Antriebssteuerung Effiziente und flexible Paketverteilung

Redakteur: Reinhard Kluger

Paketsortierung bei Hermes erfolgt exakt und energiesparend – dank moderner Steuerungs- und Antriebstechnik von Bosch Rexroth. Weiterhin zählen für den Maschinenbauer: hohe Produktqualität, lange Lebensdaueraller Komponenten sowie geringer Wartungsaufwand und die Energie-Effizienz der Anlage.

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Dezentrale Antriebe sind bei einer Sortieranlage direkt an jedem der insgesamt 41 Ausschleuser montiert.
Dezentrale Antriebe sind bei einer Sortieranlage direkt an jedem der insgesamt 41 Ausschleuser montiert.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die griechische Mythologie kennt Hermes als geistreichen und aufmerksamen Gott des Handels. Europäische Unternehmen und Verbraucher setzen den Namen gleich mit hochwertigen, schnellen und zuverlässigen Logistikleistungen. Um diese zu erbringen, hat sich die Hermes Logistik Gruppe (kurz HLG) entsprechend organisiert und ist bundesweit in 61 Niederlassungen, zwölf Gebiete und vier Regionen unterteilt. An seinen Standorten setzt Hermes auf moderne Förder- und Automationstechnik, die beispielsweise in den Logistikzentren in Dresden und Northeim von Wegener + Stapel kommt. Der Spezialist für Fördertechnik konnte die Paketverteilung bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch beschleunigen.

Im vergangenen Jahr vertrauten Kunden Hermes rund 246 Millionen Sendungen an. Damit ist HLG nach der Post Deutschlands größter Logistik-Dienstleister in Bezug auf die Zustellung an Privatpersonen. Nach der Annahme in einem der rund 14000 PaketShops von Hermes landen die Pakete in einem der 60 firmeneigenen Verteilzentren, wo die Pakete ihrem Zielort entsprechend sortiert werden. Das erfolgt vollelektronisch mittels Förderbändern und mechanischen Sortierarmen – und beeindruckend schnell.

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Die Barcodes kennen das Ziel

Zunächst erkennt die Paketverteilanlage anhand des Barcodes auf den Sendungen deren Zielort. Zudem erfassen optische Scanner jeweils die exakte Position der Sendungen auf dem Förderband. Im optimalen Moment erhält der so genannte Drehausschleuser dann einen elektrischen Impuls und befördert das Paket mit einer Drehbewegung des Sortierarms auf die korrekte Rollenbahn, so dass jede Sendung nach kurzer Zeit dem Lastwagen zugeordnet ist, der sie zu ihrem Bestimmungsort bringt. Die reibungslosen Abläufe der Anlage steuert ein Softwareprogramm, das eigens für diese Anforderung geschrieben wurde. Die Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung und den Antrieben der Drehausschleuser erfolgt über die digitale Sercos-Schnittstelle.

Dezentrale Antriebstechnik auf kleinstem Raum

Eine der wichtigsten Aufgaben der Sortieranlagen in Dresden und Northeim haben die Drehausschleuser. Für deren optimalen Betrieb vertraut Wegener + Stapel seit drei Jahren auf Antriebe von Rexroth. Der Spezialist für Antriebs- und Steuerungstechnik bringt dafür seine Antriebseinheit IndraDrive Mi zum Einsatz, in der Regelelektronik und Servomotor in einer kompakten Einheit kombiniert sind. Die dezentralen Antriebe sind direkt an jedem der insgesamt 41 Ausschleuser montiert. Die übergeordnete Steuerung für jeweils rund 20 der Geräte übernimmt eine IndraMotion MLC. „Mit dieser zuverlässigen Automations- und Antriebslösung haben wir die Voraussetzung geschaffen, die Paketverteilung effizient und flexibel abzuwickeln“, sagt Wolfgang Bortels, Leiter Automation bei Wegener + Stapel und als Projektleiter für die Sortieranlagen verantwortlich.

Unterschiedlichste Breiten im Griff

Die Wegener + Stapel Fördertechnik GmbH konzipiert und baut seit 1967 Förderanlagen für den innerbetrieblichen Materialfluss. Das Unternehmen aus dem niedersächsischen Bergen beschäftigt 75 Mitarbeiter und hat sich insbesondere als Zulieferer für die Automobilindustrie, für die Logistikbranche sowie für Produktionsprozesse einen Namen gemacht. Die Systeme für die automatisierte Fertigung unterstützen Unternehmen auf der ganzen Welt.

