Kranmodernisierung – aber sicher

Kranmodernisierung – aber sicher

Presswerkzeugkrane in der Automobilindustrie

Im Betriebsmittelbau im Mercedes-Benz-Werk in Bremen wurden zwei Prozesskrane modernisiert. Dabei handelte es sich um mehr als eine routinemäßige Erneuerung. Mit einer Software wurde moderne Sicherheitstechnik installiert, die auch ein automatisches Erkennen von Hindernissen ermöglicht. In der Steuerung sind dreidimensionale Gebiete hinterlegt, die der Kran nicht anfährt.

1. Demag-Krane mit 63/40 Tonnen und 20 Tonnen Tragfähigkeit (Quelle: Demag)
2. Blick auf die Kranbrücken: mit Hubwerk für 20 Tonnen Tragfähigkeit (Quelle: Demag)
3. Elektronik mit Funkempfänger  (Quelle: Demag)

Ausgeführt wurde die Modernisierung vom Demag Service. Im Mercedes-Benz-Werk in Bremen produzieren rund 12.500 Beschäftigte mehr als 420.000 Fahrzeuge. Insgesamt werden in Bremen zehn verschiedene Modelle und damit die meistenVarianten innerhalb des Produktionsnetzwerks der Daimler-Pkw-Sparte hergestellt. Entsprechend flexibel ist die Produktion – und sie wird in naher Zukunft noch flexibler, denn ab 2019 soll in Bremen ein Elektrofahrzeug der neuen Produkt- und Technologiemarke EQ gebaut werden.

Krane des Betriebsmittelbaus für Neuwerkzeuge und Instandsetzung der Presswerkzeuge

Erste Station der Fahrzeugproduktion ist das Presswerk, in dem die Karosserieteile hergestellt werden. So groß wie die Vielfalt der Fahrzeugvarianten ist die Anzahl der tonnenschweren Umformwerkzeuge, die hier zum Einsatz kommen. Entsprechend häufig müssen die Werkzeuge auch instandgesetzt werden. Diese Aufgabe übernehmen zwei Demag-Prozesskrane, die einige Jahre zuvor installiert wurden. Dass sich die Verantwortlichen im Mercedes-Benz-Werk Bremen dennoch zu einer Modernisierung entschlossen haben, hat ein ganz einfaches Motiv: Arbeits- und Anlagensicherheit. Das entspricht auch den Vorgaben der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV).

Ziel: Höherer Sicherheitsstandard

Im Mercedes-Benz-Werk ließ sich diese Aufgabe – um einen Begriff der Medizintechnik zu verwenden – „minimal-invasiv“, das heißt mit vergleichsweise geringem Aufwand, erledigen, was wiederum zwei Gründe hat. Der erste: Die Antriebe und weitere Kernkomponenten, wie der Kranhauptschalter und die Motorleitungstrommel, können weiter verwendet werden und lassen sich auch in moderne elektronische Sicherheitskonzepte integrieren. Der zweite Grund: Mit der „Demag Advanced Safety Solution“ (kurz D.A.S.S.) hat Demag eine Software für die sicherheitsgerichtete Nachrüstung von bestehenden Krananlagen entwickelt, deren Sicherheitskonzept standardisiert und von der Berufsgenossenschaft zertifiziert ist.

Sicherheit mit D.A.S.S.-Softwarepaket

Das D.A.S.S.-Softwarepaket veranlasst im Bedarfsfall das sichere Stillsetzen der einzelnen Kranachsen. Dazu gehören zum Beispiel ein unerwarteter Anlauf des Antriebs, das Anfahren eines Notendschalters, das Auslösen eines externen Not-Halt-Signals und eine fehlerhafte Datenübertragung durch die Funksteuerung. In der aktuellen D.A.S.S.-Version sind 44 solcher Szenarien hinterlegt, die von der Steuerung erkannt werden. Je nach Art der Gefährdung wird daraufhin die Achse sicher abgeschaltet oder (zum Beispiel beim Senken einer Überlast) sicher reduziert. Die Steuerung ermöglicht auch die sichere Koordination von zwei Kranen – zum Beispiel als Kollisionsschutz oder im Tandembetrieb. Bei all diesen sicherheitsgerichteten Aufgaben werden die Anforderungen von Performance Level d (nach EN ISO 13849) sowie von SIL 2 (IEC 61508) erfüllt. Die Generalüberholung der beiden Krane (die eine Tragfähigkeit von 63/40 bzw. 20 Tonnen bei einem Spurmittenmaß von 22 Metern aufweisen) begann mit einer „Entkupferung“. Das heißt: Sämtliche vorhandenen Leitungen wurden entfernt und durch neue Leitungen ersetzt. Damit wurde die Voraussetzung für eine elektronische Verknüpfung der Komponenten geschaffen, die wiederum erforderlich ist für die Umsetzung des D.A.S.S.-Konzeptes.

