Mobiles Bedienen – aber sicher

Andreas Schenk ist Produktmanager bei der steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG in Löhne www.steute.de

Den Beginn machten Schaltgeräte wie Zug- und Positionsschalter, die ohne Kabel und ohne Batterie nach dem Prinzip des Energy Harvesting arbeiten. Sie erzeugen die Energie, die sie zur Übertragung des Funksignals benötigen, zum Beispiel über ein Solarmodul oder einen robusten elektrodynamischen Energiegenerator. Die Basis dieser Technologie wurde ursprünglich für die Gebäudetechnik entwickelt und bewährt sich dort hervorragend. In Industrie-Applikationen gibt es jedoch Anwendungsfälle, in denen andere Anforderungen gestellt werden, weil z.B. eine hohe Schalthäufigkeit oder die Rücksendung eines Empfangs- bzw. Bestätigungssignals verlangt wird. Aus diesem Grund entwickelte steute die Basistechnologie weiter, und das in mehrfacher Hinsicht und in verschiedene Richtungen, sodass heute ein breites Programm an unterschiedlichen Bauarten von Schaltgeräten zur Verfügung steht, das mit verschiedenen Funkprotokollen kombiniert werden kann.

Unter anderem gehört zu diesem Programm ein energieautarkes Funksystem, das eine extrem robuste und zuverlässige Datenübertragung auf dem 868/915-MHz-Band in Industrieller Umgebung ermöglicht. Dabei wird ein einzelnes, mit einem unverwechselbaren ID-Code geschütztes Funksignal an einen oder mehrere Empfänger übertragen. Die vom Generator erzeugte Energie reicht aus, um ein Funkprotokoll zu verschicken, eine Empfangsbestätigung vom Empfänger zu verarbeiten und das Protokoll bei fehlender Empfangsbestätigung erneut zu senden. Diese Technologie wird auch in Verbindung mit batteriegestützten Systemen angeboten.

Auf den ersten Blick scheint es so, als sei die Nutzung von Batterien statt Energy-Harvesting-Komponenten ein Rückschritt bei dem Ziel, kabellose und energieautarke Schaltgeräte einzusetzen. Aber dieser Eindruck täuscht. Vielmehr entsteht mit der batteriegestützten Funktechnik die Möglichkeit, ein bidirektionales Funksystem aufzubauen, das aufgrund des extrem niedrigen Stromverbrauchs auch mit normalen Batterien jahrelang betriebsbereit ist. Diese Technik ist in der Lage, robuste und zuverlässige Leistung selbst in störanfälligen Funkumgebungen zu liefern. Genau diese Technik hat steute jetzt nocheinmal weiterentwickelt mit dem Ziel, auch sicherheitsgerichtete Signale per Funk zu übertragen. Die Funktechnik mit der Bezeichnung sWave- 2.4-save nutzt die physikalische Schicht des Standards IEEE 802.15.1.

Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit, die u.a. durch das FHSS-Verfahren (Frequency Hopping Spread Spectrum) auf 79 Kanälen und durch das adaptive Frequenzsprungverfahren gewährleistet ist, sowie aufgrund der guten Koexistenz zu anderen Funksystemen eignet sich diese Wireless-Technik insbesondere für den Einsatz in rauen industriellen Umgebungen. Dabei ist das Sender-/Empfänger-Gesamtsystem – wie bei sicherheitsgerichteten Anwendungen erforderlich – grundsätzlich zweikanalig ausgelegt. Das Funkprotokoll bietet neben der Störfestigkeit den Vorteil, dass ein störungsfreier Parallelbetrieb mit anderen Systemen bei hoher Systemdichte möglich ist. Die geringe Sendeleistung unterstützt den störungsfreien Parallelbetrieb zusätzlich. Die EMV-Störfestigkeit ist gewährleistet.

Das erste Schaltgerät, das die sWave-2.4-save-Technologie nutzt, ist ein Fußschalter der Baureihe GFI/GFSI. Diese Schaltgeräte bewähren sich in kabelgebundener Ausführung bereits in verschiedenen Anwendungsfeldern. Sie zeichnen sich aus durch ein ergonomisches Design und eine ermüdungsfreie Betätigung, die u.a. aus der geringen Pedalhöhe resultiert. Zudem sind sie ausgesprochen robust, wozu das Metallgehäuse ebenso beiträgt wie die grundsolide Konstruktion.

In der kabellosen Ausführung wird der Fußschalter als Zustimmschalter vorwiegend an größeren Maschinen und Anlagen eingesetzt. Ein Beispiel: Solange der Maschineneinrichter den Fußschalter gedrückt hält, kann er die Maschine starten und im Einrichtbetrieb fahren oder bei geöffneter Schutztür den Prozess beobachten. Auch beim Programmieren von Robotern bringt diese Betriebsweise Vorteile, ebenso beim Bedienen von Maschinen mit größeren beweglichen Komponenten wie Drahtwickelmaschinen und Pressen sowie beim Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen. Die Funkverbindung wird immer solange aufrechterhalten, wie der Bediener den Fußschalter betätigt. Nur dann ist die Funkstrecke aktiv und benötigt Strom. Diese Energie bezieht der Schalter aus einer aufladbaren Batterie. Dabei ist eine lange Betriebszeit gewährleistet: Das Pedal kann etwa 50 Stunden betätigt werden, bevor die Batterie wieder aufgeladen werden muss. Die Auswertung der Funksignale übernimmt eine kompakte Kombination aus Funkempfänger und Sicherheitsrelaismodul im Schaltschrank. Das aus Funkfußschalter und Empfangseinheit bestehende System ist EG-Baumuster-geprüft und gemäß ISO EN 13849-1 in PL d sowie in SIL 2 nach IEC 62061 eingestuft.

Der Funk-Sicherheitsfußschalter ist das erste Schaltgerät mit dem sWave-2.4-save-Protokoll. Aufgrund der modularen Bauweise soll das Funkprotokoll zukünftig auch in anderen Schalterbauarten genutzt werden. ge

Bei der Einrichtung von Maschinen kommen auch sicherheitsgerichtete Fußschalter zum Einsatz. Das gilt auch für kollaborierende Industrieroboter, die Hand in Hand mit Personen zusammenarbeiten. In einem gemeinsamen Arbeitsprozess unterstützen und entlasten die Roboter den Menschen. Was bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern zu beachten ist:

http://publikationen.dguv.de/ dguv/pdf/10002/bg_bgia_ empf_u001d.pdf

Sicherheits-Fußschalter werden an Maschinen und Anlagen als Zustimmungsschalter eingesetzt, bei denen eine Betätigung von Hand nicht möglich ist und die Not-Halt-Funktion beim Auftreten eines gefährlichen Zustands verfügbar sein muss. Die Komponenten sind außerdem mit einer Schutzhaube versehen. Wird im Gefahrenfall das Pedal über den Druckpunkt hinaus betätigt, wird ein Kontakt geöffnet und mechanisch verriegelt. Die Entriegelung erfolgt über einen Druckknopf. Die Geräte von steute entsprechen IP65. Alle Sicherheits-Fußschalter sind mit dem CE-Zeichen nach der Maschinenrichtlinie gekennzeichnet.