Zustimmtaster und Zweihandsteuerung

Die meisten Schutzeinrichtungen an einer Maschine arbeiten trennend: Sie stellen eine physische oder optische Grenze zwischen Mensch und Gefahrstelle. Eine Schutztür hält den Körper draußen, ein Lichtgitter stoppt die Maschine, sobald jemand hindurchgreift. Solange niemand eingreifen muss, ist das die saubere Lösung.

Es gibt aber Betriebssituationen, in denen genau dieser Zugriff zwingend nötig ist. Eine Spritzgießmaschine wird eingerichtet, ein Werkzeug an einer Presse gewechselt, ein Industrieroboter im Tippbetrieb Punkt für Punkt eingelernt. Hier muss eine Person bei geöffneter Schutzeinrichtung und bewegter Maschine arbeiten. Würde man die trennende Schutzeinrichtung einfach überbrücken, wäre der Mensch ungeschützt. Würde man die Maschine ganz stillsetzen, ließe sich die Arbeit nicht erledigen.

Für diese Lücke gibt es nicht-trennende, handgebundene Schutzeinrichtungen. Sie lassen die gefährliche Bewegung zu, aber nur unter einer harten Bedingung: Der Mensch muss ununterbrochen und bewusst mitwirken. Der Zustimmtaster gibt eine Bewegung im Sonderbetrieb frei, solange er gehalten wird. Die Zweihandsteuerung erzwingt, dass beide Hände während des gefährlichen Vorgangs gebunden — und damit aus dem Gefahrenbereich heraus — sind.

Die Abgrenzung zu trennenden Einrichtungen ist also einfach: Schutztür, Lichtgitter und Laserscanner halten den Menschen fern oder stoppen bei Annäherung; Zustimmtaster und Zweihandsteuerung binden ihn aktiv ein. Die trennenden Varianten werden in einem eigenen Beitrag behandelt (siehe „Schutztüren, Lichtgitter, Laserscanner“).

Der Zustimmtaster — auch Zustimmungsschalter genannt — ist das typische Bedienteil für den Einricht- und Sonderbetrieb. Er kommt zum Einsatz, wenn jemand eine Maschine bei reduzierter Geschwindigkeit und geöffneter trennender Schutzeinrichtung bewegen muss, etwa beim Einlernen eines Roboters. Die Maschine bewegt sich nur, solange die Person den Taster bewusst in einer mittleren Stellung hält. Lässt sie ihn los oder drückt sie ihn voll durch, stoppt die Bewegung.

Das Kernstück ist die 3-Stellungs-Funktion. Der Taster kennt drei klar getrennte Zustände:

• Stellung 1 — nicht betätigt: Der Taster ist losgelassen. Keine Zustimmung, keine Bewegung.
• Stellung 2 — Zustimmung: Der Taster ist bis zu einem spürbaren Druckpunkt gedrückt und wird dort gehalten. Nur in dieser mittleren Stellung ist die gefährliche Bewegung freigegeben.
• Stellung 3 — durchgedrückt (Panikstellung): Der Taster ist über den Druckpunkt hinaus voll durchgedrückt. Die Zustimmung wird sofort aufgehoben, die Bewegung stoppt.

Diese Panikstellung bildet die natürliche Schreckreaktion ab. Erschrickt ein Mensch — etwa weil die Maschine etwas Unerwartetes tut —, krampft die Hand zu und drückt fester. Genau diese Reaktion muss zum sicheren Zustand führen, nicht in die Zustimmung. Deshalb schaltet das volle Durchdrücken ab.

Entscheidend ist das Verhalten beim Zurückgehen. Wer aus der Panikstellung 3 die Hand etwas lockert, durchläuft mechanisch wieder die mittlere Stellung 2 — ohne dass die Bewegung dabei erneut freigegeben wird. Eine erneute Zustimmung ist erst möglich, wenn der Taster vorher vollständig in Stellung 1 losgelassen und dann bewusst neu auf Stellung 2 gebracht wurde. Sonst könnte ein erschrockener Bediener, der nur reflexhaft etwas nachlässt, die gefährliche Bewegung ungewollt wieder starten.

Zustimmtaster gibt es als Handgriff mit integriertem Taster — verbreitet an Roboter-Programmierhandgeräten — oder als Fußschalter (Pedal) mit demselben 3-Stellungs-Verhalten. Die Auswertung erfolgt sicherheitsgerichtet, meist über ein Sicherheitsschaltgerät oder eine Sicherheits-SPS, damit ein einzelner Fehler im Taster oder in der Leitung nicht zum Verlust der Schutzfunktion führt.

