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- Veröffentlicht am 7. März 2023
- Zuletzt bearbeitet am 29. Aug. 2023
- 5 min
Sicherheitszuhaltungen für sicheres Arbeiten
Sicherheitszuhaltungen an Maschinen und Schutztüren sorgen dafür, dass gefährliche Maschinen nur bei Stillstand erreichbar sind. Sie sperren zuverlässig Schutztüren oder Klappen an Maschinen und sorgen so für mehr Sicherheit am Arbeitsplatz.
Welche Rolle spielen Sicherheitszuhaltungen für den Betriebsschutz?
Maschinensicherheit und Schutz von Personal fängt bereits bei der Zugangskontrolle an. Denn, ob Nachlaufbewegungen rotierender Sägeblätter, bewegte Ketten oder sich noch drehende Walzen und Wellen: Auch von abgeschalteten Maschinenanlagen geht noch Gefahr aus. Deshalb ist es wichtig, dass Sicherheitszuhaltungen solche Bereiche zuverlässig abriegeln und so die Unfallgefahr deutlich mindern. Doch erst die Kombination mit Sicherheitsschaltern und -sensoren macht sie zu einem integralen Bestandteil für die Maschinensicherheit in der Automation. Mehr dazu erfahren Sie im Ratgeber Sicherheits- und Endschalter.
Wo schützen Sicherheitszuhaltungen vor unerlaubtem Zutritt?
Sicherheitszuhaltungen überwachen und kontrollieren die Positionen von:
- Schutztüren,
- Schutzgittern,
- Schutzzäunen,
- Klappen und Hauben,
- anderen Abdeckungen von Maschinen.
Dabei hat eine Sicherheitszuhaltung nach DIN EN 14119 die Aufgabe, eine trennende Schutzeinrichtung so lange geschlossen zu halten, bis keine Unfallgefahr mehr besteht. Auch lässt sie den Betrieb einer Maschine nur zu, wenn die Schutzeinrichtung richtig zugehalten ist. Somit stoppt sie gefährliche Maschinenfunktionen beim Öffnen der Schutzvorrichtung und verhindert den Wiederanlauf, bis die Gefahr gebannt ist.
Wichtig: Die Systeme dürfen keinesfalls manipulierbar sein.
Wie funktionieren Sicherheitszuhaltungen?
Eine Sicherheitszuhaltung besteht aus einem stabilen Sperrmechanismus und einem Sicherheitsendschalter, der die Stellung der Schutztür überwacht. Wird die Schutztür geschlossen, blockiert der Sperrmechanismus diese mit einem Bolzen. Nur in diesem Zustand kann die Maschine gestartet werden. Die Stellung des Bolzens wird dabei ständig von Sicherheitssensoren überwacht, damit die gefährliche Maschinenfunktion nur bei zugehaltener Schutzvorrichtung ausgeführt werden kann.
Ein Betätiger dient zum Öffnen der Schutzvorrichtung. Die Verriegelung wird von der Steuerung erst entsperrt, wenn die Bewegung sich nach Abschalten der Maschine auf ein ungefährliches Maß reduziert hat. Um dies zu überprüfen, gibt es zwei Möglichkeiten: Stillstandswächter und Zeitglieder.
Stillstandswächter sind zumeist Relais mit Drehzahlüberwachung. Sie geben die Verriegelung erst dann frei, wenn die Drehzahl null erreicht hat und somit keine Gefahr von sich bewegenden Teilen der Maschine mehr ausgeht.
Zeitrelais sind eine Kombination aus Relais und Zeitgliedern. Im Unterschied zu Stillstandswächtern reagieren sie also mit einer voreingestellten Zeitverzögerung.
Zuhaltungen mit zusätzlicher Fehlschließsicherungen können die Schutzeinrichtung nur verbolzen, wenn diese auch wirklich geschlossen ist. Viele Sicherheitszuhaltungen verfügen zudem über eine Hilfsentriegelung beispielsweise für Wartungsarbeiten, mit der man diese mithilfe eines Werkzeugs manuell öffnen kann.
Welche Zuhaltekraft brauchen Sicherheitszuhaltungen?
Schutzvorrichtungen halten unterschiedlich hohen Zuhaltekräften stand. Für jede Zuhaltung muss deswegen nach DIN EN 14119 die Zuhaltekraft (FZh) angegeben werden. Diese muss größer als die Kraft sein, die ein Mensch in der entsprechenden Position aufbringen kann, um die Tür zu öffnen. Die Wahl der passenden Zuhaltekraft ist deswegen von entscheidender Bedeutung für die Maschinensicherheit. Die handelsüblichen Sicherheitszuhaltungen schaffen Zuhaltekräfte von 500 bis 10.000 Newton.
