Gefahrstellen an Maschinen und Anlagen absichern: welche Schutzeinrichtung an welche Öffnung, Fläche und Tür gehört
An einer Stanze wird Blech eingelegt, eine Palette fährt über die Rollenbahn in einen automatisierten Bereich, ein Werker öffnet die Tür einer Zelle, um nachzurüsten. An jeder dieser Stellen muss Material oder ein Mensch an die Maschine heran, und an jeder soll niemand in eine gefährliche Bewegung gelangen. Die Geräte, mit denen das geschieht, sind über die Branchen hinweg dieselben. Verschieden sind die Gefahrstelle, der Weg der Ware und die Frage, wer die Anlage baut und wer sie betreibt.
Diese Seite ordnet die Schutzeinrichtungen den Gefahrstellen zu, nennt die Grenzen aus den Anleitungen und verweist je Branche auf vertiefende Leitfäden. Die Beispiele dort stammen aus dokumentierten Anwendungen. Welche Sicherheitsfunktion eine Gefahrstelle braucht, wie groß ein Feld ist, welche Abstände gelten und wie schnell die Maschine anhalten muss, ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage. Daran ändert keiner der folgenden Abschnitte etwas.
Wichtige Punkte im Überblick
- Ein Lichtvorhang sichert eine Öffnung, ein Laserscanner eine Fläche oder eine bewegliche Gefahrstelle, ein Sicherheitsschalter eine Schutztür oder Klappe, und eine Sicherheitssteuerung wertet mehrere Geräte gemeinsam aus.
- Sicherheitsfunktion, Feldgröße, Abstände und Ansprechverhalten ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage, nicht aus dem Gerät.
- Ein Sicherheitsgerät meldet keine Belegung, Stapelhöhe oder Überstand, und keine Kamera übernimmt eine Sicherheitsfunktion.
- Laut Anleitung schützt ein Lichtvorhang nicht gegen herausfliegende Teile und ist weder für Hochleistungspressen mit Rotationskupplung noch zum Anhalten von Fahrzeugen vorgesehen.
- Die Leitfäden des Hubs trennen sich an der Frage, wo die Gefahrstelle liegt und wer sie baut: Maschinenbau, Materialfluss oder Metallbearbeitung.
Öffnung, Fläche, Tür, Auswertung: welche Schutzeinrichtung wohin gehört
Ein Lichtvorhang sichert eine Öffnung: die Einlegestelle einer Stanze, den Handarbeitsplatz an einer Montagestation, den Zugang zu einer Zelle oder den Durchgang, durch den eine Palette fährt. Der Sicherheitslichtvorhang der Modellreihe GL-R und der Kleine und robuste Sicherheitslichtvorhang der Modellreihe GL-V sind dafür die beiden Bauformen. Beide gibt es laut Katalog je nach Typ mit einer Auflösung von ø14 mm (Fingerschutz), ø25 mm (Handschutz) oder ø45 mm (Körperschutz), und die Kataloge führen beide Modellreihen mit Type 4, SIL3 und PL e. Das sind Kennwerte des Geräts; welches Niveau die Sicherheitsfunktion erreichen muss, ergibt sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage.
Ein Laserscanner überwacht eine Fläche. Er kommt in Betracht, wo ein Bereich von mehreren Seiten zugänglich ist, wo ein Zaun Wege versperren würde oder wo sich die Gefahrstelle selbst bewegt. Der Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V ist laut Benutzerhandbuch auch für den mobilen Einsatz an einem fahrerlosen Transportsystem beschrieben. Seine Schutzzonen lassen sich laut Katalog mit maximal 8,4 m im Radius programmieren; dieser Wert gilt laut technischen Daten im Standardmodus, bei kleinerer erkennbarer Objektgröße ist die maximale Schutzzone kleiner.
Ein Sicherheitsschalter sitzt an einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung, also an Schutztür, Klappe oder Haube. Der Sicherheitsschalter der Modellreihe GS ist berührungslos oder mit Zuhaltung erhältlich, der Sicherheitsschalter der Modellreihe GS-M ist eine weitere Bauform. Die Sicherheitssteuerung der Modellreihe GC schließlich wertet mehrere dieser Geräte in einer Maschine gemeinsam aus.
Wie Schutzfeld und Warnfeld um einen Roboter angeordnet werden, zeigt der Beitrag zur Sensorik rund um den Verpackungsroboter. Die Absicherung am Linienende beschreibt der Beitrag zur Roboter-Palettierung, die Stufen vom Handarbeitsplatz bis zur verketteten Linie der Beitrag zu Automatisierungsstufen in der Elektronikfertigung. Eine Station nach dem Neustart erst freizugeben, wenn niemand darin ist, kommt im Leitfaden zu Robotik und Bildverarbeitung in der Batteriefertigung vor.
