Neues innovatives automatisches Containerlagersystem mit 20 % weniger Investionskosten im Vergleich zu bestehenden Systemen


Problemstellung
Das Be- und Entladen von ISO-Containern in Umschlagsanlagen, beispielsweise an Häfen, ist trotz moderner Flurförderfahrzeuge ein zeit- und damit kostenintensiver Prozess. Als problematisch sind insbesondere das Beschicken solcher Container mit auf Europaletten zusammengestellten Gütern und deren spätere Entnahme am Zielort oder deren zwischenzeitige Umladung jeweils unter Zuhilfenahme eines Gabelstablers anzusehen.


Motivation
Zur Umgehung der genannten Probleme ist von der AVIPO GmbH, die Projektinitiator und Projektleiter ist, in Kooperation mit der SDZ GmbH, dem Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Bochum und dem Fachgebiet Maschinenelemente der Fakultät Maschinenbau der Technischen Universität Dortmund ein neuartiges, innovatives, multifunktionales Containerlagersystem entwickelt worden. Das Projekt wird mit Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen für das Ziel 2- Programm NRW und mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung in der Zeit vom 08.04.2009 bis zum 30.06.2012 gefördert.
Die Idee, das System aus 20-Fuß langen ISO-Containern aufzubauen, stammt von der AVIPO GmbH. Die Container, die neben- und übereinander gestapelt und in zwei Reihen angeordnet werden, so dass eine Gasse entsteht, sind mit Rollpaletten ausgestattet, die der Aufnahme von mit Gütern bestückten Europaletten dienen. Die Rollpaletten stammen aus einem automatischen Parkhaussystem in Magdeburg, welches die AVIPO GmbH entwickelt hat und in dem sich die Rollpaletten bereits seit mehreren Jahren bewähren. In der Gasse verfährt ein Regalbediengerät, welches eigens für den Transport von schweren Gütern von der LTW Intralogistics GmbH konzeptioniert wurde, die auch den Aufbau des gesamten Systems übernahm. Das Regalbediengerät ist mit einem patentrechtlich geschützten Lastaufnahmemittel versehen, welches es ermöglicht, die Rollpaletten über mit Reibradantrieben ausfahrbaren Armen in die einzelnen Container ein- bzw. auszulagern [1]. Die Konstruktion des Lastaufnahmemittels stammt dabei aus einem früheren Kooperationsprojekt zwischen der AVIPO GmbH und dem Fachgebiet Maschinenelemente. Zur Be – und Entladung des Containerlagersystems dient ein ISO-Container in der untersten Reihe, der nach vorgenommenen konstruktiven Umbaumaßnahmen durch das Fachgebiet Maschinenelemente als Ein- und Auslagerungsstation fungiert. Die Entwicklung einer geeigneten Steuerung der Ein- und Auslagerungsstation hat der Fachbereich Elektrotechnik und Informatik übernommen. Für die Realisierung einer passenden Kommunikationsschnittstelle in Form eines Lagerverwaltungssystems war die SDZ GmbH verantwortlich. Bild 1 zeigt das multifunktionale Containerlagersystem an der Joseph-von- Fraunhofer-Straße 18 in 44227 Dortmund. Bild 2 verdeutlicht schematisch den Aufbau des neuartigen Systems.

Innovation
Das Entscheidende an dem Containerlagersystem ist, dass Rollpaletten mit auf Europaletten zusammengestellten Stückgütern unter Zuhilfenahme beliebiger Fördersysteme schnell und einfach beschickt werden können, die anschließend mit Hilfe eines Lastaufnahmemittels und eines Regalbediengerätes automatisch in das Containerlagersystem eingelagert und von diesem auch wieder ausgegeben werden können. Bei der Entwicklung des automatischen Containerlagersystems ist erstmals im Vergleich zu vorhandenen automatischen Systemen in Regalbauweise auf den Einsatz von ISO-Containern zurückgegriffen worden, die die Statik eines herkömmlichen Bauwerks ersetzen. Diese neuartige und vor allem kostengünstige Bauweise hat sich die AVIPO GmbH durch ein entsprechendes Patent schützen lassen. Ursprünglich ausgelegt wurde das System mit einem Zweiträger-Brückenlaufkran anstelle des letztendlich zum Einsatz gekommenen Regalbediengerätes. Aus dem Einsatz eines Brückenlaufkrans, der das Lastaufnahmemittel, welches in diesem Falle zusätzlich mit Positionierungsarmen ausgestattet wird, über vier Drahtseile aufnimmt und mit Hilfe einer vom Fachgebiet Maschinenelemente neu entwickelten Steuerung so geregelt werden kann, dass die Pendelbewegung minimiert wird [2], resultiert in erster Linie eine Kosteneinsparung um einen Faktor von 4 bis 5 im Vergleich zu einem herkömmlichen Regalbediengerät [3]. Als Nachteil ist eine aufwendigere Statik im Bereich des Daches des Lagersystems zu nennen, die schließlich zu einer Lösung mit Regalbediengerät geführt hat. Bild 3 verdeutlicht den schematischen Aufbau des Containerlagersystems bei Einsatz eines Brückenlaufkrans. Neben Stückgütern auf Europaletten lassen sich in das multifunktionale Containerlagersystem alternativ auch Pkw‘s ein- und auslagern. Mit einer jährlichen Zuwachsrate von mehr als 1,5 % der in Deutschland zugelassenen Pkw‘s [4] wächst auch das Aufkommen des ruhenden Verkehrs, der einen erhöhten Bedarf an Parkplätzen fordert. Als problematisch in dichtbesiedelten Stadtgebieten ist jedoch das Fehlen notwendiger Freiflächen sowie die aufgrund hoher Grundstückspreise wirtschaftlich nicht vertretbare Anlage eines weitläufigen Parkplatzes zu benennen [3]. Eine anderweitige Nutzung des Containerlagersystems könnte also auch in diesen Bereichen zu einer adäquaten Lösung beitragen. Desweiteren ist es möglich, das System mit Elektrofahrzeugen zu bestücken, die während ihrer Parkzeit geladen werden. Dazu wird die Rollpalette mit einer Ladeschnittstelle versehen, die von Hand beim Verlassen des Fahrzeugs mit dem Ladeanschluss desselbigen verbunden wird. Die eingelagerte Rollpalette bezieht schließlich ihren Strom über Kontakte, die während des Einlagerungsprozesses geschlossen werden. Da das Lastaufnahmemittel zwei Ebenen besitzt, die der Aufnahme von Rollpaletten dienen, befindet sich im gesamten System eine Rollpalette mehr als Einlagerungsboxen zur Verfügung stehen. Diese Tatsache ermöglicht es, dass das Lastaufnahmemittel die Rollpalette der unteren Ebene an die Ein- und Auslagerungsstation übergeben kann, während auf der oberen Palette bereits eine Europalette mit Stückgütern oder ein Fahrzeug auf die Einlagerung wartet. Während des Einlagerungsvorganges kann somit schon eine weitere Europalette oder ein weiteres Fahrzeug auf der Rollpalette in der Ein- und Auslagerungsstation positioniert werden, wodurch die Effektivität des Systems erhöht wird.