An kleineren Schutztüren wirken normalerweise geringere Kräfte. Wie hoch sie aber genau an der jeweiligen Schutztür sind, kann nur der Hersteller der Maschine bestimmen.
Wichtig: Durch die Hebelwirkung kann sich die Krafteinwirkung noch einmal deutlich erhöhen. Auch dynamische Kräfte sind zu berücksichtigen. Sie entstehen, wenn die Tür geschlossen wird. Die Kraft des Rückpralls geht dabei über die eingerasteten Bolzen auf die Zuhaltung über.
Modelle von Sicherheitszuhaltungen
Klassische Zuhaltungen haben sich über Jahre bewährt und lassen sich heute kostengünstig herstellen. Die voranschreitende Technik, vor allem der zunehmende Einsatz von mechatronischen Konzepten und Sensortechnik, ermöglichen mittlerweile einen größeren Funktionsumfang in der Automatisierungstechnik.
So können mit einem einzigen Sicherheitsrelais-Baustein mehrere Zuhaltungen sowie andere elektronische und mechatronische Sicherheitsschaltgeräte ausgewertet werden. Manche Sicherheitszuhaltungen verfügen auch über Schnittstellen für den Einbau in übergeordnete Steuerungssysteme. Zusätzliche Sicherheitssensoren und Steuerungselemente liefern dabei Informationen, mit denen ein gezielteres Abschalten und eine Diagnose bei Unregelmäßigkeiten möglich sind. Die Zugangskontrolle und -beschränkung erfolgt per RFID-Chip, das erschwert Manipulationen und erhöht die Prozesssicherheit.
Und auch die Maße der Geräte werden kleiner. Kompakte Zuhaltungen eignen sich für Not-, Hilfs- und Fluchtentriegelungen. Mit Elektromagneten ist auch das berührungslose Zuhalten möglich. Ihr starker Halt und die sichere Schließfunktion sind besonders in schmutzbelasteten Bereichen vorteilhaft, da sich kein Dreck in Zwischenräumen ansammeln und die Bolzen blockieren kann. Im Bereich des Manipulationsschutzes sind die klassischen Konzepte jedoch sicherer.
Was unterscheidet Sicherheitszuhaltungen von Prozesszuhaltungen?
Der Schließmechanismus von Prozess- und Sicherheitszuhaltungen besteht aus einem Magneten und einer Feder. Zum Verriegeln der Sperrvorrichtung kommen zwei verschiedenen Prinzipien zum Einsatz, das Ruhestrom- und das Arbeitsstromprinzip.
Beim Ruhestromprinzip bewegt eine Feder die Bolzen, die sich ohne Stromzufuhr im Sperrzustand befinden und die Tür verschlossen halten. Erst beim Einschalten der Energie öffnet der Mechanismus, wenn der Elektromagnet Zugkraft auf die Feder ausübt und dadurch die Sperre entriegelt.
Eine Sonderform des Ruhestromprinzips stellt das bistabile Prinzip dar, bei dem für jeden Öffne- und Schließvorgang Energie angelegt werden muss. Auch hier bleibt der Mechanismus bei Wegfall der Energie verschlossen, deswegen gilt es ebenfalls als Ruhestromprinzip.
Beim Arbeitsstromprinzip ist die elektromagnetische Sperre spannungslos geöffnet. Nur wenn Strom durch den Magneten fließt, zieht er die Bolzen in die Sperrvorrichtung und schließt die Tür. Der Nachteil: Im Falle eines Stromausfalls könnte die Tür sofort geöffnet werden, während Bewegungen der Maschinenteile im Inneren noch auslaufen.
Welche der Möglichkeiten zur Anwendung kommt, entscheidet sich anhand der Nachlaufzeit der Maschine und des Sicherheitsabstands der Gefahrenzone. Je gefährlicher die Anwendung, desto sicherer muss die Zuhaltung sein. Für den Personenschutz muss eine der beiden Ruhestromprinzipien genutzt werden. Da der Prozessschutz nicht unter die Arbeitssicherheit fällt, kommen hier meist elektromagnetische Zuhaltungen nach dem Arbeitsstromprinzip zum Einsatz. Zum Beispiel wenn der Bohrer im Werkstück stecken bleibt oder verkettete Anlagen zum Stillstand kommen und sich dadurch verkeilen. Die Zuhaltungen bleiben dann geöffnet, bis die Gefahr beseitigt ist. Damit wird verhindert, dass Maschinen oder Produkte beschädigt werden. Die Prozesszuhaltungen unterscheiden sich also in der Wirkungsweise von Sicherheitszuhaltungen.