Allgemeine Entwicklungen in der Mikroelektronik und in der Sensortechnik lassen hoffen, dass durch die Verfügbarkeit von zuverlässigen, robusten, wartungsarmen und kostengünstigen Präsenz- und Näherungsmeldern eine Verbesserung der Arbeitssicherheit erreicht werden kann. Dieser Artikel beschreibt die Sensorik, die unterschiedlichen Detektionsverfahren, die Bedingungen und Einschränkungen für den Einsatz von Sensorsystemen sowie einige abgeschlossene Studien und Normungsarbeiten in Deutschland.

Präsenzmelder-Kriterien

Die Entwicklung und praktische Erprobung von Präsenzmeldern ist eine der größten zukünftigen Herausforderungen an die technischen Bemühungen zur Verbesserung der Arbeitssicherheit und des Personenschutzes im Allgemeinen. Präsenzmelder sind Sensoren, die das zuverlässig und sicher signalisieren nahe Anwesenheit oder Annäherung einer Person. Außerdem muss diese Warnung schnell erfolgen, damit ein Ausweichen, Bremsen oder Abschalten einer stehenden Maschine erfolgen kann, bevor es zu der prognostizierten Berührung kommt. Ob die Personen groß oder klein sind, welche Haltung sie haben oder wie sie gekleidet sind, sollte keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Sensors haben. Zudem muss der Sensor funktionssicher, robust und kostengünstig sein, damit er unter härtesten Bedingungen wie auf Baustellen und im mobilen Einsatz mit minimalem Wartungsaufwand eingesetzt werden kann. Sensoren müssen wie ein Airbag sein, wartungsfrei und immer einsatzbereit. Angesichts des Widerwillens einiger Benutzer, Geräte zu warten, die sie möglicherweise als nicht unbedingt erforderlich erachten, können Sensoren jahrelang ungenutzt bleiben. Eine weitere, viel häufiger nachgefragte Eigenschaft von Präsenzmeldern ist, dass sie auch andere Hindernisse als Menschen erkennen und den Bediener rechtzeitig auf Abwehrmaßnahmen hinweisen und so Reparaturkosten und Sachschäden reduzieren. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Grund für die Installation von Präsenzmeldern.

Detektoranwendungen

Unzählige tödliche Unfälle und schwere Verletzungen, die wie unvermeidbare, individuelle Schicksalsschläge erscheinen, können vermieden oder minimiert werden, wenn Präsenzmelder als Präventionsmaßnahme im Bereich der Arbeitssicherheit mehr Akzeptanz finden. Die Zeitungen berichten nur allzu oft über diese Unfälle: Hier wurde eine Person von einem rückwärts fahrenden Lader erfasst, dort übersah der Bediener jemanden, der vom Vorderrad eines Baggers überrollt wurde. Rückwärts fahrende Lkw auf Straßen, Firmengeländen und Baustellen sind die Ursache für viele Unfälle mit Menschen. Die durchrationalisierten Unternehmen von heute stellen keine Beifahrer oder andere Personen mehr zur Verfügung, die dem rückwärtsfahrenden Fahrer als Wegweiser dienen. Diese Beispiele für Verkehrsunfälle lassen sich leicht auf andere mobile Geräte wie Gabelstapler übertragen. Der Einsatz von Sensoren ist jedoch dringend erforderlich, um Unfälle mit semimobilen und rein stationären Anlagen zu verhindern. Ein Beispiel sind die hinteren Bereiche großer Lademaschinen, die von Sicherheitskräften als potenzielle Gefahrenbereiche identifiziert wurden, die durch den Einsatz kostengünstiger Sensoren verbessert werden könnten. Viele Variationen von Präsenzmeldern können innovativ an andere Fahrzeuge und mobile Großgeräte angepasst werden, um vor den in diesem Artikel diskutierten Arten von Unfällen zu schützen, die in der Regel große Schäden und schwere, wenn nicht tödliche Verletzungen verursachen.

Die Tendenz zur Verbreitung innovativer Lösungen scheint zu versprechen, dass Präsenzmelder auch in anderen Anwendungen zur Standard-Sicherheitstechnik werden; Dies ist jedoch nirgendwo der Fall. Der Durchbruch, motiviert durch Unfälle und hohe Sachschäden, wird bei der Überwachung hinter Lieferwagen und schweren Lkw und für die innovativsten Bereiche der „neuen Technologien“ – die mobilen Robotermaschinen der Zukunft – erwartet.

