5 Wesentliche Prinzipien für die Sicherung industrieller Maschinen

Maschinensicherung bleibt ein sehr wichtiger Aspekt der Automatisierung und Robotik in der Industrie sowie kommerzieller Automatisierungsnutzung. Maschinen müssen der Ersten Regel der Robotik folgen, wie sie Isaac Asimov vor fast 100 Jahren formulierte („Runaround“, 1942): „Do No Harm“ (Füge keinen Schaden zu). Dieser Satz wird Hippokrates zugeschrieben, der 245 v. Chr. einen medizinischen Eid schuf. Durchdachtes Maschinendesign mit Unterstützung von Sensoren und Steuerungen verhindert, dass Maschinen und Roboter Menschen verletzen – sowohl Bediener als auch zufällige Besucher, die die Gefahr einer Maschine nicht kennen. Wir haben Methoden zum Schutz von Menschen in fünf Schlüsselkategorien organisiert, die hier vorgestellt werden.

1. Mechanische Schutzeinrichtungen

Roboter-Einhausung Sicherheitsabsperrung

Überblick

Mechanische Schutzeinrichtungen sind physische Barrieren, die den Zugang zu gefährlichen Maschinenteilen verhindern. Diese Barrieren können fest, beweglich oder verriegelt sein und sind entscheidend für den Schutz von Arbeitern vor gefährlichen Maschinenelementen.

Typen von Schutzeinrichtungen

• Feste Schutzeinrichtungen: Permanenter Anbau an der Maschine, nicht ohne Werkzeug entfernbar. Sie bieten kontinuierlichen Schutz. Aus massivem Metall, Gitter oder klaren Kunststoffplatten (andernfalls „Zäune“ genannt).
• Bewegliche Schutzeinrichtungen: Können geöffnet oder entfernt werden, um Zugang für Wartung oder Betrieb zu ermöglichen, müssen aber während des Betriebs sicher geschlossen sein.
• Verriegelte Schutzeinrichtungen: Diese schalten die Maschine automatisch ab, wenn sie geöffnet werden, sodass Bediener nicht auf gefährliche Bereiche zugreifen können, während die Maschine läuft.

Häufige Anwendungen

• Fertigung: Feste Schutzeinrichtungen werden häufig an Maschinen wie Sägen und Pressen eingesetzt, um versehentlichen Kontakt mit bewegten Teilen zu verhindern.
• Bauwesen: Bewegliche Schutzeinrichtungen werden oft an Elektrowerkzeugen eingesetzt, um sicheren Betrieb bei gleichzeitigem Zugang für Einstellungen zu ermöglichen.
• Lebensmittelverarbeitung: Verriegelte Schutzeinrichtungen werden häufig in Fördersystemen genutzt, um sicherzustellen, dass Bediener nicht in laufende Equipment greifen können.

Beispiele mechanischer Schutzeinrichtungen in Prozessindustrien

2. Not-Aus-Systeme (E-Stops)

Überblick

Not-Aus-Systeme bieten eine schnelle Möglichkeit, Maschinenbetrieb im Notfall anzuhalten. Diese Systeme sind kritisch für Verletzungsverhütung und Risikominderung bei unvorhergesehenen Ereignissen. Sie bieten eine leicht zugängliche Methode, um die Bewegung einer Maschine sofort zu stoppen.

Schlüsselfeatures

• Positionierung: E-Stops sind strategisch um Maschinen platziert, leicht zugänglich für Bediener. Als Taster oder Seilzug entlang einer Maschine oder eines Förderers.
• Redundante Systeme: Viele Maschinen verfügen über multiple E-Stops, um sicherzustellen, dass im Notfall mindestens einer immer zugänglich ist. Die Kontakte im Schalter sind ebenfalls redundant mit forcierter Sicherheit.
• Fail-Safe-Design: E-Stops sind so designed, dass sie im Fehlerfall in einen sicheren Zustand fallen – bedeutet: bei Fehlfunktion stoppen sie die Maschine, statt sie weiterlaufen zu lassen.

