Zugangssicherung mit Ultraschall-Sensoren

Falls was dazwischenkommt!

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Transport- oder Fertigungseinrichtungen können für den Menschen gefährlich werden, wenn er in ihren Ak-tionsbereich gerät. Da die betreffende Person nicht absichtlich, sondern eher zufällig in den Gefahrenbereich eintritt, muß der Bereich, in dem sich Maschinen bewegen, mit speziellen Sensoren überwacht werden.

Der Autor Hans-Ulrich Tschätsch ist freier Journalistin Oberhausen. Die vorgestellten Produkte stammen von der Elan Schaltelemente GmbH, Wettenburg.

Schutz im dreidimensionalen Raum
Das Ultraschall-Überwachungssystem SUS ist eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (BWS) der Steuerungskategorie 3 gemäß EN 954-1. Es erfüllt als sensorgesteuerte Personenschutzeinrichtung, entsprechend der Bestimmungen der EG-Maschinen-Richtlinie (MRL), die Anforderungen einer EG Baumusterprüfung. Das System kann überall dort eingesetzt werden, wo harmonisierte C-Normen den Einsatz von Schutzeinrichtungen bis zur Steuerungskategorie 3 vorsehen.
Das gesamte System besteht aus drei Teilen: Dem Ultraschallgeber, dem Steuer- und Überwachungsmodul und dem Sicherheits- und Auswerteschaltgerät. Der Ultraschallgeber ist in zwei Ausführungen erhältlich. Einmal als Sicherheitsschutzfeld mit bis zu 1400 mm Länge und breiter Schallkeule oder als Sicherheitsschutzfeld mit 2200 mm langer und schlanker Keule. So können die Schutzfeldgrößen für jeden Ultraschallgeber individuell vorgegeben werden. Das Steuer- und Überwachungsmodul ist für je acht Ultraschallgeber und das Auswerte-Schaltgerät für je zwei Gebermodule geeignet.
Der Hersteller – die Elan Schaltelemente GmbH, Wettenberg – gibt in diesem Zusammenhang an, daß im Vergleich zu anderen handelsüblichen Ultraschallsensoren immer eine Plausibilitätskontrolle erfolgt, bevor ein Schaltsignal erzeugt wird. Es wird also immer die aktuelle Echolaufzeit-Messung mit der vorhergehenden Messung verglichen. Erst wenn sich eine Verminderung der Echolaufzeit bei drei Meßergebnissen ergibt, erfolgt ein Schaltsignal.
Die Parametrierung erfolgt über einen handelsüblichen PC mit TTY Terminalprogramm wie zum Beispiel „Procomm“ oder „terminal“ unter Win-dows. Eine spezielle Software ist nicht erforderlich.
An Beispielen soll im folgenden gezeigt werden, wie das SUS-System in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden kann.
Stationäre Absicherung bei Industrierobotern
Ein hohes Gefährdungspotential für Mitarbeiter ergibt sich zwangsläufig im Zugangsbereich von Industrierobotern. In einem solchen Fall wurde mit einer stationären Absicherung mit Wiederanlaufsperre gearbeitet.
Der Zugangsbereich zum Roboter wird mit zwei Ultraschallgeber des Typs SUS-UG 2401 abgesichert. Da die Objekterkennungszeit bei seitlichem Eintritt in das Schutzfeld bis zu 300 mm betragen kann, mußte in diesem Fall der Abstand der Ultraschallgeber zur gefahrbringenden Bewegung so gewählt werden, daß unter Berücksichtigung der Annäherungsgeschwindigkeit einer Person (1,6 m/s) und der Anlaufzeit des Roboters im Falle einer Schutzfeldverletzung ein rechtzeitiges Stillsetzen der gefahrbringenden Bewegung möglich ist. Da aber das Schutzfeld hintertreten werden kann, ist eine Wiederanlaufsperre zwingend vorzusehen.
Verfahrbühne einer Ziegelei
Bei der Produktion von Kalk-
sandsteinen werden die noch weichen Rohprodukte auf ein schienengebundenes Transportmittel geladen. Über eine Verfahrbühne werden diese Züge in einen der zwölf 27 m langen Brennöfen gefahren. Ein Gefährdung der dort beschäftigten Personen besteht beim Beschicken oder beim Entladen der Öfen. Über eine Klappbrücke werden die Wagen in die Öfen gezogen. Da zwischen Bühne und Ofen ein rund 0,8 m breiter Gang ist, kann das Herunterklappen der Brücke eine Person verletzen. Eine weitere Gefährdung besteht beim Ein- und Ausfahren der Wagen.
Weil die Brücke schmaler ist als die beladenen Wagen, besteht die Gefahr, daß eine Person von den 1840 cm breiten Paletten gegen den Ofenrand oder gegen die Verfahrbühne gequetscht wird. Im Vergleich zu anderen berührungslos wirkenden Systemen war in diesem Fall von Vorteil, daß die Sensoren bündig eingebaut werden konnten.
Fahrerloser Spanplattentransport von Spanplatten
Die Aufgabe bestand darin, Spanplatten von verschiedenen Rollenförderern mit einem 1360 mm breiten FTF zur Zuschnittanlage zu transportieren. Bei einer FTF-Geschwindigkeit von 1,2 m/s beträgt der maximale Anhalteweg 0,6 m. Über eine Vorwarnwarnschwelle erhält die FTF-SPS den Befehl die Fahrgeschwindigkeit auf 0,3 m/s zu reduzieren. Nun kann auch bei einem Not-Halt – zum Beispiel bei einer Verletzung des Sicherheits-Bereiches – die Ladung nicht mehr verrutschen.
Supportüberwachung bei der Holz-bearbeitung
Bei einer Holzbearbeitungsmaschine konnte durch den Einsatz der Ultraschall-Sensoren auf die bisher verwendeten Lichtschranken und Schaltmatten verzichtet werden. Der Support wird mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/s in X- und Y-Richtung verfahren. Da in der Diagonalen die Geschwindigkeit mit 0,2 m/s relativ gering ist, kann auf eine Absicherung der vorderen beiden Ecken verzichtet werden.
Anlage zur Oberflächenveredlung
In einer Oberflächen-Veredelungsanlage sollen die Werkstücke über ein Fördersystem zum Behälter gefahren und anschließend abgesenkt werden.
Während der Verfahrbewegung des Förderschlittens besteht erhebliche Quetschgefahr an den Gehäusen, in denen die Näherungsschalter zur Positionierung des Förderschlittens untergebracht sind. Da in diesem Fall die Absicherung der Förderanlage selbst nicht möglich ist, wurde der Bereich vor der Anlage mit vier Ultraschallgebern des Typs SUS-UG-1201 abgesichert.
Die Sicherheitsschwelle wurde wegen des sehr kleinen Anhalteweges der Förderanlage auf 90 cm eingestellt. Bedingt durch die Abstände von 65 cm zwischen den Ultraschallgebern ist eine Wiederanlaufsperre zwingend vorzusehen.
Mobile und stationäre Absicherung
Das Ultraschall-System SUS erkennt in einem dreidimensionalen immateriellen Überwachungsbereich (Schallfeld) Personen und Gegenstände, auf die sich eine gefahrbringende Bewegung, zum Beispiel ein FTF-Fahrzeug oder ein Maschinensupport, zubewegt. Diese Art der Überwachung wird mobile Absicherung genannt. Ein anderer Fall ist gegeben, wenn sich eine Person dem Aktionsbereich (Gefahrenbereich) einer Maschine nähert. In diesem Fall wird von einer stationären Absicherung gesprochen. Auch hier kann das SUS-System eingesetzt werden.
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