Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatisiert arbeiten¬ de Anlage, insbesondere eine Fertigungs- und/oder Förderanlage, mit zumindest einem automatisiert bewegten Anlagenteil, mit einer Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Bewegungen des Anlagenteils zu steuern, und mit einer Sicherheitseinrich¬ tung, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Bewegungsgröße des Anlagenteils sicherheitsrelevant zu bestimmen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Sicherheitseinrichtung für eine solche Anlage sowie ein Verfahren zum sicherheitsrelevan-

ten Stillsetzen eines bewegten Anlagenteils einer solchen An¬ lage.

Eine Anlage mit einer solchen Sicherheitseinrichtung ist bei¬ spielsweise aus DE 100 27 156 Al bekannt.

Die bekannte Anlage ist eine Abkantpresse oder eine vergleich¬ bare Maschine, bei der ein erstes Maschinenteil eine stempelar¬ tige Arbeitsbewegung gegen ein zweites Maschinenteil ausführt. Mit dieser Arbeitsbewegung lässt sich ein Werkstück unter Druck spanlos umformen oder auch schneiden oder stanzen.

Wie leicht einzusehen ist, ist eine solche stempelartige Ar¬ beitsbewegung für das Bedienpersonal, welches das Werkstück beispielsweise einlegen und ausrichten muss, sehr gefährlich. Tatsächlich gibt es immer wieder Unfälle, bei denen einer Be¬ dienperson durch Unachtsamkeit und/oder Fehlbedienungen schwere Quetschungen zugefügt oder sogar Körperteile abgetrennt werden. Zur Vermeidung derartiger Unfälle besitzt die Anlage aus DE 100 27 156 Al eine mitlaufende, berührungslos wirkende Schutzein¬ richtung (mitlaufende „BWS"). Konkret handelt es sich dabei um eine LichtSchrankenanordnung, deren Lichtstrahlen parallel zur Vorderkante des bewegten Werkzeugs verlaufen, wobei die Licht¬ schrankenanordnung mit der Arbeitsbewegung des Werkzeugs mitge¬ führt wird. Wird einer der Lichtstrahlen der Lichtschrankenan¬ ordnung unterbrochen, wird die Arbeitsbewegung in aller Regel sofort gestoppt. Kurz vor dem Schließen der Presse muss die Lichtschrankenanordnung allerdings deaktiviert werden (soge¬ nanntes Muting) , da die Unterbrechung der Lichtstrahlen durch das umzuformende Werkstück ansonsten ein Schließen der Presse verhindern würde.

Um bei älteren Pressen eine einfache Nachrüstung mit einer solchen Lichtschrankenanordnung zu ermöglichen, schlägt die DE 100 27 156 Al vor, die LichtSchrankenanordnung dann zu deakti¬ vieren („muten" ) , wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des stem¬ pelartigen Werkzeugs unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwin¬ digkeit liegt. Üblicherweise wird das stempelartige Werkzeug bei einer Presse nämlich aus seiner Ruheposition (sogenannter oberer Totpunkt) zunächst mit einer hohen Geschwindigkeit an das Werkstück herangefahren (Eilgang) . Die Umformung des Werk¬ stücks erfolgt hingegen mit einer geringen Geschwindigkeit (Schleichgang). Laut DE 100 27 156 Al besitzt die Deaktivierung der Lichtschrankenanordnung allein in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs den Vorteil, dass auch ältere Pressen relativ einfach mit der beschriebenen Licht¬ schrankenanordnung nachgerüstet werden können. Andererseits setzt die vorgeschlagene Vorgehensweise voraus, dass die jewei¬ lige Geschwindigkeit des Werkzeugs sicherheitsrelevant bestimmt werden kann, das heißt die Bewegungsgeschwindigkeit des Werk- zeugs muss so bestimmt werden, dass selbst bei einem Fehler oder Funktionsausfall in der Sicherheitseinrichtung kein ge¬ fährlicher Zustand für das Bedienpersonal auftreten kann.

Bei der Presse aus DE 100 27 156 Al wird die Geschwindigkeit des Werkzeugs daher mit zwei Messmodulen bestimmt, wobei ein Messmodul als Winkelschrittgeber ausgebildet ist, bei dem ein an dem Werkzeug fixiertes Seil durch die Arbeitsbewegung auf- und abgewickelt wird. Die durch das Auf- und Abwickeln erzeugte Drehbewegung wird mit einem Winkelschrittsensor oder Drehsensor erfasst. Das zweite Messmodul besitzt einen Induktivsensor, durch den ein Magnetmaßband bewegt wird, wobei das Magnetma߬ band ebenfalls der Bewegung des Werkzeugs folgt. Als Alternati-

ven werden noch Messeinrichtungen genannt, die eine Zahnstange, ein Linearpotentiometer, einen lichtdurchlässigen Maßstab mit Lichtschranke oder einen Induktivsensor mit einem Lochbandblech beinhalten.

All diesen Sensoren ist gemeinsam, dass ihre physikalischen Abmessungen von der Größe der Anlage bzw. dem Bewegungshub des bewegten Anlagenteils abhängen. Soll beispielsweise eine Bewe¬ gungswegstrecke von 1.000 mm überwacht werden, wird ein ent¬ sprechend langes Seil, Maßband oder Maßstab benötigt. Die vor¬ geschlagenen Messmittel sind daher alle relativ großbauend und erfordern eine aufwendige Montage mit entsprechend hohen Kos¬ ten. Dies gilt bei der sicherheitsrelevanten Bestimmung von Bewegungsgrößen eines bewegten Anlagenteils um so mehr, da aus Sicherheitsgründen in aller Regel redundante Messmittel einge¬ setzt werden müssen.

