Evolution eines Klassikers

Elektromechanisch oder berührungslos? Der Maschinenbauer hat die Wahl, wenn er nach einem Sicherheits-Schaltgerät zur Stellungsüberwachung von Schutztüren sucht. Im Bericht gibt einer der Weltmarktführer seine Empfehlungen.

Ursprünglich wurde die Überwachung der Schutztüren von Maschinen und Anlagen − eine geradezu klassische Aufgabe der Sicherheitstechnik −, fast ausschließlich mit elektromechanischen Sicherheitsschaltern gelöst. Ein typischer, besonders erfolgreicher Vertreter dieser sicherheitsgerichteten Schaltgeräte ist der AZ 16, von dem schon mehrere Millionen Exemplare produziert worden sind. Hersteller ist einer der Weltmarktführer in der Sicherheitstechnik: die 1945 von den Brüdern Kurt Andreas und Ernst Schmersal gegründete Schmersal Gruppe.

Der heutige Erfolgsproduzent aus Wuppertal sieht in der Kombination von AZ 16 mit einer entsprechenden sicheren Auswertung nach wie vor eine sehr kostengünstige Lösung, die auch nach der EN ISO 13849-1:2006 bei Beachtung der geforderten Fehlerausschlüsse (s. a. EN 1088) den Einsatz bis Kategorie 3/ PL d ermöglicht.

Spannbreite vom AZ 16 über BNS 16 bis CSS 16

Sicherheitsschalter mit einem getrennten Betätiger finden Anwendung bei seitlich verschiebbaren, drehbaren und abnehmbaren Schutzeinrichtungen, die geschlossen sein müssen, um die erforderliche Betriebssicherheit zu gewährleisten. Dipl.-Ing. Gerd Lausberg, Leiter Produktmanagement, K.A. Schmersal erklärt: „Diese Sicherheitsschalter kommen bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen die gefahrbringende Bewegung rechtzeitig zum Stillstand gebracht werden kann.“

Bei Applikationen, bei denen mit einem Nachlauf gerechnet werden muss und die gefahrbringende Bewegung nur mit einer Verzögerung zu stoppen ist, reicht die Absicherung mittels eines Sicherheitsschalters alleine nicht aus. Hier bietet die Schmersal Gruppe die Kombination aus AZ 16 und einer Magnetzuhaltung an, z. B. den bewährten AZM 161.

Allerdings steht den Konstrukteuren auch ein alternatives Prinzip zum AZ 16 zur Verfügung: die berührungslose Stellungsüberwachung von Schutztüren mit Sicherheitssensoren auf Magnetschalterbasis. Schon vor fünf Jahren hat die Schmersal Gruppe auf Basis des AZ 16 einen bauähnlichen Magnetschalter entwickelt, der sich einfach gegen den AZ 16 austauschen lässt: den BNS 16.

„Die kostengünstige berührungslose Alternative auf Magnetbasis bietet mehrere Vorteile“, erläutert Gerd Lausberg in Bezug auf den BNS 16 und zählt auf: „Zunächst einmal wird hierbei eine hohe Lebensdauer erreicht, weil der mechanische Verschleiß entfällt. Des Weiteren sind diese Schalter auf Grund ihres Wirkprinzips unempfindlich gegen Verschmutzung, was sie für den Einsatz in der Nahrungsmittelproduktion prädestiniert.“ Auch erleichtere, so Gerd Lausberg, der kompakt ausgeführte Betätiger den immer mehr an Bedeutung gewinnenden verdeckten Einbau.

Die Sicherheit wird bei besagten Schaltern durch eine magnetische Kodierung erreicht, so dass eine Betätigung mit handelsüblichen Magneten nicht möglich ist. Weitere Vorteile gegenüber der elektromechanischen Variante sind die geringere Verletzungsgefahr und der erweiterte Toleranzbereich bei horizontalem und vertikalem Versatz. „Ein baumustergeprüfter Sicherheitssensor wie der BNS 16 erreicht in Verbindung mit einer sicheren Auswertung sogar die Kategorie 4 / PL e“, betont man bei der Schmersal Gruppe. Allerdings sind dem Einsatz der sicherheitsgerichteten Magnetschalter auch Grenzen gesetzt, weil es prinzipbedingte Einschränkungen im Hinblick auf Schaltabstand und Kodierung gibt.

Sicherheitssensor mit innovativem Wirkprinzip

Aus diesem Grund suchte die Schmersal Gruppe nach einem neuen Wirkprinzip für Sicherheitssensoren und evaluierte verschiedene Technologien im Hinblick auf ihre Vorteile und die Einsatzfähigkeit im industriellen Umfeld. Dabei konnte man auf umfassendes Know-how zurückgreifen − immerhin gehörte die in Wuppertal-Nächstebreck ansässige Unternehmensgruppe in den 1970er Jahren weltweit zu den ersten Herstellern von induktiven Näherungsschaltern und produziert diese Sensoren bis heute in hohen Stückzahlen. Auch andere Sensortechnologien wie z. B. magnetostriktive und optoelektronische Verfahren gehören zum Entwicklungs- und Fertigungsspektrum des Hauses. Die Entwickler entschieden sich für das Puls-Echo-Verfahren, bei dem eine Spule im Sensor ein Signal aussendet, das vom Ziel erkannt, umgewandelt und zurückgesandt wird. Dieses Verfahren wurde systematisch an den Einsatz in Sicherheitssensoren angepasst − unter Anderem durch die Entwicklung einer sicherheitsgerichteten, mehrkanalig aufgebauten Elektronik für die Signalauswertung.

