Industrielle Sicherheitsmattensensoren für den Maschinenschutz: Trittsicher, langlebig und bereit für Automatisierungssicherheitssysteme
Was sind Industrielle Sicherheitsmatten für Maschinen?
Ein druckempfindliches Sicherheitsgerät
Eine Industrie-Schaltmatte (auch Sicherheitsdruckmatte genannt) ist eine druckempfindliche Sicherheitseinrichtung: Beim Aufbringen eines voreingestellten Mindestgewichts fungiert die Matte als Schalter und sendet ein Stoppsignal an die Steuerung, die die geschützte Maschine sofort stoppt. Dies gewährleistet einen wirksamen Schutz der Bediener vor potenziellen Gefahren.
Einsatzgebiete von Schaltmatten für Maschinen
Diese Matten bieten Flächenschutz rund um Geräte wie:
• Schweißroboter
• Gummi- und Kunststoffmaschinen
• Fließbänder
• Materialhandhabungssysteme
• Verpackungs- und Pressmaschinen
• Automobilproduktion
• Stahl- und Metallurgiebetriebe
Im Vergleich zu physischen Schutzvorrichtungen, Schiebetüren oder Rückzugsbegrenzern bieten industrielle Sicherheitsmatten Freiheit, Flexibilität und Kraftersparnis. Sie gewährleisten die volle Sichtbarkeit und Zugänglichkeit des Arbeitsbereichs, erhöhen gleichzeitig die Sicherheit und verringern das Verletzungsrisiko.
Kernfunktionen von Industrie-Sicherheitsmatten
DADISICK-Sicherheitsmatten bestehen aus strapazierfähigem PVC oder NBR und verfügen über eine schlagfeste Druckgussstruktur. Sie sind beständig gegen Delamination und Korrosion durch Säuren, Laugen und Salze. Die DT-Serie von DADISICK hält Belastungen zwischen 200 und 400 N/cm² stand (stark genug, um dem Eindrücken durch leichte Fahrzeuge standzuhalten). Mit einer erwarteten Lebensdauer von über 1–3 Millionen Zyklen und der Möglichkeit zur omnidirektionalen Installation sind sie langlebig und anpassungsfähig.
Standardgrößen sind auf ≤1,5 m² begrenzt. Für größere Flächen können mehrere Matten nahtlos zusammengefügt werden.
Funktionsweise von Sicherheitsdruckmatten
Das Prinzip der druckempfindlichen Detektion
Die Sensorschicht in industriellen Sicherheitsmatten basiert auf dem Prinzip der druckempfindlichen Erkennung, bei der physischer Druck oder die Anwesenheit auf der Matte eine elektrische Reaktion auslöst, die Sicherheitsmaßnahmen einleitet (z. B. das Anhalten von Maschinen oder das Auslösen eines Alarms).
Die Sensorschicht erkennt Druck, indem sie bei Belastung einen Stromkreis schließt oder verändert. Sie besteht typischerweise aus zwei leitfähigen Schichten, die durch ein Isolier- oder Abstandsmaterial getrennt sind. Werden die Schichten durch Druck (z. B. durch das Betreten der Matte durch eine Person) zusammengedrückt, kommt es zu einem Kontakt, wodurch der Stromkreis geschlossen und ein Signal an ein Steuerungssystem gesendet wird.
Schlüsselkomponenten und Mechanismus
1. Leitfähige Schichten:
● Hergestellt aus Materialien wie Metallplatten, leitfähigem Schaum oder eingebetteten Drahtgittern.
● Eine Schicht fungiert als „oberer“ Leiter und die andere als „unterer“ Leiter.
● Diese sind normalerweise getrennt, um den Stromkreis offen zu halten.
2. Isolier-/Abstandsschicht:
● Ein nichtleitendes Material (z. B. Schaumstoff oder Gummi) hält die leitenden Schichten auseinander, wenn kein Druck ausgeübt wird.
● Entwickelt, um unter einer bestimmten Gewichtsschwelle (z. B. 20–50 kg, abhängig von der Empfindlichkeit der Matte) komprimiert zu werden.
3. Kreislaufschließung:
● Wenn Druck ausgeübt wird, komprimiert sich der Abstandshalter, sodass sich die leitfähigen Schichten berühren.
● Dadurch wird der Stromkreis geschlossen und ein elektrisches Signal erzeugt (z. B. ein Niederspannungs-Gleichstrom- oder Wechselstromsignal).