Eine vergleichbare Anlage, bei der es sich ebenfalls um eine Presse handelt, ist aus WO 97/25568 bekannt. In diesem Fall kommt eine optische Encoderscheibe zum Einsatz, um die Arbeits¬ bewegung des Werkzeugs zu überwachen. Die Encoderscheibe wird wiederum über eine Kette, ein Seil oder dergleichen gedreht, welches mit einem Ende an dem bewegten Werkzeug befestigt ist (vgl. dort Figur 9b). Im Hinblick auf die Materialkosten, die Abmessungen und den Montageaufwand sind die Nachteile dieselben wie bei der Anlage aus DE 100 27 156 Al.

Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt die sicherheits¬ relevante Bestimmung einer Bewegungsgröße an einer Presse oder einer vergleichbaren stationären Anlage mit einem stempelartig bewegten Werkzeug. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht be-

schränkt und kann gleichermaßen bei anderen, vorzugsweise stationären Anlagen eingesetzt werden, bei denen eine Bewe¬ gungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungswegstrecke eines beweg¬ ten Anlagenteils sicherheitsrelevant bestimmt werden müssen. Insbesondere kann die Erfindung daher bei anderen Fertigungsan¬ lagen wie etwa Werkzeugmaschinen zum Drehen, Bohren und/oder Fräsen, Robotern, Schweißanlagen u.a. oder auch bei stationären Transport- oder Förderanlagen, wie etwa Transportbändern oder Aufzügen, eingesetzt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kosten¬ günstige und möglichst kleinbauende Alternative anzugeben, um die Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungswegstrecke eines bewegten Anlagenteils einer an sich stationären Anlage sicher¬ heitsrelevant zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfin¬ dung dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Sicherheitsein¬ richtung zumindest einen Beschleunigungssensor und eine Auswer¬ teeinheit beinhaltet, wobei der Beschleunigungssensor mit dem bewegten Anlagenteil gekoppelt ist, um eine Beschleunigung des bewegten Anlagenteils zu erfassen, und wobei die Auswerteein¬ heit dazu ausgebildet ist, zumindest eine Bewegungsgeschwindig¬ keit und/oder Bewegungswegstrecke des Anlagenteils anhand der Beschleunigung zu bestimmen.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art gelöst, bei dem zum Bestimmen der Bewegungsgröße zunächst eine Beschleunigung des bewegten Anlagenteils mit Hilfe eines Beschleunigungssensors erfasst wird, und bei dem anschließend anhand der erfassten Beschleunigung zumindest eine

Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungswegstrecke des Anla¬ genteils als Bewegungsgröße bestimmt wird.

Die vorliegende Erfindung löst sich damit von dem bislang — zumindest für die sicherheitsrelevante Bestimmung von Weg und/oder Geschwindigkeit an stationären Anlagen stets verwende¬ ten — Prinzip, Messmittel einzusetzen, deren Messbereich und deren physikalische Abmessungen von der Größe der Anlage und der zu erfassenden Messgröße abhängen. Ein Beschleunigungssen¬ sor ermöglicht nämlich die messtechnische Erfassung einer Be¬ schleunigung unabhängig von der Größe des beschleunigten Anla¬ genteils und unabhängig von der Wegstrecke, die während der Beschleunigung durchfahren wird. Die physikalischen Abmessungen eines Beschleunigungssensors sind damit unabhängig von der Anlagengröße und unabhängig von der Wegstrecke, die das bewegte Anlagenteil zurücklegt.

Darüber hinaus sind Beschleunigungssensoren, beispielsweise kapazitiv oder piezoresistiv arbeitende Beschleunigungssenso¬ ren, als integrierte Bauelemente kommerziell erhältlich, wobei deren Abmessungen nur einige Millimeter oder Zentimeter betra¬ gen. Geeignete Beschleunigungssensoren werden beispielsweise bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um anhand der erfassten Be¬ schleunigungen, die beispielsweise bei einem Unfall auftreten, einen Airbag auszulösen. In diesen Fällen dient die erfasste Beschleunigung allerdings selbst als Messgröße, wohingegen die vorliegende Erfindung eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungswegstrecken anhand der erfassten Beschleunigung be¬ stimmt.

Der physikalische Zusammenhang zwischen Beschleunigung, Ge¬ schwindigkeit und zurückgelegter Wegstrecke ist hinlänglich bekannt. So lässt sich die Geschwindigkeit eines bewegten An¬ lagenteils aus der messteσhnisch erfassten Beschleunigung berechnen, indem man die erfassten Beschleunigungswerte über der Zeit integriert. Gleichermaßen kann die zurückgelegte Weg¬ strecke durch Integration über die Geschwindigkeit bestimmt werden. Um die tatsächlichen Werte der Geschwindigkeit oder Wegstrecke zu erhalten, müssen allerdings die Geschwindigkeit und die Position des bewegten Anlagenteils zu Beginn der Inte¬ grationszeit bekannt sein. Dies ist bei einer automatisiert arbeitenden, stationären Anlage jedoch kein Problem, da in aller Regel zumindest nach dem Einschalten der Anlage ein defi¬ nierter Ruhezustand vorliegt oder in einem Initialisierungspro- zess eingenommen wird. Bei einer Presse ist ein definierter Ruhepunkt (Geschwindigkeit Null, definierte Position) stets zu Beginn eines Arbeitszyklus gegeben, da jeder Arbeitszyklus auf dem sogenannten oberen Totpunkt des Pressenwerkzeugs beginnt.

