Gefahrstellen in der Metallbearbeitung absichern: Presse, Biegeanlage, Walzwerk, Säge und Roboterzelle

An einer Stanze, einer Biegeanlage oder einer Säge muss Material hinein und das Teil wieder heraus, oft im Takt und oft von Hand. Zugleich soll niemand in das Werkzeug, in die Biegezone oder in den Bereich eines Roboters gelangen, solange sich dort etwas bewegt. Dieser Leitfaden richtet sich an Instandhaltungsleiter, Betriebsingenieure und Sicherheitsfachkräfte des Betreibers sowie an Bauer von Pressen, Biege-, Beschichtungs- und Walzanlagen. Er geht die Maschinen der Metallbearbeitung nacheinander durch und zeigt, welche Art von Schutzeinrichtung in dokumentierten Anwendungen an Öffnung, Fläche und Tür vorgesehen ist. Welche Geräteart grundsätzlich wofür in Frage kommt, erklärt bereits der Beitrag zur Sensorik rund um den Verpackungsroboter. Zum Stand der Fälle: Zwei Installationen mit KEYENCE Geräten sind im Einsatz, zwei Erprobungen haben ein dokumentiertes Ergebnis, alle übrigen Fälle sind Anfragen, Konzepte und Planungen. Kennwerte nennt dieser Beitrag bewusst nicht. Sicherheitsfunktion, Feldgrößen und Abstände ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Metallbearbeitung liegt die Gefahrstelle meist dort, wo das Werkstück in den Prozess eintritt oder ihn verlässt, und der Zugang für Material und Bedienung muss offen bleiben, während Personen draußen bleiben, solange eine gefährliche Bewegung stattfindet.
Die Benutzerhandbücher der Sicherheitslichtvorhänge schließen Maschinen mit unregelmäßigen Abbremszeiten und Hochleistungspressen mit Rotationskupplungen aus, welche Presse in Frage kommt, klären Anleitung und Risikobeurteilung der jeweiligen Maschine.
Ist die Fläche frei und von mehreren Seiten zugänglich, spricht vieles für einen Scanner, an langen Linien mit festen Einbauten ist der Lichtvorhang oft die einfachere Lösung, wobei Lage, Feldgrößen und Abstände sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage ergeben.
Laut Benutzerhandbuch erkennt ein Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V Partikel in der Luft wie Staub, Spritzer oder Feuchtigkeit, deshalb gehören Zunder, Dampf, Fremdlicht und die Reinigung der Fenster früh in die Planung.
Laut den Anleitungen ist keine der genannten Modellreihen für explosionsgefährdete Umgebungen vorgesehen, Beschichtungsanlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen scheiden damit aus.

Material muss durch, der Mensch nicht: was an Metallbearbeitungsmaschinen abgesichert wird

In der Metallbearbeitung liegt die Gefahrstelle meist dort, wo das Werkstück in den Prozess eintritt oder ihn verlässt: am Werkzeugraum einer Stanze, in der Biegezone, an der Einzugsstelle vor Walzen, im Schwenkbereich eines Roboters oder Manipulators, am Sägebereich einer langen Linie. Die Maschine muss trotzdem beschickt, gerüstet und gewartet werden. Fast alle Anfragen drehen sich deshalb um dieselbe Frage: Wie bleibt der Zugang für Material und Bedienung offen, während Personen draußen bleiben, solange eine gefährliche Bewegung stattfindet?

Von einer Montagezelle oder einer Förderstrecke unterscheiden sich diese Maschinen in drei Punkten. Die Anleitungen der Sicherheitslichtvorhänge schließen bestimmte Pressen ausdrücklich aus. Späne, Funken, Zunder und Stanzteile können aus dem Prozess herausfliegen, und davor schützt ein Lichtvorhang nicht. Außerdem gehören Öl, Dampf, Staub, Hitze und Fremdlicht in vielen Hallen zum Alltag.