Die Vielfalt der Einsatzgebiete von Präsenzmeldern und die Variabilität der Aufgaben – beispielsweise das Tolerieren von (unter Umständen auch bewegten) Objekten, die zu einem Erfassungsfeld gehören und kein Signal auslösen sollen – erfordern Sensoren, bei denen „ intelligente“ Bewertungstechnologie unterstützt die Mechanismen der Sensorfunktion. Diese zukunftsträchtige Technologie kann aus Methoden der künstlichen Intelligenz (Schreiber und Kuhn 1995) herausgearbeitet werden. Bis heute hat eine begrenzte Universalität die derzeitigen Verwendungen von Sensoren stark eingeschränkt. Es gibt Lichtvorhänge; Lichtleisten; Kontaktmatten; passive Infrarotsensoren; Ultraschall- und Radarbewegungsmelder, die den Doppler-Effekt nutzen; Sensoren, die die verstrichene Zeit von Ultraschall-, Radar- und Lichtimpulsen messen; und Laserscanner. Normale Fernsehkameras, die an Monitore angeschlossen sind, sind in dieser Liste nicht enthalten, da sie keine Präsenzmelder sind. Jedoch sind diejenigen Kameras enthalten, die automatisch aktiviert werden, wenn sie die Anwesenheit einer Person erfassen.

Sensor Technology

Die Hauptthemen der Sensorik sind heute (1) die optimale Nutzung der physikalischen Effekte (Infrarot, Licht, Ultraschall, Radar etc.) und (2) die Selbstüberwachung. Laserscanner werden intensiv für den Einsatz als Navigationsinstrumente für mobile Roboter entwickelt. Dazu müssen zwei teilweise prinzipiell unterschiedliche Aufgaben gelöst werden: die Navigation des Roboters und der Schutz von anwesenden Personen (und Material oder Ausrüstung), damit diese nicht angefahren, überfahren oder gepackt werden (Freund, Dierks und Rossman 1993 ). Zukünftige mobile Roboter können nicht dieselbe Sicherheitsphilosophie der „räumlichen Trennung von Roboter und Mensch“ beibehalten, die für heutige stationäre Industrieroboter strikt gilt. Dabei wird großer Wert auf die zuverlässige Funktion des einzusetzenden Präsenzmelders gelegt.

Der Einsatz „neuer Technik“ ist oft mit Akzeptanzproblemen verbunden, und es ist davon auszugehen, dass der allgemeine Einsatz mobiler Roboter, die sich bewegen und greifen können, bei Menschen in Anlagen, auf öffentlichen Verkehrsflächen oder auch in Wohn- oder Erholungsgebieten erfolgt , werden nur akzeptiert, wenn sie mit sehr hochentwickelten, ausgeklügelten und zuverlässigen Präsenzmeldern ausgestattet sind. Spektakuläre Unfälle müssen unbedingt vermieden werden, um ein mögliches Akzeptanzproblem nicht zu verschärfen. Der derzeitige Aufwand für die Entwicklung derartiger Arbeitsschutzsensoren trägt dieser Überlegung nicht annähernd Rechnung. Um viele Kosten zu sparen, sollten Präsenzmelder gleichzeitig mit den mobilen Robotern und den Navigationssystemen entwickelt und getestet werden, nicht nachträglich.

Bei Kraftfahrzeugen haben Sicherheitsfragen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zur innovativen Insassensicherheit im Automobil gehören Dreipunktgurte, Kindersitze, Airbags und das durch Serien-Crashtests verifizierte Antiblockiersystem. Diese Sicherheitsmaßnahmen machen einen relativ steigenden Anteil der Produktionskosten aus. Der Seitenairbag und die Radarsensorik zur Abstandsmessung zum vorausfahrenden Fahrzeug sind evolutionäre Weiterentwicklungen des Insassenschutzes.

Die äußere Kraftfahrzeugsicherheit, also der Schutz Dritter, findet zunehmend Beachtung. Neuerdings wird vor allem für Lastkraftwagen ein Seitenschutz gefordert, um Motorradfahrer, Fahrradfahrer und Fußgänger vor der Gefahr zu bewahren, unter die Hinterräder zu fallen. Ein nächster logischer Schritt wäre die Überwachung des Bereichs hinter großen Fahrzeugen mit Präsenzmeldern und die Installation von Rückraumwarneinrichtungen. Dies hätte den positiven Nebeneffekt, die notwendigen Mittel bereitzustellen, um höchst leistungsfähige, selbstüberwachende, wartungsfreie und zuverlässig funktionierende, kostengünstige Sensoren für den Arbeitsschutz zu entwickeln, zu testen und verfügbar zu machen. Der mit dem breiten Einsatz von Sensoren bzw. Sensorsystemen einhergehende Erprobungsprozess würde Innovationen in anderen Bereichen erheblich erleichtern, etwa bei Baggern, Schwerlastern und anderen großen mobilen Arbeitsmaschinen, die während ihres Betriebs bis zur Hälfte zurückstehen. Der Evolutionsprozess von stationären Robotern zu mobilen Robotern ist ein weiterer Entwicklungspfad für Präsenzmelder. So könnten beispielsweise die derzeit eingesetzten Sensoren an mobilen Roboter-Materialbewegern oder „fahrerlosen Werkstraktoren“ verbessert werden, die festen Bahnen folgen und daher relativ geringe Sicherheitsanforderungen haben. Der Einsatz von Präsenzmeldern ist der nächste logische Schritt zur Verbesserung der Sicherheit im Bereich Material- und Personentransport.

