universitÄt stuttgart institut fÜr fÖrdertechnik und logistik institutsleiter prof. dr.-ing....

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UNIVERSITÄT STUTTGART INSTITUT FÜR FÖRDERTECHNIK UND LOGISTIK Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Grundlagen der Materialflusstechnik

Prof. Dr.-Ing. K.H. Wehking

Institute of Mechanical Handling and LogisticsInstitute für Fördertechnik und Logistik

Lecture Materials Handlings EngineeringVorlesung Grundlagen der Materialflusstechnik

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Dear students,

Here you will find the overhead foils, which will be presented at the lecture.

The overview of the content you will find at the following overhead foil. The lecture is separated in 5 main chapters with attendant subchapters.

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Material handling is the technique of moving goods or persons in an optional direction and over limited distances.

This lecture (Material Handling Engineering) should show you the machines and devices which you need for material flow and logistic systems to realize the functions

– Convey– Distribute – Collect– store

The lecture explain to you the application areas, advantages, disadvantages, details of designs, bases of calculation of thismachines and devises

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Chapter 1: Introduction Einführungsveranstaltung

Chapter 2: Load suspension devices Lastaufnahmeeinrichtungen

Chapter 3: Steady conveyor Stetigförderer

Chapter 4: Unsteady conveyor Unstetigförderer

Chapter 5: Storage techniques Lagertechnik

Gliederung Grundlagen der Materialflusstechnik Content materials handling

engineering

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1. Chapter

Introduction

Materials Handling Engineering

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• Unter Fördertechnik versteht man die Technik des Fortbewegens von Gütern und Personen in beliebiger Richtung und über begrenzte Entfernungen [VDI 2411].

• Als Fördermittel bezeichnet man die technischen Mittel (Maschinen), die zum Bewegen von Gütern und Personen über begrenzte Entfernungen (z.B.) im innerbetrieblichen Bereich in der Fördertechnik erforderlich sind.

Definition Fördertechnik [VDI 2411]

• Materials handling is the technique of moving goods and persons in an optional direction and over limited distances, VDI (Association of german engineers) 2411

• Materials handling devices are the technical devices (machines), which are necessary to move goods and persons over limited distances (e.g.) in the internal area of the conveyor

Definition materials handling [VDI (Association of german engineers) 2411]

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• Fördern

• Verteilen

• Sammeln (incl. Kommissionieren)

• Lagern

• Fördern

• Verteilen

• Sammeln (incl. Kommissionieren)

• Lagern

Aufgabe der Fördermittel

Tasks of material handling devices

• convey• distribute• collect (incl. order

picking)• store

• convey• distribute• collect (incl. order

picking)• store

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RBG, Hochregallager

Stacker crane, high bay racking

5.Transfer bridge

6.Stacker crane

High bay racking

Prestorage area

Load and unload area

Hochregallager

Lagervorzone

Be- und Enladebereich

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Modernes Distributionszentrum

Modern distribution centerRaw material silos High bay racking

Miniload warehouse

Order picking area

Automated guided vehicle systems + bulk bins

Process enginering

Rohwarensilos Hochregallager

AKL

Kommisionierbereich

Verfahrenstechnik

FTS + bulk bins

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Definition Materialfluss [VDI 3300]Materialfluss ist die Verkettung aller Vorgänge beim Gewinnen, Be- und Verarbeiten sowie bei der Verteilung von Gütern innerhalb festgelegter Bereiche (VDI 3300).