Das System wurde patentiert und als Coded Safety Sensor CSS in den Markt eingeführt. Im Unterschied zu anderen Sensor-Technologien, die in der industriellen Sicherheitstechnik eingesetzt werden, bietet es neben einem hohen Schaltabstand u. a. den Vorteil, dass kein ‚eindimensionales‘ Signal ausgewertet wird. So kann man z. B. aus der vom Betätiger an den Sensor gesendeten Energie feststellen, ob sich der Versatz zwischen Sensor und Betätiger den Grenzen des Toleranzbereichs nähert, und ein entsprechendes Signal als ‚Vorwarnung‘ generieren.

Dieses Merkmal erhöht die Verfügbarkeit und kommt somit der Produktivität der Maschine zugute. Dazu tragen auch die große Toleranzen sowohl beim Schaltabstand als auch beim Querversatz bei der Annäherung des Betätigers bei.

Einsätze bis SIL 3 bzw. PL e

Für Gerd Lausberg besteht ein weiterer großer Vorteil der CSS-Technologie in der Möglichkeit, „intelligente Diagnosefunktionen wie eine einfache und schnelle Fehlerbestimmung z. B. im Fall eines Querschlusses oder Verkabelungsfehlers zu realisieren“. Für die Sammlung, Weiterleitung und Auswertung der diagnoserelevanten Signale steht eine neue Gateway-Generation mit Schnittstellen für verschiedene Feldbus-Systeme zur Verfügung.

Die Mikroprozessortechnologie bietet darüber hinaus noch einen entscheidenden Nutzen. Die Sicherheitskanäle der Schaltgeräte mit CSS-Technologie lassen sich nach dem ‚Daisy chain‘-Prinzip zu einer Kette von bis zu 31 Geräten in Reihe schalten und von einem einzigen Sicherheitsbaustein auswerten. Der Leiter Produktmanagement Lausberg erläutert, was hier der große Vorteil ist: „Selbst bei einer Reihenschaltung muss der Anwender keine Einschränkung der Fehlersicherheit in Kauf nehmen: Auch in dieser Konstellation eignen sich die CSS-Sicherheitssensoren für Einsätze bis zu SIL 3-Anwendungen gemäß IEC 61508 bzw. PL e gemäß EN ISO 13849 und Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1.“ Der Nutzen liegt auf der Hand: Auf diese Weise spart der Anwender nicht nur Kosten für die Sicherheitsbausteine und den Montage- und Verkabelungsaufwand, sondern auch Platz im Schaltschrank. Gemäß EN 60947-5-3 weisen die CSS-Sensoren ein definiertes Verhalten im Fehlerfall auf und sind als ‚selbstüberwachend‘ in Klasse PDF-M eingeordnet.

Hier schließt sich nun der Kreis. Das Unternehmen aus dem Tal der Wupper erweitert die AZ 16-Plattform um ein neues Familienmitglied, den CSS 16. Seine Grundabmessungen − einschließlich der Befestigungsmaße − sind identisch mit denen des AZ 16 und des BNS 16. Die Schmersal Gruppe macht klar: „Nun fällt es dem Maschinenbauer leicht, von der elektromechanischen zur berührungslos wirkenden Schutztürüberwachung zu wechseln und dem Anwender der Maschine Vorteile wie die Frühwarnung bei Schutztürversatz zu bieten. Zudem spart er Kosten, da bei Einsatz mehrerer CSS 16 die Anzahl der Sicherheitsbausteine reduziert werden kann.“

Drei verschiedene Systeme mit gleichen Grundabmessungen

Diese Vorteile − zu denen auch die immer häufiger nachgefragten verbesserten Diagnosemöglichkeiten gehören − kann der Konstrukteur auch bei vorhandenen Maschinen nutzen, ohne dass er in die mechanische Konstruktion eingreifen müsste. Ein AZ 16 lässt sich genau wie der BNS 16 ganz einfach gegen einen CSS 16 austauschen. „Der Maschinenbauer hat somit die Möglichkeit, die berührungslose Schutztürüberwachung auch als Option anzubieten“, so Gerd Lausberg, der jetzt noch ergänzt: „Und der Anwender der Maschine wird schnell die zusätzlichen Möglichkeiten erkennen, die die berührungslose Stellungsüberwachung von Schutztüren eröffnet.“ Letztendlich bestimmt die Anforderung der jeweiligen Applikation, welche Bauform und welches System gewählt wird. Für den ausgewiesenen Sicherheitsexperten Lausberg ist allerdings eines unbestritten: „Die Schmersal Gruppe bietet für jede Applikation die optimale Lösung.“W

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