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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorrolle für Förder- und Lagertechnische Einrichtungen zur Beförderung von Stückgut, wie durch den unabhängigen Patentanspruch 1 beschrieben.
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Die Digitalisierung der Industrie findet auch in der Intralogistik ihren Niederschlag. Es besteht innerhalb der Industrie Einigkeit darüber, dass mehr Daten benötigt werden, um zielgerichtete Entscheidungen insbesondere in Förder- und Lagertechnischen Einrichtungen treffen zu können. Diese Daten sollten dabei vorzugsweise in Echtzeit immer aktuell zur Verfügung stehen, und von Maschine zu Maschine kommuniziert werden können, im günstigsten Fall drahtlos.
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Zur Zwischenlagerung von Produkten werden vorzugsweise Einschublager mit schrägen Rollenbahnen benutzt. Entscheidend für Lagersysteme ist der Füllgrad bzw. die Position freier Stellplätze. Diese Informationen werden bei diesen Lagersystemen typischerweise optisch durch das Lagerpersonal ermittelt. Durch die schlechte Sichtungsmöglichkeit ist eine genaue Bewertung nicht möglich bzw. zumindest erschwert. Als Befüll- und Entnahmemöglichkeit sind zwei Arten üblich. So werden bei einem First In-First Out (FiFo) Einschublager, die Paletten an der höchsten Stelle eingesetzt und rollen dann bis zur unteren Stelle. Weitere Paletten rollen dann so weit wie möglich nach unten und reihen sich an den bereits vorhandenen Paletten. Die Entnahme erfolgt dann an der unteren Stelle. Die zweite Methode ist das First In-Last Out (FiLo) Einschublager. Die Paletten werden an der unteren Stelle eingestellt. Um weitere Paletten einzusetzen, wird mit der nächsten Palette die vorliegende Palette nach oben weitergeschoben und dann abgesetzt. Die Entnahme erfolgt wiederum an der unteren Stelle. In der Regel ist die erste Palette von der folgenden Palette durch einen Separator getrennt, damit diese bei der Entnahme nicht aufstaut. Weiterhin sind meist Bremsrollen eingebaut, die eine zu große Geschwindigkeit bei nachlaufenden Paletten verhindern. Wird nun die vorderste Palette entnommen laufen im Nachgang alle Paletten in dem Kanal um einen Platz nach vorne.
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Für Lager dieser Art existieren keine Lösungen zu Transportrollen, die ihren Zustand melden, d.h. ob Beladung über die Transportrollen läuft oder gerade über der jeweiligen Transportrolle steht. Existierende Lösungen aus dem Bereich der angetriebenen Förderanlagen eignen sich nicht, weil sie zu teuer sind oder im Lagerbereich nicht mit der ausreichenden Sicherheit Daten liefern, da die Überwachung schwierig ist. Lösungen wie z.B. der Einsatz der RFID-Technik sind bei der Überwachung von größeren Abständen teuer und aufgrund von in der Regel vorhandenen Abschirmungen unsicher. Bei dem Einsatz von Lichtschranken ergeben sich Probleme z.B. mit Spinnennetzen oder allgemeiner Verschmutzung. Bei dem Einsatz von Radar ergeben sich Probleme mit der Verschattung durch Regale. Hinzu kommt der hohe Verkabelungsaufwand herkömmlicher Überwachungsanlagen. Eine geeignete Lösung wäre umgekehrt aber problemlos auch in angetriebenen Förderanlagen einsetzbar.
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Es gibt daher einen konkreten Bedarf für eine Lösung, die kostengünstig und zugleich kabellos bzw. ohne elektrische Versorgung ist, um eine Förder- und Lagertechnische Einrichtungen zur Beförderung von Stückgut zu überwachen und Informationen wie den Lagerbestand jedes einzelnen Lagerkanals auf Basis einer physikalischer Prüfung (permanente Inventur) oder über blockierte Paletten im jeweiligen Kanal per Füllstandanzeige im Lagersystem, am Stapler bzw. direkt am Regalkanal, liefern kann. Die Blockierungen können sich unkontrolliert lösen und, wenn keine Bremsrollen eingesetzt wurden, neben baulichen Schäden auch schwere Unfälle verursachen. Diese Informationen jederzeit in Echtzeit liefern zu können, würde das Einschublager für den Endkunden deutlich sicherer machen, wobei sich gleichzeitig die Funktionalität und Verfügbarkeit der Anlage signifikant erhöhen würde.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche beschrieben sind.
