Der Einsatz von Sensorik in der Maschinensicherheit hat eine lange Tradition. In der Nahrungsmittelindustrie entstand als erstes der Wunsch, auf konventionelle Sicherheitsschalter zu verzichten und berührungslose Schaltgeräte mit glatten, reinigungsfreundlichen Oberflächen einzusetzen. Daher wurden induktive Schaltgeräte und Magnetschalter sicherheitstechnisch entsprechend ertüchtigt und zertifiziert. Die bis heute in großen Stückzahlen eingesetzten Geräte bieten neben dem Vorteil der Reinigungsfreundlichkeit die Möglichkeit, verdeckt hinter den in Nahrungs-mittelmaschinen üblichen Kunststoff- und Edelstahlabdeckungen montiert zu werden und so ihren Beitrag zur Mani­pulationssicherheit zu leisten.

Weil die Sicherheitssensorik berührungslos arbeitet, ist sie verschleißfrei und unempfindlich gegen Versatz von Sensor und Betätiger.

Im nächsten Schritt galt es, andere Sensortechnologien an die Anforderungen der Sicherheitstechnik anzupassen. Ein Beispiel ist die CSS-Technologie (Coded Safety Sensor) von Schmersal. Basis dazu ist ein patentiertes Puls-Echo-Verfahren zur Erkennung des Betätigers: Der Sensor sendet elektromagnetische Impulse aus. Bei Annäherung des Betätigers an den Sensor schwingt der Betätiger durch die induzierte Energie auf seine vorbestimmte Resonanzfrequenz auf. Diese Schwingungen wiederum liest der Sensor ein und wertet dabei seinen Abstand zum Betätiger und dessen Codierung aus. Der vom Sensor identifizierte Betätiger wird als geschlossene Schutzeinrichtung interpretiert, so dass die Sicherheitsausgänge aktiv werden und die Maschine starten kann.

Die bei dieser Technologie einge­setzte Mikroprozessortechnik ermöglicht eine intelligente Diagnose sowie eine schnelle Fehlerbestimmung beispielsweise bei einem Querschluss oder Verkabelungsfehler.

Auch andere Sicherheits-Schaltgeräte nutzen diese Sensortechnologie – zum Beispiel die Sicherheitsschalter „AZ 200“ und die Sicherheitszuhaltungen „AZM 200“ von Schmersal. Hier übernimmt die integrierte Sensorik die Erkennung der Schutztürstellung beziehungsweise der Verriegelung. Das „Coded Safety Sensor“-Prinzip schafft zudem die Voraussetzung dafür, dass sich mehrere Sicherheits-Schaltgeräte in Reihenschaltung verbinden und von einem einzigen Sicherheits-Relaisbaustein auswerten lassen. Dabei können auch die Signale aus unterschiedlichen Bauarten von Sicherheitssensoren, Sicherheitsschaltern und Sicherheitszuhaltungen in einer „Daisy chain“-Kette zusammengeführt werden – zur Verringerung der Hardware- und Installationskosten sowie zur Platzreduktion im Schaltschrank.

Die betriebsmäßigen, nicht sicherheitsgerichteten Signale lassen sich pa­rallel über ein Gateway ebenfalls in Reihenschaltung „einsammeln“ und an eine übergeordnete Steuerung übermitteln, so dass dem Anwender zusätzliche Informationen etwa für die Fehlerdiagnose zur Verfügung stehen.

Manipulation ist Usus

Der Sicherheitssensor RSS 36 nutzt die sicherheitstechnisch aufgerüstete RFID-Technologie zur Erkennung von Sensor und Target.

© K.A. Schmersal

Eine Weiterentwicklung dieser Tech­nologie zielt auf die Verbesserung der Manipulationssicherheit von Schutzeinrichtungen. Denn: Verschiedenen Untersuchungen unter anderem in Deutschland und der Schweiz zufolge gibt es in rund einem Drittel der jeweils befragten Unternehmen Maschinen mit manipulierten Schutzeinrichtungen.

Daraus folgt für den Maschinenkon­strukteur der Appell, die Schutzeinrichtungen frühzeitig bei der Maschinenkonstruktion einzuplanen und sie so zu integrieren, dass sie die Maschinenprozesse – zu denen auch das Einrichten, die Prozessbeobachtung und die Störungsbeseitigung gehören – nicht beeinträchtigen. Gelingt dies, ist der Anreiz zur Manipulation aus Sicht des Bedieners gering. Für den Entwickler von Sicherheitssensoren heißt das: Bei mit einer Codierung versehenen Sensoren ist die Manipulationssicherheit in höherem Maß gegeben. Codierung meint in diesem Zusammenhang, dass nicht jedes Target zu jedem Sensor passt.

Bei konventionellen Sicherheitssensoren sind derartige codierte Systeme bereits bekannt. Bei Sicherheits-Schaltgeräten mit CSS-Technologie erfüllt die Baureihe „CSP 34“ diese Anforderung. Dank ihrer paarweisen Codierung ist es nicht möglich, ein separates Target zu verwenden, um die Schutzeinrichtung permanent geöffnet zu halten.

Drei Arten der Codierung

Bei der Sicherheitszuhaltung AZM 300 dient das RFID-Verfahren für die Zuordnung von Zuhaltung und Betätiger. Drei unterschiedliche Codiervarianten stehen zur Verfügung.

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Eine aktuellere Neuentwicklung nutzt ein anderes Detektionsprinzip: die RFID-Technologie auf Basis der 125-kHz-Trägerfrequenz. Kernelement ist ein neues, kombiniertes Hardware- und Softwarekonzept für die Fehler­erkennung, das in den Sicherheitssensor „RSS 36“ eingeflossen ist.

Dabei kann der Anwender zwischen drei Varianten der Codierung und damit der Manipulationssicherheit wählen: In der Grundversion akzeptiert der Sensor jedes geeignete Target. Eine zweite Ausführung akzeptiert nur das Target, das beim ersten Einschalten eingelernt wurde. Und last but not least gibt es eine dritte Variante, bei der sich der Anlernvorgang unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Randbedingungen beliebig oft wiederholen lässt. Die Sicherheitssensoren gibt es auch mit integrierter Schnittstelle AS Interface Safety at Work.

Autor: Michael Mandel ist Leiter Konstruktion & Entwicklung bei K.A. Schmersal in Wuppertal.