Prof. Dr.-Ing. K.H. Wehking Institute of Mechanical Handling and Logistics Institute für Fördertechnik und Logistik Lect

1. Prof. Dr.-Ing. K.H. Wehking Institute ofMechanical Handling and Logistics Institute für Fördertechnik und Logistik Lecture Materials Handlings Engineering Vorlesung Grundlagen der Materialflusstechnik

2. 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.

3. 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 this machines and devises

4. Gliederung Grundlagen der MaterialflusstechnikContent materials handling engineering Chapter 1: IntroductionEinführungsveranstaltung Chapter 2: Load suspension devicesLastaufnahmeeinrichtungen Chapter 3: Steady conveyorStetigförderer Chapter 4: Unsteady conveyorUnstetigförderer Chapter 5: Storage techniquesLagertechnik

5. Materials Handling Engineering 1. Chapter Introduction

6. Definition Fördertechnik [VDI 2411] • 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 materials handling [VDI (Association of german engineers) 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

7. Aufgabe der FördermittelTasks of material handling devices • Fördern • Verteilen • Sammeln (incl. Kommissionieren) • Lagern • convey • distribute • collect (incl. order picking) • store

8. RBG, HochregallagerStacker crane, high bay racking Hochregallager High bay racking 5.Transfer bridge 6.Stacker crane Load and unload area Be- und Enladebereich Prestorage area Lagervorzone

9. Modernes DistributionszentrumModern distribution center Rohwarensilos Hochregallager Raw material silos High bay racking FTS + bulk bins Automated guided vehicle systems + bulk bins AKL Miniload warehouse Process enginering Verfahrenstechnik Order picking area Kommisionierbereich

10. 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

11. Komponenten des Materialflusses • Fertigungstechnik • Verfahrenstechnik • Verpackungstechnik • Fördertechnik (mit Transportieren, Lagern, Umschlagen) • Verkehrstechnik • Montagetechnik Components of the material flow • production technique • process engineering • packaging technique • Materials handling (with carrying, storing, handling) • traffic engineering • assembly technique

12. Materialflusssystem einer automatisierten FabrikanlageMaterial flow system of an automated plant High bay racking CNC-Machines Production area Miniload warehouse Varnishing area Shipment Electric monorail Robot Welding area

13. Logistik I • Definition: • 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 I • Definition: • 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

14. Σ aller Aufgaben = Logistik - Überwachung, Controlling, Wirtschaftlichkeit - Steuern (Informations + Steuerungsaufgaben) - Bearbeiten - Montieren - Prüfen - Handhaben - Fördern - Verteilen - Sammeln und Kommissionieren - Lagern Materialfluss Operationen Aufgaben der Fördermittel Σ of all tasks = Logistics • Monitoring, Controlling, Economy • Controlling (Information + Controlling tasks) • Processing • Assembling • Checking • handling • Conveying • Distributing • Collecting and picking • Storing Logistics Material flow operations Tasks of the conveying devices

15. Die 5-R-Regeln der Logistik 1. 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).

16. Hauptaufgaben der LogistikMain tasks of logistics Logistik Logistics Computer science and communication Business administration and national economics • Technik • - Fördern • - Lagern • - Handhaben • - Transportieren • - Umschlagen • Verteilen • Technique • Conveying • Storing • Handling • Transporting • Transacting • Distributing

17. Logistik II • 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 II • 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

18. Zielsetzung der Grundlagenvorlesung 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. Target of the basics lecture 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.

19. Vom IFT angebotene Spezialvorlesungen • Sicherheitstechnik (SS) • Seiltechnologie (SS) • Personen-Fördertechnik (WS) • Planung logistischer Systeme (SS) • Materialflussautomatisierung (WS) • Entsorgungslogistik (SS) From IFT offered special lectures • Safety engineering (SS) • Wire technology (SS) • Person conveyor technique (WS) • Planning of logistic systems (SS) • Material flow automation (WS) • Trash management (SS) SS = summer term WS = winter term

20. Fördermittel für StückgutConveying devices for unit loads Pallets (Load range 1t) Paletten (Lastbereich 1t) Roller conveyor Rollenförderer

21. Fördermittel für SchüttgutConveying devices for bulk material Silo Silo Conveying belt Bandgutförderer Wheel loader Radlader

