Sicherheitszuhaltungen für sicheres Arbeiten

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.

Die wichtigsten Hersteller und Produkte

Untenstehend finden Sie einen Vergleich einiger der Top-Hersteller von Zuhaltungen