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Virtuelle Schutzräume und vernetzte Systeme

Trends bei der Maschinensicherheit: Von der Hard- zur Software
Virtuelle Schutzräume und vernetzte Systeme

In der Automatisierungstechnik und im Maschinenbau verlagern sich Funktionen zunehmend von der Hard- in die Software. Das gilt auch für die Maschinensicherheit. Neben softwarebasierten Sicherheitskonzepten haben jedoch auch klassische Schutzeinrichtungen weiterhin Bestand – allerdings mit neuen Kombinationen aus Mechanik und Sensorik.

Jörg Schreiber, Director Strategic Market Development bei Schmersal in Wuppertal

Der aktuelle Trend in der Robotik gibt die Richtung vor: Kleinroboter können mit dem Menschen zusammenarbeiten (kollaborieren), ohne dass ein Schutzzaun die Arbeitsbereiche trennt. Die Roboter sind in diesen Fällen inhärent sicher, d.h. sie bewegen sich mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit (Sichere Geschwindigkeit) in definierten Räumen (Sicherer Achsbereich). So lassen sich die Kernkompetenzen der Roboter – ermüdungsfreies Wiederholen von Arbeitsgängen – und der Werker – Intelligenz, Wahrnehmungsfähigkeit, Vielseitigkeit – sehr gut kombinieren.
Der virtuelle Schutzzaun
Ähnliche Funktionen gab es zuvor schon bei „ausgewachsenen“ Robotern. Schon vor rund fünfzehn Jahren hat die Schmersal-Gruppe die Sicherheitssteuerung Safety Controller vorgestellt, die gewährleistet, dass sich der Roboter nur in einem vorgegebenen Arbeitsraum aufhält.
In dieser Steuerung ist der virtuelle Arbeitsbereich des Roboters hinterlegt, der seine Position und die Geschwindigkeit der Achsen damit selbsttätig und sicherheitsgerichtet überwacht. Sind Kräfte und Geschwindigkeiten gering genug und bleiben alle Roboterachsen in ihrem virtuellen Käfig, dann kann er in direkte Interaktion mit dem Menschen treten. Zum Beispiel hält er ein Teil fest, während eine Person dieses Teil bearbeitet oder inspiziert. Oder er führt der Person Bauteile zu, die bearbeitet werden sollen. Auch die Öffnung des Schutzzauns, zum Beispiel zum Einlegen und Entnehmen von Teilen, ist möglich.
Grundlage für aktuelle Sicherheitskonzepte
Zugleich überwacht der Safety Controller zu jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit in Richtung der Begrenzung. Das heißt: Die Geschwindigkeit darf immer nur so groß sein, dass der Roboter jederzeit abbremsen kann, ohne den erlaubten Bewegungsraum zu verlassen. Mit diesem System hat die Schmersal Gruppe Grundlagenarbeiten für einige der Sicherheitskonzepte der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) gelegt, die heute von namhaften Roboterherstellern genutzt werden und die sich nun überwiegend in der Automobilindustrie durchzusetzen beginnen.
Vorbild für andere Applikationen?
Angesichts dieser Entwicklung liegt die Frage nahe, wie weit sich derartige Sicherheitskonzepte künftig auch in anderen Branchen und Applikationen durchsetzen werden. Die Frage ist umso berechtigter, als es ja auch andere nicht-mechanische Konzepte der Absicherung von Gefahrenbereichen und Gefahrzonen gibt wie etwa optoelektronische Schutzeinrichtungen.
Dennoch sprechen alle Anzeichen dafür, dass der bewährte Schutzzaun seine Position im Markt der Maschinensicherheit behaupten wird. Erstens ist die trennende Schutzeinrichtung oft nicht störend und dann schon aus Kostengründen zumeist die beste Lösung. Zweitens muss der Konstrukteur bei der Auswahl einer Schutzeinrichtung häufig weitere Risiken absichern wie etwa Nachlaufbewegungen oder Teile, die sich aus der Maschine lösen könnten. In diesen Fällen ist ein Schutzzaun oft die beste Wahl.
Sensorik inside – auch bei Sicherheitszuhaltungen
Das bedeutet: Der Schutzzaun oder die Maschinenumhausung mit Schutztür, also die klassische trennende bewegliche Schutzeinrichtung, bleibt ein Standard in der Maschinensicherheit. Ein weiterer Grund dafür ist, dass es bei den Sicherheits-Schaltgeräten, die zur Stellungsüberwachung der Schutztür verwendet werden, interessante neuere Entwicklungen gibt. Denn aus den elektromechanischen Schaltgeräten sind mechatronische Systemkomponenten geworden.
