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Ergonomische Sicherheits-Lichtvorhänge für die Verpackung

Bild 1. Das Sicherheits-Lichtgitter „miniTwin4“ bietet Sicherheit auf dem Niveau von PL e nach DIN EN ISO 13849-1 und SIL3 nach DIN EN 62061 (VDE 0113-50). Zudem erfüllt es die Anforderungen aus der Normenreihe DIN EN 61496 an die optoelektronische Schutzeinrichtung

Bild 2. Im manuellen Beladebereich des Kartonierers arbeiten zwei Bediener nebeneinander an zwei Arbeitsplätzen

Bild 3. Das sichere Schutzfeld entsteht durch eine um 180° verdrehte Montage von zwei „miniTwin“-Sticks zueinander, sodass sich die Sender- und die Empfängermodule gegenüber befinden

Bild 4. Der industrietaugliche, symmetrisch aufgebaute Anschluss auf der Gerä­terückseite hat zwei wesentliche Vorteile: Der Leitungsabgang kann je nach Montagegegebenheiten nach oben oder unten geführt werden und das Schutzfeld reicht totraumfrei bis an das Gehäuseende

Aries Packaging, ein Unternehmen der Mead-Westvaco-Gruppe, ist Spezialist für Maschinen und Anlagen für Primär-, Sekundär- und Tertiärverpackungen. Bei einem vor Kurzem realisierten End-of-Line-Kartonierer wurde von Kundenseite ein Sicherheitskonzept gefordert, das gleichzeitig hohen Schutz und ergonomisches Arbeiten für den Werker ermöglicht. Dies wird mittels Sicherheits-Lichtvorhang von Sick realisiert. Dabei ermöglicht die Kaskadierbarkeit mehrerer solcher Systeme eine optimale und gleichzeitig bedienerfreundliche Absicherung der Maschinenöffnung sowie eine leichte Integration in die Steuerung des Kartonierers.

Das 1992 gegründete und in der Nähe der französischen Stadt Troyes ansässige Unternehmen Aries Packaging entwickelt, fertigt und liefert weltweit teil- und voll automatisierte Lösungen für unterschiedliche Verpackungsstufen und -prozesse. Hauptsächlich in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Kosmetikbranche zu Hause ist Aries Packaging kompetenter Ansprechpartner für Maschinen, Roboter, Peripheriesysteme und komplette Anlagen für das Primärverpacken, zur Traybefüllung, für das Kartonverpacken und kundenspezifische End-of-Line-Lösungen. Für einen ihrer Kunden haben die Spezialisten vor Kurzem eine Kartoniermaschine für das Ende einer Lebensmittel-Verpackungslinie entwickelt. Neben einer hohen Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit sowie der Einhaltung der relevanten Gesundheitsnormen lag einer der Entwicklungsschwerpunkte auf der Umsetzung eines Sicherheitskonzepts, das den Maschinenbediener zuverlässig schützt, ihm aber gleichzeitig einen leichten Zugang bietet und so ein ergonomisches Arbeiten ermöglicht.

Ergonomische und verletzungsfreie Bedienung
Die Sicherheitslösung ist erforderlich, weil der Kartonierer über einen manuellen Beladebereich für zwei Bediener verfügt. Hier arbeiten zwei Werker nebeneinander an zwei Arbeitsplätzen (Bild 2): Die eine Person führt ein Zubehörteil in eine Schachtel ein, danach positioniert die andere die Verpackung für den automatischen Weitertransport. Dieser erfolgt mittels Zahnriemen in einem Takt von 30 Schachteln/min, das heißt mit einer Fördergeschwindigkeit von 2 m/s. Da die Mitnehmer am Zahnriemen ein Verletzungsrisiko für die Finger und die Hände der Bediener darstellen, stand Aries Packaging vor der Aufgabe, eine geeignete, sichere Überwachungsauflösung für die optimale Absicherung des Arbeitsbereichs zu finden.

Sicherheitstechnik intelligent verpackt
Aus Gründen der Leistungsbeeinträchtigung der Maschine wie auch der mangelnden Bedienergonomie kam für Aries Packaging grundsätzlich nur eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung infrage. Die Entscheidung fiel auf den Sicherheits-Lichtvorhang miniTwin4 (Bild 1) von Sick, der als die derzeit kleinste berührungslos wirkende Schutzeinrichtung ihrer Art gehandelt wird. Er wurde für Aufgabenstellungen konzipiert, in denen die Gefahrenanalyse einer Maschine das höchstmögliche Schutzniveau vorschreibt, das heißt den Performance Level PL e nach DIN EN ISO 13849-1, alternativ SIL3 nach DIN EN 62061 (VDE 0113-50). In der zweifach kaskadierten Version mit einer Auflösung von 14 mm und einer maximalen Ansprechzeit von 21 ms ist er ideal für den Schutz von Fingern und Händen geeignet.
Die Sende- und Empfangselemente sind intelligent verpackt: sie befinden sich in einem gleichen Einheitsstick, symmetrisch verteilt auf beide Gehäusehälften. Der sichere Lichtvorhang entsteht durch eine um 180° verdrehte Montage von zwei miniTwin-Sticks zueinander, sodass sich die Sender- und die Empfängermodule gegenüber befinden (Bild 3). Die Gehäuselängen, das heißt die Schutzfeldhöhen, können in Inkrementen von 60 mm anwendungsspezifisch konfiguriert werden, von 120 mm bis 1 200 mm. Eine weitere Besonderheit ist, dass das Schutzfeld totraumfrei bis an das Gehäuseende reicht.