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Vorgesehen ist dabei eine Sensorrolle für Förder- und Lagertechnische Einrichtungen zur Beförderung von Stückgut, welche mit einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Rollen zur Unterstützung und Beförderung eines aufliegenden Stückguts versehen sind, wobei die Sensorrolle mindestens einen Sensor aufweist, der bei Erfassung eines auf die Sensorrolle aufgelaufenen Stückguts ein Signal aussendet, wobei die Sensorrolle neben dem Sensor auch stromerzeugende Elemente und einen Sender als innerhalb des Rollenkörpers angeordnete Bestandteile aufweist, so dass sie energieautark, verkabelungsfrei und frei positionierbar in der Förderstrecke ist.
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Mit einer Sensorrolle nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung werden Auswertungen ermöglicht, mit denen Zustandsdaten der Lager- und Fördertechnischen Einrichtung, wie:
- - Lagerbestand jedes einzelnen Kanals des Lagers (permanente Inventur);
- - Aktueller Anzeige des Füllstands jedes einzelnen Kanals, zur Vermeidung der Beschädigungen von Ware oder des Regalsystems, aufgrund der Tatsache, dass beim Einlagern z.B. dem Staplerfahrer unbekannt und visuell nicht einsehbar ist, ob der vorgesehene Kanal tatsächlich noch eine Palette aufnehmen kann, oder bereits voll ist,
- - Information über Blockaden, z.B. aufgrund von Paletten mit gebrochenen Kufen, oder herausstehenden Nägeln, die ggf. nicht selbständig bzw. unkontrolliert anlaufen können;
bereitgestellt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensorrolle ist dabei vorgesehen, dass die stromerzeugenden Elemente als die Rotation der Sensorrollenkörperdrehung in Strom umwandelnde elektrische Erzeugereinheit ausgebildet ist.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Sender als bidirektionale Funkeinrichtung zur Erzeugung eines eindeutig einer bestimmten Sensorrolle zuzuordnenden, mehrfach aussendbaren Funksignals über die ermittelten Rolleninformationen ausgebildet ist, welches mittels der Rotationsbewegung bzw. des Überrollens bzw. des darauf Stehenbleibens von Stückgut auf der Sensorrolle ausgelöst und an zumindest einen Empfänger übermittelt wird.
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Die Sensorrolle nach Maßgabe der Erfindung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie weiterhin zumindest mit kapazitiven oder Druck messenden Sensoren versehen ist, zur Erhöhung des Informationsgehaltes der Erfassung.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Sensorrolle kann diese auch dadurch gekennzeichnet sein, dass der Sensor zur Druckmessung als im Achsbereich der Sensorrolle angeordneter Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist, der eine aufliegende Gewichtsänderung über eine mechanische Verformung des Achsbereiches ermittelt. Alternativ kann der Sensor zur Druckmessung auch als Piezo oder als Force Sensing Resistor ausgebildet sein, der eine aufliegende Gewichtsänderung über dessen mechanische Verformung ermittelt.
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Im Fall der Verwendung eines kapazitiven Sensors kann dieser als eine Veränderung des kapazitiven Feldes zwischen einem metallischen Mantelrohr der Sensorrolle und dem Gestell der Förder- und Lagertechnischen Einrichtung ermittelndes Element ausgebildet sein, wobei hierzu von einer intern verbauten Elektronik jeweils eine Verbindung zu dem metallischen Mantel der Sensorrolle und zu dem metallischen Gestell hergestellt wird.
