Sicherheitstechnische Komplettlösung für 4-Achs-Portalroboter

A. Jazbinsek GmbH im bodenseenahen Tettnang setzt seit kurzem an einem Portalroboter für das Entnahme- und Stapelhandling von gespritzten Kunststoffteilen eine Sicherheits-Komplettlösung des schwedischen Marktführers Jokab Safety ein. Im Mittelpunkt stehen eine Sicherheits-SPS Pluto S20 und ein Sicherheitsmodul Vital, die alle Sicherheitsfunktionen steuern und diverse ­Sicherheitskomponenten überwachen. Dazu z­ählen zwei magnetische Zuhaltungen Magne 2B, ein Türüberwachungssensor Eden, je ein Not-Halt-­Taster Inca Tina und Smile Tina sowie zwei ­Erweiterungsrelais BT50.

Der Portalroboter mit 4 CNC-Achsen (Abb. 1) zeichnet sich durch kurze Eingriffszeiten ab 0,8 Sekunden und eine besonders hohe Flexibilität aus. Der Ablauf erfolgt über ein Standard-CNC-Programm mit verschiedenen Parametern oder als freier CNC-Ablauf. Die Produkte werden je nach Programmierung von der festen oder der beweglichen Seite aus dem Werkzeug entnommen, wobei die Servoachse bis 180° schwenkbar ist.

Arbeitsablauf am Portalroboter
Der Robotergreifer entnimmt in weniger als 1 Sekunde die fertig gespritzten Kunststoffteile aus dem Spritzgusswerkzeug und legt sie nach einem programmierbaren Stapelbild auf dem Pufferband ab. Über die Programmeinstellung kann wahlweise die Entnahme aus dem Werkzeug von der festen oder beweglichen Seite erfolgen. Alternativ können auch Metallteile oder Etiketten (IML) in das Werkzeug der Spritzgussmaschine positionsgerecht eingelegt und dann umspritzt werden.

Da die Anlage aus einer Einheit besteht, kann sie jederzeit mit einfachen Mitteln an andere Spritzgussmaschinen gestellt werden. Dazu ist keine mechanische Verbindung mit der Spritzgussmaschine erforderlich. Ein Formatwechsel der Entnahme- oder Einlegehand lässt sich über ein Kupplungssystem innerhalb von 10 Minuten durchführen.

Die Maschinen sind mit einer EuroMap-67-Schnittstelle ausgerüstet, die eine sichere Kommunikation mit anderen Maschinen und somit einen universellen Einsatz ermöglicht. Die Ausbaufähigkeit ist durch die Sicherheits-SPS-Baureihe Pluto gewährleistet. Somit sind die Maschinen mühelos auf andere Produkte umstellbar. Die Fahrwege betragen X 1000 mm, Y 1600 mm, Z 1400 mm und B 180° schwenkbar. Beim Bremsen der 4 Achsen wird die Bremsenergie ins Stromnetz zurückgespeist. Falls während eines Zyklus der Strom ausfällt, bleibt die Steuerspannung durch Akkupufferung erhalten. Dadurch wird ein kontrollierter Not-Halt ermöglicht und Schaden am Greifer und Werkzeug verhindert.

Sicherheitslösung aus einer Hand
Sämtliche Sicherheitsfunktionen des Portalroboters werden von einer Sicherheits-Controller Pluto S20 überwacht, die durchgängig für die höchste Sicherheitskategorie 4 und das Erreichen von PL e gemäß EN ISO 13849-1 und SIL 3 gemäß EN IEC 61508 sorgt. Die Maschinenanforderungen wurden durch entsprechende Programmierung vor Ort schnell und mühelos erfüllt. Dank des verringerten Verdrahtungs-, Projektierungs- und Materialaufwands sowie der hohen Flexibilität erzielt der Sondermaschinenhersteller erhebliche Kosteneinsparungen. Durch den Wegfall mehrerer Sicherheitsrelais und die kleine Baugröße der Sicherheits-Controller Pluto mit nur 45 mm Breite ergeben sich ausreichende Platzreserven im Schaltschrank. Eines der Hauptmerkmale bei der Pluto-Lösung besteht darin, dass die an den Sicherheitsbus angeschlossenen Steuergeräte sehr einfach zentral oder dezentral vernetzt werden können, wobei ebenfalls durchgängig PL e gemäß EN ISO 13849-1 erreicht wird.

Zur Überwachung eines zusätzlichen, externen Sicherheitskreises dient ein Sicherheitsmodul Vital und zur Erweiterung der Anzahl von Ausgangskontakten dienen zwei Erweiterungsrelais BT50. An der Haupttür sind zwei separat angesteuerte elektromagnetische Zuhaltungen Magne 2B und an der Tür zum Pufferband ein Türüberwachungssensor Eden im Einsatz. Ein Not-Halt-Taster Inca 1 Tina unter dem Bedienfeld und ein Not-Halt-Taster Smile 11EA Tina im Aluminiumprofil neben der Haupttür ermöglichen die schnelle Notabschaltung einer gefahrbringenden Bewegung.

Elektromagnetische Zuhaltung mit eingebautem Sicherheitssensor
Die elektromagnetische Zuhaltung Magne 2B mit eingebautem Sicherheitssensor Eden wurde für den Einsatz in industriellen Sicherheitsanwendungen entwickelt. Sie kann eine Tür oder Klappe mit einer Zuhaltekraft von bis zu 1500 N geschlossen halten. Dabei überwacht der integrierte berührungslose Sensor Eden, dass die Tür oder Klappe sicher geschlossen ist. Der Elektromagnet enthält einen Informationsausgangskontakt, der anzeigt, dass die Zuhaltekraft die erforderliche Stärke erreicht hat.

