„Bereits im Jahr 2007 hatte SEW mit Entwicklungen im Bereich Energiespeicher begonnen, erklärt rückblickend Lionel Roche, Manager Industry Transportation & Warehouse Logistics bei SEW-Eurodrive. Die ersten Energiespeicher wurden 2011 auf den Markt gebracht und in Shuttlesystemen von Dambach-Lagersysteme eingesetzt, die hier allerdings primär als Alternative zur Batterie dienten. Wie Dirk Lorenz, Bereichsleitung Steuerung und Modernisierung bei Dambach Lagersysteme, erläutert, weckten die gemeinsam mit SEW realisierten Speichersysteme für Shuttle bei Boehringer Ingelheim das Interesse für eine größere Speicherlösung. Ziel war die Modernisierung des Hochregallagers, bei der die vorhandenen Regalbediengeräte durch neue ersetzt werden sollten. Nach einer gemeinsamen Machbarkeitsprüfung, die die Realisierungsmöglichkeit und Installation größerer und RBG-tauglicher Energiespeicher bestätigte, wurde dieses Thema mit in das Angebot von Dambach aufgenommen.

Lionel Roche, SEW-Eurodrive: „Die für die Bewegung der RBG benötigten Spitzenleistungen werden nicht direkt aus dem Netz sondern vom Energiespeicher entnommen“. (Bild: SEW-Eurodrive)

Im Rahmen des Vorhabens „Austausch Regalbediengeräte (RBG) im Hochregallager (HRL) kam es bei Boehringer Ingelheim zu der Frage, warum man entstehende Energie im System vernichten muss und nicht für den weiteren Betrieb nutzen kann. „Sicherlich beschleunigte die konkrete Nachfrage und die Investitionsbereitschaft des Kunden die technische Realisierung, obgleich SEW unabhängig davon bereits seit längerem geplant hatte, größere Energiespeicher zu entwickeln. Wir hatten hierfür Anfang 2014 intern einen Projektantrag“, weiß Sylvain Lafortune, Project Manager Industry Transportation & Warehouse Logistics bei SEW Eurodrive. „Im Januar 2014 haben wir auf Basis der Projektierungsdaten von Dambach mit der Analyse des Leistungsbedarfs begonnen“. Die Entscheidung beider Unternehmen, große Energiespeicher für Regalbediengeräte umzusetzen, fiel nach der Hannover Messe 2014. „Ende 2014 hatten wir einen Testaufbau in einer ehemaligen Logistikhalle bei uns installiert, in dem ein vorhandenes RBG mit dem Energiespeicher und der erforderlichen Software ausgestattet und die entsprechenden Funktionen vor der Installation beim Kunden getestet werden konnten“, führt Michael Laux, Leiter Technisches Büro Karlsruhe von SEW-Eurodrive, fort.

Weltpremiere: In einem Hochregallager von Boehringer Ingelheim sind erstmals Regalbediengeräte mit einem innovativen Energiespeichersystem eingesetzt. (Bild: Dambach Lagersysteme)

In diesem Testzentrum konnten bereits im Dezember 2014 die Energiespeicher den Verantwortlichen von Boehringer Ingelheim in realen Umgebungen präsentiert werden. Ein besonderes Augenmerk legten die Entwickler auch auf die Bereiche Installation und Sicherungstechnik: „Wir benötigten für die RBG-Anwendungen wesentlich größere Energiespeicher“, erklärt Laux. „Bis zu diesem Zeitpunkt standen aber lediglich Elektronik-Komponenten und Software für eine konstante Dauerleistung von 4 kW zur Verfügung, nun aber benötigten wir das Vierfache.“ Daher hat sich SEW einschlossen, eine Kaskade zu bauen, also drei 6 kW-Leistungsmodule zu einem großen Speicher zusammenzufügen und parallel zusammenzuschalten.

Aufgrund der Gleichspannung (DC) waren zudem Aspekte wie Leitungssicherung und für Wartungsarbeiten auch eine Entladeeinheit wichtig. Des Weiteren sind wurden Befestigungsvorrichtungen entwickelt – sowohl für die Leistungsmodule wie auch für die Energiespeicher-Blöcke. Softwareseitig mussten für die RBG zusätzliche Funktionen entwickelt werden, um den Energiespeicher abhängig von den Leistungsanforderungen an die RBG optimal verwalten zu können. Hardwaremäßig sind die RBG mit dem Movi-Axis-Servoverstärker ausgerüstet, während die Software in der Movi-PLC um die Leistungen des standardisierten Applikationsmoduls Energiemanagement - Funktionen speziell für den Energiespeicher erweitert wurde.

Dimensionierung der Energiespeicher

Peter Tiebel, Dambach Lagersysteme: „Das System lässt sich auch so auslegen, dass bei gleicher Einspeiseleistung höhere Durchsatzleistungen erzielt werden können“. (Bild: Dambach Lagersysteme)

„Neben der Integration der Komponenten des Energiespeichers in das RBG war der größere Part für uns, die nötige Informationen für die anwendungstechnische Auslegung des Energiespeichers zur Verfügung zu stellen“, erinnert sich Peter Tiebel, Technischer Leiter von Dambach Lagersysteme. Denn nur mit genauer Kenntnis des geforderten Leistungsprofils der Applikation, also der Spiele, der Dynamik der Fahrbewegungen und der Fahrzyklen des RBG und somit des für die Realisierung des Gesamtsystems erforderlichen Know-hows über Funktionen, Leistungen und Betriebszustände im Lager lasse sich die erforderliche Speicherkapazität exakt berechnen und damit der Speicher adäquat dimensionieren. Wie Tiebel betont, ist für ein optimal dimensioniertes Energiespeichersystem „stets eine enge Zusammenarbeit aller Beteiligten erforderlich, dem Betreiber der Anlage, dem RBG-Lieferanten und dem Lieferanten des Energiespeichers und der dazu gehörigen Software und Elektronik“.

