Logistikgrundlagen

Automatische Kleinteilelager – Funktion, Vorteile & Strategien

| Redakteur: Florian Winterstein

Automatische Kleinteilelager bieten die Möglichkeit, Artikel raumsparend zu lagern.
Automatische Kleinteilelager bieten die Möglichkeit, Artikel raumsparend zu lagern. (Bild: ©Kadmy - stock.adobe.com)

Automatische Kleinteilelager (AKL) bieten die Möglichkeit, Artikel raumsparend und effizient in Kleinteilebehältern wie Kunststoffkästen oder Tablaren zu lagern. Hier erfahren Sie, wie AKL aufgebaut sind, wie viel sie kosten und nach welchen Zugriffsstrategien man unterscheidet!

Ausgangspunkt für erste automatische Kleinteilelager (AKL) waren in den 1960er Jahren zunächst Palettenlager. Diesen folgten später spezifische Lager für Coils, Stangen, Container und Kleinteilebehälter. Heute kommen automatische Kleinteilelager in nahezu allen Branchen von Handel und Industrie zum Einsatz.

Wie sind automatische Kleinteilelager aufgebaut?

Im Prinzip ähneln automatische Kleinteilelager in ihrem Aufbau automatischen Palettenhochregalen. Hochregale sind wirtschaftlich und effizient, unterscheiden sich jedoch bezüglich des Ladungsgewichts (meist 50 kg je Einzellast) und somit hinsichtlich der Bauteiledimensionierung.

Die Aberle GmbH zeigt ein 4-gassiges AKL für die Schaeffler Gruppe. 44.800 Stellplätze mit bis zu 4-fach tiefer Lagerung ermöglichen effizienten Materialfluss.

Automatische Kleinteilelager bestehen üblicherweise aus einem Regalsystem, zu welchem eine oder mehrere Gassen gehören, einem Kleinteillagergerät, einem Kommissionierbereich, in dem Waren nach einem eigenen Kommissionierverfahren zusammengestellt werden, und einer Vielzahl von Kleinteilebehältern. Enthält ein Regalfach mehr als einen Behälter, ist die Rede von einer doppeltiefen Lagerung. Handelt es sich beim Lagergut um vergleichsweise kleine Teile oder besteht nur ein geringer Umschlag, gibt es die Option, verschiedene Artikel gemeinsam in einem Kleinteilbehälter abzulegen. Voraussetzung hierfür ist ein geeignetes Lagerverwaltungssystem.

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Welche Regalformen gibt es im AKL?

Automatische Kleinteilelager können sowohl als Einzel- als auch als Mehrplatzlager mit einfachtiefer oder doppeltiefer Lagerung ausgeführt sein. Einfachtiefe automatische Kleinteilelager erlauben den direkten Zugriff auf sämtliche Lagergüter, während bei der doppeltiefen Ausführung jeweils mehrere Artikel hintereinander lagern. Da ein wirtschaftlicher Zugriff auf die hinten liegenden Güter kaum möglich ist, finden derartige automatische Kleinteilelager vor allem bei hohen Beständen pro Artikel Verwendung. Innerhalb der Lagerkanäle erfolgt die Lagerung dann sortenrein.

Vorteile doppeltiefer Lagerung:

  • höherer Volumennutzungsgrad
  • ermöglicht eine optimale Ausnutzung bestehender Lagerflächen
  • Kosten für Lagerhallen, Regale und Lagertechnik werden gesenkt

Lagerfläche ist ausgesprochen teuer. Automatische Kleinteilelager sind hier für viele Unternehmen attraktiv, weil sie eine optimale Ausnutzung der Lagerfläche ermöglichen
Lagerfläche ist ausgesprochen teuer. Automatische Kleinteilelager sind hier für viele Unternehmen attraktiv, weil sie eine optimale Ausnutzung der Lagerfläche ermöglichen (Bild: ©Zixp@ck - stock.adobe.com)

Zwar erhöht sich durch die notwendigen Umlagerungen bei Zugriff auf gangferne Lagereinheiten der Zeitaufwand, dafür verringert sich die Fahrzeit durch das automatische Kleinteilelager aufgrund der kürzeren Fahrwege bei gleicher Stellplatzanzahl.