Sicherheitsfunktion oder Erkennungsaufgabe
Nicht jeder Sensor an einer Gefahrstelle ist eine Schutzeinrichtung, und nicht jede Schutzeinrichtung übernimmt Erkennungsaufgaben. Ein Sicherheitsgerät hält eine gefährliche Bewegung an oder verhindert ihren Start. Ob ein Stellplatz belegt ist, wie hoch ein Stapel ist oder ob Ladung übersteht, meldet es nicht; das sind Erkennungsaufgaben für Sensoren ohne Sicherheitsfunktion.
Umgekehrt übernimmt keine Kamera, kein Bildverarbeitungssystem und kein messendes Lichtgitter eine Sicherheitsfunktion. In vielen Planungen stehen beide Arten von Geräten nebeneinander, etwa eine Palettenerkennung neben dem Lichtvorhang am selben Durchgang. Wer sie im Konzept getrennt aufführt, vermeidet, dass ein Erkennungssensor stillschweigend eine Schutzaufgabe bekommt.
Was die Anleitungen ausschließen
Die Benutzerhandbücher nennen Grenzen, die vor jeder Auswahl stehen. Laut den Anleitungen ist keine der genannten Modellreihen für explosionsgefährdete Umgebungen vorgesehen. Für den Außenbereich sind die Geräte laut Anleitung nicht vorgesehen, es sei denn nach vorheriger Abstimmung mit KEYENCE. Ein Lichtvorhang bietet keinen Schutz gegen Teile, die aus dem Gefahrenbereich herausfliegen; dafür bleiben Hauben, Gitter oder Türen nötig. Die Benutzerhandbücher von GL-R und GL-V schließen Hochleistungspressen mit Rotationskupplungen und Maschinen mit unregelmäßigen Abbremszeiten oder Nachlaufzeiten aus. Als PSDI zum automatischen Maschinenstart kann der GL-R laut Anleitung nicht verwendet werden. Beide Anleitungen schließen außerdem aus, mit dem Lichtvorhang Züge, Autos und andere Transportfahrzeuge zu kontrollieren, etwa ihre Vorwärtsbewegung zu stoppen; an einer Übergabe hält er die Förderstrecke oder die Station an, nicht das Fahrzeug. Dichter Rauch, Feinstaub und starkes Interferenzlicht wie direktes Sonnenlicht am Einbauort gehören laut Anleitung ebenfalls früh in die Planung.
Wo liegt die Gefahrstelle, und wer baut sie?
Die drei Leitfäden dieses Hubs trennen sich an einer Frage: Wo liegt die Gefahrstelle, und wer baut sie? Ist es eine Maschine der Metallbearbeitung, also Presse, Biegeanlage, Säge, Walzwerk oder die beschickte Werkzeugmaschine, gehört sie in den Leitfaden zur Metallverarbeitung. Liegt sie im Materialfluss, an Förderstrecke, Durchgang, Übergabe oder Lager, gehört sie zu Logistik und Lager. Geht es um die Schutzeinrichtung als Baugruppe einer Maschine, die ein Maschinenbauer konstruiert und als Baureihe fertigt, ist der Leitfaden zum Maschinenbau zuständig. Ein Bauer von Pressen findet seine Gefahrstelle deshalb im Leitfaden zur Metallverarbeitung, die Frage nach einem einheitlichen Standard für seine Baureihe dagegen im Maschinenbau. Eine Presse oder Montagezelle am Förderband gehört zur Maschine, nicht zum Materialfluss.
Normen und die Maschinenverordnung bilden dabei den Rahmen, in dem der Hersteller der Maschine und der Betreiber arbeiten. Dieser Hub erklärt sie nicht und ersetzt keine Risikobeurteilung; er zeigt, welche Planungsfragen in der Praxis auftauchen und wann sie gestellt werden sollten.
Maschinenbau und OEM: die Schutzeinrichtung als Teil der Maschine
Für den Maschinenbauer ist die Schutzeinrichtung eine Baugruppe wie jede andere. Sie steht im Lastenheft, braucht Bauraum, Halter und Kabelwege und muss an die Maschinensteuerung angebunden werden; je später sie festgelegt wird, desto teurer wird jede Änderung. Der Leitfaden „Schutzeinrichtungen in der Maschinenkonstruktion einplanen: Lichtvorhang, Laserscanner und Sicherheitsschalter aus Sicht des Maschinenbauers" folgt den Entscheidungen vom Lastenheft über das Layout bis zur Bedieneranzeige und zum Nachrüsten. Wie Schutztüren und Klappen ausgestattet werden, vertieft „Schutztür und Klappe absichern: Sicherheitsschalter berührungslos oder mit Zuhaltung in der Maschine auswählen". Wer viele Geräte über eine ganze Baureihe zusammenführt, findet die Auswertung in „Sicherheitssteuerung in Maschine und Baureihe: mehrere Schutzeinrichtungen auswerten und an die Maschinensteuerung anbinden".
