3   Bauarten und Funktionsweisen

3.1   Allgemeines

Mit einem Schlüsseltransfersystem wird durch den Transfer von Schlüsseln ein festgelegter Ablauf sichergestellt.
Dieser Ablauf mit allen Funktionen wird in einem Schlüssellaufplan schematisch dargestellt.
Hauptanwendungsgebiete für Schlüsseltransfersysteme sind trennende Schutzeinrichtungen, Schaltanlagen und Ventile. Andere Anwendungen sind denkbar.
Diese Systeme können einfach oder komplex sein.
Ein Schlüsseltransfersystem wird aus einzelnen Komponenten zusammengestellt. Komponenten können üblicherweise aus verschiedenen Technologien bestehen (mechanisch, elektromechanisch, elektrisch, elektronisch, fluidtechnisch). Auch eine Kombination unterschiedlicher Technologien ist möglich (Hybrid).
Typischerweise wird ein kodierter Schlüssel von einer Abschalteinrichtung (z. B. Bolzenverriegelung, Schalterelement) zu einer Zuhaltungseinrichtung an einer Schutzeinrichtung bewegt. Abschalteinrichtung und Zuhaltungseinrichtung sind hier einzelne, unterschiedliche Komponenten. Der Schlüssel stellt die Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten her.
Durch individuelle Kodierung der Schlüssel wird der gewünschte Ablauf sichergestellt. Versehentliches Vertauschen oder Umgehen auf einfache Weise werden dadurch verhindert.
Um dies zu gewährleisten, muss sichergestellt werden, dass innerhalb eines Schlüsseltransfersystems keine Schlüssel gleicher Kodierung vorhanden sind, durch die der vorgesehene Ablauf umgangen werden kann. Weiterhin dürfen eventuell vorhandene Generalschlüssel nicht frei zugänglich sein.
Die Verwaltung der Schlüsselkodierungen pro Firma, Werk bzw. Organisation erfolgt durch den Hersteller des Schlüsseltransfersystems in Abstimmung mit dem Maschinenhersteller bzw. dem Betreiber der Maschine.
Man unterscheidet monofunktionale und multifunktionale bzw. modulare Komponenten innerhalb eines Schlüsseltransfersystems.
Monofunktionale Komponenten:
Eine monofunktionale Komponente erfüllt eine einzelne Funktion (z. B. Schalterelement, Zuhaltungseinrichtung, Abb. 3).
Abb. 3 Monofunktionale Komponente
 Monofunktionale Komponente
Multifunktionale Komponenten:
Eine multifunktionale Komponente erfüllt mehrere Funktionen (z. B. Notentsperrung, Fluchtentriegelung, Abb. 4).
Abb. 4 Multifunktionale Komponente
 Multifunktionale Komponente
Technologische Merkmale:
Schlüsseltransfersysteme lassen sich mit Komponenten unterschiedlicher Technologien gestalten. Um eine bessere Übersicht zu erhalten, werden in diesem Dokument Schlüsseltransfersysteme in folgenden Gruppen betrachtet:
A. Mechanische Schlüsseltransfersysteme
B. Elektromechanische Schlüsseltransfersysteme
C. Hybride Schlüsseltransfersysteme
A. Mechanische Schlüsseltransfersysteme
Diese Systeme bestehen ausschließlich aus mechanischen Komponenten.
Die Komponenten sind so ausgewählt und angeordnet, dass durch den festgelegten Schlüsseltransfer (Logik) die sicherheitsrelevante Funktion des Schlüsseltransfersystems gewährleistet ist.
Mögliche Komponenten zur Unterbrechung des Energieflusses (z. B. Ventile, Schalter), die an der Maschine vorhanden sind, sind nicht Bestandteil des mechanischen Schlüsseltransfersystems, müssen jedoch in die Gesamtsicherheitsbetrachtung der Maschine mit einbezogen werden.
Diese Systeme sind charakterisiert durch die Komponenten Bolzenschloss, ggf. Schlüsselwechselstation, ggf. Zeitverzögerungseinrichtung und Zuhaltungseinrichtung (siehe Abschnitt 10, Beispiel 1).
B. Elektromechanische Schlüsseltransfersysteme
Diese Systeme bestehen mindestens aus einer mechanischen und einer elektromechanischen Komponente.
Das einfachste System kann beispielsweise aus einem Schalterelement (elektromechanische Komponente) und einer Zuhaltungseinrichtung (mechanische Komponente) bestehen. Die sicherheitsrelevante Funktion wird durch den festgelegten Schlüsseltransfer (Logik) zwischen diesen Komponenten realisiert.
Zusätzlich können in einem solchen System weitere mechanische, als auch elektromechanische/elektronische Komponenten (z. B. Zeitverzögerungseinrichtung, Stillstandsüberwachung, Schalterelement mit Sperreinrichtung) enthalten sein. Die sicherheitsrelevante Funktion wird durch den festgelegten Schlüsseltransfer (Logik) zwischen diesen einzelnen Komponenten und der möglichen Zusatzfunktionen der Komponenten realisiert (siehe z. B. Abschnitt 3.5, Abb. 18–22).
Sicherheitsrelevante Komponenten (z. B. Stillstandsüberwachung, Schaltgeräte), die an der Maschine vorhanden aber nicht Bestandteil des Schlüsseltransfersystems sind, müssen in die Gesamtsicherheitsbetrachtung der Maschine mit einbezogen werden.
C. Hybride Schlüsseltransfersysteme
Hybride Schlüsseltransfersysteme bestehen aus Komponenten unterschiedlicher Technologien (z. B. Zuhaltungseinrichtung mit elektrischer Freigabe und Überwachung, siehe Abb. 15). Funktionen wie sie üblicherweise von Positionsschaltern oder elektromechanischen Zuhaltungen bekannt sind, können in einer Komponente integriert sein.
Die sicherheitsrelevante Funktion wird durch den festgelegten Schlüsseltransfer (Logik) zwischen diesen einzelnen Komponenten und den möglichen Zusatzfunktionen der Komponenten realisiert.
Sicherheitsrelevante Komponenten (z. B. Stillstandsüberwachung, Schaltgeräte), die an der Maschine vorhanden aber nicht Bestandteil des Schlüsseltransfersystems sind, müssen in die Gesamtsicherheitsbetrachtung der Maschine mit einbezogen werden.
Diese Gruppe stellt das komplexeste Schlüsseltransfersystem dar (siehe z. B. Abschnitt 3.5, Abb. 21).
Besondere Eigenschaften von Schlüsseltransfersystemen sind:
  • Hohe Sicherheit durch individuelle Codierung.
  • Nur festgelegte, sichere Abfolgen sind möglich.
  • Das irrtümliche Öffnen einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung wird auf Grund der immer vorhandenen mechanischen Zuhaltung verhindert.
  • Einfache Möglichkeit zur sicheren Freigabe von besonderen Arbeitsmodi, z. B. Einrichtbetrieb (Teachmode), siehe Abschnitt 10, Beispiel 4.
  • Zwangsläufige Zeitverzögerung und somit Ausgleich von geringen Nachlaufzeiten durch den Schlüsseltransfer. Größere Transferzeiten können durch zusätzliche Verzögerungseinrichtungen erreicht werden.
  • Einsatz unter rauen Umweltbedingungen möglich (z. B. Staub, extreme Temperaturen, Nässe, Ex-Bereiche, Elektromagnetische Felder).
  • Je nach Ausführung keine Verdrahtung nötig.
  • Verwendungsmöglichkeit mit persönlichen Schlüsseln.