Arbeitsvorgänge und Operationen des Materialflusses sind:

• Bearbeiten• Montieren • Prüfen• Handhaben• Fördern (Transportieren)• Verteilen• Sammeln und Kommissionieren • Lagern

Aufgabe der Fördermittel

Definition Material flow [VDI (Association of german engineers) 3300]

Material flow is the chain-linking of all activities at the extraction, handling and converting as well as the distribution of goods inside of fixed areas

Processes and operations of the material flow are:

• handle • assemble • check• self-manage• convey (transport)• distribute• collect and pick• store

Task of the materials handling devices

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• Fertigungstechnik

• Verfahrenstechnik

• Verpackungstechnik

• Fördertechnik (mit Transportieren, Lagern, Umschlagen)

• Verkehrstechnik

• Montagetechnik

• Fertigungstechnik

• Verfahrenstechnik

• Verpackungstechnik

• Fördertechnik (mit Transportieren, Lagern, Umschlagen)

• Verkehrstechnik

• Montagetechnik

Komponenten des Materialflusses

• production technique• process engineering• packaging technique• Materials handling (with carrying, storing, handling)• traffic engineering• assembly technique

• production technique• process engineering• packaging technique• Materials handling (with carrying, storing, handling)• traffic engineering• assembly technique

Components of the material flow

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Materialflusssystem einer automatisierten Fabrikanlage

Material flow system of an automated plant

High bay racking

Shipment

Robot

Welding area

Varnishing area

Electric monorail

Miniload warehouse

CNC-Machines

Production area

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Logistik IDefinition:

Logistik ist die wissenschaftliche Lehre der Planung, Steuerung und Überwachung des Material-, Personen-, Energie- und Informationsflusses in Systemen.

Systeme, in denen die Logistik eine Rolle spielt, umfassen alle Bereiche der Wirtschaft nämlich

Industrie Handel Dienstleistung

Logistik IDefinition:

Logistics is the science of planning, control and monitoring of material-, person-, energy and information flows in systems.

Systems in this spirit, in which logistics plays a role, cover all areas of the economy, namely

•Industry•Trade•Service

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- Überwachung, Controlling, Wirtschaftlichkeit

- Steuern (Informations + Steuerungsaufgaben)

- Bearbeiten

- Montieren

- Prüfen

- Handhaben

- Fördern

- Verteilen

- Sammeln und Kommissionieren

- Lagern

Aufgaben

der

Fördermittel

Materialfluss

Operationen

Σ aller Aufgaben = Logistik

•Monitoring, Controlling, Economy•Controlling (Information + Controlling tasks)•Processing •Assembling•Checking•handling•Conveying•Distributing•Collecting and picking•Storing

Σ of all tasks = Logistics

Tasks of the conveying devices

Material flow

operations

Logistics

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Die 5-R-Regeln der Logistik1. Richtige Objekte (Material, Güter, Information, Dienstleistung, Energie, ...) zum

2. richtigen Zeitpunkt in der

3. richtigen Quantität und Qualität, versehen mit den

4. richtigen Informationen (nicht mehr als notwendig!) am

5. richtigen Ort wirtschaftlich (d.h. zu minimalen Kosten) bereitzustellen.

The 5-R-Rules of logistics

1. Right objects (material, goods, information, service, energy, ...) at the

2. Right time in the

3. Right quantity and quality, provided with the

4. Right information (not more than necessary!) at the

5. Right place allocate economical (that means to minimal costs).

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Technik- Fördern - Lagern- Handhaben- Transportieren- Umschlagen-Verteilen

Technique-Conveying-Storing-Handling-Transporting-Transacting-Distributing

Computer science

and communication

Business administration

and national

economics

Logistik

Logistics

Hauptaufgaben der Logistik

Main tasks of logistics

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Logistik IIDie drei Säulen der Logistik:• Fördertechnik (Materialflusstechnik)• Informatik• Betriebs- und Volkswirtschaft (wirtschaftliche Komponente)

Arbeitsbereiche der Logistik:• Beschaffungslogistik• Produktionslogistik• Distributionslogistik• Entsorgungslogistik

Bedeutende Begriffe:• Fördertechnik• Materialfluss• Logistik

Die drei Säulen der Logistik:• Fördertechnik (Materialflusstechnik)• Informatik• Betriebs- und Volkswirtschaft (wirtschaftliche Komponente)

Arbeitsbereiche der Logistik:• Beschaffungslogistik• Produktionslogistik• Distributionslogistik• Entsorgungslogistik

