Fahrerlose Transportsysteme Flexibilität für disruptive Produktionsprozesse

Redakteur: Sergio Caré

Die Elektromobilität fordert derzeit die Autoindustrie heraus. Die Akku-Technologie entwickelt sich rapide. Ein hohes Mass an Flexibilität für die Montage der Batterien wird verlangt. Abhilfe schaffen die fahrerlosen Transportsysteme von DS Automotion.

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Die Batteriemontage erfolgt mit einem hohen Automatisierungsgrad meist in 10 bis 12 Stationen, von denen viele als geschlossene Roboterzellen ausgebildet sind.
Die Batteriemontage erfolgt mit einem hohen Automatisierungsgrad meist in 10 bis 12 Stationen, von denen viele als geschlossene Roboterzellen ausgebildet sind.
(Bild: Foto Fleischmann)

Die Elektromobilität ist in Asien, Europa und Nordamerika auf dem Vormarsch. Die Auto­mobilindustrie bietet ihren Kunden ein rasch wachsendes Portfolio an Fahrzeugen mit Hybrid- oder Elektroantrieb. Weil ihnen die Rolle der Fahrstrom-Akkus als Schlüsselkomponente bewusst ist, errichten beinahe alle etablierten Automobilhersteller Produktionslinien für die Batteriepakete in eigenen Werken oder bei Tochter­unternehmen. Dort entstehen aus zugelieferten Akkuzellen, Steuerungselektronik, Kühl­systemen und Gehäusen fahrzeugspezifische Traktions­batterien.

Rascher Wandel braucht Flexibilität

Während bereits vollelektrische Serienfahrzeuge von den Bändern der Automobilhersteller rollen, wird vor allem die Technologie zur Speicherung der elektrischen Energie laufend weiterentwickelt. Die Entwicklungsschritte auf diesem Gebiet erfolgen weiterhin oft sprunghaft. Im Gegensatz zu klassischen Starterbatterien mit ihren genormten Grös­sen und Formfaktoren weisen die Akkumulator­batterien für Elektrofahrzeuge typenindividuelle, komplexe Formen auf. Meist sind sie aus Platz- und Gewichtsgründen in die Bodengruppe des Fahrzeuges integriert. Sie müssen daher in immer kürzeren Zyklen an neue Modellgenerationen der Automobile angepasst werden, für die sie bestimmt sind.

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«Anders als bei klassischen Antriebskomponenten haben die Automobilhersteller heute noch wenig Erfahrung damit, wie sich die Produktionsstückzahlen entwickeln werden. Diese geforderte Flexibilität kann heute nur durch ein FTS erfüllt werden», sagt Ing. Kurt Ammerstorfer, Bereichsleiter Vertrieb, Produktmanagement und Marketing bei DS Automotion, einem weltweit führenden Hersteller von fahrerlosen Transportsystemen (FTS).

Mit FTS zu Industrie 4.0

Vom Vorbereiten der Bodenplatte über das Bestücken mit den Zellblöcken und Batteriemanagementsystemen sowie das Herstellen der elektrischen Verbindungen bis zum Aufbringen der Abdeckung erfolgt die Batteriemontage meist in 10 bis 12 Stationen. Der Automatisierungsgrad ist insgesamt sehr hoch. Viele Stationen sind als geschlossene Roboterzellen ausgebildet, dazwischen werden jedoch zahlreiche Arbeitsschritte auch manuell erledigt. Manche Stationen sind auch mehrfach vorhanden, um Prozesse zu parallelisieren, deren Zeitbedarf die üblichen drei bis fünf Minuten Taktzeit übersteigt, z. B. das erste Aufladen der Akku-­Pakete.

Klassisch aufgebauten Montagelinien mit ihren fix installierten Fördereinrichtungen fehlt die nötige Flexibilität, um dynamisch auf die veränderlichen Erfordernisse in der Batteriemontage reagieren zu können. Dort ist es besonders wichtig, mit hoher Agilität auch kleinste Losgrössen wirtschaftlich zu montieren. «Seit über 30 Jahren entwickelt DS Auto­motion fahrerlose Transportsysteme gemäss den Leitsätzen der Industrie 4.0, auch wenn das damals noch nicht so bezeichnet wurde», sagt Ing. Arthur Kornmüller, Geschäftsführer des innovativen Unter­nehmens aus Linz. «Mit diesen lassen sich die Wege, die eine Baugruppe während ihrer Komplettierung zurücklegt, ebenso rasch und unkompliziert an neue Erfordernisse anpassen wie die Verweildauer an den einzelnen Stationen.»

