 2011 beschlossenen Energiewende und lenkte dadurch das Augenmerk auch auf Teile der Industrie, welche zuvor nicht im Rampenlicht standen.
So ist der Bereich der Logistik zunehmend stärker auf effiziente Energienutzung angewiesen und etablierte Technologien werden durch neuartige Lagerkonzepte ergänzt und teilweise ersetzt. Shuttle-Systeme, auch Kanalfahrzeuge genannt, erlebten somit 2011 einen unverhofften Schub an Interesse sowie Nachfrage und gelten, u.a. aufgrund der hohen hochdynamischen Lagervorgänge, als optimales Lagersystem für eine große Anzahl von Gütern. Diese Arbeit befasst sich mit dem Energieverbrauch der aktuell auf dem Markt etablierten Shuttle-Systeme. Die vorhandenen Konzepte werden in ihrer Gesamtheit untersucht und die Unterscheide hervorgehoben. Die interessantesten Konzepte werden dann mithilfe von MATLAB/Simulink unter Berücksichtigung möglichst aller interferierenden Faktoren, z.B. Antriebsart, Fördergut, Hebemechanismus oder Energiesparmaßnahmen mit Blick auf den Energieverbrauch durch Eingabe von variablen Parametern analysiert.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Aufgabenstellung
1.2. Vorgehensweise
1.3. Aufbau der Arbeit
2. Energieeffiziente Intralogistik
2.1. Ökologische und Gesellschaftliche Faktoren
2.2. Ökonomische Faktoren
2.3. Green Intralogistics
3. Shuttle-Systeme
3.1. Das Shuttle-System als Bestandteil der Intralogistik
3.1.1. Anforderungen an die Intralogistik
3.1.2. Vorteile und Nachteile von Shuttle-Systemen
3.2. Stand der Technik
3.2.1. Freiheitsgrade
3.2.2. Energieversorgung
3.2.3. Lastaufnahme
3.2.4. Lagergrößen
3.2.5. Steuerung
4. Berechnungsgrundlagen
4.1. Mechanische Grundlagen
4.1.1. Geschwindigkeit und Beschleunigung
4.1.2. Kräfte und Momente
4.2. Energetische Grundlagen
4.2.1. Arbeit, Energie und Leistung
4.3. Umrechnungen und Verluste
4.3.1. Wirkungsgrade
4.3.2. Übersetzung
4.3.3. Reibung
4.3.4. Radschlupf
5. Modellbeschriebung
5.1. Modellabgrenzugen
5.2. Steuerung
5.2.1. Koordinatenbeschreibung
5.2.2. Fahrkriterien und Abbruchbedingungen
5.3. Berechnungen der Prozesse im Antriebsstrang
5.3.1. Fahrwerk
5.3.2. Getriebe
5.3.3. Motor
5.3.4. Regler
5.4. Energie- und Verbrauchsanalyse
5.4.1. Leistungsbedarf der Antriebsstränge
5.4.2. Energieeffiziente Auslegung des Shuttle-Systems
5.4.3. Energiebedarf des Systems unter Berücksichtigung der Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz
5.4.4. Weitere Maßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs
6. Simulink Implementierung
6.1. Einführung in Simulink
6.2. Modellaufbau in Simulink
6.2.1. Verwendete Blöcke
6.2.2. Masken
6.3. Navigation im Modell
6.3.1. Modifizierungsmöglichkeiten
6.3.2. Berechnungsbeispiele und Speichermöglichkeiten
7. Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Studienarbeit ist die Entwicklung eines Modells zur dynamischen Berechnung des Energieverbrauchs von Shuttle-Systemen in der Intralogistik. Dabei soll das Modell helfen, verschiedene Shuttle-Konzepte unter Berücksichtigung mechanischer und elektrischer Verluste zu analysieren und somit eine energieeffizientere Auslegung zu ermöglichen.
- Grundlagen der energieeffizienten Intralogistik und ökologische Faktoren
- Analyse aktueller Shuttle-Systeme und deren Funktionsweisen
- Mathematische Modellierung der Antriebsstränge (Fahrwerk, Getriebe, Motor, Regler)
- Implementierung des Berechnungsmodells in MATLAB/Simulink
- Bewertung von Maßnahmen zur Energieeinsparung und Effizienzsteigerung
Auszug aus dem Buch
3.2. Stand der Technik
In diesem Abschnitt sollen die aktuell auf dem Markt verfügbaren Shuttle-Systeme auf ihre verschiedenen Lösungsansätze unterschiedlicher Problemstellungen analysiert werden. Eine Stärke integrierter Shuttle-Systeme ist, dass diese auf unterschiedliche Weise an die Anforderungen zugeschnitten werden können und keine allgemeingültige Lösung erfordern. Dies führt dazu, dass die Hersteller innovative und stark auf das Produkt und seine Anforderungen zugeschnittene Lösungen entwickeln. Die in diesem Abschnitt erläuterten technischen Lösungen entstammen zum großen Teil aus Produktkatalogen der Shuttle-Hersteller. Eine Auflistung derer findet sich im Anhang A.1.