Bedeutende Begriffe:• Fördertechnik• Materialfluss• Logistik

Logistics IIThe 3 columns of logistics:• Materials handling (Material handling engineering)• Computer sciences• Business administration and national economics (economical components)

Working areas of logistics:• Procurement logistics• Production logistics• Distribution logistics• Reverse logistics

Important terms::• Materials handling• Material flow• Logistics

The 3 columns of logistics:• Materials handling (Material handling engineering)• Computer sciences• Business administration and national economics (economical components)

Working areas of logistics:• Procurement logistics• Production logistics• Distribution logistics• Reverse logistics

Important terms::• Materials handling• Material flow• Logistics

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Es ist eine der wichtigen Aufgaben dieser Grundlagen-vorlesung, die große Zahl der so verschiedenartigen Fördermittel zu systematisieren, ihre Vor- und Nach-teile in verschiedenen Anwendungsfällen zu zeigen und die Grundlagen von Förderelementen Ihnen so zu erklären und darzustellen, dass Sie zukünftig in der Lage sind, die Aufgaben der Betriebsführung von fördertechnischen, materialflusstechnischen oder logistischen Einrichtungen durchzuführen oder diese zu planen und die Basiselemente für deren Kon-struktion und Entwicklung zu kennen.

Zielsetzung der Grundlagenvorlesung

It’s one of the important tasks of this basics lecture to systematize the high number of the so different conveying devices, to show their advantages and disadvantages in different applications and to explain you the basics of conveying elements that way, that you are able to operate or to plan the tasks of the management of conveying related, material flow related or logistic facilities in future and to know the basic elements for their construction and development.

Target of the basics lecture

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• Sicherheitstechnik (SS)• Seiltechnologie (SS)• Personen-Fördertechnik (WS)• Planung logistischer Systeme (SS)• Materialflussautomatisierung (WS)• Entsorgungslogistik (SS)

• Sicherheitstechnik (SS)• Seiltechnologie (SS)• Personen-Fördertechnik (WS)• Planung logistischer Systeme (SS)• Materialflussautomatisierung (WS)• Entsorgungslogistik (SS)

Vom IFT angebotene Spezialvorlesungen

•Safety engineering (SS)•Wire technology (SS)•Person conveyor technique (WS)•Planning of logistic systems (SS)•Material flow automation (WS)•Trash management (SS)

•Safety engineering (SS)•Wire technology (SS)•Person conveyor technique (WS)•Planning of logistic systems (SS)•Material flow automation (WS)•Trash management (SS)

From IFT offered special lectures

SS = summer term

WS = winter term

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Fördermittel für Stückgut

Conveying devices for unit loads

Pallets

(Load range 1t)

Roller conveyorRollenförderer

Paletten (Lastbereich 1t)

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Fördermittel für Schüttgut

Conveying devices for bulk material

Silo

Conveying belt

Wheel loader

Bandgutförderer

Silo

Radlader

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Fördermittel für Personen (Pendel Seilbahn)

Conveying devices for persons (Pendular cable car)

Winding cable

Cabin, approx. 100 persons

Catenary wire

Bearing

Förderseil

Kabine ca. 100 personenStütze

Tragseil

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Fahrzeugkran (Gleislose Fördermittel)

Travelling crane (railless conveying devices)

(Quelle: Kawelke)

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Flurförderzeuge (Gleislose Fördermittel)

Ground conveyor (railless conveying devices)

Forklift truck

Tug and tow

(Industrial disposal)

Gabelstapler

Schleppzug (Industrieentsorgung)

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Schwimmkran (Gleislose Fördermittel)

Floating crane (railless conveying devices)

(Qu

elle

: Ja

nmaa

t)

Winch

Winden

Steel constructionStahlbau

Ropes

Seile

Crane splice

Kranlasche

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Brückenkran (Schienengebundene Fördermittel)

Bridge crane (rail-bounded conveying devices)

(Qu

elle

: W

ampf

ler)