4. Signalübertragung:
● Der geschlossene Stromkreis sendet ein Signal über die angeschlossene Verkabelung an eine Steuereinheit.
● Die Steuereinheit interpretiert das Signal und löst Aktionen aus, wie z. B. das Anhalten der Maschine, das Aktivieren eines Alarms oder das Protokollieren des Ereignisses.
Arten von Sensormechanismen
● Einzelzone: Die gesamte Matte fungiert als ein Sensor und löst eine einheitliche Reaktion aus.
● Mehrere Zonen: Segmentierte leitfähige Bereiche ermöglichen die Erkennung bestimmter Zonen und damit eine komplexere Steuerung (z. B. unterschiedliche Reaktionen je nachdem, wo Druck ausgeübt wird).
● Kapazitive Sensorik (seltener): Einige Matten erkennen Kapazitätsänderungen, die durch die Anwesenheit einer Person und nicht durch physischen Druck verursacht werden. Diese Matten werden in speziellen Anwendungen eingesetzt.
Integration von Industrie-Sicherheitsmatten in Maschinen
Layoutplanung für Schaltmatten an Maschinen
Industrielle Sicherheitsmatten werden um Geräte herum installiert, um einen Schutzbereich zu bilden. Tritt jemand auf die Matte, erfasst der piezoresistive Sensor den Druck und wandelt ihn in ein elektrisches Schaltsignal um. Dieses Signal wird an ein Sicherheitsrelais oder eine Steuerung weitergeleitet, die die Maschine sofort abschaltet, bevor es zu Körperkontakt mit beweglichen Teilen kommt – und so die Sicherheit des Bedieners gewährleistet.
Typische Platzierung umfasst
1. Zugänge zu Pressen, Biegemaschinen oder Roboterzonen
2. Lade-/Entladebereiche für Bediener
3. Bereiche, die nicht ausreichend durch Lichtvorhänge abgedeckt sind
Wichtige Überlegungen zum Layout
• Richtige Größe und Positionierung, um alle Risikozonen abzudecken
• Vermeiden Sie Stolperfallen und bleiben Sie gleichzeitig reaktionsfähig
• Nahtlose Koordination mit anderen Sicherheitssystemen
Matten lassen sich in Sicherheitsrelais (z. B. TER-A) integrieren und schaffen so konforme Systeme gemäß EN 1760‑1, ISO 13856‑1, EN 62061, ISO 13849‑1, IEC 61508, EN 60204‑1.
Kollaborative Sicherheit: Sicherheitsschaltmatten und ein umfassendes Sicherheitsnetzwerk
Sicherheitsschaltmatten arbeiten nicht isoliert, sondern sind Teil mehrschichtiger Sicherheitssysteme. In Kombination mit Lichtvorhängen, Verriegelungsschaltern, Sicherheitsrelais und Not-Aus-Tastern bieten sie Redundanz und einen breiteren Schutzbereich.
• Matten schützen die unteren Ebenen, während Lichtvorhänge den Oberkörper schützen
• Sicherheitsrelais konsolidieren Eingaben von Matten, Türen und Not-Aus-Schaltern für eine sichere logische Entscheidungsfindung
• Mit der SPS-Integration erleichtern Schaltpläne für Sicherheitsmatten die Diagnose, Echtzeitüberwachung und zoniertes Sicherheitsmanagement
Dieses integrierte System gewährleistet den Schutz der Bediener unabhängig vom Einstiegspunkt und erfüllt die globalen Sicherheitsanforderungen gemäß ISO 13849 und OSHA.
