Sicherheits-Schaltgeräte für den Personen- und Maschinenschutz

Der Roboter – Dein Freund

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Wenn die Sicherheits-Schaltgeräte einer Maschine für den Bediener „unsichtbar“ sind, erhöht das die Manipulationssicherheit und damit auch das Sicherheitsniveau. Wenn sie zudem in andere Komponenten wie z. B. Schutztürgriffe integriert sind, vereinfacht sich zudem für den Maschinenbauer die Installation. Die hier vorgestellten Schaltsysteme bieten neue Möglichkeiten der Integration.

Zu den „Megatrends“ im Maschinenbau und der Automatisierung gehört die Verlagerung von vormals mechanischen Funktionen in die Software. Die Funktionen bzw. die Bauteile, welche die Funktionen ausüben, werden dadurch für den Bediener unsichtbar. Dieser Trend ist auch in der Sicherheitstechnik erkennbar. Bestes Beispiel dafür sind die sicherheitsgerichteten Steuerungen von Robotern, die anhand von so genannten kartesischen Nocken die Realposition des Roboterarms im Raum erkennen und zugleich prüfen, ob der Roboter innerhalb der einprogrammierten Sicherheitszone bleibt. Dieser neue Steuerungstyp wird den Verzicht auf den bisher allgegenwärtigen Schutzzaun ermöglichen. Das spart nicht nur Platz und erhöht die Flexibilität, es ermöglicht auch ganz neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. So kann ein Roboter zum Beispiel ein Bauteil festhalten, das ein Werker bearbeitet.