Die Herausforderung bei der Konstruktion neuer Drehausschleuser bestand darin, die gesamte Breite der Sendungen, die bei der HLG aufgegeben und dann transportiert werden, zu sortieren. Dementsprechend müssen auch Kartons mit einem Gewicht von bis zu 32 Kilogramm und Pakete mit zerbrechlichem Inhalt wie beispielsweise Weinflaschen ohne Geschwindigkeitsbeeinträchtigung korrekt verteilt werden. Also muss die Anlagensteuerung für eine exakte, schnelle und gleichzeitig paketschonende Ausschleusung der einzelnen Sendungen sorgen.

Schonend für Paketinhalt und Anlagenmechanik

„Diese heikle Aufgabe lösen wir, indem die Geschwindigkeit der Paddel, das sind die Arme, die das Paket auf die Rollenbahn schieben, variiert“, erläutert Peter Winberg, der den Aufbau der Anlage seitens Rexroth betreute. In der ersten Phase ist die Beschleunigung nicht zu groß, damit der Arm sanft auf das Paket trifft. Dann beschleunigt der Paddel deutlich, schiebt das Paket auf die richtige Bahn und bewegt sich rasant in Richtung Nullstellung. Erst kurz vor dem Anschlag reduziert er seine Geschwindigkeit wieder drastisch, um mit geringer Geschwindigkeit in die Ausgangsstellung zu gleiten. „Dieser sinusförmige Bewegungsablauf ermöglicht optimale Werte hinsichtlich maximaler Drehzahl, Beschleunigung und Leistungsaufnahme. Damit schonen wir nicht nur die Mechanik und reduzieren die Geräuschentwicklung, sondern es ist auch in hohem Maße produktschonend. Im Testbetrieb haben wir sogar gefüllte Eierkartons sortiert – und das ohne Probleme“, sagt Winberg. Dabei geht das alles rasend schnell: Die großen Ausschleuser für Pakete bis 32 Kilogramm erreichen nach 580 Millisekunden wieder die Ausgangsstellung, die kleinere Variante für Sendungen bis zu fünf Kilogramm benötigen sogar nur 380 Millisekunden für eine Drehung um 180 Grad.

Wechselrichter integriert

Das frei programmierbare Bewegungsprofil der Ausschleuser hat positiven Einfluss auf die Variationsbreite der Anlage. Darüber hinaus basieren die IndraDrive Mi auf einem neuartigen Konstruktionsprinzip. Während bei konventionellen Antriebssystemen die Regelgeräte zentral im Schaltschrank montiert sind, ist bei Modellen der Baureihe IndraDrive Mi der Wechselrichter samt Steuerelektronik in den Servomotor integriert. Die Motormantelfläche dient hier als Kühlkörper für die Regelelektronik.

Dadurch benötigt der Antrieb bei gleicher Leistung und gleichem Funktionsumfang bis zu 70 Prozent weniger Schaltschrankvolumen im Vergleich zur konventionellen Montage mit Schaltschrankelektronik. Die einzelnen Antriebe selbst sind untereinander in einer Reihenschaltung mit einem gemeinsamen Kabel verknüpft. Das reduziert den Verkabelungsaufwand erheblich, denn bei einer herkömmlichen Lösung muss jeder Motor einzeln mit dem zugehörigen Antriebsregelgerät im Schaltschrank per Leistungs- und Geberkabel verbunden werden. Vorteilhaft erweisen sich auch die auf dem Antrieb vorhandenen Ein- und Ausgänge, die nicht nur bei der Auswertung lokaler Sensoren helfen, sondern auch beim Ansteuern der Rollgangantriebe. Hierdurch konnten die Ingenieure auf den Einsatz externer Feldbusknoten und der notwendigen Verdrahtung verzichten.