3.2.1. Freiheitsgrade
Die Shuttle-Systeme sind durch verschiedene Bauarten in ihren Möglichkeiten beschränkt. So können manche Shuttles sich nur in einem Kanal fortbewegen. Andere wiederum können eigenständig in der Ebene den Kanal wechseln. mithilfe eines Lifts können Shuttles auch zwischen unterschiedlichen Ebenen transportiert werden.
Gassengebunden
Die Mehrheit der Pallettenshuttles sind gassengebundene Systeme. Sie unterfahrenfahren zumeist die in der Gasse gelagerten Paletten, um diese dann von unten mit einem entsprechenden Hubsystem anzuheben.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Motivation der Arbeit angesichts steigender Energiekosten in der Intralogistik und definiert die Aufgabenstellung sowie Vorgehensweise.
2. Energieeffiziente Intralogistik: Analysiert ökologische, soziale und ökonomische Faktoren, die Unternehmen zu nachhaltigerem Handeln und effizienterer Energienutzung bewegen.
3. Shuttle-Systeme: Untersucht technische Standpunkte, Anforderungen an Shuttle-Systeme sowie Vorteile und Nachteile der verschiedenen Bauarten und Steuerungsvarianten.
4. Berechnungsgrundlagen: Vermittelt die notwendigen physikalischen Grundlagen für die mechanische und energetische Berechnung der Antriebsstränge und Verlustquellen.
5. Modellbeschriebung: Präsentiert das entwickelte Berechnungsmodell zur Bestimmung des Energieverbrauchs inklusive der Modellierung von Antriebssträngen und Einsparmaßnahmen.
6. Simulink Implementierung: Dokumentiert die technische Umsetzung des Modells in der Software Simulink, den Modellaufbau und die Möglichkeiten zur Navigation und Modifikation.
7. Fazit und Ausblick: Führt die Ergebnisse der Arbeit zusammen und diskutiert das Potenzial zur Erweiterung des Berechnungsmodells auf weitere Shuttle-Varianten.
Schlüsselwörter
Energieeffizienz, Shuttle-Systeme, Intralogistik, MATLAB/Simulink, Antriebsstrang, Energieverbrauch, Lagertechnik, Modellierung, Wirkungsgrad, Nachhaltigkeit, Fördertechnik, Lagerautomatisierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines dynamischen Modells zur Berechnung des Energieverbrauchs von Shuttle-Systemen in der Intralogistik.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Arbeit?
Die zentralen Felder umfassen die physikalischen Grundlagen der Antriebstechnik, die Analyse von Shuttle-Bauarten und deren Steuerung sowie die softwaretechnische Implementierung in MATLAB/Simulink.
Welches primäre Ziel verfolgt die Forschungsarbeit?
Ziel ist es, ein Modell zu erstellen, das es ermöglicht, verschiedene Shuttle-Systeme energetisch zu bewerten und durch Variation von Parametern ein energieeffizientes Design zu unterstützen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine systematische Analyse der Technik- und Literaturquellen durchgeführt, gefolgt von einer physikalisch-mathematischen Modellierung der Antriebsstränge und deren Simulation in Simulink.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil stellt die detaillierten Berechnungsgrundlagen für mechanische und energetische Prozesse dar und beschreibt den Aufbau des Modells sowie dessen Implementierung und Anwendungsmöglichkeiten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Dokument?
Die Arbeit fokussiert auf Energieeffizienz, Shuttle-Systeme, Intralogistik, Antriebstechnik, Wirkungsgrad und die Modellierung mit MATLAB/Simulink.
Warum sind Shuttle-Systeme besonders für die Intralogistik interessant?
Shuttles bieten aufgrund ihres verbesserten Eigenmasse-Last-Verhältnisses und ihrer hochdynamischen Arbeitsweise ein hohes Potenzial für platzsparende und energieeffiziente Lagerlösungen.
Welche Rolle spielt die Rückgewinnung von Bremsenergie im Modell?
Die Rückgewinnung ist ein wesentlicher Aspekt der Energieeffizienz, der durch Konzepte wie PowerCaps oder Zwischenkreiskopplung im Modell simuliert werden kann.
- Arbeit zitieren
- Stanislav Plohotski (Autor:in), 2013, Entwicklung eines Modells zur energieeffizienten Auslegung eines Shuttle-Systems für die Intralogistik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1224809
