MARS – Methodik zur praxisgerechten Auslegung des Rad-Schiene-Systems bei Regalbediengeräten
Regalbediengeräte (RBG) sind ein fester Bestandteil moderner Logistikkonzepte. Vorherrschend werden heute Geräte eingesetzt, die auf einer Bodenschiene fahren. Bedingt durch die steigenden Umschlagsleistungen ist die Belastung des Rad-Schiene-Systems von RBG in den letzten Jahren stark gestiegen, so dass die dynamischen Belastungen immer öfter Grenzen erreichen, die durch aktuelle Bemessungsverfahren nicht abgedeckt werden können.
Bisher erfolgt die Auslegung des Rad-Schiene-Systems (Metallrad auf Metallschiene) analog zur Auslegung von Kranschienen nach DIN 15070. In der Praxis treten jedoch trotz normgerechter Ausführung immer wieder Schäden am Rad-Schiene-System von RBG auf. Dies lässt sich unter anderem auf diverse methodische Schwächen der DIN 15070 zurückführen. Hierzu zählen insbesondere unrealistische Kontaktbedingungen sowie die ungenügende Anpassung auf die Betriebsbedingungen von RBG.
Mit der DIN EN 13001-3-3 existiert inzwischen ein neuer normierter Berechnungsansatz. Dieser ist zwar ebenfalls vorwiegend für die Auslegung des Rad-Schiene-Systems von Kranen konzipiert, eine große Zahl der Schwächen der DIN 15070 im Hinblick auf RBG ist jedoch behoben. Es ist daher davon auszugehen, dass die Anwendung der DIN EN 13001-3-3 zu einer im Vergleich zur DIN 15070 zuverlässigeren Auslegung führt. Bei der Anwendung der DIN EN 13001-3-3 ist jedoch zu beachten, dass sowohl das vollständige Lastkollektiv für Räder und Schiene als auch die Gesamtzahl der Rollkontakte bekannt sein müssen Dies ist bei RBG zum Auslegungszeitpunkt nicht der Fall. Das Vorgehen der DIN EN 13001-3-3 ist demzufolge derzeit nicht praxistauglich für die Auslegung des Rad-Schiene-Systems von RBG anwendbar.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Auslegungsmethodik, welche die methodischen Vorteile der DIN EN 13001-3-3 mit einer einfachen Anwendbarkeit ähnlich der DIN 15070 kombiniert, und die sich sowohl durch eine hohe Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit als auch durch ihre Praxistauglichkeit auszeichnet.
Dabei ist es notwendig, das Auslegungsverfahren so zu gestalten, dass alle Einflüsse, die zum Auslegungszeitpunkt nicht bekannt sind, aus bekannten Parametern abgeleitet werden. Insbesondere sind hier das Lastkollektiv und die Gesamtzahl der Rollkontakte zwischen Rad und Schiene zu nennen.
Im Rahmen des beschriebenen Forschungsvorhabens wird die Lücke zwischen der theoretischen Auslegung nach Norm und der praktischen Anwendbarkeit zum Auslegungszeitpunkt geschlossen. Hierzu wird dem Anwender ein Verfahren an die Hand gegeben, mit dem er die Lastkollektive und die Anzahl der Überrollungen auf Basis bekannter Parameter ermitteln kann. Sind diese Größen bekannt, lässt sich der Nachweis für das Rad-Schiene-System nach DIN EN 13001-3-3 einfach und praxisgerecht durchführen.
Um dies zu erreichen, werden zu Beginn des Forschungsvorhabens alle Systemparameter identifiziert, bei denen ein Einfluss auf die auftretenden Belastungen und Überrollungszahlen zu erwarten ist. Hierzu gehören beispielsweise die Eigenschaften des RBG, die Lagerkonfiguration sowie die Art der Lageraufgabe. Im Anschluss werden mit Hilfe einer Mehrkörpersimulation eine Vielzahl an Parametersätzen analysiert und die auftretenden Belastungen und Überrollungszahlen simulativ ermittelt. Damit sind alle Größen bekannt, die für die Nachweise nach DIN EN 13001-3-3 benötigt werden. Weiterführend werden nun Zusammenhänge zwischen den ursprünglichen Auslegungsparametern (Eingangsgrößen) und den Belastungen bzw. Überrollungen (Ausgangsgrößen) identifiziert und statistisch abgesichert. Somit besteht ein direkter Zusammenhang zwischen bekannten Eingangsgrößen und den Ausgangsgrößen. Sind diese Zusammenhänge bekannt, lässt sich folglich für RBG-Systeme mit beliebiger Konfiguration überprüfen, ob sie den Anforderungen einer Auslegung nach DIN EN 13001-3-3 genügen und ob somit von einer sicheren Auslegung ausgegangen werden kann. Eine spezielle simulative Untersuchung jedes neuen RBG-Systems ist nicht mehr nötig. Die ermittelten Zusammenhänge werden in einen Softwaredemonstrator implementiert, um eine möglichst anwenderfreundliche Auslegungsmethodik zu gewährleisten.
Das so entstehende Auslegungsverfahren und der dazugehörige Softwaredemonstrator vereinen die hohe Praxistauglichkeit der Auslegung nach DIN 15070 mit der konsequenten Berücksichtigung aller Einflüsse aus DIN EN 13001-3-3 und führen so zu einer wirtschaftlichen Bemessung des Rad-Schiene-Systems.
Mit dem Abschluss des Forschungsprojekts steht ein Simulationsmodell zur Berechnung der Lastkollektive sowie der Gesamtzahl der Rollkontakte für beliebige RBG zur Verfügung. Dieses wurde zur Erstellung von Modellen des maschinellen Lernens genutzt, die diese beiden Größen in Sekundenschnelle vorhersagen. Somit lassen sich nun sämtliche Parameter der DIN EN 13001-3-3 zur Anwendung für das Rad-Schiene-System von RBG zum Auslegungszeitpunkt berechnen bzw. zuverlässig vorhersagen. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in einem Softwaredemonstrator umgesetzt, welcher als Online-Tool hier verfügbar ist. Eine Anleitung findet sich hier. Der Demonstrator erlaubt die effiziente und praxisgerechte Auslegung des Rad-Schiene-Systems von RBG in Einklang mit den Berechnungsmethoden der DIN EN 13001-3-3. Somit wurden die Projektziele vollständig erreicht.
- Gebhardt Fördertechnik GmbH
- HOESCH SCHWERTER PROFILE GmbH
- LTW Intralogistics GmbH
- MIAS Maschinenbau, Industrieanlagen & Service GmbH
- MLOG Logistics GmbH
- TGW Mechanics GmbH
- viastore SYSTEMS GmbH
Dieses Forschungsprojekt wurdeim Auftrag der Forschungsgemeinschaft Intralogistik/Fördertechnik und Logistiksysteme e.V. (FG IFL) durchgeführt und aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert.
Der Abschlussbericht ist bei der Forschungsgemeinschaft Intralogistik/Fördertechnik und Logistiksysteme e.V. (FG IFL) verfügbar:
Forschungsgemeinschaft Intralogistik/Fördertechnik und Logistiksysteme e.V.
Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt am Main
Die Kurzfassung des Abschlussberichts steht hier zum Download bereit.