3.2   Mechanische Komponenten

Mechanische Komponenten sind z. B.:
  • Bolzenschloss (Bolt lock)
    Ein Riegel/Bolzen, der durch Drehen des Schlüssels bewegt wird, kann zum Blockieren von Hauptschaltern, Ventilen, trennende Schutzeinrichtungen, etc. verwendet werden (Abb. 5).
    Abb. 5 Bolzenschloss
     Bolzenschloss
    Bei Verwendung des Bolzenschlosses muss sichergestellt sein, dass ein Ausfahren des Schließbolzens ins Leere verhindert ist.
  • Schlüsselwechselstation (Key exchange device)
    Hierbei werden ein oder mehrere kodierte Schlüssel in eine Wechselkomponente gesteckt, um einen oder mehrere anders kodierte Schlüssel entnehmen zu können. Somit lassen sich sicherheitsrelevante Funktionen, die einen zwangsweisen Ablauf erfordern, realisieren (Abb. 6).
    Abb. 6 Schlüsselwechselstation
     Schlüsselwechselstation
  • Zuhaltungseinrichtung (Access lock)
    Mechanische Einrichtung für die Zuhaltung von Türen, Klappen usw. (Abb. 7)
    Abb. 7 Zuhaltungseinrichtung
     Zuhaltungseinrichtung
    Mit dem zugehörigen Schlüssel kann der Betätiger aus der Einheit entfernt werden. Sobald der Betätiger entfernt ist, bleibt der Schüssel gesperrt und kann nicht entfernt werden.
    Sind Gefahrenbereiche betretbar, kann in Abhängigkeit der Risikobeurteilung ein persönlicher Schlüssel eingesetzt werden (siehe Abschnitt 4.1.1, Persönlicher Schlüssel).
  • Mechanische Zeitverzögerungseinrichtung (Mechanical timed delay device)
    Eine Komponente, bei der ein oder mehrere kodierte Schlüssel erst entnommen werden können, wenn nach Einstecken eines oder mehrerer Schlüssel einer anderen Kodierung eine festgelegte Zeit vergangen ist (Abb. 8).
    Abb. 8 Mechanische Zeitverzögerungseinrichtung
     Mechanische Zeitverzögerungseinrichtung
    Dadurch können z. B. größere Nachlaufzeiten einer Maschine im Ablauf berücksichtigt werden.

