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Maschinensicherheit Lichtgitter intelligent montiert

| Redakteur: Jan Vollmuth

Beim Retrofit einer Anlage wurde durch eine ungewöhnlich montierte Sicherheitslösung der normgerechte Weiterbetrieb zweier Produktionsanlagen erreicht: Die Lichtgitter befinden sich im Boden und an der Decke.

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Die Lichtgitter im Einsatz: Der Bereich um den Einzelpositionierer ist von drei Seiten zugänglich. Im Hintergrund wird ein Behälter zugeführt. Nach erfolgter Bearbeitung übernimmt ein Greifer (rot) den Behälter.
Die Lichtgitter im Einsatz: Der Bereich um den Einzelpositionierer ist von drei Seiten zugänglich. Im Hintergrund wird ein Behälter zugeführt. Nach erfolgter Bearbeitung übernimmt ein Greifer (rot) den Behälter.
(Bild: Pilz GmbH & Co KG)

Eine klassische Herausforderung beim Sicherheitsdesign von Maschinen und Anlagen: Betriebs- und aufgabenbedingt sollen bestimmte Bereiche frei und möglichst ungehindert zugänglich sein. Gleichzeitig fordert die Sicherheit, unter Berücksichtigung von Nachlaufzeiten angetriebener Maschinenbestandteile, definierte Mindestabstände zur gefahrbringenden Bewegung. Dies kann jedoch den Bewegungsraum von Bedienern einschränken – und häufig auch die Produktivität. Intelligente Sicherheitskonzepte lösen dieses Dilemma.

Sicherheits-Update erforderlich

Am Standort Bergheim stellt der Remscheider Heiz-, Lüftungs- und Klimatechnik-Spezialist Vaillant unter anderem Speicherbehälter für Warmwasser her. Die Behälterproduktion läuft seit Jahren auf hohem Niveau, die Anlagen aus den achtziger und frühen neunziger Jahren sind gut ausgelastet. Als Ergebnis eines internen Audits beschloss die Unternehmensführung im Jahr 2017, die mechanisch intakten Anlagen aus elektro- und sicherheitstechnischer Sicht auf den aktuellen Stand zu bringen.

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Über ein Ausschreibungsverfahren suchte Vaillant Anfang 2018 einen Dienstleister, der einen Großteil der anstehenden Aufgaben beim Umbau von 54 Anlagen übernehmen sollte. Das Automatisierungsunternehmen Pilz aus Ostfildern setzte sich in einem Bieterwettbewerb gegenüber sechs Mitbewerbern durch.„Pilz hat als einziges Unternehmen ein integriertes Komplettangebot vorgelegt und uns von der Notwendigkeit einer systematischen Risikoanalyse überzeugt,“ sagt Jörg Holzportz, Industrial Engineering bei Vaillant.

Gefährdungs- und Optimierungspotenziale analysiert

Das Leistungsangebot des Automatisierungsexperten knüpft an eine von Vaillant intern durchgeführte Analyse von Gefährdungs- und Optimierungspotenzialen an. Es umfasst eine strukturierte Gefährdungsbeurteilung nach Betriebssicherheitsverordnung, das Sicherheitskonzept und Sicherheitsdesign, die Systemintegration inklusive Hard- und Software, Engineering und Wirksamkeitskontrolle. Eine erste Pilotanlage bestätigte diesen Ansatz. Im Anschluss waren zwei Produktionslinien für die Emaillierung von Behältern auf den Stand der Technik zu bringen. Insbesondere bei den zugehörigen Einzelpositionierern häuften sich Probleme.

Seminartipp

Das Seminar "Grundlagenwissen Maschinenrichtlinie“ gibt Herstellern wie Betreibern das nötige Basiswissen über die aktuellen Entwicklungen und Anforderungen in der Produktsicherheit.

Die Einzelpositionierer sind von drei Seiten zugänglich und fixieren Behälter unterschiedlicher Größe, die per Kran und manuell zugeführt werden. Elektrische Antriebe drehen die über einer Wanne hängenden Behälter wechselweise entlang zweier Rotationsachsen, damit die eingegossene Emaille jeden Winkel des Gefäßinnenraumes gleichermaßen erreicht. Die Gefährdungsanalyse von Pilz zeigte Risiken unterschiedlichen Grades durch Quetschen, Scheren und Stoßen auf.

Trennende Schutzeinrichtung kam nicht in Frage

„Bis dahin hatten wir das Thema Sicherheit am Einzelpositionierer mit Trittmatten gelöst. Mit einer Breite von 110 cm entlang der frei zugänglichen Seiten war die Applikation hinreichend sicher, musste aber entsprechend den geänderten Normanforderungen optimiert werden“, so Jörg Holzportz. Nachlaufmessungen ergaben eine Stillstandszeit von 600 ms, der resultierende Mindestabstand sollte 216 cm betragen. Selbst eine reduzierte Nachlaufzeit von 350 ms verlangt noch einen Mindestabstand von 179 cm. Eine trennende Schutzeinrichtung kam aus Prozessgründen nicht in Frage.

