Innovative Logistik-Projekte

Das Ziel des ZIM-Kooperationsprojektes transCom (Entwicklung eines transformierbaren und antiviralen Mehrwegbehälters zur Anpassung an elementare Paketgrößen im E Commerce) ist die Entwicklung eines Mehrwegbehälters, der durch einen stufenlos verstellbaren Mechanismus in verschiedene Größen transformiert werden kann. Dies ermöglicht eine Anpassung des Behälters an die Größe des Produktes, wodurch die Raumnutzung des Lieferfahrzeuges optimiert und gleichzeitig Füllmaterial eingespart wird.

In der Praxis werden in der Regeln Kartonagen als Umverpackung für die Lieferung von Waren verwendet. Dies hat den Nachteil, dass nach der Auslieferung ein hohes Aufkommen an Verpackungsmüll entsteht. Als Alternative gibt es einige wenige wiederverwendbare Kunststoffbehältersysteme, die jedoch nur in einheitlichen Größen erhältlich sind. Sind die Verpackungen nicht passend dimensioniert, wird oft Füllmaterial in großen Mengen verwendet, was weiteren Verpackungsmüll verursacht.

Um die Verbreitung von Krankheitserregern zu verhindern, ist eine antivirale Oberfläche ein wichtiges Merkmal des Mehrwegbehälters. Damit sollen Empfänger, Absender und Zusteller der KEP-Dienstleister besser schützen.

In Hinblick g auf das Projektvorhaben und die damit verbundene Systementwicklung werden folgende technische Kriterien angestrebt:

• Reduktion des Volumens um 25 Prozent in befülltem Zustand
• Schutz vor Schmierinfektionen durch Viren mittels antiviralen Oberflächen
• Temperaturbeständigkeit bis zu 70 °C
• Reparierbarkeit durch Austausch von Teilen
• Belastbarkeit von mindestens 20 kg
• Robustheit gegenüber Transportbelastungen im KEP-Bereich
• Verpackungsgewicht bis zu max. 9 kg

In Zusammenarbeit mit der Firma WALTHER Faltsysteme GmbH entwickelt das Fachgebiet Maschinenelemente diesen Mehrwegbehälter. Der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit liegt in der Transformation des Mehrwegbehälters und damit in der Entwicklung eines geeigneten Mechanismus zur Größenverstellung und des notwendigen Befestigungssystems. Rapid Prototyping soll helfen, die Entwicklung im Projekt zu beschleunigen.

Im Bereich der Containerbeladung und Ladungssicherung rücken verstärkt zuverlässige Systemlösungen in den Fokus, die sich nicht nur auf die eigentliche Transportfunktion beschränken, sondern insbesondere auch den Handhabungsaufwand entlang der Transportkette deutlich reduzieren. Beim Transport von Fässern und Big-Bags betrifft dies insbesondere das schnelle, einfache und ideale Beladen eines Containers. Da die derzeitigen Marktlösungen die Anforderungen an einen sicheren Transport nur begrenzt erfüllen, sind neue technische Beladungs- und Sicherungsansätze erforderlich. Das Kernziel des Projektvorhabens ist es, eine Containerbeladung auf Basis eines Cargo-Rack-Systems mit modularer Trägerplattform zu entwickeln, welches es insbesondere ermöglicht, instabile Gefahrengüter sicher im Container zu positionieren sowie diese schadenfrei zu transportieren. Dadurch sollen sowohl die Prozessabläufe bei der Beladung und Sicherung der Container vereinfacht als auch neue physische sowie digitale Funktionsumfänge bei den Beladungs- und Sicherungsmethoden etabliert werden, die einen generellen Beitrag zur Steigerung des Sicherheitsniveaus beim Gefahrguttransport leisten.

Die Entwicklung und Einführung eines Cargo-Rack-Verladesystems erfordert gleichermaßen eine Vorrichtung, durch die sich das Cargo-Rack grundsätzlich positionieren lässt und die zugleich eine effizientere Be- und Entladung einer kompletten Containerladung ermöglicht (Stichwort: Schnittstelleneliminierung durch automatische Verladeprozesse). Hierfür wird innerhalb des Projektvorhabens durch das Fachgebiet Maschinenelemente der TU Dortmund eine neuartige mobile Transporteinheit entwickelt, die das Cargo-Rack anheben, im Container positionieren und insbesondere das integrierte Sicherungssystem aktivieren und deaktivieren kann.