Chassis & lifting gearFahr- & Hubwerk

Machine building production hall

Maschinenbau

produktionshalle

Crane bridgeKranbrücke

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Portalkran (Schienengebundene Fördermittel)

Gantry crane (rail-bounded conveying devices)

(Qu

elle

: In

gbue

ro-s

treb

)

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Regalbediengerät (Schienengebundene Fördermittel)

Stacker crane (rail-bounded conveying devices)

(Quelle: Systraplan)

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Seilaufzug (ortsfestes Fördermittel)

Wire elevator (stationary conveying devices)

(Quelle: Baumarkt)

Ropes (3 to 8 redundancy)Seile (3 bis 8 Redundanz)

CounterweightGegengewicht

CabinKabine

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Daher wird eine Gliederung der Fördermittel hier nicht ausschließlich anhand technischer, sondern vielmehr anhand verschiedener systematischer Kriterien (wie z.B. flurgebunden, aufgeständert, flurfrei bzw. ortsfest, verfahrbar) hinsichtlich des Einsatzfalles und der Aufgabenstellung erfolgen.

Because of this a conveying device classification will not occur exclusive with technical, but rather with different system related criteria (ground-based, elevated, above-grounded and respectively stationary, mobile etc.) concerning the operation circumstance and the task.

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Hauptentwicklungen zukünftiger Fördersysteme

• Starke Flexibilität von Fördermitteln, weshalb sich eine deutliche Tendenz bei Neuplanungen von den heute weit verbreiteten Stetigförderern zu den flexibleren Unstetig-förderern wie Gabelstaplern, FTS und mobile Roboter etc. abzeichnet.

• Weitere Zunahme der Automatisierung.• Reorganisation der Fertigung im Rahmen von Lean-

Management. Verstärkte Einführung von Gruppenarbeit in der Produktion.

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System of materials handling devices

Materials handling devicessteady conveyor Unsteady conveyor

ground-based

elevatedabove-ground

ground-basedelevated above-ground

mechanized or

automated

mechanized or

automated

mechanized or

automated

mechanizedmechanized

or automated

mechanized or

automated

manual operated

automated

mechanized orauto-mated

autom-ated

manual operated

autom-ated

stationary stationary stationary stationary stationary stationarystationary

guided mobile

clear mobile

guided mobile

clear mobile guided

mobile

guided mobile

guided mobile

pulling device

without pulling device

pulling device

pulling device

conveying medium

gravity individualdrive

individualdrive

individualdrive

individualdrive

individualdrive

individualdrive

individualdrive

individualdrive

muscularstrenght

floor-mounted

chainconveyor

roller conveyor

oscillating conveyor

hydraulic conveyor

pneumatic conveyor

roller conveyor

wheel conveyor

ballpath

chute

down pipe

Carrying chainconveyor

beltconveyor

apronconveyor

peripatetictable

tilt trayconveyor

paternoster

jigger conveyor

Chainconveyor

Overhead twin-rail chain

conveyor

stackercrane

hauler

carriage

forklifttruck

lifttruck

aircoating

transporter

stackercrane

Conveyormover

shuttle

automaticground

conveyor

automaticground

conveyorelevator

channelvehicle

distributionvehicle

trolley track

tubular track

bridgecrane

overheadcrane

stackercrane

cantilevercrane

jibcrane

gantrycrane

automaticcrane

Electricmonorail

smallbin

transportsystem

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Definition steady conveyor• an continuous (bulk material) or discrete continuous (unit load) conveying good stream • work during a longer period, whereat their drives, if existent, operate in stationary

continuous operation and their bearing parts are not single driven • loading and unloading occur during the operation. Their load carrying equipments are

thereby always (roller conveyor, conveying belts etc.) or almost always (Chain conveyor, scoop chain conveyor) ready for receiving and releasing

• are basically provided with stationary equipments, like rails, inductors and similar, which constrict their flexibility and is frequently a balk for other work appliances.