Presse, Stanze und Biegeanlage: Öffnung, Handarbeitsplatz und Biegezone

An Stanzen und Blechanlagen ist in den dokumentierten Anwendungen meist ein Lichtvorhang an der Öffnung vorgesehen, durch die Blech eingelegt oder Teile entnommen werden. In einem Betrieb ist ein Kleiner und robuster Sicherheitslichtvorhang der Modellreihe GL-V aus einem früheren Projekt im Einsatz. Für die Stanzanlage eines Maschinenbauers sind mehrere Lichtvorhänge dieser Modellreihe geplant. In einer Blechverarbeitungsanlage, die bisher hinter einem Zaun stand, soll künftig ein Sicherheitslichtvorhang der Modellreihe GL-V den Zugang absichern; dort sind lange Kabelwege einzuplanen.

Biegeanlagen bringen Handarbeit mit. In Anlagen für Blechteile an mehreren Standorten sind manche Linien vollautomatisch, an anderen stehen Handarbeitsplätze vor den Walzen. Die Anforderung lautet dort, den Zugriff in den Einzugsbereich an diesen Arbeitsplätzen zu verhindern; die Projekte sind in Planung. Für eine Blechbiegeanlage, die auch ein Roboter bedienen kann, sind mehrere Sicherheits-Laserscanner der Modellreihe SZ-V geplant, um den Bereich abzudecken, in dem auch der Roboter arbeitet.

Was die Anleitung ausschließt: Pressen mit Rotationskupplung und herausfliegende Teile

Bevor ein Lichtvorhang an einer Presse eingeplant wird, gehört die Anleitung auf den Tisch. Das Benutzerhandbuch des Sicherheitslichtvorhangs der Modellreihe GL-R schließt Maschinen mit unregelmäßigen Abbremszeiten und Hochleistungspressen mit Rotationskupplungen aus; die Maschine muss in jeder Phase des Arbeitszyklus anhalten können. Die Anleitung des GL-V enthält dieselbe Einschränkung. Welche Presse in Frage kommt, ist deshalb keine Frage dieses Beitrags, sondern der Anleitung und der Risikobeurteilung der jeweiligen Maschine.

Die zweite Grenze betrifft alles, was fliegt. Laut Benutzerhandbuch bietet der GL-R keinen Schutz gegen Objekte, die aus dem Gefahrenbereich austreten; dafür sind zusätzliche Schutzvorrichtungen nötig. In der Metallbearbeitung sind das Späne an der Werkzeugmaschine, Stanzteile und Butzen, Funken und Spritzer an Schweiß- und Beschichtungszellen oder Zunder an der Schmiedepresse. Hauben, Gitter und Türen bleiben dort Teil des Konzepts, der Lichtvorhang sichert die Öffnung, durch die gearbeitet wird.

Eine dritte Einschränkung betrifft den Start. Der GL-R kann laut Anleitung nicht verwendet werden, um die Maschine automatisch zu starten. Ein GL-R, der nach dem Einlegen den Hub auslöst, gehört also nicht zu den beschriebenen Anwendungen. Der Start bleibt eine eigene Funktion der Maschine.

Lichtvorhang oder Laserscanner? Zwei Fälle, zwei Antworten

An einer Umformanlage hätten Lichtvorhänge in mehreren, unterschiedlich ausgerichteten Paaren montiert werden müssen, um alle Zugänge zu erfassen. Dem Betreiber war das zu aufwendig. Die Idee ist nun ein Sicherheits-Laserscanner, der die Fläche von wenigen Metern Kantenlänge vor der Anlage überwacht. Ähnlich ist eine Planung für Stanzen, die von beiden Seiten zugänglich sind: Scanner statt Lichtvorhang und Zaun. Ob die Erschütterungen an der Stanze den Einsatz beeinflussen, ist dort noch offen und wird vor der Auslegung geklärt.

An der Sägelinie eines Stahlherstellers fiel der Vorschlag umgekehrt aus, zugunsten eines Lichtvorhangs. Ein Scanner wäre denkbar, doch im Bereich stehen viele feste Einbauten, die die Fläche verstellen und die Planung der Felder aufwendig machen. Die Risikobeurteilung erstellt der Betreiber dort selbst.

