Basic Safety & Security: Berührungslose Schutztürüberwachung. Alida Anfang und Prof. Albert Einsteiger sind nicht nur pfiffig, sondern auch pädagogisch geschult. In GIT SICHERHEIT widmen sie sich regelmäßig einem speziellen Thema aus Security und Safety. Der Hintergrund: Sicherheitsverantwortliche tragen in Unternehmen eine hohe Verantwortung – es geht um den Schutz von Mitarbeitern, Know-how und Sachwerten. Sie sind es, die letztlich entscheiden, welche Maßnahmen zum Einsatz kommen.

Das moderne Security- & Safety-Management stellt jedoch vielschichtige Anforderungen, die einen hohen Spezialisierungsgrad erfordern. Da ist es nicht einfach, auf allen Gebieten ein Fachmann zu sein. In diesem kleinen Repetitorium erklären Prof. Albert Einsteiger und seine Assistentin Alida Anfang deshalb die wichtigsten Basisbegriffe aus Sicherheit und Arbeitsschutz – jeweils zusammen mit einem Experten: Diesmal ist es Frank Schmidt, Branchenmanager Automotive bei Schmersal.

Dass automatisierte Prozesse hinter verschlossenen Türen ablaufen, ist gängige Praxis in verschiedensten Bereichen der Industrie: von der Wurstfabrikation über die Möbelherstellung bis zum Automobilbau. Die Maschinen und Anlagen sind mit Schutztüren ausgerüstet, die eine Beschickung ebenso ermöglichen wie z.B. den Werkzeugwechsel oder eine Störungsbeseitigung. Die Funktion der Schutztür ist klar: Sie muss – so fordert es die Maschinenrichtlinie – einerseits den Zugang erlauben. Andererseits aber muss sichergestellt sein, dass die gefahrbringende Bewegung zum Halt kommt und auch nicht gestartet werden kann, sobald der Bediener die Schutztür öffnet.

Stellungsüberwachung der Schutztür

Das heißt: Die Stellung der Schutztür muss sicherheitsgerichtet überwacht werden. Diese Aufgabe übernehmen klassischerweise Positionsschalter mit Sicherheitsfunktion oder Sicherheitsschalter mit getrenntem Betätiger. Die Sicherheitsschalter sind am Rahmen der Schutztür angebracht und haben eine Öffnung, in die ein Betätiger (der mit der Tür verbunden ist) einfährt. Der Betätiger signalisiert dem Sicherheits-Relaisbaustein oder der sicherheitsgerichteten Steuerung somit "Schutztür geschlossen": Erst wenn der Bediener die Schutztür geschlossen hat, kann die Maschine gestartet werden. Wenn er – im umgekehrten Fall – die Schutztür bei laufendem Betrieb öffnet, um "mal eben" eine Störung zu beseitigen, dann wird der Sicherheitskreis unterbrochen und die Maschine stoppt.

Dass dieses Prinzip Unfälle vermeidet, liegt auf der Hand; es hat sich auch millionenfach bewährt: Die Schutztür, deren Stellung durch einen Sicherheitsschalter mit getrenntem Betätiger überwacht wird, ist – genau wie der Not-Halt-Taster – eine universelle Schutzeinrichtung an Maschinen und Anlagen.

Nicht immer optimal

Nun gibt es allerdings einige Einsatzbereiche, bei denen der Sicherheitsschalter mit getrenntem Betätiger "suboptimal" ist – z.B. die Lebensmittelverarbeitung. Denn die Öffnung des Sicherheitsschalters, in die der Betätiger einfährt, bietet einen hervorragenden "Nistplatz" für Verunreinigungen aller Art. Auch der Betätiger selbst sowie die Kontur des Sicherheitsschalters sind schwer sauber zu halten, wenn hohe Anforderungen an die Hygiene gestellt werden. Wer Maschinen baut, die z.B. Süßwaren produzieren oder Fleisch verarbeiten bzw. verpacken, muss also eine andere Art der Absicherung wählen. Die gibt es auch seit vielen Jahren: Sicherheitssensoren nämlich.

Berührungslose Schutztürüberwachung

Bei diesen Sicherheits-Schaltgeräten erhält ein Magnetschalter sein Schaltsignal von einem codierten Magneten. Das Wirkprinzip ist also berührungslos, auf einen mechanischen Betätiger kann man verzichten. Die glatten Oberflächen von Schalter und (magnetischem) Betätiger sind gut zu reinigen. Ein besonderer Charme dieser Lösung liegt darin, dass man die Sensoren verdeckt montieren kann. Der Bediener kann sie also nicht lokalisieren und hat somit keinen "Angriffspunkt" für mögliche Manipulationen. Genau wie bei den Sicherheitsschaltern übernehmen Sicherheitsbausteine die Auswertung der sicherheitsgerichteten Signale.