Praktischer Betrieb
Benutzer des Containerlagersystems erhalten beispielsweise einen RFID-Transponder, der vor dem Einfahren in die Ein- und Auslagerungsstation an ein Lesegerät zu führen ist. Nach der Erkennung des Codes öffnet sich das Einfahrtstor und die Stückgüter oder das Fahrzeug können auf der Rollpalette positioniert werden. Alternativ ist eine Autorisierung per Chip oder Fotografie denkbar. Die Bestätigung eines Start-Tasters setzt dann den vollautomatischen Einlagerungsprozess, der an das bereits erwähnte Lagerverwaltungssystem gekoppelt ist, in Gang. Der Auslagerungsprozess erfolgt in analoger Weise. Für die Zukunft ist eine Identifizierung per Handy und eine Abrechnung der Lager-, Park – bzw. ggf. angefallenen Stromkosten für einen Ladevorgang per Handyrechnung geplant.

Wirtschaftlichkeit
Bei dem hier realisierten Containerlagersystem lassen sich bei den Investitionskosten aufgrund geringerer Kosten für den Gebäude- und Stahlbau sowie den Brandschutz im Vergleich zu bestehenden automatischen Systemen in Regalbauweise ca. 20 % einsparen. Bei einer Ausführung des entwickelten automatischen Lagersystems mit 58 Lagerplätzen und dem Einsatz eines Zweiträger- Brückenlaufkrans ergeben sich Investitionskosten in Höhe von 12.551 € pro Lagerplatz. Ein vergleichbares Parksystem in Regalbauweise würde Investitionskosten in Höhe von 17.870 € pro Stellplatz erfordern [3]. Wird der Vergleich auf konventionelle Parksysteme ausgeweitet, so betragen die Investitionskosten pro Stellplatz in einem System mit Parkpaletten etwa 6.300 €, in einem geschlossenen Parkhaus etwa 17.000 € [5]. In [6] werden für einen Pkw-Stellplatz in einer Tiefgarage sogar bis zu 25.000 € angegeben. Der Kostenvergleich macht also deutlich, dass das Containerlagersystem, insbesondere bei Verwendung eines Zweiträger- Brückenlaufkrans, mit einem geschlossenen Parkhaus konkurrieren kann. Hinzu kommt ein im Vergleich zu konventionellen Parksystemen deutlich geringerer Flächenbedarf. Ein Argument, welches bei Grundstückskosten von ca. 2.000 € in Dortmund pro Stellplatz [6] das Potential eines automatischen Park- bzw. Lagersystems deutlich unter Beweis stellt.

Förderung
Das durchgeführte Vorhaben wurde im Rahmen des aus dem EFRE ko-finanzierten Operatio-nellen Programms für NRW im Ziel „Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung“ 2007–2013 ausgewählt.





Quellenangaben
[1] PCT-Patentanmeldung „Lager für Güter, insbesondere Garagenanlage für Personenkraft-fahrzeuge“
[2] Eller, J.: Simulationsgestützte Untersuchung von Steuerungsstrategien für Krane in Parksystemen, Dissertation, Technische Universität Dortmund, 2010
[3] Oeken, N.; Vollmer, M.: Bewertung der Wirtschaftlichkeit eines automatischen Parksystems in Containerbauweise, Seminararbeit, Technische Universität Dortmund, Dortmund, 2010
[4] Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) - Flensburg / Dresden. (2007). Online im Internet: URL: http:/www.kraftfahrtbundesamt.de (Stand 17.04.2007)
[5] Salomon, Jörg: Beitrag zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit konventioneller und automatischer Parksysteme, Dissertation, Technische Universität Dortmund, 2000
[6] Sagolla, Winfried: Mobilitätsmanagement in Dortmund, Branchentreff Mobilitätsmanagement, Frankfurt am Main, 2009