Aus beiden Fällen lässt sich eine Faustregel ableiten. Ist die Fläche frei und von mehreren Seiten zugänglich, spricht vieles für einen Scanner. Ist die Linie lang, mit festen Einbauten und klar begrenzten Zugängen, ist der Lichtvorhang oft die einfachere Lösung. Lage, Feldgrößen und Abstände ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage.

Roboterzelle und Werkzeugmaschine: beschicken, während niemand im Bereich ist

Wird eine Zerspanungsmaschine vollständig automatisiert, kommen Fläche und Öffnung zusammen. Vorgeschlagen wurden in einem solchen Fall ein Bereichsscanner für die Roboteranlage und ein Lichtvorhang. Für eine Beschichtungszelle, in der zwei Roboter Metallteile per Laserauftrag beschichten, sind zwei Sicherheits-Laserscanner geplant.

Eine Anfrage zu einer Poliermaschine zeigt, wo die Grenzen der Zusammenarbeit liegen. Ein Cobot legt Kolbenstangen in Kisten und schiebt volle Kisten über eine Rollenbahn; dafür braucht er mehr Kraft, als er laut Anfrage haben dürfte. Dieser Schritt soll nur laufen, wenn niemand im Bereich steht; ein Lichtgitter kommt dort nicht in Frage, gedacht ist an einen Scanner über dem Bereich. Ob eine Zelle ohne trennende Schutzeinrichtung laufen darf, entscheidet die Risikobeurteilung, nicht die Kinematik. Für eine veränderliche Roboterzelle in einem Blechbetrieb ist eine Sicherheitssteuerung der Modellreihe GC vorgesehen, die mehrere Geräte auswertet. Wie der Roboter sein Teil findet, beschreibt der Beitrag zur Roboterbeladung von Werkzeugmaschinen.

Walzwerk, Säge, Schmiede und Gießerei: lange Linien, feste Einbauten, heißes Material

In einem Schmiedebetrieb steht ein neuer Manipulator an einer Presse. Dort wurde ein Sicherheits-Laserscanner erprobt, mit Blick in einen offenen Ofen und auf glühendes Material, das herausgefahren wird. Der Betrieb bewertete den Test als gelungen; das Ergebnis gilt für die Bedingungen der Erprobung. Eignung und Anordnung an der Anlage ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage, und die Wärmebelastung ist vorab am Benutzerhandbuch zu prüfen. In einem anderen Schmiedebetrieb legt ein Roboter geschmiedete und abgekühlte Teile in Boxen; für diesen Abschnitt sind Sicherheitslichtvorhänge geplant.

In einer Gießerei sind an einer Gieß- und Formanlage Sicherheitslichtvorhänge der Modellreihe GL-R installiert, vom Betreiber selbst montiert und verdrahtet; weitere Paare sind geplant. Bei der Automatisierung einer Kernfertigung ist ein Scanner geplant, und eine Ecke des Bereichs muss zusätzlich erfasst werden.

An Profilsägen muss das Produkt durch die Öffnung. In einem Konzept für eine Säge für Aluminiumprofile war deshalb vorgesehen, den Lichtvorhang zu muten, wenn das Profil ankommt. Muting setzt die Sicherheitsfunktion vorübergehend aus; die zusätzlichen Schutzmaßnahmen, die dann nötig sind, ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage. Für eine Zelle in einem Walzwerk soll ein Sicherheitsschalter der Modellreihe GS getestet werden. Für Wicklerwagen in einem Kabelwerk plant ein Anlagenbauer mehrere Scanner je Anlage.