Automatische Kleinteilelager werden entweder freistehend oder gebäudetragend ausgeführt. Bei letzterer, auch als Lagersilo bezeichneter Variante, trägt die Stahlkonstruktion des Lagers die Seitenwände und das Dach.

Wie wird ein automatisches Kleinteilelager bedient?

Die Ein- und Auslagerung in automatischen Kleinteilelagern kann in unterschiedlichen Automatisierungsgraden erfolgen:

  • durch manuell bediente Schmalgangstapler,
  • durch halbautomatische Regalbediengeräte (RBG) mit Bedienkabinen für mitfahrende Kommissionierer und
  • durch vollautomatische Regalbediengeräte.

Da mit zunehmender Bauhöhe des automatischen Kleinteilelagers auch die Belastung für das Regalbediengerät ansteigt, kommen bei hohen Regalen häufig Zweimastgeräte zum Einsatz. Die verschiedenen Varianten der RBG lassen sich in Verbindung mit entsprechenden Lastaufnahmemitteln beliebig mit den verschiedenen Lagerformen kombinieren.

Shuttle-Systeme bewegen sich am Regal entlang und können auf Schienen hineinfahren und Waren entnehmen.
Shuttle-Systeme bewegen sich am Regal entlang und können auf Schienen hineinfahren und Waren entnehmen. (Bild: ©markobe - stock.adobe.com)

Welche Technik kommt in automatischen Kleinteilelagern zum Einsatz?

Option 1: Kleinteillagergeräte und Shuttle-Systeme

Die in den automatischen Kleinteilelagern verwendeten Kleinteillagergeräte sind speziell für den Einsatz bei engen Platzverhältnissen entwickelt. Sie bestehen aus einem Regalbediengerät pro Gasse, einer Fahrschiene und dem Lastaufnahmemittel (LAM). Die Lagergeräte arbeiten in Höhen von bis zu 30 m und bewältigen Lasten von bis zu 300 kg. Im Durchschnitt erreichen sie horizontale Fahrgeschwindigkeiten von sechs Metern in der Sekunde. Die Beschleunigung beträgt zwischen drei und vier Metern pro Sekunde. Diese Geschwindigkeiten spielen vor allem bei Bewegungsstrategien in Ein- und Auslagerungsprozessen eine Rolle. Innerhalb kürzester Zeit geht es hier um maximale Beschleunigung und maximale Abbremsung – dabei gehen Unmengen an Energie verloren. Nachhaltige Systeme für automatische Kleinteilelager sind deshalb besonders gefragt.

Zur Aufnahme der Kleinteilbehälter verfügen die Regalbediengeräte über unterschiedliche Konstruktionen:

  • Unterfahrtechnik: Teleskoptisch
  • Ziehtechnik: Kassettenschieber
  • Greiftechnik: seitlicher Einnahmegreifer

Automatische Kleinteilelager arbeiten hauptsächlich mit der Ziehtechnik und der Unterfahr- beziehungsweise Teleskoptechnik in unterschiedlichen Varianten. Insbesondere bei Kartonagen wird außerdem mit Sauggreifern gearbeitet. Häufig kommen im Lager Mehrfachlastaufnahmemittel zum Einsatz, die mehrere Ladeeinheiten zugleich transportieren können. Die Anordnung der Einheiten erfolgt dabei entweder neben- oder hintereinander.

Ein Beispiel für ein Shuttle-System im Lager: In diesem Video zeigt Viastore wie das Shuttle-System Viaflex funktioniert.

Zunehmend kommen in automatischen Kleinteilelagern zur Lagerung von Kleinteilen auch innovative Shuttle-Systeme zur Anwendung. Hierbei handelt es sich um Lagergeräte, die entlang einer Regalfront geführt und in im Regal integrierte Fahrschienen abgesetzt werden können. Die Ein-, Um- und Auslagerung geschieht hierbei seitlich zur Fahrgasse des Shuttles.

