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Sicherheitslichtschranken Lichtschranken mit Muting machen den Zugang sicher

| Autor/ Redakteur: Götz Fiessler* / Jan Vollmuth

Safety ist eines der wichtigsten Themen, geht es um die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Sicherheitsschranken mit Muting-Funktion unterscheiden in der Verpackungsindustrie sicher zwischen Mensch und Materialfluss.

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Wie das Modell einer Palletieranlage zeigt, bedeutet ein freier Zugang zur Anlage ein erhöhtes Risiko gegen das unbefugte Betreten der Gefahrenstelle. Abhilfe schafft eine Schutzeinrichtung in Form eines Sicherheitslichtvorhangs oder Sicherheitslichtgitters.
Wie das Modell einer Palletieranlage zeigt, bedeutet ein freier Zugang zur Anlage ein erhöhtes Risiko gegen das unbefugte Betreten der Gefahrenstelle. Abhilfe schafft eine Schutzeinrichtung in Form eines Sicherheitslichtvorhangs oder Sicherheitslichtgitters.
(Bild: Fiessler)

Im Verpackungsprozess werden häufig die Waren in mittelgroßen Losen in Kartonagen verpackt. Als letzte Stufe in diesem Prozess platziert ein Palletierroboter diese Kisten auf Europaletten, um diese dann durch einen Gabelstapler zum eigentlichen Versand per LKW zu transportieren.

Gefahrenstelle für Arbeiter

Dieser vollautomatische Handlingsprozess birgt eine besondere Gefahr für die Personen. Der Ein- und Ausgangsbereich des Portalroboters hat in der Regel einen Zugang, der dazu dient, dass die bestückten Europaletten aus der Beladestation gelangen können. Damit der Ablauf nicht unnötig verlangsamt wird, ist dieser Öffnungsbereich sehr häufig frei zugängig. Ein solcher Zugang bedeutet jedoch ein erhöhtes Risiko gegen das unbefugte Betreten der Gefahrenstelle. Der Konstrukteur steht hier vor der Aufgabe, diese Gefahr mit geeigneten Mitteln abzusichern.

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Ein Lösungsansatz besteht in der materiellen Absicherung des Zugangbereiches, etwa mit einer Tür. Diese öffnet sich beim Transport von Material in die oder aus der Beladestation. Eine solche Absicherung verlängert die Zykluszeit durch das Öffnen und Schließen der Schutztür erheblich, was in der Praxis oft unerwünscht und somit nicht akzeptabel ist und häufig zum Überbrücken der Sicherheitseinrichtung führt.

Lichtschranke reagiert nur auf Menschen

Eine mehr praxisgerechte Lösung für dieses sicherheitstechnische Problem ist die Absicherung des Zugangsbereichs mit einer immateriellen Schutzeinrichtung in Form eines Sicherheitslichtvorhangs oder Sicherheitslichtgitters: Durchschreitet eine Person den mit einer Sicherheitslichtschranke abgesicherten Eingangbereich (Schleuse), wird unverzüglich die Gefahr bringende Bewegung in der automatischen Beladestation abgeschaltet. Die Gefahr ist gebannt.

Durchläuft das zu- oder abgeführte Material die Lichtschranke, wird bei dieser Lösung ebenfalls der aktive Lichtvorhang unterbrochen – der Portalroboter steht still. Das Fortführen des Beladeprozesses erfordert das Betätigen eines Starttasters. Diese Absicherung ist damit anwenderunfreundlich und wird in der Regel in der Praxis nicht akzeptiert. Um kurze Zykluszeiten sowie eine komplette Absicherung der Anlage zu erreichen, muss die Sicherheitslösung das zu- oder abgeführte Material als solches erkennen und sicher zwischen Mensch und Material unterscheiden.

Wie sieht eine solche Lösung aus?

Durchläuft Material die Schleuse, wird die Sicherheitslichtschranke kurzzeitig überbrückt. Betritt jedoch eine Person den Gefahrenbereich, reagiert die nicht überbrückte Sicherheitslichtschranke und hält die Maschine an. Die dazu erforderliche Sicherheitsfunktion heißt Muting. An Muting-Lösungen werden verschiedene Anforderungen gestellt. So erfordert das sichere Unterscheiden von Mensch und Material mindesten zwei Mutingsensoren, die durch die Überbrückungseinheit auf ihre korrekte Funktion überwacht werden.