Die Zweihandsteuerung verfolgt ein anderes Ziel als der Zustimmtaster. Sie soll sicherstellen, dass beide Hände des Bedieners während des gefährlichen Vorgangs gebunden — und damit außerhalb des Gefahrenbereichs — sind. Das klassische Anwendungsbild ist eine Presse: Der gefährliche Schließvorgang läuft nur, solange beide Hände gleichzeitig je einen Taster betätigen. Keine Hand kann dann ins Werkzeug greifen.

Damit das wirklich schützt, müssen mehrere Bedingungen zusammenkommen:

• Gleichzeitigkeitsbedingung: Beide Taster müssen innerhalb eines kurzen Zeitfensters von höchstens 0,5 Sekunden betätigt werden. Sonst ließe sich ein Taster dauerhaft festklemmen und die Steuerung mit nur einer Hand auslösen.
• Ständiges Halten: Der gefährliche Vorgang läuft nur, solange beide Taster gedrückt bleiben. Wird auch nur einer losgelassen, stoppt die Bewegung.
• Neustart nur nach beidseitigem Loslassen: Ein neuer Vorgang ist erst möglich, wenn beide Taster zuvor losgelassen und dann wieder gemeinsam betätigt wurden. So lässt sich kein Taster überbrücken.

Die Gestaltung und das Schaltverhalten von Zweihandschaltungen sind in der ÖNORM EN ISO 13851 geregelt. Sie unterscheidet Typen nach Umfang der Sicherheitsmaßnahmen — vereinfacht von einfachen Ausführungen bis zu Typ III mit Synchronüberwachung und sicherheitsgerichteter, fehleraufdeckender Auswertung (Typen III A, B, C unterscheiden sich im Diagnose- und Fehlerverhalten). In der Praxis an gefährlichen Pressen ist eine hochwertige Ausführung mit Synchronzeitüberwachung und zweikanaliger Auswertung üblich.

Wie weit muss die Steuerung von der Gefahrstelle entfernt sein? Eine Zweihandsteuerung schützt nur, wenn der Bediener nach dem Loslassen nicht schneller in den Gefahrenbereich greifen kann, als die Maschine zum Stillstand braucht. Die Anordnung von Schutzeinrichtungen im Hinblick auf Annäherungsgeschwindigkeiten regelt die ÖNORM EN ISO 13855. Der erforderliche Sicherheitsabstand ergibt sich aus:

Die einzelnen Größen bedeuten:

• K — Annäherungsgeschwindigkeit: der angenommene Wert, mit dem sich die Hand zur Gefahrstelle bewegt. Für die Hand-/Arm-Annäherung wird üblicherweise mit 1600 mm/s gerechnet.
• T — Gesamt-Nachlaufzeit: die gesamte Zeit vom Auslösen des Stoppbefehls (Loslassen eines Tasters) bis zum tatsächlichen Stillstand der gefährlichen Bewegung. Sie setzt sich zusammen aus der Ansprechzeit der sicherheitsgerichteten Auswertung (Sicherheitsrelais bzw. Sicherheits-SPS) und der mechanischen Nachlaufzeit der Maschine selbst:

• C — Zuschlag: ein Sicherheitsaufschlag, der berücksichtigt, wie weit die Hand vor dem Auslösen der Taster bereits in Richtung Gefahrstelle ragen kann. Der Wert hängt direkt von der baulichen Anordnung der Taster ab. Bei offenen Tastern, über die man hinweggreifen könnte, wird pauschal mit 250 mm gerechnet. Wird das Pult so gestaltet, dass ein Übergreifen verhindert wird — etwa durch eine Schutzhaube, einen Schutzkragen oder versenkte Taster —, darf C entsprechend verkleinert werden, bei vollständiger Kapselung bis auf 0 mm. In der Praxis ist genau das der Hebel, um ein Pult ergonomisch nah aufzustellen: Wer C senkt, senkt den erforderlichen Abstand.

In der betrieblichen Praxis kennt man oft nicht die fertige Gesamtzeit T, sondern die Einzelwerte: t1 steht im Datenblatt des Sicherheitsschaltgeräts, t2 im Bremsdatenblatt der Maschine. Beide werden addiert, bevor der Abstand berechnet wird.