Agile Automatisierung macht anpassungsfähig

In zahlreichen Installationen bei führenden Automobilherstellern sind fahrerlose Transportsysteme von DS Automotion bereits im Einsatz. Im Bereich der flexiblen Montagesysteme handelt es sich meist um spurgeführte Systeme. Als deren Vorteil sehen Anwender, dass die Leitsteuerung DS Navios
TrackGuide auf SPS-Technik basiert. Da dies ein De-facto-­Standard in der deutschen Automobil­industrie ist, sind deren Produktions- und Instandhaltungsingenieure mit dieser Technologie bestens vertraut. Die FTS für die Batteriemontage lassen sich damit nahtlos in die Gesamtautomatisierungsprozesse integrieren.

Die Fahrzeuge navigieren entlang von Magnetbändern oder von Induktionsschleifen, die nicht nur der Navigation, sondern auch dem permanenten Nachladen der Batterien in den Fahrzeugen dienen, um Ladepausen zu vermeiden. Die nur oberflächlich verlegten Leitbahnen sowie die Eingriffsmöglichkeiten in die Steuerungssoftware halten zudem das FTS flexibel, denn sie erlauben kurzfristige Änderungen sowohl an den Layouts als auch am Fahrverhalten.

Einfache Intralogistik-Integration

Es gibt Unternehmen, die bestrebt sind, einen ganzheitlichen Ansatz im Sinne von Industrie 4.0 umzusetzen und deshalb die Batteriemontageanlagen in ihre allgemeine Intralogistik zu integrieren. In solchen Fällen wird aus Kompatibilitätsgründen den frei navigierenden Systemen der Vorzug gegeben. Deren Leitsteuerung DS Navios FreeGuide errechnet Bahnabschnitte, die sie meist mittels WLAN quasi als Fahrbefehle zum selbsttätigen Abarbeiten der gewünschten Tasks den Fahrzeugen übermitteln. Diese kommen ohne Leitlinien aus, denn sie peilen Referenzpunkte – in den Boden eingelassene Magnete oder Laser-Reflektoren an Wänden und Regalen – an, um die Einhaltung des vom Leitrechner vorgegebenen Fahrkurses zu überprüfen. Dabei überprüft das System laufend die Erfüllung der Routenziele. Die Leitsteuerungssoftware ist hierarchisch eine Stufe über den einzelnen Maschinensteuerungen angesiedelt. Sie kommuniziert auf Augenhöhe mit MES- und ERP-Systemen, aus deren Informationen sie die optimalen Fahrbewegungen ableitet.

Mit Sicherheit kommunikativ

Die fahrerlosen Transportsysteme von DS Automotion kommunizieren zusätzlich auch direkt mit anderen Teilen der Produktionsanlage. So können sie z. B. durch die Lichtgitter in die Roboterzellen einfahren, ohne eine Schutzverletzung auszulösen und diese zum Anhalten zu bringen. Das gewährleistet höchste Effizienz der Produktion und zugleich optimalen Schutz der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

Die sehr sparsam dimensionierten Gänge zwischen den einzelnen Montagezellen erfordern besonders wendige fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF). «Als Besonderheit müssen die FTF in den Produktionsstätten für PKW-Traktionsbatterien im Rückwärtsgang in die Zellen einfahren, und das oft genug im engen Bogen», weiss Kurt Ammerstorfer. «Dank unserer jahrzehntelangen Erfahrung mit ähnlichen Problemstellungen, speziell im Auto­motive-­Umfeld, können wir das einwandfreie Funktionieren dieses Manövers unter allen erdenklichen Betriebssituationen auch bei spurgeführten Systemen garantieren.»

Etabliert in der E-Mobilität

«Praktisch alle deutschen Premium-Hersteller nutzen in der Batteriemontage unsere fahrerlosen Transportsysteme», bestätigt DI Manfred Hummenberger, Geschäftsführer bei DS Automotion. «Auch im grössten Automobilwerk der USA wird dafür in Kürze ebenfalls ein FTS aus Linz zum Einsatz kommen.» Den Verantwortlichen dort fiel die Wahl wohl besonders leicht, denn an anderer Stelle im selben Werk stellen FTS von DS Automotion bereits seit einigen Jahren täglich ihre Flexibilität und Zuverlässigkeit unter Beweis. SMM

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