Selbstüberwachte Sicherheitslichtschranke erforderlich

Das Erkennen von Personen erfordert eine selbstüberwachte Sicherheitslichtschranke. Der Materialbewegungsprozess darf nur eingeschränkt den Überbrückungsvorgang der Sicherheitslichtschranke starten und beenden. Währenddessen muss Personenschutz gewährleistet sein. Die EN 61496/IEC 1496 („Sicherheit von Maschinen – Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen“) schreibt zusätzlich vor, dass der Überbrückungszustand durch einen Leuchtmelder angezeigt werden muss, der durch die Überbrückungseinheit überwacht wird. Außerdem muss eine Manipulation der Überbrückung ausgeschlossen werden.

Tipp: Anwendertreff Maschinensicherheit Erfahren Sie auf dem Anwendertreff Maschinensicherheit am 26. September 2018 in Würzburg, wie Sie die funktionale Sicherheit Ihrer Maschinen und Anlagen normengerecht gewährleisten: Der Kongress unterstützt Konstrukteure, Entwickler, Hersteller und Betreiber dabei, die funktionale Sicherheit ihrer Maschinen und Anlagen so zu gestalten, dass sie den Anforderungen der Maschinenrichtlinie auch in einer smarten Fabrikumgebung genügt.
Mehr Infos: Anwendertreff Maschinensicherheit

Fiessler Elektronik aus Esslingen hat verschiedene Lösungen entwickelt, mit denen Beladestationen optimal abgesichert werden können. Soll an einer Anlage z. B. eine Schleuse abgesichert werden, kommt das aufsteckbare Überbrückungssystem PLSG zum Einsatz. Dieses System besteht aus der Auswerteeinheit PLSG mit integrierter Mutinglampe, einem Sicherheitslichtvorhang bzw. -lichtgitter ULVT sowie mindestens 2 Mutingsensoren.

Zusatzschaltung nicht nötig

Die komplette Sicherheitsfolgeschaltung enthält neben der Stromversorgung die Ansteuerung für Lichtsender, die Lichtgitterüberwachung, eine Anlauf- und Wiederanlaufsperre, eine Ventil- oder Schützenüberwachung, die Ansteuerung und Überwachung der Mutingsensoren, die Überwachung der integrierten Mutinglampe und die Überbrückungsfunktion für die Sicherheitslichtschranke. Optional kann mit der Sicherheitskleinsteuerung PLSG der komplette Notauskreis überwacht werden. Eine Zusatzschaltung ist beim Einsatz dieses Überbrückungssystems nicht erforderlich.

Für erhöhte Sicherheit enthält das Muting-Schaltgerät eine sichere Zeitüberwachung, die die Überbrückungsfunktion nach einer einstellbaren Zeit zwischen 3 s und 90 s aufhebt. Die einzustellende Zeitspannen hängt davon ab, wie lange das Material benötigt, um den Absicherungsbereich zu passieren. Sollte sich das Material oder z. B. ein Regalbedienungsfahrzeug länger im Absicherungsbereich befinden, kann die Zeitüberwachung in der Überbrückungseinheit mittels Programmierung aufgehoben werden.

Mit offener Systemarchitektur mehrere Mutingstationen überwachen

Bei Anlagen mit mehreren Eingängen (Schleusen) kommt die Sicherheits-SPS FPSC zum Einsatz. Sie überwacht bis zu vier Mutingstationen gleichzeitig und unabhängig voneinander. Die FPSC enthält parametrierbare Mutingbausteine. Jeder dieser Bausteine bietet die Überwachungsfunktionen der Auswerteeinheit PLSG, jedoch keine integrierte Mutinglampe. Durch die offene Systemarchitektur der FPSC können sämtliche Sicherheitsfunktionen in einer Anlage überwacht werden. Weitere sonst benötigte Sicherheitsrelais, bzw. -schaltgeräte können damit komplett eingespart werden. Ebenfalls reduziert sich dadurch der Verkabelungsaufwand im Schaltschrank erheblich. Sowohl das System PLSG als auch die Sicherheits-SPS FPSC zeichnen sich durch eine sehr schnelle Reaktionszeit von 0,5 ms in Normalfall aus. Damit kann der schützende Sicherheitslichtvorhang so nahe wie möglich an der gefährlichen Bewegung montiert werden.

Mit der hier beschriebenen Lösung können Handling- und Beladestationen in der Verpackungsindustrie benutzerfreundlich so abgesichert werden, dass die Produktivität der Anlage nicht eingeschränkt ist. Gleichzeitig sind die Bediener gegen die Gefahren durch den Portalrobter geschützt. Dies wiederum erhöht die Akzeptanz in der Anwendung. (jv)

* Götz Fiessler ist Geschäftsführer bei Fiessler Elektronik

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