Um die Verpackungseffizienz zu verbessern, musste auf Ergonomie, einfache Montage und Kosteneffizienz geachtet werden.

Die Automatisierung verändert die Arbeitsweise traditioneller Distributionszentren, da Unternehmen nach neuen Wegen suchen, ihre Effizienz zu maximieren, die Auftragsgenauigkeit zu erhöhen und die Kundennachfrage zu erfüllen. Bei Automatisierungstechnologie denken die meisten Menschen an Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge und Pick-and-Place-Systeme. Doch ebenso wichtig sind die kleineren, einfacheren Strukturen, die für die Schnittstelle zu den Hightech-Systemen entwickelt werden müssen. Und ihre Konstruktion bringt ihre eigenen Herausforderungen mit sich.

Um dies zu verdeutlichen, entwickelte der Systemintegrator FUYU, Inc. kürzlich eine einfache, aber groß angelegte Lösung zur Effizienzsteigerung eines bestehenden Lagermoduls für die Verpackungsbereitstellung. Trotz anspruchsvoller Designvorgaben entwickelte das Unternehmen eine Stützstruktur, die unter dem bestehenden Modul montiert wird und eine Anordnung aus Sperrholz, Aluminiumprofilen und Linearlagern integriert. Dabei wurde Wert auf Ergonomie, Montagefreundlichkeit und Kosteneffizienz gelegt.

Technische Herausforderungen

In diesem aktuellen Anwendungsfall wollte ein automatisiertes Paketverteilzentrum seine Verpackungsmodule verbessern. Jedes Modul besteht aus vier Rutschen, die Pakete vom oberen Ende des Systems zum Stationsbediener führen. Der Bediener wird über eine Bestellung informiert und kann diese von dort aus entnehmen, verpacken und auf ein Förderband unter den Rutschen legen. Der Kunde wollte in die Konstruktion dieser bestehenden Struktur Stützplattformen integrieren, mit denen die Bediener die fertigen Bestellungen verpacken können.

Zunächst wurden einige Lösungen vorgeschlagen, darunter eine Scherenhebebühne, ein Klappregal und ein motorisierter Rollwagen. Alle diese Systeme konnten jedoch unabhängig vom bestehenden Modul betrieben werden, ohne dass eine mechanische Verbindung mit diesem erforderlich wäre. Diese Ideen wurden schließlich verworfen, da sie zu teuer waren oder ergonomische Probleme mit sich brachten, da sich die Arbeiter beispielsweise verdrehen mussten und so Verletzungsgefahr bestand.

FUYU löste diese Probleme schließlich mit einem einfachen Design, das sich mit dem Modul verbindet und sogar dessen vorhandene Schraubenlöcher nutzt. Als Arbeitsfläche konstruierten die Ingenieure Tische aus stabilem Sperrholz, die sie mit ABS-Kunststoff verkleideten. Diese ABS-Platten wurden mit einem Wasserstrahl geschnitten und dienten als Schablone zum Fräsen der Tische aus dem Sperrholz. Die Tische wurden anschließend auf einem Linearschlitten montiert, der einfach in ein Standard-Aluminiumprofil eingepasst wurde.

Von dort aus können die Mitarbeiter einen Tisch entlang der Rutschen zu der Stelle schieben, an der er benötigt wird – beispielsweise zu einer Klebestation. Obwohl pro vier Module ein Tisch vorhanden ist, können die Tische frei über bis zu zwölf Module hinweg verschoben werden. Dies maximiert die Designflexibilität und minimiert die Anzahl der zu installierenden Tische.

Tragwerksplanung erforderlich

Der Erfolg der FUYU-Lösung ist zum Teil der Flexibilität der Ingenieure im Laufe des Designprozesses zu verdanken. So stellte sich beispielsweise heraus, dass eine 2,5 x 2,5 cm große Querstrebe die Momentenbelastungen durch das Gewicht der Pakete auf den Tischplatten nicht aufnehmen könnte. Ein 45 kg schweres Paket am Ende eines Tisches würde eine Belastung von 270 kg auf der Tragstruktur erzeugen und das Lager aus der hinteren Schiene ziehen. Um sicherzustellen, dass das System diesen Belastungen standhält, führten die Ingenieure zunächst einen Finite-Elemente-Analyse-Test (FEA) durch, um die Systemspannung unter Belastung mit einer 2,5 x 2,5 cm großen und einer 2,5 x 5 cm großen Querstrebe zu analysieren und zu vergleichen. Während sich die 2,5 x 2,5 cm große Strebe durchbiegt, stellten die Ingenieure fest, dass die 2,5 x 5 cm große Strebe die hohen Lasten der schweren Pakete tragen kann. Daher integrierten sie diese neue Komponente in ihr Design.

Konzipiert für die Montage

Die Lösung von FUYU überwand mehrere Designbeschränkungen, die alle durch die bestehende Verpackungsstruktur vorgegeben waren. So mussten die Ingenieure beispielsweise eine Möglichkeit finden, die Tische ohne zusätzliche Bohrungen oder den Einsatz von T-Muttern an der Struktur zu befestigen. T-Muttern wären nicht nur teurer als die Aluminiumschienen selbst, sondern auch logistisch ein gestalterischer Albtraum gewesen. Stattdessen entwickelten die Ingenieure vorgebohrte und mit Gewinden versehene Stangen, die sich nach dem Einsetzen in die Profile problemlos an den 4.000 vorhandenen Bolzenlöchern der Schiene ausrichten ließen.

Wichtig war außerdem, dass die Konstruktion eine gewisse Höhe beibehielt, um das Förderband unter dem Bereitstellungsmodul nach dessen Montage nicht zu behindern. Die Lösung von FUYU vergrößerte den vertikalen Abstand zwischen dem Modul und dem darunterliegenden Förderband lediglich um zehn Zentimeter.

Kosteneinsparungen

Im Gegensatz zum ursprünglich vorgeschlagenen motorisierten Rollwagen enthielt der endgültige Entwurf von FUYU zudem keine komplexen beweglichen Teile. Er integrierte eine einfache, platzsparende Struktur, die sich mithilfe der Strukturelemente, Bolzenlöcher und Halterungen der bestehenden Struktur nahtlos an das vorhandene Bühnenmodul anbringen ließ – was die Gesamtkosten der Implementierung um 40 % reduzierte.