3.3   Elektromechanische/Elektronische Komponenten

Elektromechanische und elektronische Komponenten sind z. B.:
  • Schalterelement (Key operated switch)
    Ein Schalterelement, bei dem die elektrischen Kontakte zwangsläufig über einen Schlüssel betätigt werden. Typischerweise werden Öffnerkontakte geschaltet, sobald der Schlüssel betätigt bzw. entfernt wird. Je nach Anwendung sind auch andere oder zusätzliche Schaltfunktionen möglich (Abb. 9).
    Abb. 9 Schalterelement
     Schalterelement
  • Schalterelement mit Sperreinrichtung (Solenoid controlled switch)
    Ein Schalterelement mit einer elektromagnetischen Einrichtung zum Sperren/Entsperren des Schlüssels (Abb. 10).
    Abb. 10 Schalterelement mit Sperreinrichtung (Einbauausführung)
     Schalterelement mit Sperreinrichtung
(Einbauausführung)
    Der Schlüssel bzw. die Schlüssel können erst nach Freigabe durch ein Steuersignal betätigt und entnommen (Ruhestromprinzip) oder durch das Steuersignal in der Einrichtung gesperrt (Arbeitsstromprinzip) werden.
    Die Sperreinrichtung kann elektrisch überwacht werden.
  • Elektronische/Elektromechanische Zeitverzögerungseinrichtung (Electronical/electromechanical timed delay device)
    Eine Einrichtung, bei der ein oder mehrere Schlüssel erst nach Ablauf einer eingestellten Verzögerungszeit entnehmbar sind (Abb. 11).
    Abb. 11 Elektronische/Elektromechanische Zeitverzögerungseinrichtung
     Elektronische/Elektromechanische
Zeitverzögerungseinrichtung
    Die Zeitverzögerung erfolgt dabei elektrisch, nach Anlegen eines elektrischen Signals.
    Dadurch können Nachlaufzeiten einer Maschine im Ablauf berücksichtigt werden.
  • Elektronische/Elektromechanische Stillstandsüberwachung
    (Electronical/electromechanical stopped motion device)
    Eine Einrichtung, bei der ein Schlüssel erst nach Stillstand der Maschine entnommen werden kann. Der Stillstand kann durch Überwachung von Sensoren oder Messung der Nullspannung gemeldet werden. (Abb. 12).
    Abb. 12 Elektronische/Elektromechanische Stillstandsüberwachung
     Elektronische/Elektromechanische
Stillstandsüberwachung
  • Bolzenschloss mit Stellungsüberwachung (Bolt lock with monitoring)
    Ein Bolzenschloss, bei dem der mechanische Bolzen/Riegel zusätzlich elektrische Kontakte betätigt. Die Kontakte können zur Überwachung der Bolzenstellung verwendet werden (Abb. 13).
    Abb. 13 Bolzenschloss mit Stellungsüberwachung
     Bolzenschloss mit Stellungsüberwachung
  • Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung (Access lock with monitoring)
    Eine Zuhaltungseinrichtung, bei der zusätzlich elektrische Kontakte betätigt werden (Abb. 14).
    Abb. 14 Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung
     Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung
  • Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung und elektrischer Freigabe
    (Access lock with monitoring and electrical release)
    Eine Zuhaltungseinrichtung, bei der zusätzlich elektrische Kontakte betätigt werden. Die Zuhaltung kann erst mit einem zusätzlichen elektrischen Signal geöffnet werden (Abb. 15).
    Abb. 15 Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung und elektrischer Freigabe
     Zuhaltungseinrichtung mit Überwachung und
elektrischer Freigabe