Installations- und Verdrahtungsanleitung für industrielle Sicherheitsmatten
Übersicht über die Verdrahtungsprinzipien von Sicherheitsmatten
Sicherheitsmatten sind wichtige Komponenten industrieller Sicherheitssysteme. Sie schützen das Personal, indem sie Druck erkennen und Sicherheitsmaßnahmen auslösen. Sie funktionieren nach dem Prinzip eines normalerweise offenen Stromkreises: Wenn kein Druck ausgeübt wird, bleibt der Stromkreis geöffnet und es fließt kein Strom, was einen sicheren Zustand signalisiert. Wird Druck ausgeübt – beispielsweise durch einen Arbeiter, der auf die Matte tritt – schließt sich der Stromkreis, da sich die leitfähigen Schichten innerhalb der Matte verbinden und so Strom fließen können. Dieser Schließvorgang signalisiert einem Sicherheitsrelais oder -controller, der den Stromkreis überwacht und Maßnahmen wie das Stoppen von Maschinen oder das Aktivieren von Alarmen einleitet, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Bei der Verdrahtung wird die Sicherheitsmatte an ein Sicherheitsrelais oder einen Controller angeschlossen, der den Zustand des Schaltkreises interpretiert und die entsprechende Reaktion ausführt. Eine ordnungsgemäße Verdrahtung ist entscheidend, um Fehlauslösungen (unbeabsichtigte Aktivierungen) oder Ausfälle (fehlende Reaktion im Bedarfsfall) zu vermeiden. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, müssen Installateure die Herstellerrichtlinien befolgen, geeignete Kabel verwenden, Verbindungen sichern und regelmäßige Tests durchführen. Die Wirksamkeit von Sicherheitsmatten hängt im Wesentlichen von ihrer einfachen und dennoch präzisen Verdrahtung ab. Daher sind sorgfältige Installation und Wartung für die Arbeitssicherheit unerlässlich.
Beispielanalyse eines Schaltplans für Sicherheitsmatten
Sicherheitsmatten unterstützen zwei Hauptverdrahtungskonfigurationen: Vierleiter und Widerstandsverdrahtung (Zweileiter). Die Wahl hängt von den Sicherheits- und Betriebsanforderungen der Anwendung ab. Benutzer sollten vor dem Kauf die Kompatibilität mit dem Hersteller bestätigen.
1. Vierleitersystem
1. Vierleitersystem
● Beschreibung: Verwendet vier Drähte, wobei zwei mit jedem internen Schalter verbunden sind, der mit den Zweikanaleingängen des Sicherheitsrelais verbunden ist.
● Vorteile: Bietet überlegene Stabilität und Fehlererkennung, da das Relais jeden Schalter unabhängig überwacht.
● Anwendungsfall: Ideal für Hochrisikoumgebungen, die maximale Zuverlässigkeit erfordern, wie etwa große Maschinenzonen.
2. Widerstandsartiges (Zweileiter-)System
● Beschreibung: Verwendet zwei Drähte mit einem Abschlusswiderstand, sodass das Relais die Schaltkreisintegrität über Widerstandsänderungen überwachen kann.
● Vorteile: Einfacher und kostengünstiger, geeignet für weniger komplexe Anwendungen.
● Anwendungsfall: Funktioniert gut in einfachen Konfigurationen, in denen eine erweiterte Fehlererkennung weniger wichtig ist.
Aufgrund seiner Robustheit wird häufig das Vierleitersystem empfohlen, wobei jedoch beide Methoden im richtigen Szenario anwendbar sind.
3. Beispiel für einen Schaltplan
Betrachten Sie als Beispiel die Sicherheitsmatte der Serie DT14 (Typ „Schließer“) und das Sicherheitsrelais Ter-A. Die Matte DT14 ist auf Langlebigkeit und Empfindlichkeit ausgelegt (Auslösekraft: 30 kg), während das Relais Ter-A vielseitige Sicherheitseingänge und Rücksetzoptionen unterstützt.
3. Beispiel für einen Schaltplan
Betrachten Sie als Beispiel die Sicherheitsmatte der Serie DT14 (Typ „Schließer“) und das Sicherheitsrelais Ter-A. Die Matte DT14 ist auf Langlebigkeit und Empfindlichkeit ausgelegt (Auslösekraft: 30 kg), während das Relais Ter-A vielseitige Sicherheitseingänge und Rücksetzoptionen unterstützt.
Wichtige Verdrahtungsrichtlinien für Sicherheitsmatten
1. Um eine redundante Überwachung zu gewährleisten, muss die Sicherheitsmatte an die zweikanaligen Eingangsklemmen (z. B. OSSD-Ausgänge) eines Sicherheitsrelais oder einer Sicherheits-SPS angeschlossen werden.
2. Verwenden Sie ein geregeltes 24-V-DC-Netzteil (empfohlene Sicherheitsspannung). Stellen Sie sicher, dass Spannungsschwankungen innerhalb von ±10 % liegen. Der Schutzleiter (PE) muss zuverlässig geerdet sein, um Fehlauslösungen durch elektromagnetische Störungen zu vermeiden.
3. Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Kabelführung und Abschirmung
● Halten Sie zwischen den Signalkabeln der Schaltmatte und den Leistungskabeln (z. B. Motor- oder Wechselrichterkabeln) mindestens 30 cm Abstand.
● Wenn eine Kreuzung unvermeidbar ist, tun Sie dies in einem 90°-Winkel.
● Verwenden Sie geschirmte Twisted-Pair-Kabel und erden Sie die Abschirmung nur an einem Ende (normalerweise auf der Schaltschrankseite), um Erdschleifen zu vermeiden.
● Verhindern Sie, dass Kabel durch schwere Gegenstände gequetscht oder stark geknickt werden (der Mindestbiegeradius sollte ≥ dem 5-fachen Kabeldurchmesser entsprechen).
4. Verwenden Sie Crimp-Anschlussklemmen (das Zusammendrehen blanker Drähte ist nicht zulässig).
Führen Sie nach der Verdrahtung einen Zugtest durch – die Verbindungen müssen einer Zugkraft von ≥15 N standhalten
Allgemeine Tipps zur Fehlerbehebung
I. Sicherheitsmatte löst nicht aus (Gerät stoppt nicht nach Betreten)
Fehlerphänomen | Mögliche Ursachen | Methoden zur Fehlerbehebung | |||
Keine Reaktion beim Betreten der Sicherheitsmatte | 1. Strom nicht angeschlossen oder unzureichende Spannung | Messen Sie mit einem Multimeter die Versorgungsspannung (DC 24 V ±10 %) und prüfen Sie, ob der Netzschalter ordnungsgemäß funktioniert. | |||
| 2. Lose oder getrennte Verkabelung | Prüfen Sie den Klemmenblock und die Steckverbindungen auf Lockerheit. Prüfen Sie die Kabel mit einem Multimeter zur Durchgangsprüfung. | ||||
| 3. Interner Sensorfehler in der Matte | Schließen Sie die Ausgangsklemmen der Matte kurz. Wenn das Gerät stoppt, ist der interne Schaltkreis der Matte defekt und die Matte muss ausgetauscht werden. | ||||
Kontrollleuchte nicht an (falls verfügbar) | 1. Sicherung durchgebrannt | Ersetzen Sie die Sicherung durch eine mit den gleichen Spezifikationen. Überprüfen Sie den Stromkreis auf Kurzschlüsse (z. B. freiliegende Drähte, die die Erde berühren). | |||
2. Kontrollleuchte defekt | Messen Sie die Spannung an der Kontrollleuchte. Wenn Spannung anliegt, die Leuchte aber aus ist, ersetzen Sie die Kontrollleuchte. | ||||
II. Fehlauslösung der Trittmatte (Gerät stoppt unerwartet, ohne dass darauf getreten wird)
1. Elektromagnetische Störungen
1. Elektromagnetische Störungen
Ursache: In der Nähe befindliche Geräte wie Wechselrichter, Schweißgeräte oder andere starke elektromagnetische Quellen.
Lösung:
● Prüfen Sie, ob die Abschirmschicht ordnungsgemäß geerdet ist. Versuchen Sie, beide Enden zu erden, wenn dies im Produkthandbuch zulässig ist.
● Achten Sie darauf, dass Signalkabel mindestens 30 cm von Stromkabeln entfernt sind und vermeiden Sie eine parallele Verlegung.
2. Lose Verbindungen oder Kurzschlüsse
Ursache: Schlechter Kontakt an den Anschlüssen oder beschädigte Isolierung an den Kabeln.
Lösung:
● Crimpen Sie die Anschlüsse erneut und umwickeln Sie die freiliegenden Drahtadern mit Isolierband.
● Isolationswiderstand (≥10 MΩ) mit Multimeter prüfen, beschädigte Kabel ersetzen.
3. Fremdkörper oder Verformungen auf der Mattenoberfläche
● Ursache: Staub, Metallabrieb oder hochstehende Mattenkanten können zu falschen Drucksensorsignalen führen.
Lösung:
● Reinigen Sie die Oberfläche der Matte mit Druckluft.
● Reparieren oder ersetzen Sie alle verformten Mattenstreifen.
III. Gerät wird nach Auslösung nicht zurückgesetzt
III. Gerät wird nach Auslösung nicht zurückgesetzt
1. Fehlerhafte Reset-Taste oder Schaltung
Ursache: Schlechter Kontakt im Reset-Knopf oder Relais im Sicherheitskreis festgeklemmt.