22. Fördermittel für Personen (Pendel Seilbahn)Conveying devices for persons (Pendular cable car) Winding cable Catenary wire Förderseil Tragseil Cabin, approx. 100 persons Bearing Stütze Kabine ca. 100 personen

23. Fahrzeugkran (Gleislose Fördermittel)Travelling crane (railless conveying devices) (Quelle: Kawelke)

24. Flurförderzeuge (Gleislose Fördermittel)Ground conveyor (railless conveying devices) Forklift truck Gabelstapler Tug and tow (Industrial disposal) Schleppzug (Industrieentsorgung)

25. Schwimmkran (Gleislose Fördermittel)Floating crane (railless conveying devices) Steel construction Stahlbau Ropes Seile Crane splice Kranlasche Winch (Quelle: Janmaat) Winden

26. Brückenkran (Schienengebundene Fördermittel)Bridge crane (rail-bounded conveying devices) Chassis & lifting gear Crane bridge Kranbrücke Fahr- & Hubwerk Machine building production hall (Quelle: Wampfler) Maschinenbau produktionshalle

27. Portalkran (Schienengebundene Fördermittel)Gantry crane (rail-bounded conveying devices) (Quelle: Ingbuero-streb)

28. Regalbediengerät (Schienengebundene Fördermittel)Stacker crane (rail-bounded conveying devices) (Quelle: Systraplan)

29. Seilaufzug (ortsfestes Fördermittel)Wire elevator (stationary conveying devices) Ropes (3 to 8 redundancy) Seile (3 bis 8 Redundanz) Cabin Counterweight Kabine Gegengewicht (Quelle: Baumarkt)

30. 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.

31. 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.

32. System of materials handling devices Materials handling devices Unsteady conveyor steady conveyor elevated above-ground ground-based ground- based elevated above- ground mechan ized or auto- mated autom- ated mechanized or automated autom- ated manual operated mechanized or automated mechanized mechanized or automated mechanized or automated mechanized or automated automated manual operated guided mobile guided mobile guided mobile guided mobile clear mobile clear mobile stationary stationary stationary stationary stationary stationary guided mobile stationary individual drive muscular strenght individual drive pulling device individual drive conveying medium pulling device individual drive individual drive individual drive pulling device without pulling device gravity individual drive individual drive automatic crane trolley track bridge crane Carrying chain conveyor Chain conveyor stacker crane automatic ground conveyor stacker crane hauler roller conveyor hydraulic conveyor roller conveyor floor- mounted chain conveyor elevator channel vehicle Overhead twin-rail chain conveyor belt conveyor Electric monorail tubular track overhead crane oscillating conveyor pneumatic conveyor wheel conveyor distribution vehicle carriage Conveyor mover apron conveyor ball path stacker crane small bin transport system peripatetic table shuttle forklift truck chute cantilever crane tilt tray conveyor down pipe automatic ground conveyor lift truck paternoster jib crane air coating transporter gantry crane jigger conveyor 29

33. 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. Chain conveyor peripatetic table Roller conveyor -stationary -traction device -stationary -traction device -stationary -without traction device -above ground -mechanized or automatized -elevated -mechanized or automatized -elevated -mechanized or automatized 30

34. 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. Chain conveyor Gantry crane Automated guided vehicle system AGV -stationary -traction device -guided mobile -single drive -stationary -without traction device -above ground -mechanized or automatized -above ground -operated manual -elevated -mechanized or automatized 31

35. 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

36. Example of a harbour handling installation 33b

37. Beispielhafte Zusammensetzung eines MaterialflusssystemsExemplary composite of a material flow system Container crane Containerkran Fördermittel: Conveying device Brücke Katze Großbaugruppen: Trolley Bridge Big assemblies: Hubwerk Tragwerk Fahrwerk Kleinbaugruppen: Lifting unit Carriage Small assemblies: Girder Bauelemente: Rope Brakes Coupler Gearings Drives (electric) Seil Bremsen Kupplungen Zahnradgetriebe Antriebe (elektrisch) Components: 33a

38. 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 - 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

39. Logistics costs percentage of the company volume Industry Percentage Metal and metal working Foods Chemical products, oil Paper and paper products Wood and agricultural products Electronic/electro technical products Textile Engine construction 34

40. 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