Unterschiedliche Zuhaltekräfte (bis zu 1500 N) erhält man, indem man verschiedene Spannungen an den Elektromagnet anschließt, wobei die maximale Haltekraft bereits bei 18 Volt erreicht wird. Die Leistungsaufnahme beträgt bei 24 Volt nur 7 Watt. Beim Abschalten der Spannung wird das Magnetfeld vollständig abgebaut, und es ist dann auch kein Remanenzmagnetismus vorhanden. Bei der von Jazbinsek eingesetzten Ausführung ist außerdem in der Ankerplatte ein Permanentmagnet integriert, der die Tür auch ohne Anlegen einer Spannung mit 30 N geschlossen hält. Als Zubehör gibt es Montagesätze für Drehflügel- und Schiebetüren sowie ein Handgriffprofil für die einfache Montage aller Komponenten in einer einzigen Baugruppe und bei einem Türspaltmaß von 5 bis 15 mm.

Not-Halt-Taster Inca und Smile
Inca ist ein Not-Halt-Taster für den Einbau in Schaltschränke und Bedienfelder. Er verfügt über abnehmbare Anschlussklemmen. Funktion und Optik des Tasters sind dieselben wie beim Not-Halt-Taster Smile (Abb. 2). Sowohl Inca als auch Smile sind mit einer LED ausgestattet, die den aktuellen Zustand des Tasters anzeigt. Leuchtet die LED grün, ist der Not-Halt-Taster nicht aktiviert. Ein rotes Licht weist dahingegen darauf hin, dass der Taster betätigt wurde. Blinkt die LED rot/grün, wurde einer der vorgeschalteten Not-Halt-Taster aktiviert. So lässt sich schnell feststellen, welcher Not-Halt-Taster aktiviert wurde.

Genau wie Smile ist auch Inca in zwei verschiedenen Varianten erhältlich: für dynamische und für statische Schaltkreise. Inca 1 Tina wird mithilfe einer Sicherheits-Controller Pluto oder eines Sicherheitsmoduls Vital an dynamische Sicherheitsschaltkreise angeschlossen und verfügt zusätzlich über einen elektronischen Info-Ausgang. Inca 1 ist stattdessen mit Kontakten versehen, die den Anschluss an statische Sicherheitsschaltkreise mit Sicherheitsrelais ermöglichen.

Schlanke Sicherheits- und Erweiterungsrelais
Durch den Anschluss des nur 22,5 mm breiten Erweiterungsrelais BT50 an ein Sicherheitsrelais oder eine Sicherheits-SPS erhöht man die Anzahl der sicheren Ausgänge auf einfache Weise. Dadurch kann eine unbeschränkte Anzahl gefährlicher Maschinenbewegungen und Funktionen mit einem Sicherheitsrelais/SPS gestoppt werden. Das BT50 hat eine doppelte, überwachte interne Schutzfunktion. Weder Unterbrechung, interne Gerätefehler oder äußere Störungen (nicht Kurzschluss) führen zu gefährlichen Situationen. Das Relais hat 3 Schließer- und 1 Öffnerkontakt sowie einen Testeingang.

Elektronisches Sicherheitsmodul Vital
Das in der Anlage eingebaute elektronische Sicherheitsmodul Vital ermöglicht es, viele unterschiedliche, an die gleiche Sicherheitsschaltung angeschlossene Unfallschutzgeräte zu installieren und trotzdem das höchste Sicherheitsniveau zu erreichen. Vital ist nur 22,5 mm breit und überwacht die angeschlossenen Unfallschutzgeräte dynamisch. Es verfügt auch über automatische oder manuelle Rückstellung, zweifache Schließer-Sicherheitsausgänge und einen Informationsausgang für Rückstellanzeige und Zustandsinformation für SPS. Die Module haben LED-Anzeigen für Betriebsspannung, Anwesenheit von dynamischen Signalen sowie Ausgangszustand. Abnehmbare Klemmleisten erleichtern Fehlersuche und Modulaustausch. Vital kann bis zu 49 Eden überwachen.

Vorteile für den Anwender
Der bei der A. Jazbinsek GmbH für die Montage und Elektrokonstruktion zuständige Christian Schweizer (33) ist von der Sicherheits-Controller Pluto begeistert, denn sie ist einfach zu programmieren, verringert deutlich den Verdrahtungsaufwand und spart Platz im Schaltschrank. Zudem erreicht sie durchgängig den höchsten Performance Level PL e nach EN ISO 13849-1 und bietet die für die Projektierung im Sondermaschinenbau erforderliche hohe Flexibilität. Die Programmiersoftware „Pluto Manager" bietet umfangreiche Dokumentationsmöglichkeiten und ein mehrstufiges Sicherheitskonzept, was die erforderliche Validierung nach EN ISO 13849-2 wesentlich erleichtert.

Bei dem Not-Halt-Taster Smile lobt der Automatisierer den einfachen Einbau und die mehrfarbige LED-Anzeige. Durch die Nutzung von Verbindungskabeln mit M12-Steckern spart er Zeit und vermeidet Verdrahtungsfehler. Sehr zufrieden ist Herr Schweizer auch mit dem Service und den im Hause durchgeführten Schulungen. Zudem schätzt er die weltweite Präsenz und Ersatzteilbeschaffung sowie die Zulassungen für Europa, USA und Asien. Ausführliche Unterlagen über die Sicherheitsprodukte von Jokab Safety mit zahlreichen Schaltungsbeispielen erhalten Sie kostenlos über die Kennziffer.