Logistik und Lager: Ware durch, Mensch nicht
Im Materialfluss liegt die Gefahrstelle selten an einer einzelnen Maschine, sondern am Durchgang: an der Rollenbahn in einen automatisierten Bereich, am Stapelauslauf, an der Übergabe an Stapler oder FTS, an der Tür zum Shuttle- oder Hochregallager. Die Öffnung bleibt für die Ware frei und für Menschen gesperrt, solange dahinter etwas läuft. Der Leitfaden „Absicherung im Materialfluss: Förderstrecken, Lager und Übergabestellen, an denen Ware durch muss und Menschen nicht" geht die Halle von der Förderstrecke bis zum Lager ab. Wie ein Durchgang mit Muting geplant wird, beschreibt „Muting am Paletten- und Förderdurchgang: Eingang, Auslauf und Übergabe planen". Wo Fahrzeug und Anlage aufeinandertreffen, setzt „Übergabestellen und Wechselplätze im Materialfluss: Stapler, FTS, Tor und Wagenwechsel absichern" an.
Metallverarbeitung: Presse, Säge, Walzwerk und beschickte Zelle
In der Metallbearbeitung tritt das Werkstück am Werkzeugraum, in der Biegezone, an der Einzugsstelle vor Walzen oder am Sägebereich in den Prozess ein, oft im Takt und oft von Hand. Hier wirken die Grenzen aus den Anleitungen besonders direkt: Hochleistungspressen mit Rotationskupplung, herausfliegende Späne und Stanzteile, dazu Zunder, Dampf und Fremdlicht. Der Leitfaden „Gefahrstellen in der Metallbearbeitung absichern: Presse, Biegeanlage, Walzwerk, Säge und Roboterzelle" geht die Maschinen nacheinander durch. „Zugangsschutz an Presse, Stanze und Biegeanlage: Lichtvorhang, Laserscanner und die Grenzen laut Anleitung" beginnt mit dem, was die Anleitung ausschließt. „Zugangsschutz an der automatisierten Werkzeugmaschine: Roboterzelle, Cobot und Beschickung in der Metallbearbeitung" behandelt Fläche und Öffnung an der automatisierten Zelle.
Häufige Fragen
F Lichtvorhang oder Laserscanner: was passt wann?
A
Ein Lichtvorhang passt an eine klar begrenzte Öffnung, durch die gearbeitet oder Material zugeführt wird. Ein Laserscanner passt zu einer Fläche, die von mehreren Seiten zugänglich ist, oder zu einer beweglichen Gefahrstelle. Feste Einbauten im Bereich sprechen eher für den Lichtvorhang, viele Zugänge eher für den Scanner. Entschieden wird an der einzelnen Stelle.
F Was ist Muting, und welche Bedingungen gelten dafür?
A
Muting setzt die Sicherheitsfunktion automatisch vorübergehend aus, während Muting-Geräte wie Sensoren oder Schalter die Ware erkennen und ein Signal geben; so kann Ware einen abgesicherten Durchgang passieren. Im Benutzerhandbuch des Sicherheits-Laserscanners heißt die Funktion Muting, im Handbuch des GL-R Deaktivierungsfunktion. Beide verlangen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen und nennen Bedingungen für die Installation: Die Funktion darf sich nicht aktivieren lassen, solange während des Betriebs Gefahr besteht oder wenn eine Person in die Schutzzone oder den Erkennungsbereich gelangt, und nur verantwortliche Mitarbeiter dürfen die Muting-Geräte installieren oder ausrichten. Welche Maßnahmen an einem Durchgang gelten, etwa eine Muting-Lampe, ergibt sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage.
F Wer legt Abstände und Feldgröße fest?
A
Nicht das Gerät und nicht der Lieferant. Abstände, Feldgröße und Ansprechverhalten ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage, die Hersteller der Maschine oder Betreiber verantworten. Das Gerät liefert die Funktion, die Auslegung entsteht im Projekt.
F Ersetzt ein Lichtvorhang den Schutzzaun?
A
An einer Öffnung kann er einen Abschnitt des Zauns ersetzen, wenn dort gearbeitet oder Material zugeführt wird. Gegen herausfliegende Teile schützt er laut Anleitung nicht, dort bleiben trennende Schutzeinrichtungen nötig. Ob und wo ein Zaun entfallen kann, ist eine Frage der Risikobeurteilung.
F Darf ein Sicherheitsgerät auch die Belegung eines Platzes melden?
A
Das ist nicht seine Aufgabe. Ein Sicherheitsgerät hält eine gefährliche Bewegung an. Belegung, Stapelhöhe oder Überstand erfasst ein Sensor ohne Sicherheitsfunktion, getrennt im Konzept aufgeführt. Umgekehrt übernimmt kein Erkennungssensor und keine Kamera die Aufgabe einer Schutzeinrichtung.
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