Diese Art der Absicherung, die die Schmersal-Tochtergesellschaft Elan entwickelt hat, muss jeweils kunden- und anwendungsspezifisch an den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden. Dieser Mehraufwand bei der Konfiguration wird jedoch dadurch belohnt, dass man auf den bislang obligatorischen Schutzzaun verzichten kann.
Sicherheits-Schaltgeräte verschwinden
Bei vielen Anwendungen wird es jedoch weiterhin beim „klassischen“ Schutzzaun bleiben. Aber auch hier gibt es neue Trends, die damit zu tun haben, dass die Konstrukteure ein „Umgehen (der Schutzeinrichtung) mit einfachen Mitteln“ unmöglich machen. Genau das – der Schutz vor Manipulation – ist Grund für die Revision der EN-Norm 1088, die zurzeit überarbeitet wird. Diesen Schutz kann man z. B. dadurch erhöhen, dass man die Sicherheits-Schaltgeräte, die zur Überwachung einer beweglichen Schutzeinrichtung bzw. zur Zuhaltung von Schutztüren eingesetzt werden, an unzugänglichen Stellen montiert. Denn je unzugänglicher die Schaltgeräte, desto schwieriger wird es, sie zu manipulieren.
Dabei verwendet man zum Beispiel Sicherheits-Scharnierschalter, die nicht – wie üblich – an der Schließkante der Schutztür, sondern scharnierseitig angebracht werden. Diese Schalter haben unter anderem den Vorteil, dass man Platz spart und das Schaltergerät dort unterbringen kann, wo es keinesfalls stört. Diese Lösung bietet sich auch dann an, wenn das Sicherheitsniveau zwei prinzipverschieden wirkende Sicherheits-Schaltgeräte erfordert, denn es gibt Sicherheits-Scharnierschalter wie die Baureihe TV8S von Schmersal, bei denen zwei Sicherheitsschalter in einem Gehäuse untergebracht sind. Zudem profitiert der Maschinenbauer hier vom Prinzip der Bauteilintegration, denn Scharnier und Stellungsüberwachung der Schutztür sind in einer Komponente zusammengefasst.
Alternative zum Sicherheitsschalter
Noch „unsichtbarer“ sind berührungslos wirkende Sicherheits-Sensoren, die sich in vielen Fällen als Alternative zum konventionellen elektromechanischen Sicherheitsschalter anbieten. Diese berührungslos wirkenden Schaltgeräte kommen seit langer Zeit in Nahrungsmittelmaschinen zum Einsatz, bei denen die Hygiene eine wichtige Rolle spielt. Der Grund: Die Frontflächen von Sensor und Betätiger sind völlig glatt und somit hygiene-gerecht. Zudem können die Sensoren verdeckt hinter nichtmagnetischen Abdeckungen aus Edelstahl oder Kunststoff montiert werden.
Verschleißfreies Wirkprinzip
Diese Vorteile – zu denen noch die prinzipbedingte Verschleißfreiheit der Sensoren gehört – werden zunehmend auch in anderen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus genutzt. Zur Verbreitung der Sicherheits-Sensoren hat sowohl die große Variantenvielfalt der lieferbaren Ausführungen (mit unterschiedlichsten Bauformen, Schaltabständen und z. B. auch mit integrierter AS-i SaW Schnittstelle) beigetragen als auch die Tatsache, dass es eine internationale Norm (EN 60947–5–3) gibt, die Anforderungen an die so genannten „Proximity Devices with defined behaviour under fault condi- tions“ (PDF) beschreibt.
Türgriff: integrierte Sicherheits-Sensorik
An konventionellen Metall-Schutztüren können die Sicherheits-Sensoren nicht verdeckt montiert werden. Man verwendet dann Baureihen mit codierten Betätigermagneten – d. h. der Sensor reagiert nicht auf handelsübliche Magnete und ist somit manipulationssicher. Ganz einfach lässt sich dieses Wirkprinzip nutzen, wenn man den Türgriffschalter BNS-B20 einsetzt. Bei ihm ist der Sensor zur Stellungsüberwachung der Schutztür direkt in dem ergonomisch geformten Türgriff untergebracht. Auch hier ist das eigentliche Sicherheitselement also unsichtbar. Diese Komplettlösung bietet u. a. den Vorteil der vereinfachten Montage. Zusätzlich sind auch Rastmagnete mit einer Zuhaltekraft von 100 N vorgesehen, die leichte Schutztüren zuhalten, so dass man auf einen zusätzlichen Riegelmechanismus verzichten kann.
Kommunikation in beide Richtungen
Eine weitere Neuerung auf dem Gebiet der Sicherheits-Sensorik ist die Nutzung neuer Wirkprinzipien. Bei der CSS 180-Baureihe kommt ein neues Verfahren zum Einsatz, das die Kommunikation zwischen Sensor und Betätiger in beide Richtung erlaubt. Dies ermöglicht nicht nur das Generieren zusätzlicher Diagnose-Informationen, sondern man löst auf diese Weise auch ein Problem, das in der Praxis häufig auftritt. Bei Schutztüren ist es nahezu unvermeidlich, dass mit der Zeit ein Versatz auftritt: Das obere Scharnier gibt, belastet durch das Gewicht der Schutztür, etwas nach. Das hat zur Folge, dass der Betätiger eines Sicherheitsschalters nicht mehr sauber in den Schalter einfahren kann. Das wiederum hat zur Konsequenz, dass die Maschine nicht startet – ein Ärgernis, wenn hohe Verfügbarkeit gefordert ist. Mit dem CSS 180 kann man solche Stillstände vermeiden, weil der Sensor frühzeitig einen Versatz der Schutztür erkennt und eine Warnmeldung ausgibt, so dass der Anwender reagieren kann, bevor die Maschine stillgesetzt wird.
Weil die Sensorik zudem einen Versatz von 6 5 mm erlaubt, vereinfacht sich nicht nur die Justage der Schutztüren, sondern auch die Montage der Schutzeinrichtung. Die Signalauswertung wird ebenfalls einfacher und kostengünstiger: Mehrere CSS 180 können im „Daisy chain“-Prinizip in Reihe geschaltet und – bei gleichbleibender Steuerungskategorie – von einer einzigen Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Sicherheitszuhaltung mit Sensorik
Die CSS-Sensorik kommt ebenfalls bei den neuen AZM 200-Sicherheitszuhaltungen zum Einsatz. Damit wird auch bei Zuhaltungen das Problem des Maschinenstillstands durch Schutztürversatz gelöst, und es wurde auch in diesem Bereich eine integrierte Lösung mit Türgriff, Verriegelung sowie berührungsloser Stellungsüberwachung von Schutztür und Zuhaltung geschaffen. Darüber hinaus sind drei LEDs integriert, die dem Bediener anzeigen, ob die Tür zur Entriegelung freigegeben ist.
Damit erledigt sich ein weiteres Praxisproblem: Der Bediener rüttelt nicht mehr vergeblich an der Schutztür, sondern weiß genau, wann er die Tür öffnen kann. Das verbessert die Arbeitsabläufe und verringert auch den Schutztürverschleiß. Auch die Funktionsintegration von Türgriff und Sicherheitszuhaltung erhöht die Verfügbarkeit der Maschine.
Roboter-Steuerungen KEM 445
Sicherheits-Sensorik KEM 446
Sicherheits-Zuhaltung KEM 447

Richtlinie des europäischen Parlaments zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften fuer Maschinen
Der Normenausschuss Sicherheitstechnische Grundsätze (NASG) beschäftigt sich mit der Standardisierung von Grundsätzen der Maschinensicherheit

Entwicklung geht weiter
Weil die Sicherheitszuhaltung AZM 200 für die Stellungsüberwachung einen CSS-Sensor nutzt, können mehrere AZM 200 in Reihe geschaltet werden; die Signalauswertung übernimmt dann ein gemeinsamer Sicherheitsbaustein. Darüber hinaus können Sicherheitssensoren für die Schutztür-Überwachung (CSS 180) und Sicherheitszuhaltungen an eine gemeinsame Auswerteeinheit angeschlossen werden.
Auf der Hannover Messe (Halle 9, Stand D 18) wird Schmersal weitere neue Produkte vorstellen.
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