Wird nun die Beschleunigung des Werkzeugs (oder eines mit ihm verbundenen Anlagenteils) vom Beginn der Arbeitsbewegung an kontinuierlich oder zumindest in regelmäßigen Zeitabständen erfasst, kann die aktuelle Geschwindigkeit und die aktuelle Position mathematisch bestimmt werden.

Der Wert der Geschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke hängen bei der erfindungsgemäßen Lösung allerdings nicht nur von dem bekannten Startpunkt ab, sondern auch von der Genauig¬ keit, mit der der Beschleunigungssensor die Beschleunigung des bewegten Anlagenteils erfasst, sowie von der Integrationsgenau¬ igkeit der Auswerteeinheit. Für eine sicherheitsrelevante Be-

Stimmung von Geschwindigkeit, Wegstrecke oder Position ist ein exakter Messwert jedoch nicht erforderlich. Vielmehr genügt hier eine Grenzwertbetrachtung, die eine sicherheitstechnisch zuverlässige Aussage darüber erlaubt, dass die Geschwindigkeit, Wegstrecke oder Position einen unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten festgelegten Grenzwert nicht übersteigt oder unterschreitet. Indem man eine geeignete Sicherheitsreserve einplant, können etwaige Messungenauigkeiten des neuen Ansatzes leicht kompensiert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, kleine und kosten¬ günstige Beschleunigungssensoren zum Bestimmen von Geschwindig¬ keit, Weg und/oder Position des bewegten Anlagenteils einzuset¬ zen, selbst wenn die damit erreichbaren „Messtoleranzen" für andere steuerungstechnische Anwendungen unzureichend sind.

Die neue Sicherheitseinrichtung besitzt über die geringen Bau¬ teilkosten und die geringen Abmessungen hinaus den Vorteil, dass der Montageaufwand gegenüber bisherigen Einrichtungen erheblich reduziert ist. Der Beschleunigungssensor benötigt keinen Bezugspunkt am feststehenden Teil der Anlage, im Gegen¬ satz zu allen bisherigen Messmitteln. Daher lässt er sich weit¬ gehend beliebig an dem beweglichen Anlagenteil positionieren. Bei einer Presse der eingangs beschriebenen Art ist es insbe¬ sondere vorteilhaft, den zumindest einen Beschleunigungssensor im oder am Empfänger der Lichtschrankenanordnung zu integrie¬ ren, wodurch der Verdrahtungsaufwand erheblich reduziert ist.

Darüber hinaus besitzt die neue Sicherheitseinrichtung den Vorteil, dass sie weitgehend unabhängig vom jeweiligen An-

lagentyp ist und damit für eine Vielzahl unterschiedlicher Anlagen eingesetzt werden kann.

Ein weiterer Vorteil liegt schließlich darin, dass die neue Sicherheitseinrichtung eine berührungslose und damit ver¬ schleißfreie Bestimmung von Bewegungsgeschwindigkeit, Wegstre¬ cke und/oder Position ermöglicht.

Insgesamt bietet die vorliegende Erfindung damit eine kosten¬ günstige und sehr kleinbauende Alternative, um Bewegungs- gesσhwindigkeiten und/oder Bewegungswegstrecken (und damit Positionen) eines bewegten Anlagenteils einer stationären An¬ lage sicherheitsrelevant zu bestimmen. Die oben genannte Auf¬ gabe ist daher vollständig gelöst.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsein¬ richtung zumindest zwei Beschleunigungssensoren auf und die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, die Bewegungsgeschwindig¬ keit und/oder Bewegungswegstrecke des Anlagenteils mit Hilfe der zumindest zwei Beschleunigungssensoren redundant zu be¬ stimmen.

Diese Ausgestaltung ist eine besonders einfache Möglichkeit, um durch einen Plausibilitätsvergleich eine erhöhte Fehlersicher¬ heit zu erreichen. Aufgrund der geringen Baugröße von kommer¬ ziell erhältlichen Beschleunigungssensoren profitiert diese vorteilhafte Ausgestaltung jedoch ohne Einschränkungen von den zuvor genannten Vorteilen.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die zumindest zwei Be- schleunigungssensoren so ausgebildet, dass sie Beschleunigungen

des bewegten Anlagenteils in jeweils einer von zumindest zwei unterschiedlichen Sensorachsen erfassen.

Durch diese Ausgestaltung wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten sogenannter Common-Cause-Fehler reduziert. Die Sicherheit der neuen Sicherheitseinrichtung ist daher weiter erhöht. Andererseits lässt eine vektorielle Zerlegung der Mess¬ werte entlang der zumindest zwei unterschiedlichen Sensorachsen weiterhin einen vorteilhaften Plausibilitätsvergleich zu.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die zumindest zwei Be¬ schleunigungssensoren in einem gemeinsamen Sensorgehäuse inte¬ griert.

