Wege zur sicheren Maschine

Maschinensicherheit - Mehrere Trends prägen die moderne Sicherheitstechnik: Die Entwicklung geht von der Mechanik zur Mechatronik, vom Schalter zur Sensorik, von der Hardware zur Software, vom Kabel zur sicheren Funkstrecke.

11. Dezember 2007

Ein unerlässliches Bauelement vieler Produktionsmaschinen und -anlagen sind spezialisierte Schaltgeräte zur normengerechten Stellungsüberwachung von Schutztüren. Am Anfang dienten dazu elektromechanische Sicherheitsschalter wie der Typ AZ 16, von dem die K. A. Schmersal GmbH in Wuppertal seit Beginn der 80er Jahre bis heute mehrere Millionen Stück gefertigt hat und noch immer in großen Stückzahlen produziert.

Allerdings ist der konventionelle Sicherheitsschalter heute lediglich eine von mehreren Möglichkeiten zum Bau einer Schutzeinrichtung. Eine frühe Alternative zum elektromechanischen Schaltgerät waren beispielsweise kontaktlos arbeitende Sicherheits-Sensoren, die zunächst ausschließlich in der Lebensmittelindustrie ihre Abnehmer fanden: Dort schätzte man das hygienegerechte Design und die Möglichkeit der verdeckten Montage. Inzwischen aber entdecken jedoch auch andere Bereiche des Maschinen- und Anlagenbaus diese Vorteile, und die Hersteller entwickeln immer neue Varianten. So stehen neben außer ordentlich kompakten Sicherheitssensoren auch Sonderbauformen zur Verfügung, mit denen sich beispielsweise Doppeltüren abfragen lassen.

Berührungslose Alternative

Neben den Sicherheits-Sensoren auf Magnetschalterbasis ermöglichen heute zudem auch andere Technologien eine berührungslose Schutztür-Absicherung. So arbeiten zum Beispiel die Sensoren der Baureihe CSS nach dem Puls-Echo-Verfahren, das einen Schutztürversatz frühzeitig erkennt und so ungeplante Ausfälle vermeiden hilft. Zudem lassen sich mit diesen Sensoren weitere Diagnose-Informationen über den Betriebszustand der Sicherheitseinrichtungen gewinnen. Ein eigens entwickeltes Diagnose-Gateway verbindet die Sensoren dazu über eine Profbus-Schnittstelle mit übergeordneten Systemen.

Einfache Signalübertragung

Ein Wunsch der Maschinenbauer und Anwender ist, dass die Signalübertragung zwischen Sicherheits-Schaltgerät und Steuerung möglichst wenig Aufwand erfordert. Immer mehr Sicherheits-Schaltgeräte lassen sich deshalb über sicherheitsgerichtete Bus-Systeme anschalten, etwa über den international gültigen Standard »AS-Interface Safety at Work« (AS-i SaW). Doch auch ohne Sicherheits-Bus lässt sich die Anschaltung vereinfachen. So lassen sich die Sicherheits-Schaltgeräte, die CSS-Technologie nutzen, in Reihe schalten und über eine einzige Auswerteinheit ansteuern. Dies gilt sogar für unterschiedliche Bauarten, etwa für Sicherheitssensoren und Sicherheitszuhaltungen. Das verringert den Installationsaufwand und die Hardware-Kosten.

Eingebaute Intelligenz

Einige Modelle, etwa die CSS-34- Versionen F0 und F1, kommen sogar ganz ohne Auswerteeinheit aus: Statt dessen kann man einfach zwei konventionelle Schütze oder Relais mit zwangsgeführten Kontakten an die Sicherheitsausgänge anschließen, deren sicherheitsgerichtete Funktion die Sensoren mit Hilfe eines Rückführkreises überprüfen. Im Gegensatz zu konventionellen Sicherheitsauswertungen überwachen beide Typen zusätzlich die externe Verkabelung zum Freigabe- oder Reset-Taster auf Querschluss, Masseschluss und Fremdspannung. Diese intelligente Sensorik ermöglicht somit ohne zusätzliche Auswerteinheit eine sichere Steuerung der Kategorie 4 (EN 954-1) bzw. SIL 3 (ISO 13849-1).

Funk statt Kabel

Eine Verbindung zwischen dem Sicherheits-Schaltgerät und der Auswertung ganz ohne Kabel ermöglicht das sicherheitsgerichtete Funkprotokoll der drahtlosen Geräte der Serie Esalan Wireless der Schmersal-Tochter Elan Schaltelemente aus Wettenberg, mit dem sich die Vorteile der kabellosen Signalübertragung auch in der Sicherheitstechnik nutzen lassen. Sinnvoll ist das beispielsweise bei Zustimmungstastern an größeren Maschinen und Anlagen.

Von der Hardware in die Steuerung

Ein allgemein übergreifender Trend in der gesamten Steuerungs- und Antriebstechnik ist die Verlagerung von Funktionen von der Hardware- auf die Steuerungsebene. Neue Generationen von Sicherheitssteuerungen bieten deshalb viele Zusatzfunktionen, die universelle Einsatzmöglichkeiten eröffnen. So lässt sich zum Beispiel das modulare Protect PSC-System, das die Schmersal-Gruppe auf der Nürnberger Fachmesse SPS/IPC/Drives 2007 vorgestellt hat, bei Bedarf ohne jede Programmierung einsetzen: Die Funktionen ergeben sich dann aus der Reihenfolge der Module. Durch zusätzliche Programmierung lässt sich die Steuerung dagegen an verschiedenste, auch sehr spezielle Anforderungen anpassen, und kann dabei zum Beispiel auch betriebsmäßige, also nicht sicherheitsgerichtete Funktionen übernehmen. Entscheidend für die Gesamtkonstruktion der Maschine ist es jedoch auch, die Sicherheitsfunktionen bestmöglich in die Prozessabläufe der Produktion zu integrieren: Schließlich dürfen die Schutzeinrichtungen nicht hinderlich wirken, weil der Bediener sonst versucht ist, sie zu manipulieren. Nicht immer ist deshalb die technisch anspruchsvollste Lösung auch die beste: Nur wenn man Zusatzfunktionen wie etwa verbesserte Diagnose-Möglichkeiten tatsächlich benötigt, lohnt sich die Investition in diese Funktionen. Die Konfiguration von Schutzeinrichtungen erfordert daher stets einen möglichst umfassenden Überblick. Konstrukteure sollten also stets auch solche Lösungen prüfen, die vielleicht nicht unmittelbar auf der Hand liegen.

Siegfried Wolf, Schmersal/bt

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2008