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Das von dem Sensor in der Sensorrolle gesendete Signal kann einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform nach kodiert sein und eine eigene, je Rolle einmalige, Kennung besitzen, welche bei der Installation mit einer definierten Positionsangabe der Sensorrolle in der Förder- und Lagertechnischen Einrichtung verknüpft wird. Somit ist jeder Signalkennung eine definierte Position zugeordnet. Das kodierte Signal liefert vorzugsweise weiterhin auch Informationen zu Stillstand oder Bewegung, Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit sowie Anzahl der Umdrehungen der Sensorrolle und somit zum Laufweg des Gutes und/oder anstatt der Bewegungsinformation, mittels eines zusätzlichen Belegsensors, ein Signal über das Vorhandensein eines auf der Sensorrolle aufstehenden Gutes.
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Die Sensorrolle nach Maßgabe der Erfindung kann ebenso bevorzugt als eine den anderen Förderrollen der Förder- und Lagertechnischen Einrichtung entsprechende, tragende Förderrolle ausgebildet sein, wobei die Sensorrolle die bestehenden Bauräume, Rastermaße und ähnliche Befestigungseinrichtungen nutzt und somit variabel positionierbar ist.
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Die Sensorrolle ist vorzugsweise auch mit einem internen Energiespeicher versehen, zur Aufnahme der durch eine Rotation der Sensorrolle erzeugten Energie und Abgabe derselben an die Verbraucher der Sensorrolle im Bedarfsfalle. Mit dieser Energie wird es ermöglicht, den Prozessor zu starten, die Bewegungs- und Ladungszustände auszuwerten, die Signale zusammenzufassen, zu kodieren und auszusenden. Im Anschluss daran wird der Prozessor wieder stromlos gesetzt um, nach einer beliebig langen Zeit, erneut gestartet zu werden. Diese beliebige Zeitspanne stellt eine Besonderheit dar, die in Lagersystemen wichtig ist um unabhängig zu sein von Wartungsintervallen, wie Batterietausch oder Nachladen eines Akkumulators.
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Die Sensorrolle nach Maßgabe der Erfindung kann sich weiterhin auch dadurch auszeichnen, dass eine Elektronik zur Auswertung der Stromerzeugung und daraus abgeleiteter Information zu Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit usw. in der Sensorrolle selbst vorgesehen ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorrolle derart ausgebildet, dass das Energie erzeugende Element, der oder die Sensor/en, das ein Signal sendende Element sowie die Elektronik zur Auswertung als integrale Einheit in einer Kartusche zur Anordnung innerhalb eines Rollenmantels zusammengefasst sind.
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Mit all den Merkmalen wie vorhergehend beschrieben kann eine kostengünstige, physisch permanente Überwachung von Änderungen auf allen Lagerplätzen bereit gestellt werden. Das hat den Vorteil, dass eine permanente Inventur vorgenommen werden kann. Notwendige Stillstandzeiten für eine manuelle Inventur entfallen somit. Volle Lagerkanäle sind entsprechend gekennzeichnet, sodass kein Versuch unternommen wird, hier überhaupt Ware einzulagern. Die Beschädigung von Ware oder Lagerplätzen kann damit zu fast 100% eliminiert werden. Funktionsstörung von stehenden Paletten können sofort gemeldet und zeitnah behoben werden. Damit steigt die Funktionalität und Verfügbarkeit der gesamten Förder- und Lagertechnischen Einrichtung, in der die Sensorrolle zum Einsatz kommt. Mit der Erfindung wie hier beschrieben ist es möglich, jeden Paletten- oder Lagerplatz physisch zu überwachen.
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Vorgesehen sind auch Förder- und Lagertechnische Einrichtungen zur Beförderung von Stückgut, welche zumindest eine Sensorrolle wie vorhergehend beschrieben umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Förder- und Lagertechnischen Einrichtungen nach Maßgabe der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Ebene an der die Sensorrolle die Palette berührt gegenüber der Förderfläche, die durch die Tragrollen gebildet wird, zur Übertragung der Reibkräfte leicht erhöht angeordnet ist.