Diese Ausgestaltung ermöglicht eine weitere Reduzierung des benötigten Bauraums und eine weitere Reduzierung von Bauteil- und/oder Montagekosten. Darüber hinaus ist es besonders vor¬ teilhaft, wenn die zumindest zwei integrierten Beschleunigungs¬ sensoren unterschiedliche Sensorachsen erfassen. Geeignete Beschleunigungssensoren sind nämlich in zahlreichen Variationen kommerziell erhältlich, wobei der eigentliche Anwendungszweck die mehrdimensionale Erfassung von Beschleunigungen innerhalb einer Ebene oder im Raum ist. Im Rahmen der vorliegenden Aus¬ gestaltung dienen die zumindest zwei Sensoraσhsen jedoch zur redundanten Erfassung von Beschleunigungen des bewegten An¬ lagenteils in einer Bewegungsrichtung. Dies kann in der beson¬ ders bevorzugten Ausgestaltung auf sehr kostengünstige Weise realisiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die zumindest zwei Be¬ schleunigungssensoren in zumindest zwei unterschiedlichen Ein-

baulagen mit dem beweglichen Anlagenteil gekoppelt, so dass an den zumindest zwei Beschleunigungssensoren unterschiedliche gravitative Vorspannungen auftreten.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die zumindest zwei Be¬ schleunigungssensoren hinsichtlich ihrer Einbaulagen um 180° versetzt zueinander angeordnet sind, da sie dann gegenläufige Ausgangssignale erzeugen, die eine vorteilhafte Auswertung ermöglichen.

Da Beschleunigungssensoren typischerweise eine bewegte Masse beinhalten, deren Auslenkung aufgrund von Trägheitskräften messtechnisch erfasst werden, machen sich auch unterschiedliche Einbaulagen messtechnisch bemerkbar. Ursache hierfür ist die Auslenkung der bewegten Masse aufgrund der Erdanziehungskraft. Diese äußert sich im Ausgangssignal der Beschleunigungssensoren in einem stationären Vorspannungswert, also einer gravitativen Vorspannung. Die unterschiedlichen gravitativen Vorspannungen können für eine Plausibilitätsprüfung gut genutzt werden, wo¬ durch sich die Funktionssicherheit der neuen Sicherheitsein¬ richtung weiter erhöhen lässt. Durch die besonders bevorzugte Differenzbildung lassen sich zudem Rauschspannungsanteile ein¬ fach eliminieren. Die sicherheitsrelevante Bestimmung von Ge¬ schwindigkeit und/oder Weg bzw. Position ist damit noch genauer und zuverlässiger möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die zumindest zwei Beschleunigungssensoren zeit¬ versetzt zueinander auszulesen.

Durch diese Ausgestaltung lässt sich auf sehr kostengünstige Weise eine höhere Messauflösung und damit eine schnellere Reak¬ tion der neuen Sicherheitseinrichtung erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der zumindest eine Beschleunigungssensor einen Testeingang zum Einspeisen eines Testsignals. Bevorzugt ist das Testsignal mit der Auswerteein¬ heit verbunden, die so in der Lage ist, ein Testsignal in den Beschleunigungssensor einzuspeisen.

Anhand einer an das Testsignal geknüpften Erwartungshaltung kann die fehlerfreie Funktion des Beschleunigungssensors im laufenden Betrieb der Sicherheitseinrichtung sehr einfach über¬ wacht werden. Beispielsweise kann mit Hilfe des Testsignals eine definierte Auslenkung der bewegten Masse in dem Beschleu¬ nigungssensor bewirkt werden, die sich im Ausgangssignal des Beschleunigungssensors entsprechend widerspiegeln muss. Die Ausgestaltung ermöglicht somit einen sicheren Betrieb, selbst wenn nur ein einzelner Beschleunigungssensor zur Bestimmung von Geschwindigkeit und/oder Wegstrecke verwendet wird. Die Bau¬ teilkosten lassen sich damit weiter reduzieren.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit ferner dazu ausgebildet, eine Bewegungsrichtung des bewegten Anlagen¬ teils anhand der Beschleunigung sicherheitsrelevant zu bestim¬ men.

Die Bewegungsrichtung des bewegten Anlagenteils kann aus dem Ruhezustand heraus sehr einfach anhand des „Vorzeichens" der messtechnisch erfassten Beschleunigungswerte abgeleitet werden. Darüber hinaus kann die Bewegungsrichtung auch während des

Bewegungsablaufs aus den erhaltenen Geschwindigkeits- oder Positionswerten bestimmt werden. Die vorliegende Ausgestaltung bietet daher ohne nennenswerte Zusatzkosten eine Information, die in die sicherheitskritische Beurteilung einer Betriebssitu¬ ation vorteilhaft einfließen kann. Beispielsweise können bei einer Anlage häufig unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten abhängig von der jeweiligen Bewegungsriσhtung zugelassen wer¬ den, wodurch sich die Produktivität der Anlage ohne Einbußen in Bezug auf die Sicherheit erhöhen lässt.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Detektor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, das Erreichen einer definierten Ruhe¬ position des bewegten Anlagenteils zu erfassen, wobei der De¬ tektor mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Bevorzugt ist der Detektor dabei fehlersicher im Sinne der einschlägigen Bestim¬ mungen (beispielsweise im Sinne der Kategorie 4 der euro¬ päischen Norm EN 954-1 oder vergleichbare Sicherheitsvorschrif¬ ten) ausgebildet.

Mit Hilfe eines solchen Detektors kann der Startpunkt der Be¬ wegung des bewegten Anlagenteils sehr zuverlässig bestimmt werden. Damit lässt sich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der bestimmten Werte für die Geschwindigkeit, Wegstrecke und/oder die Position erhöhen. Infolgedessen können Sicher¬ heitsmargen geringer angesetzt werden, was die Produktivität der überwachten Anlage erhöht. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Detektor ein physisch an der Anlage installierter Detektor ist, da er in diesem Fall einen „echten" Messwert liefert. Alternativ hierzu kann der Detektor jedoch auch „virtuell" sein, indem der Startpunkt beispielsweise aus den Daten der Steuerung abgeleitet wird.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein mit der Auswerteeinheit verbundener Speicher vorhanden, der dazu ausgebildet ist, ein zeitliches Referenzprofil der zumindest einen Bewegungsgröße des bewegten Anlagenteils abzuspeichern.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Auswerteeinheit dazu aus¬ gebildet ist, ein aktuelles Bewegungsprofil des bewegten An¬ lagenteils mit dem Referenzprofil zu vergleichen und in Abhän¬ gigkeit davon das bewegte Anlagenteil stillzusetzen.

