Konstrukteure von Maschinen und Anlagen können bei der SchutztürÜberwachung aus unterschiedlichen sicheren Sensoren und Sensor-/Aktor- Kombinationen wählen. Die Systeme funktionieren nach verschiedenen Prinzipien und bieten unterschiedliche gestalterische Möglichkeiten. Die große Herausforderung besteht darin, Produktivität mit Sicherheit und Bedienfreundlichkeit in Einklang zu bringen. Denn eine Schutzeinrichtung, die nicht bedienfreundlich ist, verführt zur Manipulation und gefährdet die Sicherheit des Bedieners. Gerade in kritischen Situationen, wie beispielsweise unter Zeitdruck, kann es dann schnell zu Unfällen kommen. Es ist daher die Aufgabe des Konstrukteurs, mögliche Ursachen für Manipulationen zu erkennen und diese vorausschauend schon bei der Entwicklung von Maschinen zu eliminieren.

Um entscheiden zu können, welches die optimalen Komponenten zur sicheren Überwachung von beweglich trennenden Schutzeinrichtungen gemäß EN 60947-5-3 sind, helfen etwa folgende Überlegungen: Handelt es sich um eine Klappe, die häufig geöffnet und geschlossen wird? Soll neben dem Bedienpersonal der Prozess geschützt werden? Sind Komponenten starken Verschmutzungen, starker Vibration und extremen Temperaturen ausgesetzt oder kommen sie im explosionsgefährdeten Bereich zum Einsatz?

Mechanische Sicherheitsschalter

Für einfache Schutztür-Applikationen ohne erhöhte Gefahr durch Manipulation sind mechanische Schutztürschalter auch heute noch weit verbreitet. Als einfache Schutztür-Überwachung oder mit mechanischer Zuhaltung, die mittels erhöhter Auszugskraft des Betätigers verhindert, dass die Tür, Haube oder Klappe unbeabsichtigt geöffnet wird. Für viele Applikation sind jedoch zwei mechanische Schalter nötig, um die geforderte Sicherheit zu gewährleisten, was den Engineering-Aufwand stark ansteigen lässt. Zudem ist zu beachten, dass sich Späne innerhalb kurzer Zeit im Sensor absetzen und seine Funktion einschränken können.

Auch wenn sich Schutztüren im Lauf der Zeit absenken, verkürzt sich die Lebensdauer eines mechanischen Schalters deutlich. Eine Weiterentwicklung stellen mechanische Sicherheitsriegel dar. Diese Komplettlösungen aus Sicherheitsschalter, Türgriff und Riegel sichern sowohl schwer justierbare Schutztüren als auch solche, die oft geöffnet und wieder geschlossen werden. Eine mechanische Führung des Betätigers stellt beim Schließen der Schutzeinrichtung sicher, dass der Betätiger ordnungsgemäß in den Sicherheitsschalter einrastet.

Eine elegante Lösung für dreh- und schwenkbare Türen und Klappen sind mechanische Scharnierschalter. Da sie verdeckt und platzsparend im Scharnier der Schutzeinrichtung eingebaut sind, sind sie besser vor Manipulationen geschützt als andere mechanische Lösungen.

Berührungslose Sicherheitsschalter

Oftmals müssen Türen, Hauben oder Klappen zu Betriebs- oder Montagezwecken immer wieder geöffnet werden, damit das Bedienpersonal den abgesicherten Bereich betreten oder in diesen eingreifen kann. Hier ist die Gefahr, dass sich eine Tür mechanisch verstellt, besonders groß. Mechanische Zuhaltungen haben dabei den Nachteil, dass sie nur bedingt tolerant für dejustierte Türen sind. Auch wenn starke Vibrationen auftreten, bieten sich deshalb berührungslos wirkende Sicherheitsschalter an. Durch ihre meist höhere Ansprechtoleranz lassen sie sich flexibler an der Maschine anbringen. Zudem eignen sich die robusten berührungslosen Schalter für Applikationen, die Schutzarten über IP67 erfordern. Mit solchen Schaltern lassen sich die Sicherheitsanforderungen bis PLe nach EN ISO 13849-1 und SIL 3 nach EN/IEC 62061 beziehungsweise Kategorie 4 nach EN 954-1 erreichen.