Alle Achsen sicherheitsgerichtet überwacht

Natürlich wurden nicht nur die Kupferanteile ausgetauscht und die Sicherheitssteuerung installiert, sondern auch zusätzliche Komponenten integriert, die eine sichere Positionsüberwachung aller drei Achsen ermöglichen. Dazu gehören sicherheitsgerichtete Weggeber für die Hubwerke, die über Profisafe mit der Sicherheitssteuerung kommunizieren, und redundante Laser-Distanzsensoren für Kran- und Katzfahrt. Dieses Sicherheitskonzept ermöglicht ein Verfahren der Achsen bis in die Endlage ohne Hardware-Endschalter.

Um das sichere Stillsetzen der Antriebsachse zu gewährleisten, wurden Frequenzumrichter mit „Safe Torque Off“-Funktion (STO) und Brems-Chopper aus dem Dedrive-Pro-Programm von Demag installiert. Sie sind, ebenso wie die Sicherheitssteuerungen der beiden Krane, in neuen Schaltschränken montiert.

Eine ganz wichtige Eigenschaft der Krane ist die sehr hohe Positioniergenauigkeit, die in Verbindung mit dem präzisen Gleichlauf der Hubwerke das Trennen der Werkzeughälften für die Reparatur ermöglicht. Durch die volle Synchronisierung in der Sicherheitssteuerung spielen Parameter wie Geschwindigkeitsunterschiede oder Tragfähigkeiten dabei keine Rolle.

Durch die sichere Traglasterfassung mit dem Demag-Duplex-Messbolzen werden Grundsicherheitsfunktionen wie das Einschränken der Hubbewegung beim Erkennen einer Überlast und das daraus resultierende sichere Absetzen der Last realisiert. Zum Sicherheitskonzept gehören auch eine traglastabhängige Hubgeschwindigkeit, mit der im Teillastbetrieb eine höhere Geschwindigkeit gefahren werden kann, sowie eine Lastwechselerkennung, die die Tragkonstruktion vor zu hohen Lastspitzen schützt.

Sicheres Umfahren von Hindernissen

Bei den beiden Kranen des Mercedes-Benz-Werks in Bremen hat Demag eine innovative Funktion realisiert, die das Sicherheitsniveau (bezogen auf Arbeits- und Produktionssicherheit) nochmals erhöht. In der sicheren Kransteuerung wurde eine dreidimensionale „Landkarte“ der Halle hinterlegt, die spezielle Gebiete überall dort ausweist, wo die Last – deren Position dank der Sensorik exakt bekannt ist – mit einem Hindernis kollidieren könnte. Diese Zonen werden von der Kransteuerung nicht angefahren. Wenn der Bediener sie ansteuert, leitet die Sicherheitssteuerung rechtzeitig einen Bremsvorgang ein. Der Kran kann sich dann nur innerhalb des zugelassenen Bereichs weiter bewegen. Der Kranführer kann diese Bereiche somit umfahren und es besteht kein Risiko der Kollision mit den Umformanlagen oder anderen Hindernissen in der Halle. Diese Funktion kann auch nachträglich an sich verändernde Gegebenheiten angepasst werden.

Praktisch: Zertifizierte Sicherheit

Um die Arbeitsabläufe der beiden Hallenkrane zueinander nicht übermäßig zu stören, wurde in der Sicherheitssteuerung auch eine dynamische traglastabhängige Krandistanzierung integriert. Basis dafür ist die statische maximale Belastbarkeit der Kranbahn. Das Konzept wurde durch einen Kransachverständigen mit unterschiedlichen Traglasten auf verschiedenen Distanzen getestet und geprüft. Auch die Dokumentation wurde entsprechend aktualisiert und mit Validierung der Sicherheitssoftware an Daimler übergeben.

Aufgrund der Zertifizierung der Berufsgenossenschaft gemäß den Anforderungen von EN ISO 13849 ist eine individuelle Abnahme des Sicherheitskonzepts nicht erforderlich. Das spart Kosten und Zeit.

PDF-Download (1.6 MB) Autor: T. Minklei