Zunder, Dampf und Schmutz: Umgebung früh in die Planung nehmen

Die Anleitungen sind bei der Umgebung deutlich. Laut Benutzerhandbuch erkennt der SZ-V Partikel in der Luft, etwa Staub, Spritzer oder Feuchtigkeit. Als Abhilfe nennt es, das Eindringen von Partikeln in die Schutzzone zu verhindern und ein verschmutztes Fenster zu reinigen. Starkem Rauch, feinem Staub und ätzenden chemischen Substanzen soll der Scanner nicht ausgesetzt werden. Für den GL-R nennt die Anleitung direktes Sonnenlicht und Licht von Inverter-Leuchtstofflampen als Einsatzgrenzen. Laut den Anleitungen ist keine der genannten Modellreihen für explosionsgefährdete Umgebungen vorgesehen; Beschichtungsanlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen scheiden damit aus.

Bei einer Erprobung in der neuen Fertigungshalle eines Maschinenbauers, mit Verschmutzung und Fremdlicht, funktionierte ein GL-R. Auch dieses Ergebnis gilt nur für die Bedingungen der Erprobung. Für die Planung helfen einige Fragen:

Wo entstehen Dampf, Zunder und Spritzer, und liegen sie im Feld oder davor?
Wo fällt Licht von Öfen, Hallentoren oder Leuchten auf Sender und Empfänger?
Wie kommt die Instandhaltung an Fenster und Erkennungsflächen, um sie regelmäßig zu reinigen?
Welche Wärme erreicht das Gerät am Einbauort, geprüft am Benutzerhandbuch?

Klappen, Hauben und Schutztüren an der Maschine

Bei der Modernisierung einer älteren Schweißanlage in einem Stahlwerk umfasst das Sicherheitskonzept Zäune, zwei Schutztüren mit Zuhaltung und mehrere Hubtore. Laut Benutzerhandbuch lässt sich mit einem Sicherheitsschalter der Modellreihe GS mit Zuhaltung und einer sicherheitstechnischen Steuerung das Öffnen einer Tür während des gefährlichen Betriebs verhindern; die Modellreihe kann auch zum Schutz von Fertigungsprozessen eingesetzt werden. An Türen und Klappen aus Stahl gilt ein Hinweis aus der Anleitung der berührungslosen Bauform: Metall in der Umgebung kann den Erkennungsabstand beeinträchtigen, daher wird nach der Installation geprüft.

Häufige Fragen

F Darf ein Sicherheitslichtvorhang an jeder Presse eingesetzt werden?

Nein. Die Benutzerhandbücher der Modellreihen GL-R und GL-V schließen Maschinen mit unregelmäßigen Abbremszeiten und Hochleistungspressen mit Rotationskupplungen aus. Welche Presse in Frage kommt, klären Anleitung und Risikobeurteilung der jeweiligen Maschine.

F Schützt ein Lichtvorhang vor Spänen, Funken oder Stanzteilen?

Nein. Laut Anleitung bietet der GL-R keinen Schutz gegen Objekte, die aus dem Gefahrenbereich austreten. Dafür braucht es zusätzliche Schutzvorrichtungen wie Hauben, Gitter oder Türen.

F Lichtvorhang oder Sicherheits-Laserscanner an einer Umformanlage?

In dokumentierten Anwendungen spricht eine freie Fläche mit Zugängen aus mehreren Richtungen für einen Scanner, weil sonst mehrere Lichtvorhangpaare nötig wären. An langen Linien mit vielen festen Einbauten ist der Lichtvorhang oft einfacher. Lage, Feldgrößen und Abstände ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage.

F Arbeitet ein Sicherheits-Laserscanner neben Zunder, Dampf und Staub?

Laut Benutzerhandbuch erkennt der SZ-V Partikel in der Luft wie Staub, Spritzer oder Feuchtigkeit, und starker Rauch oder feiner Staub sind zu vermeiden. Eine Erprobung an einem Schmiedemanipulator verlief gut, sagt aber nur, dass das Gerät unter diesen Bedingungen erkannt hat. Einbauort, Reinigung und Wärmebelastung gehören deshalb früh in die Planung.

F Wer legt Feldgröße und Abstände fest?

Nicht das Gerät und nicht dieser Beitrag. Sicherheitsfunktion, Feldgrößen und Abstände ergeben sich aus der Risikobeurteilung und der Validierung der Anlage, die Hersteller und Betreiber der Maschine verantworten.

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