Beispielsweise lässt sich die Stellungsüberwachung von Schutztüren ebenso gut mit Sicherheitssensoren realisieren. Bei den neuesten Generationen dieser berührungslos wirkenden Schaltgeräte kommunizieren Sensor und Target über ein neu entwickeltes sicherheitsgerichtetes Detektionsprinzip auf Basis der RFID-Technologie. Das schafft u.a. die Voraussetzung für die Auswahl zwischen drei Arten der Codierung, je nach angestrebtem Niveau der Manipulationssicherheit.
Diese Technologie wird nicht nur in Sicherheitssensoren eingesetzt, sondern auch in Sicherheitszuhaltungen. Hier überwacht die integrierte Sensorik neben der Stellung der Schutztür auch die des Verriegelungsbolzens. Die Kombination von Mechanik und Sensorik bietet eine Reihe von Vorteilen. Die RSS-Sensorik erkennt beispielsweise einen Versatz der Schutztür und kann frühzeitig ein entsprechendes Signal aussenden. Damit vermeidet man ungeplanten Stillstand an der Maschine oder Anlage. Außerdem können die Sicherheits-Schaltgeräte sehr einfach in sicherheitsgerichtete Kommunikationsnetzwerke wie etwa das Bussystem AS-Interface Safety at Work integriert werden. Ebenfalls möglich ist die Übertragung der nicht sicherheitsgerichteten Informationen über einen eigenen Kommunikationsstandard (SD-Bus) zum Beispiel für Diagnosezwecke.
Schlüsselthemen Vernetzung und Branchenorientierung
Solche Möglichkeiten der Vernetzung, die der Maschinenbauer immer häufiger wünscht und einsetzt, werden angesichts der aktuellen Diskussion um Industrie 4.0 in Zukunft noch stärker gefragt sein. Darüber hinaus ist der Trend zur Ausdifferenzierung deutlich erkennbar. So gibt es zum Beispiel Sicherheitszuhaltungen für hygienesensible Bereiche, die vor allem in der Lebensmittelverarbeitung und der Verpackungsindustrie stark gefragt sind. Zum Schmersal-Programm gehören daher auch berührungslos wirkenden Sicherheits-Schaltgeräte. Sie sind dank der glatten Oberflächen von Sensor und Betätiger problemlos zu reinigen und können auch verdeckt montiert werden.
Neuheit auf der SPS IPC Drives 2015
Generell zeigt schon die anhaltend hohe Nachfrage, dass der Schutzzaun keineswegs ausgedient hat. Denn der Arbeitsbereich der meisten Industrieroboter wird auch künftig durch diese klassische Schutzeinrichtung abgesichert sein. Deshalb ist es konsequent, dass die Schmersal-Gruppe ihr Programm an mechatronischen Sicherheits-Schaltgeräten erweitert: Auf der SPS IPC Drives wird das Unternehmen erstmals eine neue Sicherheitszuhaltung mit elektromotorisch betriebener Verriegelung für schwere Schutztüren vorstellen. Auch bei dieser Neuheit sind verschiedene Technologiefelder – berührungslose Detektion der Stellung von Schutztür und Bolzen, elektrischer Antrieb, elektronische Signalauswertung – zu einer kompakten Baueinheit verbunden.
Damit beantwortet sich aus Sicht von Schmersal auch die eingangs gestellte Frage: Schutzzaun bzw. Maschinenumhausung und Schutztür werden die dominierenden Schutzeinrichtungen bleiben. Diese bewährte Maßnahme erreicht jedoch durch die Kombination von Mechanik und Sensorik ein immer höheres Maß an Flexibilität, Funktionalität und Vernetzungsfähigkeit.
System- und Lösungsanbieter für Maschinensicherheit
Die neuen technischen Entwicklungen erweitern nicht zuletzt auch die Möglichkeiten, individuelle und ganzheitliche sicherheitstechnische Systemlösungen für den Maschinenbau zu entwickeln. Dieser Entwicklungsprozess schließt oft schon im Vorfeld Risiko-Analysen sowie sicherheitstechnische Bewertungen vorhandener Maschinen und Anlagen ein und endet nicht bei der anwendungsspezifischen Programmierung von Sicherheitssteuerungen. Viele Maschinenbauer möchten diese komplexe Aufgabe an Spezialisten delegieren. Die Schmersal-Gruppe bietet daher mit ihrem neuen Geschäftsbereich tec.nicum umfassende Beratungsdienstleistungen, um die Hersteller schon in der Planungsphase durch die Konzeption individuell angepasster Schutzeinrichtungen zu unterstützen und begleitet anschließend den gesamten Prozess – bis zur schlüsselfertigen Übergabe der sicherheitstechnischen Lösung nach erfolgreicher Integration. Als System- und Lösungsanbieter für Maschinensicherheit liefert Schmersal damit alles aus einer Hand: Hardware und Software, Know-how und Consulting. ge

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3844354

K. A. Schmersal Holding GmbH & Co. KG
Wuppertal
Tel. 0202 6474-0
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