Häufige Anwendungen

• Fertigungsanlagen: E-Stops werden breit in Montagelinien und Schwerlastmaschinen eingesetzt, um Operationen im Notfall schnell zu stoppen.
• Materialhandling: In Fördersystemen können E-Stops Unfälle durch Staus oder Bedienerfehler verhindern.
• Robotik: E-Stops sind essenziell in Umgebungen, wo Roboter und Menschen in enger Nähe arbeiten, um sofortige Einstellung der Roboterbewegung zu gewährleisten, falls nötig.

3. Präsenzmelder (Presence Sensing Devices - PSD)

Überblick

Präsenzmelder detektieren die Anwesenheit von Personen in der Nähe gefährlicher Maschinen und ergreifen geeignete Maßnahmen zur Sicherheitserhöhung. Diese Geräte nutzen verschiedene Technologien wie Infrarot, Laser und Mikrowellensensoren, um den Bereich um die Maschine zu überwachen.

Typen von PSDs

• Lichtvorhänge (Light Curtains): Sicherheitsgeräte, die eine unsichtbare Barriere erzeugen; wird der Strahl unterbrochen, stoppt die Maschine.
• Laserscanner: Diese Geräte erstellen eine 2D- oder 3D-Karte des Arbeitsbereichs, detektieren menschliche Präsenz und stellen sicher, dass Maschinen nur operieren, wenn es sicher ist.
• Näherungssensoren: Detektieren Anwesenheit von Bedienern oder Objekten nahe der Maschine und können Abschaltungen oder Verlangsamungen triggern.

Häufige Anwendungen

• Automatisierte Fertigung: Lichtvorhänge werden extensiv um Roboterarme eingesetzt, um Bediener am Betreten gefährlicher Bereiche zu hindern.
• CNC-Maschinen und Abkantpressen: Eine Hauptapplikation von Sicherheitslichtvorhängen ist der Bereich vor und hinter einer Abkantpresse, um zu verhindern, dass die Presse schließt, während ein menschlicher Körperteil nahe dem Presspunkt ist.
• Textilindustrie: Laserscanner helfen sicherzustellen, dass Arbeiter nicht im Pfad bewegter Maschinen sind.
• Verpackung und Versand: Sicherheitslichtvorhänge (PSDs) werden oft für robotische Palletizing-Systeme genutzt, um Arbeiter vor Roboterbewegungen zu schützen. Sicherheitslaserscanner (LIDARs) sind eine weitere Option für Palletizing-Schutz. Näherungssensoren in Verpackungsmaschinen verhindern Verletzungen durch Detektion der Bedienerpräsenz, bevor Maschinen oder Roboter operieren dürfen.

4. Sicherheitsverriegelungen (Safety Interlocks)

Überblick

Sicherheitsverriegelungen sind Geräte, die Maschinenbetrieb unter unsicheren Bedingungen verhindern. Sie stellen sicher, dass Maschinen nur betrieben werden können, wenn bestimmte Sicherheitsbedingungen erfüllt sind – was Unfallrisiko reduziert.

Typen von Verriegelungen

• Mechanische Verriegelungen: Verhindern physisch den Betrieb, wenn ein Schutz entfernt oder nicht korrekt positioniert ist.
• Elektrische Verriegelungen: Nutzen elektrische Signale, um Maschinenbetrieb zu verhindern, bis Sicherheitskriterien erfüllt sind.
• Software-Verriegelungen: Basieren auf programmierten Sicherheitsprotokollen innerhalb der Maschinensteuerung für sicheren Betrieb.

Häufige Anwendungen

• Spritzguss: Verriegelungen verhindern Maschinenbetrieb, wenn Sicherheitsabdeckungen nicht an Ort und Stelle sind – Schutz der Bediener bei Formenwechsel.
• Robotik: Werden genutzt, um sicherzustellen, dass Roboter nicht operieren können, außer alle Sicherheitsbedingungen sind erfüllt – wie korrekte Platzierung im Arbeitsbereich.
• Pressenbetrieb: Sicherheitsverriegelungen stellen sicher, dass Pressen nicht operieren können, außer der Bediener ist korrekt und sicher positioniert, fern von der Gefahrenzone.

5. Maschinensicherungs-Controller