Die Aufnahme und Überwachung eines Referenzprofils, beispiels¬ weise also der zeitliche Verlauf der Beschleunigung oder Ge¬ schwindigkeit des bewegten Anlagenteils während eines Arbeits¬ zyklus, ermöglicht eine sehr zuverlässige Überwachung der Anla¬ ge. Insbesondere ist es damit sehr einfach möglich, Veränderun¬ gen im Bewegungsablauf der Anlage, beispielsweise ein verlän¬ gerter Nachlaufweg, aufgrund von Alterungserscheinungen, Ver¬ schleiß oder externen Einflüssen schnell und zuverlässig zu erkennen und darauf zu reagieren. Darüber hinaus können auch schon aus der Aufnahme eines Bewegungsprofils Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage gezogen werden, so dass beispielsweise eine Sicherheitsmarge auf eine individuelle Anlage abgestimmt werden kann. Dies ermöglicht es, eine Sicherheitseinrichtung so an eine überwachte Anlage anzupassen, dass Einbußen bei der Produktivität minimiert sind.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das bewegte Anlagenteil ein stempelartig bewegtes Werkzeug. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn als Bewegungsgröße zumindest eine der nachfolgenden Größen bestimmt wird: Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs, Nach¬ laufweg des Werkzeugs (das ist gewissermaßen der Bremsweg in-

klusive Reaktionszeit nach Auslösen eines Notstopps), Muting- punkt einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung, Um- schaltpunkt zwischen Eil- und Schleichgang des Werkzeugs sowie Bewegungsriσhtung des Werkzeugs.

Wie bereits weiter oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Pressen und ähnliche Maschinen mit zwei gegenläufig zueinander bewegten Anlagenteilen beschränkt. Andererseits handelt es sich dabei um einen besonders bevorzugten Anwen¬ dungsfall, da sich die bei solchen Anlagen auftretenden Bewe¬ gungen besonders einfach und vorteilhaft mit Hilfe der neuen Sicherheitseinrichtung überwachen lassen. So sind insbesondere die Bewegungshübe als auch die Bewegungsgeschwindigkeiten und Bewegungsbahnen einer Presse oder eines ähnlichen Werkzeugs besonders geeignet, um die Bestimmung von Geschwindigkeit, Wegstrecke und/oder Position anhand der Beschleunigung zu er¬ möglichen. Darüber hinaus besteht bei solchen Anlagen ein be¬ sonders hohes Risiko und daher ein besonders hoher Bedarf nach einer Sicherheitseinrichtung der vorliegenden Art.

In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Sicherheitsein¬ richtung eine mit dem Werkzeug mitlaufende, berührungslos wir¬ kende Schutzeinrichtung mit einem Sender und einem Empfänger, wobei der zumindest eine Beschleunigungssensor im Bereich des Senders und/oder Empfängers angeordnet ist.

Eine solche Schutzeinrichtung ist für sich genommen bekannt, wie eingangs dargelegt ist. Sie beschränkt sich nicht auf Lichtschrankenanordnung mit einem Lichtsender und einem Licht¬ empfänger, und sie kann stattdessen oder ergänzend beispiels¬ weise auch eine Kamera als Empfänger im Sinne der vorliegenden

Erfindung beinhalten. Durch die Anordnung des zumindest eines Beschleunigungssensors im Bereich des Empfängers kann eine lotrechte Justage des Senders/Empfängers sehr einfach und sogar im laufenden Überwachungsbetrieb anhand der gravitativen Vor¬ spannungen und der Beschleunigungen überprüft werden. Außerdem ist der Montageaufwand der neuen Sicherheitseinrichtung noch weiter reduziert, da der Sender und Empfänger ohnehin an der Anlage montiert werden müssen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nach¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der neuen Erfindung,

Figur 2 eine vereinfachte Darstellung eines kapazitiven Beschleunigungssensors, wie er vorteilhaft in Ausfüh¬ rungsbeispielen der Erfindung eingesetzt werden kann,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeits¬ profils des bewegten Anlagenteils bei der Anlage aus Figur 1, und

Figur 4 ein vereinfachtes Flussdiagrainm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens.

In Figur 1 ist eine Presse als ein bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel der neuen Anlage in ihrer Gesamtheit mit der BezugsZiffer 10 bezeichnet.

Die Presse 10 besitzt ein Oberwerkzeug 12 (bewegtes Anlagen¬ teil) und ein Unterwerkzeug 14. Bei den Bezugsziffern 16 sind zwei Antriebe vereinfacht dargestellt, mit denen das Oberwerk¬ zeug 12 in Richtung eines Pfeils 18 gegen das Unterwerkzeug 14 verfahren werden kann. Am Oberwerkzeug 12 ist ein Biegewerkzeug 20 angeordnet. Bei der Bezugsziffer 22 ist ein Fußtaster ver¬ einfacht dargestellt, der betätigt werden muss, um einen Ar¬ beitszyklus der Presse 10 zu starten und durchzuführen. Alter¬ nativ hierzu kann die Presse 10 auch über andere Betätigungs¬ elemente bedient werden.