Lösung:
● Messen Sie die Spannung an den Anschlüssen der Reset-Taste, während Sie diese drücken. Wenn kein NC-Signal (normalerweise geschlossen) erkannt wird, ersetzen Sie die Taste oder das Relais.
2. Mechanische Behinderung in der Matte
Ursache: Fremdkörper (z. B. Schrauben, Schmutz) unter der Matte verhindern, dass der Sensor in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Lösung:
● Heben Sie die Matte an und entfernen Sie alle darunter liegenden Gegenstände.
● Prüfen Sie, ob die Polsterschicht gealtert oder verformt ist, und ersetzen Sie sie gegebenenfalls.
Leistungsprüfung von Industrie-Sicherheitsmatten
1. Prüfung der Überrolldruckfestigkeit
● Die Normen EN 1760‑1 / ISO 13856‑1 schreiben vor, dass Trittmatten Personen mit einem Gewicht von über 20–35 kg zuverlässig erkennen und entsprechende Sicherheitsfunktionen auslösen müssen.
● Die Matten werden mechanischen Tests unterzogen, die den wiederholten Überrolldruck von Menschen oder leichten Fahrzeugen simulieren, um gleichbleibende Auslöseschwellen und langfristige Haltbarkeit sicherzustellen. Diese Tests stellen sicher, dass die Matte nach wiederholten Belastungszyklen zuverlässig einen Stopp auslöst.
2. Elektrische Isolierung und Dichtheitsprüfung
● Für Matten, die in der Nähe elektrischer Geräte verwendet werden, definieren Normen wie IS 15652 (Indien) und IEC 61111 Tests für Durchschlagsfestigkeit, Isolationswiderstand und Leckstrom unter Bedingungen von bis zu 66 kV Wechselstrom oder 240 V Gleichstrom.
● Bei dielektrischen Festigkeitstests (Hipot-Tests) wird Hochspannung angelegt und der Leckstrom gemessen, um die Isolationsintegrität der Matte zu bestätigen.
3. Prüfung der Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren und Laugen
● Matten müssen außerdem chemischer Zersetzung standhalten. Normen wie IS 15652 umfassen Tests zur Bewertung der Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Öle und niedrige Temperaturen.
Leitfaden zur Auswahl und zum Kauf von Sicherheitsmatten für die Industrie
| Technische Daten | |||
| Auslösekraft | ＞20 kg | 30 kg (für Erwachsene) | |
| Gewicht | Maximal zulässige Belastung (8 Stunden): ≤ 400 N/cm² | Maximal zulässige Belastung (8 Stunden): ≤ 200 N/cm² | Druckfestigkeit: Dynamische Belastung bis 500 kg Statische Belastung bis 700 kg |
| Dicke der Sicherheitsmatte | 15 mm | 11 mm | 14 mm |
Oberflächenmaterial | NBR-Kautschuk | PVC | NBR-Kautschuk |
Mechanische Lebensdauer | 3.000.000 Mal | 1.000.000 Mal | 1.000.000 Mal |
Schutzart | IP65 | ||
Umgebungstemperatur | -10℃ ~ +55℃ | +5℃ ~ +55℃ | -10℃ ~ +60℃ |
Ansprechzeit | 18 ms | ＜ 30 ms | |
Empfohlene Anwendungen | Besondere oder schwere Arbeitsbedingungen | Allgemeine Arbeitsbedingungen; | Sicherheitsschutz für Menschen, Kleinwagen und Fahrzeuge im Mischgebiet |
Verwandte Sicherheitsprodukte
Erkennungsmethode: Drucksensormethode Druckfestigkeit: Dynamische Belastung bis zu 500 kg, statische Belastung bis zu 700 kg Auslösekraft: 30 kg (für Erwachsene) Oberflächenschutzmaterial: NBR-Gummi Mattendicke: 14 mm
Wird zur Überwachung von Orten wie Sicherheitstüren und -fenstern verwendet.
Strahlabstand: 30mm Anzahl der optischen Achsen: 42 Schutzhöhe: 1230mm Sicherheitslichtvorhangausgänge (OSSD)2 PNP
5 m Entfernung. Eine Technik, bei der mithilfe eines Laserstrahls Entfernungen gemessen und detaillierte Karten von Objekten und Umgebungen erstellt werden.