Zum einen ist durch die Flexibilität des Shuttle-Systems die Leistung skalierbar, wodurch Kosten eingespart werden können. Zum anderen kommt es bei einem Störfall an einem Einzelfahrzeug nur zu geringen Einschränkungen im Lagerbetrieb. Darüber hinaus ermöglicht das Shuttle-System den Transport von Artikeln aus dem Lager heraus direkt zum Zielort.

Ein solches System hat allerdings auch Nachteile. So sind spezielle Fahrschienen und Absicherungen erforderlich. Grundsätzlich ist der Regalbau deshalb deutlich aufwendiger als der für automatische Kleinteilelager mit Regalbediengeräten.

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Option 2: Lagerverwaltungssysteme

Der Kern eines jeden leistungsfähigen automatischen Kleinteilelagers (AKL) ist das Lagerverwaltungssystem. Dieses erhält von einem Warenwirtschafts- oder ERP-System eine Liste mit den benötigten Kleinteilen. Auf Grundlage dieser Information übermittelt es der Steuerungssoftware, welche Kleinteilebehälter zum Kommissionierplatz transportiert werden müssen. Anhand der Vorgaben sorgt die Steuerungssoftware nun dafür, dass die jeweiligen Lagerbehälter dorthin gelangen, wo sie gebraucht werden. Ein Kommissionierer entnimmt dann die entsprechenden Teile und legt sie in den Zielbehälter.

Option 3: Kleinteilebehälter

Für den Transport und und die Lagerung von Gütern im automatischen Kleinteilelager kommen meist standardisierte Behälter zur Anwendung. Diese bilden logistische Einheiten, welche die Grundvoraussetzung für die Automatisierung und die Mechanisierung im Materialfluss sind.

Kleinteilebehälter eignen sich hervorragend zur Lagerung von C-Teilen (zum Beispiel Schrauben, Muttern und so weiter).
Kleinteilebehälter eignen sich hervorragend zur Lagerung von C-Teilen (zum Beispiel Schrauben, Muttern und so weiter). (Bild: ©srki66 - stock.adobe.com)

Die AKL-Behälter bestehen zumeist aus stabilem und widerstandsfähigem Kunststoff. Es gibt aber auch Varianten aus Metall (Stahl, Edelstahl oder Aluminium) oder aus Kartonage, die jedoch meist ein geringeres Füllvolumen haben. Viele Kleinteilebehälter verfügen über Fächer beziehungsweise Trenner, die gewährleisten, dass selbst kleinste, manchmal sogar unterschiedliche Teile, sicher im automatischen Kleinteilelager aufbewahrt und entnommen werden können. Abhängig vom Lagergut stehen verschiedenste Formate von AKL-Behältern zur Verfügung.

Option 4: Tablare

Bei Tablaren handelt es sich um stabile Fördertrays, auf denen die Lagereinheiten im automatischen Kleinteilelager zusammengefasst eingelagert werden. Nach oben gebogene Kanten sorgen dafür, dass nichts verrutschen kann. Jedes Tablar verfügt über eine eigene Identifikationsnummer im Logistiksystem, mittels der das Regalbediengerät darauf zugreifen kann.

Tablare im Automatischen Kleinteilelager steigern Flexibilität und Leistung und eignen sich gut für den internen Materialfluss, da die Tablare stabil sind, stets dieselbe Größe haben und sich problemlos automatisch befördern lassen. Die standardisierten Ausmaße sind ideal für die automatische Einlagerung und erlauben eine optimale Ausnutzung der Lagerfläche.

Wie funktioniert die Kommissionierung im AKL?

Automatische Kleinteilelager unterliegen als Komponente von Kommissioniersystemen unterschiedlichen Anforderungen. Abhängig vom Verwendungszweck gibt es zwei Systemvarianten, die sich insbesondere durch den Grad ihrer Automatisierung und das jeweilige Kommissionierverfahren unterscheiden: das Prinzip „Ware zum Mann“ und das Prinzip „Mann zur Ware“.