Auf dem Unterwerkzeug 14 ist eine Matrize 24 angeordnet, auf der ein Werkstück 26, beispielsweise ein Blechteil, liegt. Das untere Ende des Biegewerkzeugs 20 ist komplementär zu der Mat¬ rize 24 ausgebildet und ermöglicht beim Einfahren in die Matri¬ ze 24 eine spanlose Umformung des Werkstücks 26.

Mit den Bezugsziffern 27 und 28 sind zwei Halter bezeichnet, die links und rechts von dem Biegewerkzeug 20 an dem Oberwerk¬ zeug 12 angeordnet sind. Am Ende des Halters 27 befindet sich ein Sender 29 und am Ende des Halters 28 befindet sich ein Empfänger 30. Sender 29 und Empfänger 30 bilden eine Licht¬ schrankenanordnung, die einen oder mehrere Lichtstrahlen 32

erzeugt, der bzw. die parallel zu der unteren Kante des Biege¬ werkzeugs 20 in einem geringen Abstand dazu verlaufen. Der oder die Lichtstrahlen 32 bewegen sich mit dem Biegewerkzeug 20 in Richtung des Pfeils 18 nach unten, das heißt Sender 29 und Empfänger 30 bilden eine mitlaufende berührungslose Schutzein¬ richtung, wie sie vom Grundsatz her auch schon aus den eingangs genannten Druckschriften bekannt ist. Alternativ hierzu kann die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung auch mit einer Kameraeinheit oder mit anderen optischen Mitteln realisiert sein.

Bei den Bezugsziffern 34 und 36 sind zwei Endschalter schema¬ tisch dargestellt, die nur dann geschlossen sind, wenn sich das Oberwerkzeug 12 in seinem oberen Totpunkt befindet. Die ge¬ schlossene Stellung der Endschalter 34, 36 signalisiert damit, dass sich die Presse 10 in ihrem Ausgangszustand zur Durchfüh¬ rung eines Arbeitszyklus befindet.

Bei der Bezugsziffer 40 ist eine Steuereinheit vereinfacht dargestellt, die zumindest einige der Funktionen der Presse 10 steuert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um eine fehlersichere SPS, wie sie von der vorliegen¬ den Anmelderin unter der Bezeichnung PSS® angeboten wird. Die Steuereinheit 40 beinhaltet (vereinfacht dargestellt) einen Schnittstellenteil 42 sowie zwei oder mehr redundante Signal¬ verarbeitungskanäle. Die Signalverarbeitungskanäle sind hier nur mit jeweils einem Prozessor 44a, 44b, einem ersten Speicher 46a, 46b und einem zweiten Speicher 48a, 48b dargestellt. Die Prozessoren 44a, 44b können über eine geeignete Schnittstelle (z.B. eine Busverbindung oder ein Dual-Ported-RAM) miteinander kommunizieren und somit eine Plausibilitätsprüfung der jeweili-

gen Verarbeitungsergebnisse durchführen. Der Schnittstellenteil 42 besitzt eine Vielzahl von Ein- und Ausgängen, an denen die Sensoren und Aktoren der Presse 10 angeschlossen sind. Insbe¬ sondere sind der Fußtaster 22, die Endschalter 34, 36 und zu¬ mindest der Empfänger 30 der Lichtschrankenanordnung ange¬ schlossen. Des Weiteren können die Antriebe 16 der Presse (über geeignete Aktoren, wie etwa Schütze, hier nicht dargestellt) ausgeschaltet werden.

Bei der Bezugsziffer 50 ist schematisch ein Beschleunigungs¬ sensor dargestellt, der hier beispielhaft an dem Oberwerkzeug 12 der Presse 10 angeordnet ist. Der Beschleunigungssensor 50 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sensorachsen 52, 54, das heißt er liefert Beschleunigungsmesswerte entlang der bei¬ den senkrecht zueinander verlaufenden Achsen 52, 54. Im gezeig¬ ten Ausführungsbeispiel ist der Beschleunigungssensor 50 so angeordnet, dass jede Sensorachse 52, 54 mit einer Neigung von 45° zu der Bewegungsriσhtung 18 des Oberwerkzeugs 12 verläuft. Durch eine vektorielle Auswertung der Beschleunigungsmesswerte entlang der beiden Sensorachsen 52, 54 kann eine redundante Information über die Beschleunigung des Oberwerkzeugs 12 ent¬ lang der Bewegungsrichtung 18 abgeleitet werden.

Alternativ oder ergänzend zu dem Beschleunigungssensor 50 be¬ sitzt die Presse 10 in einem anderen Ausführungsbeispiel zwei einzelne Besσhleunigungssensoren 50a, 50b, die an dem Empfänger 30 (oder am Sender 29) oder zumindest in deren Bereich angeord¬ net sind. Bevorzugt sind die Beschleunigungssensoren 50a, 50b in einem Ausführungsbeispiel in dem Empfänger 30 integriert. Die Beschleunigungssensoren 50a, 50b sind im bevorzugten Aus¬ führungsbeispiel in zwei unterschiedlichen Einbaulagen angeord-

net, und zwar um 180° verdreht zueinander. Hierdurch liefern die Beschleunigungssensoren 50a, 50b unterschiedliche gravita- tive Vorspannungen und die Spannungssignale am Ausgang der Sensoren sind gegenläufig, was eine vorteilhafte Differenzwert¬ bildung ermöglicht.

