Sicherheits-Lichtvorhänge im BMW Werk Landshut: Kokillenguss auf sichere Weise

Von der Vorentwicklung über die Serienentwicklung bis zur Produktion – das Werk in Landshut ist im Entwicklungs- und Produktionsnetzwerk der BMW Group immer mit dabei, wenn ein neues Fahrzeug entsteht. Im Werk selbst fertigen über 3.300 Mitarbeiter auf über 300.000 Quadratmetern neben Zylinderköpfen weitere Leichtmetall-Gussteile, beispielsweise Kurbelgehäuse, sowie Kunststoffkomponenten und Austauschmotoren für nahezu alle Fahrzeuge der BMW Group von BMW Automobilen über die Motorräder bis hin zu den Formel 1 Boliden. Für die Herstellung der Gussteile in Serienproduktion beherrschen die Mitarbeiter im Landshuter BMW Werk fünf verschiedene Gießverfahren: Sandguss, Lost-Foam-Guss, Druckguss, Niederdruck- und Schwerkraft-Kokillenguss. Kokillenguss-Umgebung und Prozess In einer mehrstöckigen Halle befinden sich 30 Kokillengießanlagen (Bilder 1 und 2), die im Drei-Schicht-Betrieb laufen. Im Erdgeschoss erhitzt pro Anlage ein etwa 2m hoher Ofen die Schmelze. Darüber, sozusagen im ersten Stock, befindet sich die etwa 6m hohe Kokillenanlage mit dem Einlauf für das flüssige Aluminium in der Nähe des Bodens (Bild 3). Auf diesem Stockwerk transportieren Gabelstapler die so genannten Pfannen, wobei eine Pfanne etwa 600kg des flüssigen Leichtmetalls enthält. Nach dem Entleeren in den Einlass gelangt die Schmelze nach unten in den Ofen. Druckluft mit 0,6bar (typisch für das Niederdruckverfahren) lässt das flüssige Aluminium durch ein Tauchrohr, das sich am unteren Ende in der Schmelze befindet, aufsteigen. So gelangt die Schmelze nach oben in die Kokille (eine wiederverwendbare Gießform), wo sie erstarrt. Nachdem die von Auswerferzylindern angetriebenen Seitenteile der Kokille ausgefahren wurden, kann das Gussteil entnommen werden. Ein Auslenkarm entnimmt das noch heiße, je nach Modell 20 bis 40kg schwere Gussteil aus der Gießform. Ein Bediener greift mit speziellen Hebegriffen das Werkstück vom Auslenkarm, unterzieht es einer ersten Sichtprüfung und stellt es auf Paletten zum Abtransport bereit. Später werden die Bauteile im Rahmen einer umfassenden Qualitätssicherung noch zu 100% nach dem Röntgenverfahren auf Einschlüsse und Lunker geprüft. Sicherheitsgerichtete Aspekte Der Bediener startet den Gießprozess durch das Betätigen einer Starttaste außerhalb des durch die optoelektronische Schutzeinrichtung abgesicherten Kokillenbereichs (Bild 4). Die Taktzeit beträgt etwa 5min. In dieser Zeit darf sich in der Anlage kein Bediener aufhalten. Insbesondere zwei Gefahrstellen sind zu beachten: der Auswerferzylinder bewegt die Seitenteile der Kokille und gibt damit das Gussteil frei. Aus dieser horizontalen Bewegung resultieren für den Bediener Verletzungsgefahren durch Quetschstellen. Zudem entnimmt ein seitlich zur Kokille positionierter Auslenkarm die Gussteile und fördert sie über eine Schwenkbewegung zur Bedienerentnahmestelle. Auch im Schwenkbereich dieses Auslenkarms könnten schwerwiegende Verletzungen für den Bediener auftreten. Bereits aus diesen Gründen muss gewährleistet sein, dass sich innerhalb der Taktzeit und speziell während der automatischen Entnahme des Gussteils kein Bediener im Gefahrenbereich aufhält und auch kein Zutritt durch Bedienpersonal stattfinden kann. Die Sachverständigen im BMW Werk konnten mit dem Compact Sicherheits-Lichtvorhang von Leuze electronic eine Sicherheitslösung integrieren, die die