Verschleißfrei und kompakt

Neben der Eignung für hygienesensible Bereiche bietet diese Art der Sicherheits-Schaltgeräte aber auch noch andere Vorteile. Da Magnetschalter ohne mechanische Komponenten auskommen, arbeiten sie verschleißfrei. Sie sind außerordentlich kompakt und können somit auch in beengten Bauräumen gut in die Umgebungskonstruktion integriert werden.

Zudem bieten Sicherheitssensoren eine Lösung für ein Problem, das in der Praxis häufig auftritt. Gerade bei stark beanspruchten Maschinen kann mit der Zeit ein Versatz zwischen Schutztür und Rahmen auftreten, der von mechanischen Sicherheitsschaltern nicht kompensiert werden kann: Hier muss der Betätiger recht genau in den Schalter einfahren. Ist das nicht mehr der Fall, stoppt die Maschine bzw. läuft gar nicht erst an. Die Sensorik hingegen kann größeren Versatz tolerieren – mit der Folge, dass eine höhere Produktivität gewährleistet ist, weil Produktionsunterbrechungen durch Schutztürversatz seltener sind.

Vorteile in vielen Einsatzbereichen

Solche Vorteile haben in der Zwischenzeit auch andere Branchen erkannt – mit der Folge, dass Sicherheits-Sensoren heute als Alternative zu elektromechanischen Sicherheitsschaltern weit verbreitet sind: Es gibt viele Bauarten mit unterschiedlichen Gehäusebauformen und Schnittstellen wie z.B. AS-Interface Safety at Work. Der Einsatz dieser berührungslos wirkenden Sicherheits-Schaltgeräte ist normenkonform.

Die entsprechenden Anforderungen sind in der EN-Norm 60947-5-3 niedergelegt, die auch eine Klassifizierung in Bezug auf das Sicherheitsniveau vornimmt. Hier werden Eigenschaften wie z.B. Selbstdiagnose-Funktionen berücksichtigt. Die Sicherheitssensoren ("proximity devices with defined behaviour in case of failure"; kurz PDF) werden dann in Kategorien wie z.B. PDF-M ("selbstüberwachend") eingeteilt. Darüber hinaus kann man selbstverständlich auch Normen wie die EN 13849 auf Schutztüren anwenden, die von Sicherheitssensoren überwacht werden.

Immer auf der sicheren Seite

Da es sich um sicherheitsgerichtete Schaltgeräte handelt, muss sichergestellt sein, dass der Anwender bei einem eventuellen Defekt der Sensorik stets "auf der sicheren Seite" ist: Bei einem Fehler oder Ausfall muss also die Sicherheitsfunktion ausgelöst, d.h. die Maschine oder die gefahrbringende Bewegung gestoppt werden. Dies gilt sowohl für die Sicherheitssensoren als auch für die Sicherheitsbausteine, die die Auswertung der sicherheitsgerichteten Signale übernehmen.

Codierte Magneten verhindern Manipulation

Ein wichtiges Merkmal der Sicherheitssensoren, auf das der Anwender achten sollte, ist die Codierung der Magneten. Das bedeutet: Die Sensoren können nicht mit konventionellen Magneten betätigt werden. Der Bediener kann sich also keinen Magneten besorgen, um die Schutzeinrichtung zu manipulieren; eine Manipulation auf diesem Wege ist somit nahezu ausgeschlossen.

Das ist ein wichtiger Aspekt, denn eine aktuelle Untersuchung der Berufsgenossenschaften zeigt, dass die Manipulation von Schutzeinrichtungen ein weit verbreitetes Phänomen ist – und dass man dieses Problem am besten löst, indem man die Schutzeinrichtungen bestmöglich in die Arbeitsabläufe integriert.

Kommunikation zwischen Sensor und Betätiger

Das magnetische Wirkprinzip ist seit vielen Jahren bewährt. Inzwischen gibt es aber auch Sicherheitssensoren, die nach anderen Prinzipien arbeiten – z.B. nach dem Puls-Echo-Verfahren. Bei diesen berührungslos wirkenden Sicherheits- Schaltgeräten verläuft die Kommunikation zwischen Sensor und Betätiger nicht nur in einer Richtung, sondern beidseitig, und die höhere Informationsdichte bietet u.a. den Vorteil, dass zusätzliche diagnoserelevante Signale erfasst, übertragen und gespeichert werden können.

Eine Sonderstellung nehmen die noch jungen berührungslos wirkenden Sicherheitszuhaltungen ein. Das ist kein Widerspruch in sich: Ein kräftiger Elektromagnet sorgt hier für Zuhaltekräfte von rund 500 N, die so leicht nicht zu überwinden sind, während die Stellungsüberwachung der Schutztür ebenfalls sensorisch, d.h. berührungslos erfolgt. Diese neuartigen Sicherheits-Schaltgeräte bieten sich z.B. für den Einsatz an stark vibrierenden Maschinen ein – und sie zeigen, dass in der Sicherheitssensorik noch Potential für neue Ideen steckt.