peripatetic table Roller conveyor Chain conveyor

-elevated

-mechanized or automatized

-stationary

-traction device

-elevated


-stationary

-without traction device

-above ground


-stationary

-traction device

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Definition unsteady conveyor• create a broken conveying good stream and work in single operation cycles with defined times • drives operate at intermittent duty or short time rating, because their loading and unloading

occur during the downtime • Accordingly their load carrying equipments are often only ready for load receiving and releasing

at defined points• Time for load drives, empty drives, follow-up drives and downtimes with different lengths rotate

each other • mostly each bearing part has an automotive. Exceptions are hauler • can be realized with and without stationary equipments and have accordant differences in the

flexibility and in the level of their balk creation.Gantry crane Automated guided vehicle system AGV Chain conveyor

-above ground

-operated manual

-guided mobile

-single drive

-elevated


-stationary

-without traction device

-above ground


-stationary

-traction device

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Vorstellung der Unstetig- und Stetigförderer mit dem Ziel

• ihre Vor- und Nachteile,• ihre typischen Einsatzgebiete und • ihre grundlegenden Konstruktionsunterschiede

zu erklären.

Vorstellung der Unstetig- und Stetigförderer mit dem Ziel

• ihre Vor- und Nachteile,• ihre typischen Einsatzgebiete und • ihre grundlegenden Konstruktionsunterschiede

zu erklären.

Presentation of unsteady and belt conveyor with the target to explain

•Their advantages and disadvantages,•Their typically application areas and•Their basic construction differences

Presentation of unsteady and belt conveyor with the target to explain

•Their advantages and disadvantages,•Their typically application areas and•Their basic construction differences

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Example of a harbour handling installation

33b

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Beispielhafte Zusammensetzung eines Materialflusssystems

Exemplary composite of a material flow system

Fördermittel:

Big assemblies:

Kleinbaugruppen:

Bauelemente:

Containerkran

KatzeBrücke

FahrwerkTragwerkHubwerk

SeilBremsenKupplungenZahnradgetriebeAntriebe (elektrisch)

Conveying device

Großbaugruppen:

Small assemblies:

Components:

Container crane

Bridge Trolley

Lifting unit Girder Carriage

RopeBrakesCouplerGearingsDrives (electric)

33a

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Basiselemente der Fördertechnik

Basic elements of conveyor technique

- Seile (incl. Trommel und Treibscheibe)- Ketten- Bremsen- Laufräder und Schienen- Lastaufnahmemittel- Kupplung und Wandler- Zahnradgetriebe- Antriebe * Verbrennungsmotor * elektrisch * hydraulisch * pneumatisch

- Seile (incl. Trommel und Treibscheibe)- Ketten- Bremsen- Laufräder und Schienen- Lastaufnahmemittel- Kupplung und Wandler- Zahnradgetriebe- Antriebe * Verbrennungsmotor * elektrisch * hydraulisch * pneumatisch

- Ropes (incl. drum and traction sheave) - Chains- Brakes- Carrying wheels and rails- Load carrying equipments- Couplers and converters- Gearings- Drives * Combustion engine * electric * hydraulic * pneumatic

- Ropes (incl. drum and traction sheave) - Chains- Brakes- Carrying wheels and rails- Load carrying equipments- Couplers and converters- Gearings- Drives * Combustion engine * electric * hydraulic * pneumatic

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Logistics costs percentage of the company volume

Industry

Metal and metal working

Foods

Chemical products, oil

Paper and paper products

Wood and agricultural products

Electronic/electro technical products

Textile

Engine construction

Percentage

34

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Literatur• Arnold, D ; Isermann, H ; Kuhn, A ; Tempelmaier, H ; Handbuch Logistik; Springer

Verlag; 2002• VDI Richtlinien 2411 : Begriffe und Erläuterungen im Förderwesen • VDI Richtlinien 3300 : Materialfluß-Untersuchungen

universitÄt stuttgart institut fÜr fÖrdertechnik und logistik institutsleiter prof. dr.-ing....

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