Anforderungen erfüllt und einen zuverlässigen Schutz ermöglicht (Bild 5). Der gesamte Kokillenbereich wurde mit Compact Sicherheits-Lichtvorhängen abgesichert. Generell kommt dieser Sicherheits-Lichtvorhang mit einer Auflösung von 30mm und einer Reichweite von 18m häufig bei horizontalen Gefahrbereichssicherungen, etwa an Schweiß- und Montagelinie oder an Roboterzellen, zum Einsatz. Auch sind Auflösungen von 14mm für den Hand- und Fingerschutz verfügbar, beispielsweise an Pressen oder Stanzen. Die Sicherheits-Lichtvorhänge entsprechen Typ 4 gemäß IEC/EN 61496. Sie zeichnen sich neben der zuverlässigen Erkennung von Schutzfeldunterbrechungen vor allem durch ihre Störsicherheit und damit durch ihre hohe Verfügbarkeit aus. Ein integriertes Selbstdiagnosesystem ermöglicht eine einfache und effiziente Diagnose vor Ort. Anlage mit Absicherung Aus sicherheitsgerichteten Erwägungen und aus Umgebungsbedingungen wie Fahrgassenverlauf oder Palettenabstellplatz ergibt sich bei der Absicherung des Kokillenbereichs im BMW Werk ein trapezförmiger Grundriss. Diese Geometrie wird realisiert durch einen Compact Sender, einen Compact Empfänger und zwei UMC Umlenkspiegel, wobei der eine einen Reflexionswinkel von über 90° und der andere einen Reflexionswinkel von unter 90° hat. Die beiden Spiegel sichern im Abstand von etwa 3m den Bereich zwischen Kokille und Fahrgasse. Sowohl der Sender als auch der Empfänger befinden sich im Abstand von etwa 4m gegenüber den Spiegeln auf der anderen Anlagenseite in der Nähe des Schaltkastens. Damit ergibt sich eine trapezförmige Zugangssicherung. Der Lichtstrahl muss auf seinem Weg über die Spiegel bis hin zum Empfänger knapp 12m zurücklegen. Auf diese Länge ist die Justage schwierig, da bereits eine kleine Abweichung im Winkel dazu führen würde, dass der Lichtstrahl nicht auf den Empfänger trifft. Da die optoelektronischen Sicherheitssensoren mit infrarotem, also nicht sichtbarem Licht arbeiten, kommen bei der Justage Laserausrichthilfen von Leuze electronic zum Einsatz. Die Laserausrichthilfe wird direkt am Sender angebracht und markiert mit einem Rotlichtlaser gut sichtbar den Auftreffpunkt der Sensorstrahlen. Damit können solche Anordnungen wie in der BMW Kokillengießanlage sehr einfach und effizient von nur einer Person eingerichtet werden. Zuverlässigkeit durch Dämpfung und Umhausung Sender, Empfänger und Umlenkspiegel befinden sich in freistehenden UDC Gerätesäulen, die fest im Boden verankert sind (Bild 6). Die UDC Säulen ermöglichen eine exakte vertikale und axiale Ausrichtung. Umherfahrende Gabelstapler, die Pfannen mit etwa 600kg Schmelzegewicht anfördern, verursachen Erschütterungen im Fundament, die ebenfalls über die Federelemente im Fuß ausreichend gedämpft werden. Die UDC Gerätesäulen werden im BMW-Werk nochmals von einer massiven Stahlsäule umhaust, um auch bei einem direkten Stoß zuverlässige Sicherheit zu gewährleisten, aber auch als Schutz gegen Schmelzespritzer. Diese Umhausung ist ebenfalls federnd im Boden verankert, um die auftretenden Erschütterungen und Schwingungen zu dämpfen. Fazit Durch die Ausstattung der Kokillengießanlage im BMW-Werk Landshut mit Compact Sicherheits-Lichtvorhängen erfüllt das Unternehmen alle Anforderungen, die sich aus einer Gefahrenanalyse und der Konformitätserklärung ergeben. Regelmäßige Überprüfungen durch BMW Sicherheitsingenieure ergaben bislang keine Beanstandung der Vorrichtung. Hannover Messe 2008: Halle 9, Stand D54