Die Be- und Entladung von Containern erfolgt i.d.R. manuell. Eine Automatisierung der Be- und Entladung wird oftmals nicht durchgeführt, da die bekannten Systeme besondere Anforderungen bei der Gestaltung der Ladeeinheiten voraussetzen. Bei Ladungen, die aus verschiedenen Ladeeinheiten bestehen, können die automatisierten Systeme daher bis jetzt nicht eingesetzt werden. Durch eine automatisierte Be- und Entladung könnten die Umschlagsprozesse im kombinierten Verkehr und im Ladungsverkehr mit Containern wesentlich effizienter und schneller gestaltet werden. Im aktuellen Forschungsprojekt wird das multifunktionale automatische Containerlagersystem um eine Schnittstelle erweitert, die einen automatisierten Be- und Entladevorgang eines Lastkraftwagens ermöglicht.

Bereits im Jahr 2008 veröffentlichte die International Energy Agency (IEA), im World Energy Outlook (WEO), Prognosen bezüglich der Wachstumsrate von Personenkraftwagen (Pkw). Demzufolge sei bis 2030 mit einer Verdopplung der globalen Pkw-Flotte zu rechnen. Der stetig steigende Individualverkehr führt vor allem in Ballungsgebieten und der Innenstadtperipherie zu einem sehr hohen Verkehrsaufkommen. In diesen Bereichen ist in Spitzenzeiten zu ca. 80% der Parkplatzsuchverkehr für zäh fließenden Verkehr und Stausituationen verantwortlich. Um diese unmittelbaren Auswirkungen des hohen Motorisierungsgrades der heutigen Gesellschaft zu verringern, muss ausreichend Parkraum zur Unterbringung des ebenso zunehmenden ruhenden Verkehrs geschaffen werden.

Neben konventionellen Parksystemen, die als eine Möglichkeit zur Unterbringung des ruhenden Verkehrs in Frage kommen, stehen auch automatische Parksysteme zur Lösung der beschriebenen Stellplatzproblematik zur Verfügung. Die Flächen- und Volumenausnutzung dieser Systeme ist im Vergleich zu konventionellen Parksystemen wesentlich günstiger. Aufgrund des geringeren Platzbedarfs bei gleicher Stellplatzanzahl rücken automatische Parksysteme daher immer mehr in den Fokus von Städte- und Verkehrsplanern. Der kleinere Raumbedarf dieser Systeme liegt vor allem am Wegfall von Fahrrampen, Fußwegen und Treppenhäusern. Somit ist es durch automatische Parksysteme nicht nur möglich, mehr Stellplätze auf gleicher Grundfläche zu erschließen, sondern auch Parkplätze auf solchen Grundstücksflächen zu errichten, auf denen konventionelle Systeme gar nicht oder nur mit geringer Stellplatzkapazität verwirklicht werden können. Die Entwicklung der automatischen Parksysteme begann bereits in den Anfängen der 20. Jahrhunderts. Seitdem schreitet die Fort- und Neuentwicklung solcher Systeme stetig voran.

Auch das Fachgebiet Maschinenelemente ist im Bereich der Forschung auf diesem Gebiet in mehreren Feldern tätig und hat bereits erfolgreich Projekte abschließen können. Im Rahmen eines früheren Forschungsprojektes „Containerlagersysteme – Effizienzsteigerung von Logistikclustern durch die Entwicklung eines Systems zur modalen Nutzung von ISO-Containern für integrierte Prozesse im inner- und außerbetrieblichen Materialfluss“, mit dem Förderkennzeichen 280446902, wurde der Prototyp für ein multifunktionales automatisches Containerlagersystem (CoLaSys) zu einem großen Teil am Fachgebiet Maschinenelemente entwickelt, siehe Abbildung. Die Anlage wurde in einem Forschungsverbund u.a. in Kooperation mit den Industrieunternehmen AVIPO GmbH und SDZ GmbH sowie der Fachhochschule Bochum fertiggestellt. Der Testbetrieb der Anlage konnte bereits im Jahr 2011 erfolgreich aufgenommen werden. Das Verbundprojekt wurde im Zeitraum von April 2009 bis März 2012 vom Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen durch das Programm Ziel2-NRW und vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung gefördert.

In dem Projekt wird ein multifunktionales automatisches Lagersystem in Turmbauweise entwickelt, das neben der Lagerung von Stückgütern die Lagerung von PKW auf Großpaletten ermöglicht. Die Turmbauweise zeichnet sich durch eine hohe Stellplatzkapazität auf einer kleinen Grundfläche aus. Die Fördertechnik für die Vertikal- und Horizontalrichtung wird anhand eines Versuchsstands am Fachgebiet Maschinenelemente erprobt. Bei der Entwicklung wird u.a. auf eine hohe Energieeffizienz der ausgewählten Lösungen geachtet.