3.4   Fluidtechnische Komponenten

  • Schlüsselbetätigtes Ventil (Valve lock)
    Ein Ventil, das je nach Ausführung durch Entnahme des Schlüssels in geöffneter bzw. geschlossener Stellung verriegelt wird. Die Betätigung des Ventils erfolgt direkt durch den Schlüssel (Abb. 16).
    Abb. 16 Schlüsselbetätigtes Ventil
     Schlüsselbetätigtes Ventil
  • Ventilverriegelungseinrichtung (Valve interlocking device)
    Eine Einrichtung, die an ein Ventil montiert wird und je nach Ausführung durch Entnahme des Schlüssels das Ventil in geöffneter oder geschlossener Stellung verriegelt (Abb. 17).
    Abb. 17 Ventilverriegelungseinrichtung
     Ventilverriegelungseinrichtung

3.5   Beispiele von Schlüsseltransfersystemen

Die nachfolgenden Beispiele von Schlüsseltransfersystemen (als Teil der technischen Risikominderung in einem Schutzkonzept) bieten einen Überblick über die Vielfältigkeit der Ausführungsformen für unterschiedlichste Anwendungsarten.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit einer Wartungsklappe:
Abb. 18 Schematische Darstellung der Absicherung einer Wartungsklappe
 Schematische Darstellung der Absicherung einer Wartungsklappe
Die Absicherung erfolgt in dieser Darstellung über ein Schlüsseltransfersystem bestehend aus einem Schalterelement und einer Zuhaltungseinrichtung. Bei geöffneter Schutztür ist der Schlüssel in der Zuhaltungseinrichtung gefangen und ein Einleiten der gefahrbringenden Bewegung dadurch nicht möglich. Abb. 18 zeigt beispielhaft die Absicherung der Wartungsklappe und das zugehörige Schalterelement in Aufbauausführung. Zusätzlich ist ein Schalterelement in Einbauausführung dargestellt.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit einer Maschine mit Zugangstür und Wartungsklappe bei Maschinennachlauf:
Abb. 19 Schematische Darstellung der Absicherung einer Maschine mit Zugangstür und Wartungsklappe bei Maschinennachlauf
 Schematische Darstellung der Absicherung einer Maschine mit Zugangstür und Wartungsklappe bei Maschinennachlauf
Das vorliegende Systembeispiel zeigt Komponenten mit Drehschlüssel. Schlüssel A, B und C besitzen jeweils unterschiedliche Kodierungen und passen somit nur in das jeweils gleich kodierte Schloss.
Der Schlüssel (A), der nach Maschinenstillstand freigegeben und entnommen wurde, befindet sich auf dem Transfer vom Schalterelement mit Sperreinrichtung zur Schlüsselwechselstation. Der Kontakt des Schalterelementes ist geöffnet.
Die beiden Schlüssel (B) zum Öffnen der Schutztüren sind in der Schlüsselwechselstation gefangen.
Der persönliche Schlüssel (C) befindet sich gefangen in der Zuhaltungseinrichtung.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit einer Maschine mit zwei Zugangstüren:
Abb. 20 Beispiel für die Absicherung einer Maschine mit zwei Zugangstüren
 Beispiel für die Absicherung einer Maschine mit zwei Zugangstüren
Das vorliegende Systembeispiel zeigt Komponenten mit Steckschlüssel. Beide Schlüssel besitzen die gleiche Kodierung und passen somit in alle Schlösser des Systems.
Ein Schlüssel ist bereits in der Zuhaltungseinrichtung gefangen und die Zugangstür geöffnet. Der zweite Schlüssel befindet sich auf dem Transfer vom Schalterelement mit Sperreinrichtung zur Zuhaltungseinrichtung.
Die Kontakte des Schalterelementes sind geöffnet.
Die Gefahrenbereiche sind von den Zuhaltungseinrichtungen aus vollständig einsehbar.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit einer Maschine mit zwei Zugangstüren mittels hybridem Schlüsseltransfersystem:
Abb. 21 Beispiel für die Absicherung einer Maschine mit zwei Zugangstüren mittels hybridem System
 Beispiel für die Absicherung einer Maschine mit zwei Zugangstüren mittels hybridem System