Unterschieden werden zwei Wirkprinzipien: Während magnetische Sicherheitsschalter aufgrund der verwendeten Technologie nur bedingt gegen Manipulation geschützt sind, erreichen codierte Sicherheitsschalter einen bis zu 100-%igen Schutz vor Manipulation. Magnetische Sicherheitsschalter sollten deshalb vorzugsweise verdeckt, also für den Bediener unsichtbar eingebaut werden. Diese Maßnahme kann Manipulationen wirkungsvoll verhindern. Bei der Auswahl des Wirkprinzips ist darüber hinaus zu beachten, dass magnetische Sicherheitsschalter nur eingeschränkt geeignet sind, wenn in der Anwendung magnetisierbare Metallspäne auftreten. Umherfliegende Metallspäne können vom Magneten angezogen werden, sich am Schalter absetzen und so zu Funktionsstörungen oder sogar Versagen führen. Eine sicherheitskritische Situation kann dadurch zwar nicht entstehen, jedoch leidet die Verfügbarkeit und damit die Produktivität der Anlage. In diesem Fall sind codierte Schalter die bessere Wahl, denn die eingesetzte RFID-Technologie wird durch Metallspäne nicht beeinflusst.

Auch wenn der Schalter nicht verdeckt eingebaut werden kann oder ein möglichst 100-%iger Manipulationsschutz gefordert ist, bieten sich die codierten Sicherheitsschalter auf RFID-Basis an. Codierte Sicherheitsschalter funktionieren nach dem „Schlüssel-Schloss- Prinzip“. Durch unterschiedliche Codierungsvarianten lassen sich verschiedene Level mit Blick auf die Sicherheit vor Manipulationen erreichen. Für weniger strenge Anforderungen an den Manipulationsschutz sind Sensoren mit „normaler“ Codierung verfügbar, sprich: Ein Schloss, viele Schlüssel. Den höchsten Schutz bieten Modelle, bei denen ausschließlich ein Schlüssel – ein Unikat – zu einem Schloss passt. In Verbindung mit der Montage des Betätigers über Schrauben mit Einweg-Antrieb – die nur mittels Spezialwerkzeug gelöst werden können – wird ein sehr hoher Schutz vor Manipulation erreicht.

Tür zu

Bei Zuhaltungen ist zwischen einer sicheren Zuhaltung und einer Prozesszuhaltung zu unterscheiden. Reine Prozesszuhaltungen durch Haltemagnete kommen in für den Menschen ungefährlichen Prozessen zum Einsatz. Die Trenneinrichtung sichert also den Arbeitsablauf, um beispielsweise Ausschuss zu vermeiden. An Stellen, an denen selbst direkt nach dem Ausschalten der Maschine keine Gefahr für den Menschen besteht, bietet sich eine Prozesszuhaltung in Kombination mit einer sicheren Stellungsüberwachung an. Für solche Anwendungen sind Systeme aus berührungslos, codierten Sicherheitsschaltern und Haltemagneten zwischen 500 N und 1000 N lieferbar. Wird die Schutztür mit entsprechendem Karftaufwand geöffnet, schaltet die Maschine ohne Nachlauf ab. Die Gefahr ist gebannt.

An Stellen, an denen auch nach dem Ausschalten einer Maschine Gefahr durch sich bewegende Teile besteht, ist eine sichere Zuhaltung Pflicht. Bei dem sogenannten gefährlichem Nachlauf darf sich die Tür erst dann wieder öffnen lassen, wenn der Stillstand sicher erkannt ist oder eine Verzögerungszeit abgelaufen ist. Diese Forderungen lassen sich nur mit einer mechanischen Zuhaltung mit Federkraftverriegelung umsetzen. Durch die Federkraftverriegelung ist sichergestellt, dass die Tür nur geöffnet werden kann, wenn dies gefahrlos möglich ist. Selbst ein Stromausfall führt nicht zur gefährlichen Situation.

Integrierte Systeme

Noch mehr können integrierte Schutztürsysteme leisten, die sichere Überwachung, sichere Zuhaltung und Bedienelemente, inklusive zusätzlicher Funktionen wie Not-Halt und Fluchtentriegelung, zusammenbringen. Alle Komponenten – seien sie mechanisch oder elektronisch – sind integriert. Solche Komplettsysteme machen meist bei größeren Schutztüren Sinn, die Zutritt zur Maschine oder Anlage gewähren.

Als nicht unerheblicher Vorteil sparen die Komplettsysteme Zeit und Kosten bei Projektierung, Konstruktion, Dokumentation, Beschaffung und Montage. Aber auch schon die Sensoren und die Auswerte-Einheit von einem Hersteller zu beziehen, bedeutet, dass die Schnittstellen zwischen den Komponenten bereits aufeinander abgestimmt sind.

Autor: Jochen Streib ist Produktmanager Sensorik bei Pilz in Ostfildern.