Weltweit knapper werdende fossile Brennstoffe und eine spürbare Veränderung des Weltklimas fordern heute sowohl einen bewussten Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen als auch die Reduktion von Schadstoffen und Treibhausgasen. Trotz dieser bekannten Problematik steigt der globale Energiebedarf stetig. Um dem entgegenzuwirken steht neben der Nutzung neuer Energiequellen auch die Möglichkeit, die für einen Prozess eingesetzte Energiemenge effizienter zu nutzen, zur Verfügung. Eine Steigerung der Energieeffizienz kann einerseits dadurch hervorgerufen werden, dass die zum Erhalt einer Prozessleistung erforderliche Energiemenge gesenkt oder anderseits die Prozessleistung bei konstantem Energieaufwand gesteigert wird.

In einem weiteren Forschungsfeld der automatisierten Parksysteme werden mögliche Potentiale zur Steigerung der Energieeffizienz erforscht sowie Maßnahmen, die zur Senkung des Energiebedarfs dieser Anlagen führen, erprobt. Sowohl das fachgebietseigene multifunktionale automatische Containerlagersystem, siehe Abbildung, als auch automatische Parksysteme benötigen für den Betrieb relativ hohe Energiemengen. Das Ziel dieser Forschungsarbeiten ist, sowohl den Energiebedarf multifunktionaler automatischer Containerlagersysteme zu optimieren, als auch einen energieeffizienten Betrieb automatischer Parksysteme zu erreichen und dadurch einen Teil der Betriebskosten zu senken. Die Untersuchungen und Analysen hierfür werden nicht nur am fachgebietseigenen MaCs, sondern auch an bestehenden, installierten Anlagen vorgenommen.

Im iGF-Kooperationsprojekt zwischen der Universität Duisburg-Essen und der TU Dortmund ist ein neues Transportsystem für leichte Nutzlasten bis 20 kg als Demonstrator erfolgreich entstanden. Das System ist universell anwendbar, der Aufbau einfach und schnell konfigurierbar. Das entstandene modulare Streckensystem besteht aus einfachen und kostengünstigen Stahl-Normprofilen und Seilabschnitten (Baukastensystem), sodass das Elektrohängebahnsystem für geringe Lasten besonders für KMUs attraktiv sein kann.

Der Demonstrator kann Lasten bis 20 kg transportieren, bei einem Eigengewicht von unter 20 kg, sodass die 40 kg Gesamtmasse nicht überschritten wird. Das Hängebahnsystem ist besonders geeignet für die Überbrückung von weiten Transportwegen mit Neigungen bis 20°, beispielsweise zur Ver- und Entsorgung von Arbeitsplätzen mit Werkzeugen, Dokumenten, Ersatzteilen, Proben und Muster für die Qualitätssicherung. Des Weiteren ist eine vielfältige Nutzung des Systems möglich um beispielsweise Überwachungsfahrten mit Sensorik oder Wärmebildkameras durchzuführen, sowie Produktionsabläufe besser zu beaufsichtigen. Dabei helfen vor allem kleineren Unternehmen die geringen Anschaffungs- und Betriebskosten, die parallele Benutzung des Führungssystems durch mehrere Laufkatzen (drahtlose Kommunikation untereinander und mit einem Leitrechner) und die Nutzung der gegebenen Hallenstruktur. Das Streckensystem kann aufgrund des geringen Gewichtes evtl. an die stabilen Hallenträger verschraubt werden. Auch die hohe Geschwindigkeit bis 2 m/s sowohl vorwärts als auch rückwärts hilft bei einem schnellen Transport. Das Innovative an der Laufkatze ist, dass alle Aktuatoren und Sensoren sowie die komplette Steuerungstechnik im Fahrwerk beinhaltet sind. Der Akkubetrieb der Laufkatze ermöglicht eine völlig autark agierende Transporteinheit, die aufgrund des großen Akkus viele Stunden zur Verfügung steht. Auch die neuartige Weiche ist ein wichtiger Teil des Systems, da die Laufkatze allein die Fahrtrichtung wählen kann (kein Strom und keine Aktuatorik in der Weiche).

• Fördermittelgeber: BMWi
• Förderprogramm: Aif iGF
• Förderkennzeichen: 19265 N
• Projektträger: Bundesvereinigung Logistik (BVL) e.V.
• Projektpartner: Universität Duisburg-Essen, TuL – Transportsysteme und –logistik