Eine Schutztür wurde nach Stillstand der gefahrbringenden Bewegung geöffnet und der Schlüssel entnommen.
Der Schlüssel befindet sich auf dem Transfer von der Zuhaltungseinrichtung (hybride Komponente) zur mechanischen Zuhaltungseinrichtung. Die Gefahrenbereiche sind von den Zuhaltungseinrichtungen aus vollständig einsehbar.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit eines Zugangs zu einer Hochspannungsschaltanlage, mit zwangsläufiger Erdung:
Abb. 22 Zugangssicherung einer Hochspannungsschaltanlage, mit zwangsläufiger Erdung (nicht dargestellt)
 Zugangssicherung einer Hochspannungsschaltanlage,
mit zwangsläufiger Erdung (nicht dargestellt)
Das vorliegende Systembeispiel zeigt Komponenten mit Drehschlüssel. Schlüssel A, C und D besitzen jeweils unterschiedliche Kodierungen und passen somit nur in das jeweils gleich kodierte Schloss.
Der Schlüssel A, ist in dem Schalterelement mit Sperreinrichtung gefangen. Die Kontakte des Schalterelementes sind geschlossen.
Der Riegel/Bolzen des Bolzenschlosses (1) ist ausgefahren und sperrt den Erdungsschalter.
Der Riegel/Bolzen des Bolzenschlosses (2) ist eingefahren und der Schlüssel (C) gefangen.
Die Tür zum Zugang der Hochspannungsanlage ist geschlossen und zugehalten.
Der persönliche Schlüssel (D) befindet sich gefangen in der Zuhaltungseinrichtung.
Der Gefahrenbereich ist betretbar und von der Zuhaltungseinrichtung aus nicht vollständig einsehbar.
Beispiel für die Absicherungsmöglichkeit einer Schaltanlage:
Abb. 23 Absicherung einer Schaltanlage
 Absicherung einer Schaltanlage
Das vorangegangene Beispiel zeigt eine Schaltanlage mit zwei Einspeisungen (I + II), die wechselseitig auf die Abgänge geschaltet werden können.
Um einen Kurzschluss zwischen den beiden Einspeisungen zu verhindern, ist die Schaltanlage mit einem Schlüsseltransfersystem ausgestattet. Das Schlüsseltransfersystem besteht aus drei Bolzenschlössern und zwei Schlüsseln mit gleicher Kodierung.
Die jeweiligen Bolzenschlösser dienen zum Blockieren der Trennschalter im ausgeschalteten Zustand.
Im Schaltzustand (A) befinden sich die Schlüssel in den Bolzenschlössern 1 und 2 (Trennschalter 1 und 2 geschlossen). Trennschalter 3 ist im geöffneten Zustand durch Bolzenschloss 3 blockiert.
Im Schaltzustand (B) befinden sich die Schlüssel in den Bolzenschlössern 2 und 3 (Trennschalter 2 und 3 geschlossen). Trennschalter 1 ist im geöffneten Zustand durch Bolzenschloss 1 blockiert.
Im Schaltzustand (C) befinden sich die Schlüssel in den Bolzenschlössern 1 und 3 (Trennschalter 1 und 3 geschlossen). Trennschalter 2 ist im geöffneten Zustand durch Bolzenschloss 2 blockiert.
Da nur zwei Schlüssel vorhanden sind, können nur zwei der drei Trennschalter gleichzeitig geschlossen sein. Dies verhindert zwangsweise einen Kurzschluss.
Beispiel eines Systems aus Komponenten mit Dreh- und Steckschlüssel:
Abb. 24 Schlüsseltransfersystem mit zwei unterschiedlichen Schlüsselausführungen
 Schlüsseltransfersystem mit zwei unterschiedlichen Schlüsselausführungen
Das vorliegende Systembeispiel zeigt Komponenten mit Dreh- und Steckschlüssel. Schlüssel A, B, C, D und V besitzen jeweils unterschiedliche Kodierungen und passen somit nur in das jeweils gleich kodierte Schloss.
Der Drehschlüssel (B) ist im Schalterelement gesteckt. Der Kontakt des Schalterelementes ist geschlossen. Der Drehschlüssel lässt sich nur nach Betätigen des Schalterelementes entnehmen.
Der Steckschlüssel (V) ist in der Ventilverriegelung gefangen. Das Ventil ist geöffnet.
Drehschlüssel (A) ist in der Schlüsselwechselstation 1 gefangen.
Drehschlüssel (C) ist in der Schlüsselwechselstation 2 gefangen.
Der persönliche Schlüssel (D) ist in der Zuhaltungseinrichtung gefangen. Die Schutztür geschlossen und durch die Zuhaltungseinrichtung blockiert.