Mit Sicherheitsschaltmatten oder Scannern war eine normgerechte Lösung aufgrund des zu großen Mindestabstands nicht umsetzbar. Herkömmliche Lichtgitter mit Umlenkspiegeln schieden aus, weil die Säulen bei jeglicher Auslegung im Wege standen. Sicherheit über organisatorische, personalisierte Regelungen herzustellen, war von Vaillant ausdrücklich unerwünscht. Eine normgerechte Lösung, die weder die Produktivität noch das Handling rund um den Einzelpositionierer einschränkt, schien nicht darstellbar. Was tun?

Lichtgitter mal anders gedacht

Ungewöhnliche Position: Der Sender des Lichtgitters PSEN Opt II von Pilz wurde im Boden untergebracht.
Ungewöhnliche Position: Der Sender des Lichtgitters PSEN Opt II von Pilz wurde im Boden untergebracht.
(Bild: Pilz GmbH & Co KG)

Auf Lichtgittern basierende Sicherheitslösungen sind erste Wahl, wenn im Zuge prozess- oder fertigungsbedingter kontinuierlicher Zu- und Abführungen, Barrierefreiheit oder innovativer Mensch-Roboter-Kollaborations-Anwendungen der Austausch zwischen Mensch und Maschine erforderlich ist. Die Lichtgitter PSEN Opt II von Pilz um neunzig Grad zu kippen, den Sender waagrecht in den Boden einzulassen und die Empfänger an der Decke zu montieren, wurde in einem Workshop mit einem interdisziplinären Team von Vaillant erdacht. „Obwohl das offenbar bis dahin nie praktiziert wurde, fanden wir die Idee bestechend. Im Raum stehende Lichtgittersäulen hätten vermutlich keine lange Lebensdauer gehabt“, ist sich Jörg Holzportz sicher.

An der Decke montiert: der Empfänger der Lichtgitter PSEN Opt II von Pilz.
An der Decke montiert: der Empfänger der Lichtgitter PSEN Opt II von Pilz.
(Bild: Pilz GmbH & Co KG)

Im Schaltschrank führt die sichere konfigurierbare Kleinsteuerung PNOZ Multi 2 von Pilz Regie über sämtliche sicherheitsgerichteten Signale. Die Lichtgitter sind direkt an das Basisgerät PNOZ m B0 angeschlossen. Befindet sich der Einzelpositionierer im Prozess, wacht PNOZ Multi 2 über die Sicherheit des Anlagenbedieners. Unterbricht dieser die vom Boden ausgesandten Lichtstrahlen mit seinem Körper, mit der Hand oder auch nur mit einem Finger, veranlasst PNOZ Multi 2 den unmittelbaren sicheren Halt der gefahrbringenden Bewegung. Dasselbe geschieht, wenn der Bediener die frontseitig ausgelegten Sicherheitsschaltmatten betritt.

Seminartipp

Das Seminar „Sicherer Umbau von Maschinen und Anlagen“ hilft bei der praxisnahem Planung von Umbauten und vermittelt die wichtigsten Anforderungen zur Dokumentenprüfung.

Im rückwärtigen Bereich des Einzelpositionierers ist eine Tür eingelassen, die zu Wartungszwecken geöffnet werden kann. Das hier für die Sicherheit sorgende Schutztürsystem PSEN mlock von Pilz wird ebenfalls von der Kleinsteuerung überwacht. Ebenso der am Schaltschrank angebrachte handbetätigte Zustimmtaster PIT Enable von Pilz; er kommt zum Einsatz, wenn die Wirkung der Schutzeinrichtung aufgehoben werden muss. Darüber hinaus initiiert PNOZ Multi 2 bei Betätigung der installierten Not-Halt-Taster den sicheren Halt der Antriebsachsen.

Matthias Schäfer ist Vertriebsingenieur bei der Pilz GmbH & Co. KG.
Matthias Schäfer ist Vertriebsingenieur bei der Pilz GmbH & Co. KG.
(Bild: Pilz GmbH & Co KG)

Bei Vaillant laufen die mit Blick auf die Sicherheit modernisierten Anlagen störungsfrei und damit produktiver. „Die Zusammenarbeit mit Pilz verlief in jeder Phase offen und partnerschaftlich, wir waren zu jedem Zeitpunkt gut und kompetent beraten“, fasst Jörg Holzportz zusammen und fügt hinzu: „Auf so eine Einbausituation muss man erst einmal kommen.“ Auch deshalb sind bereits jetzt weitere Projekte mit Vaillant in der Planungs- und Umsetzungsphase. Wie artistisch diese auch immer ausfallen mögen.

Motek 2019: Halle 8, Stand 8144

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