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Die Förder- und Lagertechnischen Einrichtungen nach Maßgabe der Erfindung können sich auch dadurch auszeichnen, dass die zumindest eine Sensorrolle gegenüber den umliegenden Förderrollen einen leicht vergrößerten Durchmesser aufweist.
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Schließlich können sich die Förder- und Lagertechnischen Einrichtungen auch dadurch auszeichnen, dass zumindest eine ortsfeste Empfangseinheit zur Aufnahme des von der zumindest einen Sensorrolle abgegebenen Signals und zur Weitergabe an eine Datenverarbeitungsanlage vorgesehen ist.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigt:
- - 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Sensorrolle gemäß der Erfindung mit Dreherkennung und Belegsensor; und
- - 2 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Sensorrolle nach 1 in einer Förderstrecke einer Förder- und Lagertechnischen Einrichtung als tragende Rolle
- - 3 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Sensorrolle nach 1 in einer Förderstrecke einer Förder- und Lagertechnischen Einrichtung als nicht tragende Rolle
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Die 1 zeigt die schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Sensorrolle 1 gemäß der Erfindung, welche modular aufgebaut ist. Zu erkennen sind dabei zunächst auf der einen Seite ein feststehender Achsausleger 5 mit einer Verschraubung mittels Mutter 7 gegen die Seitenprofile 3. Auf dem feststehenden Achsausleger 5 ist ein Lagerschalenring 8 mit einer Kugellagerung 15 des Mantelrohres 12 zu erkennen. Auf der anderen Seite ist ein fest stehender Achsausleger 6 mit einer Verschraubung mittels Mutter 7 gegen die Seitenprofile 3 zu erkennen. Der feststehende Achsausleger 6 ist rotationssymmetrisch, besitzt jedoch eine Abflachung in Richtung der Achse 14, womit der formschlüssig feststehende Lagerschalenring 9 aufgenommen und ausgerichtet wird . Zwischen dem feststehenden Achsausleger 5 und 6 und dem drehenden Mantelrohr 12 ist dabei ein Planetengetriebe 13 angeordnet. Das Planetengetriebe 13 wird vom Mantelrohr 12 durch einen Spannsatz 10 angetrieben. Die Verlagerungen aller rotierenden Elemente auf der Achse 14 mit dem ebenfalls formschlüssig feststehenden Grunddträger 25, erfolgt dabei vorzugsweise mittels Kugellager 15, wobei die Lager gegen Schmutz und Staub abgedichtet sind.Ebenfalls zwischen dem feststehenden Achsausleger 5 und 6 und dem drehenden Mantelrohr 12 der Sensorrolle 1 ist ein Generator 16 als Energieerzeugereinheit vorgesehen, welcher aus einer Drehbewegung oder aus einer Biegewechselspannung Energie erzeugt.
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Ebenfalls zu erkennen ist ein kurzfristiger Energiespeicher 17, hier in der Form eines Kondensators in Kombination mit geeigneter Lade- und Entladefunktionalität, der auf der feststehenden Achse 14 mit Grundträger 25 am Ausgang des Generators 16 angeordnet ist.
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Ebenfalls auf dem feststehenden Achsausleger 6 angeordnet ist eine Auswertungselektronik 18, die in der dargestellten Ausführungsform als Sensorencoder ausgebildet ist, zur Erkennung der Stärke der Drehbewegung, d.h. der Drehgeschwindigkeit, sowie der Drehrichtung und/oder anstatt der Bewegungsinformation, mittels eines zusätzlichen Belegsensors 19, ein Signal über das Vorhandensein eines aufstehenden Gutes bereit stellt.
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In der 1 ist weiterhin ein Microcontroller 20 mit einer Sendeeinheit 21 zu erkennen, der ebenfalls auf der feststehenden Achse 14 mit Grunddträger 25 angeordnet ist. Der Microcontroller 20 dient zur Weiterleitung der vorbereiteten Informationen, wobei diese mit einer eindeutigen, einzigartigen Kennung versehen sind.