Vom Prinzip „Ware zum Mann“ ist die Rede, wenn sich die Lagerbehälter im automatischen Kleinteilelager zum Kommissionierer bewegen. Die Entnahme der benötigten Teile erfolgt dann an lokalen Kommissionierplätzen in den einzelnen Gassen. Da es bei Lagersystemen mit mehreren Gassen unwahrscheinlich ist, dass alle Positionen eines Auftrags aus einer einzigen Lagergasse zusammengestellt werden, sind in größeren Kommissioniersystemen alle Gassen des Automatischen Kleinteilelagers durch Fördertechnik verbunden. Je nach erforderlicher Kommissionierleistung werden entlang der so entstehenden Förderstrecke Kommissionierplätze eingerichtet.

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Beim Prinzip „Mann zur Ware“ befinden sich die Artikel an einem festen Platz im automatischen Kleinteilelager, zu dem sich der Kommissionierer hinbewegt. Enthält das automatische Kleinteilelager ein sehr großes Sortiment von Teilen, kommen gassengebundene Kommissioniergeräte zum Einsatz, die sich vertikal bewegen können und automatisch – manchmal aber auch von einem mitfahrenden Kommissionierer – zu den jeweiligen Entnahmeplätzen gesteuert werden.

Logistik- und Distributionszentren sind häufig mit kombinierten Kommissioniersystemen ausgestattet. Bei diesen werden Güter mit großen Umschlagszahlen statisch bereitgestellt, während die Kommissionierung von Artikeln mit geringen Umschlagszahlen aus dynamisch bereitgestellten Lagerbehältern erfolgt.

Welche Betriebsstrategien kommen im AKL zur Anwendung?

Automatische Kleinteilelager arbeiten nur dann wirtschaftlich, wenn die Lagerorganisation und die zugehörigen Betriebsstrategien auf die gelagerten Güter abgestimmt werden. Besonders relevant sind folgende Strategien:

Zugriffsstrategie

Die Zugriffsstrategie bestimmt, in welcher Reihenfolge das RGB auf die gelagerten Einheiten desselben Produkts zugreift. Die beiden bekanntesten Verfahrensweisen hierbei sind:

  • First in - First out (FiFo) und
  • Last in - First out (LiFo)

Beim FiFo-Prinzip wird grundsätzlich die Ladeeinheit mit der längsten Verweildauer zuerst ausgelagert, während beim LiFo-Prinzip die Einheit mit der kürzesten Aufenthaltsdauer Vorrang hat. Die FiFo-Strategie gewährleistet einen gleichmäßigen Umschlag der gelagerten Artikel im automatischen Kleinteilelager und kommt vor allem in der Lebensmittellogistik zur Anwendung.

Das FiFo-Prinzip findet zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie Anwendung. So wird gewährleistet, dass Waren im Lager nicht verderben und genießbar bleiben.
Das FiFo-Prinzip findet zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie Anwendung. So wird gewährleistet, dass Waren im Lager nicht verderben und genießbar bleiben. (Bild: ©Ingo Bartussek - stock.adobe.com)

Belegungsstrategie: Die Belegungsstrategie gibt vor, welche Artikel in welchen Lagerzonen oder auf welchen Lagerplätzen eingelagert werden, um die Wege bei der Ein- und Auslagerung möglichst kurz zu halten. Beispiele für die Belegung sind:

  • Chaotische Lagerplatzordnung: Unabhängig vom jeweiligen Artikel wird dieser am nächsten frei werdenden Lagerplatz eingelagert.
  • Feste Lagerplatzordnung: Für jeden Artikel werden für den maximal zu erwartenden Lagerbestand Lagerplätze im automatischen Kleinteilelager fest reserviert. Diese sind für andere Güter gesperrt.
  • Schnellläuferkonzentration: Artikel mit hoher Umschlagshäufigkeit werden nahe dem Ein- und Auslagerpunkt eingelagert, um die mittleren Fahrwege im Lager kurz zu halten und einen raschen Zugriff zu ermöglichen. Diese Belegungsstrategie erfordert die genaue Kenntnis über die Umschlagshäufigkeit der verschiedenen Artikel.
  • Bewegungsstrategie Die im automatischen Kleinteilelager angewandten Bewegungsstrategien bestimmen, in welcher Reihenfolge Ein- und Auslagerungen vom Regalbediengerät und den zugehörigen Lastaufnahmemitteln durchgeführt werden. Unter anderem finden folgende Strategien Verwendung:
  • Einzelspielstrategie: Das Regalbediengerät nimmt eine Lagereinheit aus dem automatischen Kleinteilelager auf, bringt diese an den dafür vorgesehenen Lagerplatz und fährt anschließend zurück, um die nächste Einheit zu holen. Es wird entweder ein- oder ausgelagert. Vorteil dieser Strategie ist eine höhere Leistung bei der Ein- und Auslagerung. Ungünstig sind die damit verbundenen längeren Leerfahrten der Regalbediengeräte.
  • Doppelspielstrategie: Das Doppelspiel kombiniert Ein- und Auslagerungen miteinander. Der Einlagerung eines Artikels im automatischen Kleinteilelager auf der Hinfahrt folgt die Auslagerung eines nahebei gelagerten Artikels auf der Rückfahrt. Der Vorzug dieser Variante besteht in der Fahrwegoptimierung. Dadurch werden Leerfahrten vermieden und die Prozesse im Lager verlaufen effizienter. Dafür dauern die einzelnen Bewegungsabläufe länger. Zudem ist für automatische Kleinteilelager mit dieser Bewegungsstrategie eine ausgefeilte Lagerverwaltungssoftware erforderlich.
  • Fahrwegstrategie: Regalbediengeräte, die in der Lage sind, mehrere Lagereinheiten aufzunehmen, fahren auf möglichst kurzen Wegen verschiedene Ein- und Auslagerfächer nacheinander an. Ziel ist es, die Fahrstrecken so weit wie möglich zu minimieren.

Welche Vor- und Nachteile haben automatische Kleinteilelager?

Einer der größten Vorzüge von automatischen Kleinteilelagern liegt in der Zeitersparnis gegenüber der manuellen Kommissionierung. Darüber hinaus bietet es folgende Vorteile:

  • höchste Automatisierung möglich
  • als geschlossenes System realisierbar (Schutz vor unberechtigtem Zugriff)
  • optimale Nutzung des vorhandenen Lagervolumens
  • gut für Kommissionieraufgaben geeignet
  • kontinuierlicher Arbeitsrhythmus
  • hohe Umschlagsleistungen möglich

Demgegenüber stehen diese Nachteile automatischer Kleinteilelager:

  • Behälterabmessungen beschränkt, daher Einschränkungen beim Lagergut
  • technische Verfügbarkeit begrenzt
  • hohe Investitionskosten

Wann sind automatische Kleinteilelager sinnvoll?

Ob sich ein AKL für ein Unternehmen lohnt, hängt von folgenden Faktoren ab:

  • der nutzbaren Fläche
  • den Artikelstrukturen und -mengen
  • den Ergonomieanforderungen
  • den zu erwartenden Personalkosten
  • der Daten- und Warensicherheit sowie
  • der erforderlichen Schnelligkeit des Warenzugriffs

Je größer die Anforderungen in diesen Punkten sind, desto eher empfiehlt sich das automatische Kleinteilelager. Grundsätzlich ist eine wirtschaftliche Nutzung denkbar, wenn eine Lagergasse mit circa 3000 bis 5000 Stellplätzen voll ausgenutzt werden kann. Ist eine Integration in bereits vorhandene Räume möglich, können schon Lösungen von unter 1000 Plätzen sinnvoll sein. Ist hingegen ein Neubau erforderlich, rechnen sich automatische Kleinteilelager in der Regel erst ab höheren Behälterzahlen.

Um auch zukünftig mit dem Fortschritt der Intralogistik 4.0 mithalten zu können, empfehlen wir Ihnen unser Dossier „Auf die Details kommt es an: Der digitale Weg zur Intralogistik 4.0“

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Weitere informative Quellen für Sie:

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