Es versteht sich, dass der Beschleunigungssensor 50 alternativ zu der vereinfachten Darstellung ebenfalls in dem Sender 29 oder Empfänger 30 integriert sein kann. Darüber hinaus könnten die beiden einzelnen Beschleunigungssensoren 50a, 50b abwei¬ chend von der gezeigten Anordnung im bzw. am Empfänger auch an einer anderen Stelle des Oberwerkzeugs 12 oder an einer anderen Stelle angeordnet sein, an der sich die Beschleunigungen des Oberwerkzeugs bzw. des Biegewerkzeugs 20 messen lassen. Ggf. können auch noch weitere Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, um entweder die Redundanz zu erhöhen und/oder weitere Bewegungsgrößen zu bestimmen.

Die Ausgangssignale des oder der Beschleunigungssensoren 50, 50a, 50b sind ebenfalls der Steuereinheit 40 zugeführt, wie dies anhand der Bezugsziffern 52, 54 bei der Steuereinheit 40 angedeutet ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung einer Bewegungsgeschwindigkeit des Oberwerkzeugs 12 sowie die Bestimmung von Nachlaufweg („Bremsweg"), Umschaltpunkt zwischen Eilgang und Schleichgang sowie Mutingpunkt für die Lichtschran¬ kenanordnung in der Steuereinheit 40. Hierzu ist in den Spei¬ chern 46a, 46b ein entsprechendes Programmmodul hinterlegt. Mit anderen Worten bilden die Programmmodule in den Speichern 46a, 46b jeweils eine Auswerteeinheit im Sinne der vorliegenden

Erfindung. Alternativ hierzu könnte die Auswerteeinheit jedoch auch getrennt von der Steuereinheit 40 realisiert sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung vollständig in dem Empfän¬ ger 30 der Liσhtschrankenanordnung integriert. Bevorzugt sind dann auch alle anderen sicherheitsrelevanten Aufgaben dort angesiedelt, so dass die Steuereinheit 40 eine konventionellen, nicht-sichere Steuereinheit sein kann.

Um einen Arbeitszyklus der Presse 10 zu starten, muss sich das Oberwerkzeug 12 in seinem oberen Totpunkt (wie in Figur 1 dar¬ gestellt) befinden. Diese Ausgangsposition lässt sich anhand der Endschalter 34, 36 fehlersicher detektieren.

Bei Betätigung des Fußtasters 22 bewegt sich das Oberwerkzeug 12 mit dem Biegewerkzeug 20 nach unten, und zwar typischerweise zunächst mit einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit (Eilgang) . Die hohe Bewegungsgeschwindigkeit wird beibehalten, bis das Biegewerkzeug 20 einen definierten Umschaltpunkt 56 erreicht. Die im Eilgang zurückgelegte Wegstrecke ist in Figur 1 mit d _x bezeichnet. Ab dem Umschaltpunkt bewegt sich das Oberwerkzeug 12 mit dem Biegewerkzeug 20 nur im Schleichgang, um den Umform- prozess zu vollenden. Die zurückgelegte Wegstrecke ist in Figur 1 bei d ₂ angegeben.

Anschließend kehrt das Oberwerkzeug 12 wieder in seine Aus¬ gangsposition (oberer Totpunkt) zurück. Dies erfolgt in aller Regel wiederum mit einer hohen Geschwindigkeit, jedoch einer entgegengesetzten Bewegungsrichtung. Ein entsprechendes Ge¬ schwindigkeitsprofil ist in Figur 3 vereinfacht dargestellt, wobei der Verlauf der Geschwindigkeit über der Zeit gezeigt

ist. Während einer ersten Phase 62 nimmt das Oberwerkzeug 12 seine maximale Geschwindigkeit auf (Eilgang) und wird anschlie¬ ßend bei Erreichen des UmschaltZeitpunkts 56 wieder abgebremst (Flanke 64). Anschließend wird die Bewegung mit geringerer Geschwindigkeit fortgesetzt (Schleichgang, Phase 66). Bei man¬ chen Pressen muss die Bewegung im Schleichgang der Phase 66 durch ein erneutes Betätigen eines Bedienschalters gezielt initiiert werden. Nach der Umformung des Werkstücks erfolgt die Rückkehr des Oberwerkzeugs mit hoher Geschwindigkeit, jedoch entgegengesetzter Bewegungsrichtung (Phase 68).

Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines kapazitiven Be¬ schleunigungssensors 50a, wie er in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Der Beschleunigungssen¬ sor 50a besitzt ein Messelement, das vereinfacht als ein „dop¬ pelter Plattenkondensator" mit drei zueinander parallelen Plat¬ ten 70, 72, 74 betrachtet werden kann. Die mittlere Platte 72 ist beweglich gelagert. Im Ruhezustand ist der Abstand der Platten 70, 72 in etwa gleich wie der Abstand der Platten 72, 74. Wird der Beschleunigungssensor 50a beschleunigt, verändern sich die Abstände d ₃ und d ₄ aufgrund der Masseträgheit der mittleren Platte 72. Die veränderten Abstände haben eine Verän¬ derung der Kapazitätswerte C ₁ und C ₂ der beiden Kondensatoren zur Folge, die messtechnisch erfasst werden können.

Des weiteren besitzt der Beschleunigungssensor 50a hier eine Testeingang 76, an dem ein Testsignal angelegt werden kann. Mit Hilfe des Testsignals kann die mittlere Platte 72 gezielt aus¬ gelenkt werden, was sich am Ausgang des Beschleunigungssensors als ein entsprechendes „Beschleunigungssignal" bemerkbar machen

muss. Damit lässt sich der Beschleunigungssensor auf fehler¬ freie Funktion überprüfen.

Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf kapazitive Beschleunigungssensoren be¬ schränkt ist. Beispielsweise können stattdessen auch piezo- resistive Beschleunigungssensoren . verwendet werden, bei denen die Auslenkung eines Masseelements mit Hilfe von Piezoelementen bestimmt werden. Darüber hinaus können grundsätzlich auch ande¬ re Messprinzipien zum (vorzugsweise direkten) messtechnischen Erfassen von Beschleunigungen verwendet werden.

Aus den erfassten Beschleunigungen lässt sich die Geschwindig¬ keit des Oberwerkzeugs bestimmen, indem man die Beschleuni¬ gungswerte über der Zeit integriert. Mathematisch ist der Zu¬ sammenhang

\a _AIB dt ,

wobei

^V _A/B (t) der Verlauf der Geschwindigkeit über der Zeit ist, der in den beiden Auswertekanälen A bzw. B bestimmt wird,

V ₀ die Geschwindigkeit zu Beginn der Integration ist, α _A/B die in den Kanälen A bzw. B messtechnisch erfassten Beschleunigungswerte sind, und t _: , t ₂ der Anfangs- bzw. Endzeitpunkt des Zeitinterwalls ist, über das die Beschleunigungswerte α _a/B integriert wer¬ den.

In gleicher Weise lässt sich die zurückgelegte Wegstrecke aus der erhaltenen Geschwindigkeit gemäß folgendem Zusammenhang bestimmen:

dt ,

wobei

s _A/B (t) die zum Zeitpunkt t zurückgelegte Wegstrecke ist,

S ₀ der Ort zu Beginn der Integration ist, v _A/B die Geschwindigkeit ist, mit der die Wegstrecke s zurückgelegt wurde, und zwar getrennt nach den Kanälen A und B, und t _lf t ₂ die Anfangs- und Endzeitpunkte des betrachteten Zeit¬ interwalls sind.

Da sich das Oberwerkzeug 12 zu Beginn jedes Arbeitszyklus im Ruhezustand in seinem oberen Totpunkt befindet, ist die Ge¬ schwindigkeit zu Beginn jedes Arbeitszyklus Null. Ebenso ist die zurückgelegte Wegstrecke bezogen auf den oberen Totpunkt zu Beginn jedes Arbeitszyklus Null. Eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Erfassung der Beschleunigungswerte ermög¬ licht daher eine fortlaufende Bestimmung der Geschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke. Anhand der zurückgelegten Wegstrecke kann auch die jeweils aktuelle Position des Ober¬ werkzeugs 12 bestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich ferner bestimmen, ob das Oberwerkzeug den Umschaltpunkt zum Umschalten zwischen Eilgang und Schleichgang erreicht hat. Des Weiteren ist eine Nachlaufmessung möglich, wenn man als Startzeitpunkt

t _λ das Auslösen des Notstopps heranzieht und als Endzeitpunkt t ₂ den vollständigen Stillstand des Oberwerkzeugs 12.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens ist vereinfacht in Figur 4 dargestellt. Im Schritt 80 wird zunächst überprüft, ob sich das Oberwerkzeug 12 in seinem oberen Totpunkt (hier als S ₀ bezeichnet) befindet. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 82, in dem die Beschleunigungswerte a _A und a _B redundant eingele¬ sen werden. Gemäß Schritt 84 und 86 erfolgt dann die Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke durch Integration. Ferner wird in Schritt 88 die Bewegungsrich¬ tung bestimmt, wobei dieser Schritt optional ist und ggf. auch entfallen kann. Gemäß Schritt 90 werden die erhaltenen Informa¬ tionen anschließend bereitgestellt, um gemäß Schritt 92 eine Auswertung zu ermöglichen.

Die Auswertung der erhaltenen Geschwindigkeits- und/oder Posi- tions- und Richtungswerte erfolgt in an sich bekannter Weise. Insbesondere wird überprüft, ob die jeweilige Geschwindigkeit des Oberwerkzeugs unterhalb der für einen sicheren Betrieb festgelegten Maximalgeschwindigkeiten liegt. Des Weiteren wird überprüft, ob sich das Oberwerkzeug jeweils in einer Position befindet (eine Wegstrecke zurückgelegt hat), die einem ord¬ nungsgemäßen Arbeitszyklus entspricht. Ist dies nicht der Fall, erfolgt gemäß Schritt 94 ein Notstopp, da sich die Presse 10 dann in einem unsicheren Zustand befindet. Dabei ist es mög¬ lich, den Notstopp nicht unmittelbar aufgrund der erhaltenen Geschwindigkeits- und/oder Positionswerte auszulösen, sondern beispielsweise lediglich das Deaktivieren (Muten) der Licht¬ schrankenanordnung zu unterbinden, so dass der Notstopp ausge-

löst wird, wenn der Lichtstrahl 32 durch das Werkstück 26 un¬ terbrochen wird.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird anhand der bestimm¬ ten Geschwindigkeits- und/oder Positionswerte ein Bewegungs¬ profil erstellt, wie dies vereinfacht in Figur 3 dargestellt ist. Im Schritt 98 erfolgt ein Vergleich des aufgenommenen Bewegungsprofils mit einem Referenzprofil. Beispielsweise lässt sich damit feststellen, wenn sich das Oberwerkzeug länger als vorgesehen mit seiner hohen Geschwindigkeit bewegt, was in Figur 4 bei der Bezugsziffer 102 vereinfacht angedeutet ist. Auch in einem solchen Fall erfolgt eine Abschaltung der Presse gemäß Schritt 100, um eine für den Bediener gefährliche Situ¬ ation zu vermeiden.