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Schließlich ist im Bereich des feststehenden Achsausleger 6 noch eine Antenne 22 angeordnet.
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Das Mantelrohr 12 der Sensorrolle 1 kann aus Kunststoffrohren aber auch aus, vorzugsweise verzinkten, Stahlrohren hergestellt sein.
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Durch den über Formschluss feststehenden Grunddträger 25 ist es möglich die elektronischen Bauelemente ohne Rotationseinflüsse aufzunehmen und die auf der Elektronik montierte Antenne 22 in einer optimalen Abstrahlposition zu den Seitenprofilen 3 zu halten. Der über Formschluss feststehend Lagerring 9 dient dazu die Lasteinleitung senkrecht zum Belegsensor 19 auszurichten. Der sich nach außen fortsetzende Formschluss des feststehenden Achsauslegers 6 dient dann der lagerichtigen und reproduzierbaren Positionierung der Sensorrolle 1 zu den Seitenprofilen 3.
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Wenn eine Palette über die Sensorrolle 1 läuft, wird das Mantelrohr 12 in Rotation versetzt. Über die Verbindung Mantelrohr 12 mit dem Spannsatz 10 wird nun die Rotation an das Planetengetriebe 13 übertragen. Das Planetengetriebe 13 erhöht die Rotation und leitet diese in den Generator 16 ab. Der Generator 16 ist dazu auf der Befestigungsseite mit dem feststehenden Grundträger 25 und somit mit den Seitenprofilen 3 verbunden. Die erzeugte Energie wird nun gesammelt und in dem Energiespeicher 17 zwischengespeichert. Ist ausreichend Energie vorhanden, wird diese den elektronischen Bauelementen für den Systemstart zur Verfügung gestellt. Sind die elektronischen Bauelemente gestartet beginnt die Auswerteelektronik 18 mit der Analyse der Drehzustände und der Belegsensor 19 ermittelt den Druck bzw. die Verformung im Meßbereich und erkennt somit die Lastsituation. Im Anschluss werden die gesammelten Informationen ausgewertet, codiert und über die Sendeeinheit 21 mit der angeschlossenen Antenne 22 per Funksignal ausgesendet. Die Funksignale werden zur Sicherheit mehrfach ausgesendet. Ein in Empfangsreichweite befindlicher Empfänger 23 nimmt die Funksignale auf und leitet diese an ein betriebliches Rechnersystem weiter. Die gesendeten Informationen werden zur weiteren Nutzung außerhalb der Rolle gespeichert und für Anzeigen, eine permanente Inventur oder zur Erkennung von Fehlerzuständen verwendet. Ist der Energiespeicher 17 verbraucht werden die elektronischen Bauteile, bis zur nächsten Rotation des Mantelrohres 12, stromlos. Dieser Prozess kann sich nun in beliebigen Zeitabständen wiederholen.
Bei der kapazitiven Lösung ist der Aufbau ähnlich, es wird jedoch kein Belegsensors 19 ausgewertet sondern ein kapazitives Feld zwischen dem Mantelrohr 12 und den Seitenprofilen 3 aufgebaut. Befindet sich nun eine Palette auf der Sensorrolle 1 wird dieses kapazitive Feld verändert und somit die Beladung erkannt. Um das Mantelrohr 12 kapazitiv zu verbinden, ist der Spannsatz 10 mit metallischen Kontakten versehen die gegen das Mantelrohr 12 und dem Anschluss an das Planetengetriebe angepresst werden. Über die unzähligen Kontaktstellen des metallischen Planetengetriebes 13 wird der Kontakt auf den feststehenden Teil des Planetengetriebes 13 übertragen und dann per Kabel an den elektronischen Bauelementen angeschlossen. Der andere Kontakt zu den Seitenteilen 3 erfolgt über den feststehenden Achsausleger 6 und der Mutter 7. An dem feststehenden Achsausleger 6 ist ein Kabel befestigt, dass an den elektronischen Bauelementen angeschlossen ist.
