Elektronische Sicherheitsschalter erhöhen die Verfügbarkeit von Füllmaschinen

Stillstandszeiten eliminiert

08.05.2006 Mechanische bzw. magnetische Sicherheitsschalter sind insbesondere in aseptischen Prozessen häufig die Ursache für Produktionsausfälle. Hochdruckreiniger setzen den Schaltern zu und führten bei einer schwedischen Molkerei dazu, dass nahezu wöchentlich ausgetauscht werden musste. Durch die Umrüstung auf elektronische Sicherheitsschalter wurde das Problem beseitigt.

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Sicherheitsschalter, mit denen das Öffnen von Maschinentüren überwacht wird und das Betriebspersonal vor dem Eingreifen in laufende Maschinen schützen, sind oft die Ursache für unbeabsichtigte Stillstände. Besonders in aseptischen Prozessen der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie setzen mechanische Beanspruchungen, häufige Reinigungsvorgänge und insbesondere die Hochdruckreinigung den gängigen Magnetschaltern zu. Dazu kommt, dass die ausgeprägte Hysterese bzw. Remanenz von Magnetschaltern zu Stillständen führen kann, deren Ursache nur schwer erkennbar ist. Oft müssen dann beispielsweise alle Türen an einer Verpackungslinie geöffnet und wieder geschlossen werden. Eine Alternative dazu sind berührungslos arbeitende elektronische Schalter; allerdings war deren Schaltabstand in der Vergangenheit häufig limitiert. Durch den Einsatz von Sicherheitssensoren, die berührungslos nach dem Sender-Empfänger-Prinzip arbeiten, kann das Problem effizient gelöst werden.

Sie kommen beispielsweise in den Füllmaschinen Pure-Pak PR90 von Elopak zum Einsatz, die in der Lage sind, stündlich 9000 rechteckige 1,5-l-Kartons mit Milch, Fruchtsaft, Wein, Suppe oder Soße zu befüllen.

Schutzart IP67 widerstehtHochdruckreinigung

So zum Beispiel in der Molkerei Skåne im schwedischen Malmö: Bei den dort installierten Füllmaschinen Pure-Pak PR90 werden die Klappen mit zwölf berührungslosen Sicherheitssensoren Eden E überwacht. Sobald eine der zwölf Klappen geöffnet wird, erteilt der Sensor der Maschine ohne Verzögerung einen Abschaltbefehl. In Verbindung mit dem Sicherheitsmodul Vital konnte die höchste Sicherheitskategorie 4 gemäß der alten EN 954–1 erreicht werden. Dies entspricht nach der neuen Norm IEC 61511 SIL 3. Zudem hat das Ersetzen der vorher installierten mechanischen Schalter durch berührungslose Sensoren die Zuverlässigkeit der Maschine auf 100% erhöht und vermeidet somit kostspielige Stillstandzeiten.

Eden E ist eine besondere Ausführung von Eden, die für den Einsatz in rauen Umgebungen ausgelegt ist. Sie besteht aus zwei sich ergänzenden Teilen mit der Bezeichnung Adam E and Eva E, die nur 12mm dick, 30mm breit und 60mm lang sind. Der Schaltabstand beträgt bis zu 10mm und macht es sehr einfach, sie an einer Tür, einem Tor oder einer Haube anzubringen. Jedes Gerät wird mit zwei M4-Schrauben befestigt und arbeitet mit einer Spannung von 24 VDC.

Bis zu vier Reinigungsvorgänge am Tag

Der Sensor hat dynamische Eingangs- und Ausgangssignale. Im Gegensatz zu mechanischen oder magnetischen Schaltern ist der Sensor immer aktiv, und eine Tür benötigt nur ein Sensorpaar, um die höchste Sicherheitsstufe, Kategorie 4 (SIL 3), zu erreichen. Die Geräte übertreffen die Schutzart IP 67, und sein Signal wird von einem Sicherheitsmodul Vital überwacht, das bis zu 30 mit Eden E verriegelte Türen entsprechend der Sicherheitskategorie 4 kontrollieren kann. Das Sicherheitsmodul ist auch in der Lage, gleichzeitig andere Unfallschutzgeräte zu überwachen.

Die Pure-Pak Kartons werden der Molkerei in Rohform geliefert. Die Füllmaschine ist mit einer automatischen Rohkartonzufuhranlage ausgestattet und formt die Rohstücke zu Kartons. Anschließend werden die Kartons durch Erhitzen der inneren und äußeren Polyethen-Beschichtung bodenversiegelt und einem Förderband übergeben. Einige Stationen weiter erfolgt die Befüllung durch einen servoangetriebenen Füller und Heber, wobei ein sehr genaues Füllvolumen erreicht wird. Die letzte Station übernimmt die Versiegelung der Oberteile der Kartons.
Je nach Art der Füllmaschine kommen bis zu 27 der berührungslosen Sicherheitssensoren zum Einsatz. Die E-Version des Sensors eignet sich besonders für raue Umgebungen, in denen beispielsweise mit Hochdruckreinigern oder mit Reinigungs- und Desinfizierschaum gearbeitet wird. Bei Skåne wird bis zu vier Mal am Tag gereinigt.
Ein weiterer Vorteil der elektronischen Lösung gegenüber der mechanischen besteht darin, dass keine Schlüssel benötigt werden und somit kein mechanischer Verschleiß auftritt.
Jede Maschine ist mit zwei lediglich 22,5 mm breiten elektronischen Sicherheitsmodulen (Vital) ausgestattet. Diese überwachen die berührungslosen Sicherheitsschalter Eden E dynamisch. Das Modul verfügt über die Funktionen automatische oder manuelle Rückstellung, zweifache Sicherheitsausgänge mit Schließerfunktion und einen Informationsausgang für Rückstellanzeige und Zustandsinformation für SPSen. An jedes Modul können bis zu 30 Unfallschutzgeräte angeschlossen werden. Das Ergebnis der Klappen-Überwachung wird auf einem Sensorbildschirm angezeigt, wobei eine offene Klappe als rote Fläche erscheint.
Der Schaltschrank für die zentrale Not-Abschaltung enthält fünf 100 mm breite Sicherheitsrelais JSBRT11 mit zweifachen, intern überwachten Sicherheitsfunktionen. Sie haben jeweils sieben Schließer- und zwei Öffner-Relaisausgänge sowie abnehmbare Klemmleisten.

Ausfälle auf Null reduziert

Lars Bengtsson (50), Projektingenieur bei Elopak, schätzt vor allem die hohe Zuverlässigkeit der Eden E Sensoren. Er erinnert sich noch gut an die Zeit vor Eden, als der Maschinenbetrieb mindestens einmal pro Woche wegen des Ausfalls eines der mechanischen Schalter unterbrochen wurde. Die Ausfallzeiten hatten über Monate und Jahre erhebliche Kosten verursacht.

Heftausgabe: Mai-Juni 2006

Über den Autor

Anders Dieterle , Vertriebsingenieur, Jokab Safety
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