Nachdem dieser Schritt erfolgreich absolviert wurde, konnten die Projektpartner ab Juli 2015 im Rahmen der Modernisierung des Hochregallagers sukzessive die alten RBG durch neue Geräte des Typs Mono ESA 1000/32 mit je 32,4 Metern Höhe ersetzen. Im September 2015 konnte bei Boehringer Ingelheim die erste Hochregallager-Anlage in Komplett-Betrieb gehen, bei der RBG mit Energiespeichern ausgestattet sind.

Olaf Schwarzer, Boehringer Ingelheim: „Unsere Anlage hat die prognostizierten Energieeinsparungen sogar übertroffen“. (Bild: Boehringer Ingelheim)

„Der Informationsaustausch mit allen Partnern lief reibungslos, was eine schnelle Montage und Inbetriebnahme ermöglichte“, betont Olaf Schwarzer, technischer Bereichsleiter der Logistik bei Boehringer Ingelheim. „Das kam unserem eng gesteckten Zeitplan sehr entgegen, um unsere Lieferfähigkeit aufrecht zu erhalten.“

RBG-Spitzenleistungen deckt der Speicher

Was ist nun das Geheimnis der RBG-Energieversorgung? Wie Roche erklärt, werden beispielsweise die für die Bewegung der RBG benötigte Spitzenleistungen nicht direkt aus dem Netz entnommen, sondern vom Energiespeicher. „Dieser wird kontinuierlich geladen, allerdings mit viel geringeren Leistungen als üblicherweise zum Betrieb eines RBG notwendig“. Dabei fungiert das Speichersystem nicht nur als Energieversorger sondern auch als Puffer. Dabei hat das System mit Rückspeisung von Energie ins Netz nichts zu tun. Dies bedeutet, die Energie bleibt auf dem RBG, und die generative erzeugte Energie wird verwendet, um die Energiespeicher wieder zu laden.

Ein Ziel des Einsatzes der Energiespeicher ist somit, dass für den RBG-Betrieb nicht ständig Spitzenleistungen aus dem Netz abgerufen werden müssen, sondern die Fahrzeuge kontinuierlich auf möglichst geringem Energielevel gleichmäßig versorgt werden. Wenn beispielsweise in der Beschleunigungsphase 80 kW Spitzenleistung kurzfristig benötigt würden, lässt sich die Eingangsleistung auf 15 kW begrenzen.

Für die Applikation bei Boehringer Ingelheim sind die Speicher so ausgelegt, dass die RBG auch Extrempunkte anfahren können, ohne Leistungs-Reduzierungen vornehmen zu müssen, das bedeutet, „wir betreiben die Anlage so, als ob der Speicher gar nicht vorhanden wäre und wir grenzenlos Energie vom Netz nehmen könnten“, verdeutlicht Lorenz. Wie Boehringer Ingelheim bestätigt, funktioniere dies hervorragend und ohne jegliche Leistungsminderungen auch bei Höchstbelastungen.

„Unsere Anlage hat die prognostizierten Energieeinsparungen sogar übertroffen, so dass wir unserem Ziel, eine CO₂-Einsparung von 20 Prozent bei Boehringer Ingelheim bis 2020 zu erreichen, einen Schritt näher gekommen sind“, so Olaf Schwarzer. Ebenso hat Boehringer Ingelheim beim Thema „Green Logistics“ einen Meilenstein erreicht. Langfristig soll sich die Energieeinsparung natürlich auch monetär bemerkbar machen – ebenso wie die geänderte Maintenance-Strategie, die durch die optimierte Nutzung der Ressourcen ein Wartungsintervall einspart. So konnte das bei Boehringer Ingelheim installierte System in der Kurzfristbetrachtung und unter Zuhilfenahme der Tests und Messergebnisse alle Ziele erreichen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten in Planung

Die Verantwortlichen von Dambach Lagersysteme und SEW-Eurodrive denken bereits an weitere Applikationsmöglichkeiten, wie Lorenz ausführt: So ließen sich die Energiespeicher für schnelle AKL-RBG einsetzen, die für ihre schnellen Fahrten und hohen Beschleunigungen große Energiebedarfe im kurzfristigen Spitzenbereich haben. Diese sehr hohen Bedarfe, beispielsweise bis zu 150 kW im Peak ließen sich jeweils sehr schnell und effizient über den Speicher abdecken, so dass die Energieversorgung insgesamt relativ schlank ausgelegt werden kann. Zu den weiteren Anwendungsmöglichkeit zählen zum Beispiel Quer-Verschiebewagen, Hubstationen und Portalroboter die bereits von SEW als Systemlösungen vorbereitet sind.

Für all diese Szenarien gilt: Je größere eine Anlage ist, desto eher lohnt der Einsatz der Energiespeicher, weil dann spürbar mehr Kosten für die Ausstattung der Infrastruktur eingespart werden können. Zudem sind, etwa bei schwankender Energieversorgung oder gar bei Stromabschaltungen, die beweglichen Teile stets in einem sicheren Zustand, denn sie haben auf jeden Fall genügend Energie, um in einer definierten Position zu parken. Reinhard Irrgang/cs