Bei der federnden Rolle in 2 gilt die gleiche Wirkweise, jedoch wird hier die Last der Palette nicht über die Sensorrolle 1 in die Seitenprofile 3 und den Rollenbahnmodulen 4 abgetragen.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung einer Sensorrolle 1 nach 1 in einer Förderstrecke einer Förder- und Lagertechnischen Einrichtung als tragende Rolle.
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Die Sensorrolle 1 ist dabei in Rollenbahnmodulen 4 als tragende Rolle, pro Kanal mindestens eine Sensorrolle 1, verbaut. Vorzugsweise an jedem zweiten Lagerplatz, besonders bevorzugt an jedem Lagerplatz. Die Sensorrolle 1 ist dabei in einem Rahmen 2 aufgenommen, der zum einen eine robuste Befestigung an den Seitenprofilen 3 der Rollenbahnen erlaubt und gleichzeitig eine schwimmende Aufnahme und freie Positionierung der Sensorrolle 1 ermöglicht.
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Die Sensorrolle 1 ist pro Palettenplatz einmal, ggf. auch nur in jedem 2. Palettenplatz verbaut und kennt durch eine entsprechende Auswertelogik jede Änderung des Ladezustandes aller Paletten. Diese Zustände werden über eine Standardschnittstelle an ein übergeordnetes Rechnersystem 24 zur weiteren Auswertung gemeldet.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung einer Sensorrolle 1 nach 1 in einer Förderstrecke einer Förder- und Lagertechnischen Einrichtung als nichttragende Rolle.
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Die Sensorrolle 1 ist dabei in Rollenbahnmodulen 4 als nichttragende Rolle, pro Kanal mindestens eine Sensorrolle 1, verbaut. Vorzugsweise an jedem zweiten Lagerplatz, besonders bevorzugt an jedem Lagerplatz. Die Sensorrolle 1 wird nicht mit dem Gewicht der gelagerten Paletten belastet. Sie wird durch eine federnde Fixierung 11 an den Seitenprofilen 3 nur mit einer definierten Vorspannung gegen die Kufen der Paletten gedrückt.
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Die Sensorrolle 1 ist pro Palettenplatz einmal, ggf. auch nur in jedem 2. Palettenplatz verbaut und kennt durch eine entsprechende Auswertelogik jede Änderung des Ladezustandes aller Paletten. Diese Zustände werden über eine Standardschnittstelle an ein übergeordnetes Rechnersystem 24 zur weiteren Auswertung gemeldet.
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Der 2 und 3 ist auch ein Empfänger 23 zur Aufnahme der Signale von der Sensorrolle 1 und zur Weiterleitung an ein zentrales Rechnersystem 24 zu entnehmen.
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Vorzugsweise erfolgt eine zentrale Aufbereitung der Informationen aus den Sensorrollen 1 zur Rückmeldung in das Betriebliche Rechnungs- und Lagerwesen sowie an die Logistik, wobei z.B. am Stapler im Lager eine Anzeigeeinheit vorgesehen sein kann, die dem Staplerfahrer die aktuelle Belegung des Lagers anzeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorrolle
- 2
- Rahmen
- 3
- Seitenprofile
- 4
- Rollenbahnmodul
- 5
- Achsausleger feststehend
- 6
- Achsausleger feststehend
- 7
- Mutter
- 8
- Lagerschalenring
- 9
- Lagerschalenring feststehend
- 10
- Spannsatz
- 11
- federnde Fixierung
- 12
- Mantelrohr
- 13
- Planetengetriebe
- 14
- Achse
- 15
- Kugellager
- 16
- Generator
- 17
- Energiespeicher
- 18
- Auswerteelektronik
- 19
- Belegsensor
- 20
- Microcontroller
- 21
- Sendeeinheit
- 22
- Antenne
- 23
- Empfänger
- 24
- Rechnersystem
- 25
- Grundträger