Netzrückspeisung spart Energie

Neben der Zuverlässigkeit und den flexiblen Bewegungsprofilen kommt dem Energieverbrauch beim Betrieb der Anlage wachsende Bedeutung zu. Das liegt zum einen an der Umweltbelastung durch Ressourcenverbrauch zur Energiegewinnung, zum anderen an stetig steigenden Energiekosten. Ein effizienter Umgang mit Energie wird so ein entscheidendes Wettbewerbsmerkmal – und war ein weiterer Grund für Wegener + Stapel, auf die Rexroth-Komponenten zu bauen. Diese arbeiten nämlich mit einer Versorgungseinheit, die überschüssige Energie wieder ins Netz zurückspeist. Bei einer Paketverteilanlage summiert sich dieser Effekt auf eine Einsparung von bis zu 20 Prozent , da in großem Umfang Bremsenergie anfällt, die sonst als Wärme verloren gegangen wäre. Außerdem sorgt die Automationslösung für einen Energieaustausch zwischen zeitweilig generatorisch und motorisch arbeitenden Antrieben über einen Gleichspannungszwischenkreis, was den Energiebedarf nochmals um bis zu 15 Prozent reduziert.

Energieeffizienz ist eintscheidender Faktor

Darüber hinaus tragen die hocheffizienten Synchronmotoren und optionale Zusatz-Kapazitätsmodule, die kurzfristig überschüssige Energie zwischenspeichern und anschließend wieder zur Verfügung stellen, zum sparsamen Energieverbrauch bei. Dass die schon erwähnte dezentrale Antriebstechnik ohne Klimatisierung von Schaltschränken auskommt, tut ein Übriges dazu. In der Gesamtheit bewirken all diese Maßnahmen eine erhebliche Energieeinsparung. Bei einem Betrieb von rund 300 Tagen im Jahr und einer Betriebsdauer von täglich sechs Stunden verbraucht die Anlage im Jahr damit rund 12.000 kWh weniger. Das entspricht bei derzeit üblichem Strompreisniveau einer Einsparung von circa 950 Euro, die CO2-Belastung sinkt im selben Zeitraum um rund sieben Tonnen. „Die HLG und wir sehen uns in der Verantwortung. Energieeffizienz ist für HLG und uns gleichermaßen ein entscheidender Faktor. Uns hat überzeugt, dass wir durch die Automationslösung von Rexroth bis zu 35 Prozent weniger Energie benötigen, und die Anlage dennoch leistungsstärker ist“, urteilt Bortels.

75 Sortiervorgänge pro Minute

In einem intensiven Dauertest wurde die Anlage auf Herz und Nieren geprüft – mit sehr achtbaren Ergebnissen. „Wir haben gemeinsam mit Rexroth die technologische Konstruktion weiter verbessert und damit auch den Ausschleuszeitpunkt optimiert“, sagt Wolfgang Bortels. „Das führt insgesamt zu einer Leistungssteigerung der Anlage. Pro Stunde können jetzt rund 4.500 Sendungen sortiert werden.“ Dafür verantwortlich ist die exakte und schnelle Bewegung der Drehausschleuser. Dadurch konnte die Bandgeschwindigkeit von 1,3 auf 1,5 Meter pro Sekunde erhöht werden, was nunmehr 5,4 km/h entspricht.

Lange Lebensdauer

Weitere Vorteile des Rexroth-Automatisierungskonzepts sind neben der hohen Produktqualität die lange Lebensdauer aller Komponenten sowie der geringe Wartungsaufwand. Wenn doch Probleme mit der Maschine auftreten, ist schnelle Unterstützung gewährleistet. „Die Zuständigkeiten bei Rexroth sind eindeutig geregelt“, weiß Bortels. „Wenn Schwierigkeiten oder auch nur Rückfragen auftauchen, erreiche ich immer meinen Ansprechpartner, der sich umgehend um eine Lösung kümmert. Falls es notwendig ist, ist auch ein Einsatz vor Ort innerhalb kurzer Zeit möglich.“

HLG betreibt derzeit zwei dieser modernen Paketverteilanlagen in Northeim im Harz sowie in Dresden. Es ist gut möglich, dass es dabei nicht bleibt. „Vieles spricht dafür, noch weitere Verteilzentren mit Rexroth-Antriebselektronik auszurüsten. Die Zufriedenheit auch auf Seiten der HLG ist groß“, weiß Bortels.

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