Daneben zeichnet sich das Lichtgitter durch seine verkleinerte Bauform aus. So konnte der Gerätequerschnitt im Vergleich zu Vorgängerversionen mehr als halbiert werden. Mithilfe geeigneter Halter für das Gehäuse lässt sich der Sicherheits-Lichtvorhang mechanisch gut integrieren. Hinzu kommt, dass sich die Montage intuitiv aus dem Produktdesign ergibt. So verfügt das Gehäuse über eine asphärische und eine gerade Seite. Dadurch ist automatisch eine gegenüberliegende Positionierung von Sender- und Empfängermodulen gewährleistet. Daneben wird das Anschlusskonzept positiv von Aries Packaging bewertet. Der Geräteanschluss ist symmetrisch aufgebaut (Bild 4). Der Stecker kann auf der Gehäuserückseite so angeschraubt werden, dass immer ein optimaler Leitungsabgang möglich ist. Der Anschluss an die Steuerung erfolgt, mit der vollen Funktionalität von Schützkontrolle (EDM) und Rücksetzfunktion (Reset), über einen gängigen fünfpoligen M12-Stecker. Die Inbetriebnahme wird durch eine integrierte LED-Ausrichtanzeige erleichtert. Hierzu ist jeder Stick in der Mitte mit blauen LED bestückt, die beim Einrichten des Lichtgitters melden, wie gut sich die jeweiligen Sender und Empfänger „sehen“ können. Diese Merkmale ermöglichen es, ein miniTwin4 schnell in Betrieb zu nehmen.

Kaskadierbarkeit bringt hohe Anpassbarkeit
Dies gilt auch, wenn wie bei Aries Packaging bis zu drei der Lichtgitter zu einer u-förmigen Komplettüberwachung kaskadiert werden. Das erlaubt eine flexible Anpassung an die Geometrie des abzusichernden Bereichs. Zusammen mit der kleinen Auflösung und den schnellen Ansprechzeiten des Sicherheits-Lichtvorhangs lassen sich somit kurze Sicherheitsabstände realisieren. Gleichzeitig wird eine optimierte Arbeitsergonomie erreicht. Sich unterscheidende Host bzw. Guest gibt es bei dieser Lösung nicht. Welches miniTwin als Host fungiert und welches als Guest, wird über die jeweilige Variante des Anschlusssteckers mit einer oder zwei abgehenden Leitungen definiert. Dies stellt eine schnelle und fehlerfreie Montage der Einheitssticks sicher, bei der Erstinbetriebnahme ebenso wie im Servicefall.

LED visualisieren Betriebszustände
Während des Betriebs der Kartoniermaschine und der Arbeit im Bedienbereich kommunizieren die Sticks auf verschiedene Weise mit den Bedienern. So visualisieren beidseitig in 60-mm-Abständen angebrachte Grün-Rot-LED die Betriebsbereitschaft und den Betriebszustand. Die LED leuchten bei intaktem Schutzfeld grün auf. Dadurch weiß der Bediener, dass die Schutzfunktion aktiv ist, bevor er mit den Händen in den Beladebereich eingreift. Liegt eine Störung vor, leuchten sie rot und visualisieren dem Bediener, dass das Schutzfeld unterbrochen ist. Diese Anzeigen sind auch dann gut sichtbar, wenn der Sicherheits-Lichtvorhang bündig bzw. versteckt in die Maschine integriert ist.

Kleiner Arbeitsabstand, große Sicherheit
Mit dem Sicherheits-Lichtvorhang ist es Aries Packaging gelungen, bei ihrem End-of-Line-Kartonierer eine bedienfreundliche und ergonomische Überwachungslösung auf hohem Sicherheits- und Schutzniveau umzusetzen. Außerdem wurde der miniTwin4 mit verschiedenen Design-Awards ausgezeichnet, was sich auch vorteilhaft auf das Äußere der Verpackungsmaschinen auswirkt. In Summe ist somit eine optimale Sicherheitslösung gemäß den Kundenanforderungen umgesetzt worden.

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Autor: Nelson Silva ist Produktmanager in der Division Industrial Safety Systems der Sick AG in Waldkirch.