Erkennungsverfahren

Zur Beurteilung und Lösung der oben genannten Aufgaben können verschiedene physikalische Prinzipien, die in Verbindung mit elektronischen Mess- und Selbstüberwachungsverfahren und teilweise Hochleistungsrechenverfahren zur Verfügung stehen, genutzt werden. Die in Science-Fiction-Filmen übliche scheinbar mühelose und sichere Bedienung automatisierter Maschinen (Roboter) wird in der realen Welt möglicherweise durch den Einsatz von bildgebenden Verfahren und leistungsstarken Mustererkennungsalgorithmen in Kombination mit analogen Entfernungsmessverfahren erreicht von Laserscannern eingesetzt. Die paradoxe Situation, dass alles, was für Menschen einfach erscheint, für Automaten schwierig ist, muss erkannt werden. Zum Beispiel kann eine schwierige Aufgabe wie ausgezeichnetes Schachspiel (das eine Aktivität des Vorderhirns erfordert) leichter von automatisierten Maschinen simuliert und ausgeführt werden als eine einfache Aufgabe wie aufrechtes Gehen oder Ausführen von Hand-Augen- und anderen Bewegungskoordinationen (vermittelt durch Mittel- und Hinterhirn). Einige dieser Prinzipien, Methoden und Verfahren, die auf Sensoranwendungen anwendbar sind, werden unten beschrieben. Daneben gibt es eine Vielzahl von Spezialverfahren für ganz spezielle Aufgabenstellungen, die zum Teil mit einer Kombination verschiedener physikalischer Einwirkungen arbeiten.

Lichtschrankenvorhänge und -stangen. Zu den ersten Präsenzmeldern gehörten Lichtschrankenvorhänge und Lichtschranken. Sie haben eine flache Überwachungsgeometrie; Das heißt, jemand, der die Barriere passiert hat, wird nicht mehr erkannt. Mit diesen Geräten kann beispielsweise die Hand eines Bedieners oder das Vorhandensein von Werkzeugen oder Teilen, die in der Hand eines Bedieners gehalten werden, schnell und zuverlässig erkannt werden. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Arbeitssicherheit für Maschinen (wie Pressen und Stanzmaschinen), die eine manuelle Materialzuführung erfordern. Die Zuverlässigkeit muss statistisch extrem hoch sein, denn wenn die Hand nur zwei- bis dreimal pro Minute eingreift, werden in wenigen Jahren etwa eine Million Betätigungen ausgeführt. Die gegenseitige Selbstüberwachung von Sender- und Empfängerkomponenten ist technisch so weit entwickelt, dass sie einen Standard für alle anderen Anwesenheitserkennungsverfahren darstellt.

Kontaktmatten (Schaltmatten). Es gibt sowohl passive als auch aktive (Pumpen-) Typen von elektrischen und pneumatischen Kontaktmatten und -böden, die zunächst in großer Zahl in Servicefunktionen (Türöffner) eingesetzt wurden, bis sie durch Bewegungsmelder ersetzt wurden. Die Weiterentwicklung erfolgt durch den Einsatz von Präsenzmeldern in allen möglichen Gefahrenbereichen. Beispielsweise führte die Entwicklung der automatisierten Fertigung mit einem Funktionswandel des Werkers – von der Bedienung der Maschine zur strengen Überwachung ihrer Funktion – zu einer entsprechenden Nachfrage nach entsprechenden Detektoren. Die Standardisierung dieser Anwendung ist weit fortgeschritten (DIN 1995a), und spezielle Einschränkungen (Layout, Größe, maximal zulässige „tote“ Zonen) erforderten den Aufbau von Know-how für die Installation in diesem Anwendungsbereich.

Interessante Einsatzmöglichkeiten von Kontaktmatten ergeben sich in Verbindung mit computergesteuerten Mehrrobotersystemen. Ein Bediener schaltet ein oder zwei Elemente um, damit der Präsenzmelder seine genaue Position erfasst und den Computer informiert, der Robotersteuerungssysteme mit einem eingebauten Kollisionsvermeidungssystem verwaltet. In einem von der Bundesanstalt für Sicherheit (BAU) vorangetriebenen Versuch wurde zu diesem Zweck ein Kontaktmattenboden, bestehend aus kleinen Elektroschaltmatten, unter dem Arbeitsbereich des Roboterarms eingebaut (Freund, Dierks und Rossman 1993). Dieser Präsenzmelder hatte die Form eines Schachbretts. Das jeweils aktivierte Mattenfeld teilte dem Computer die Position des Bedieners mit (Bild 1) und wenn sich der Bediener dem Roboter zu nahe näherte, entfernte er sich. Ohne den Präsenzmelder wäre das Robotersystem nicht in der Lage, die Position des Bedieners zu ermitteln und der Bediener könnte dann nicht geschützt werden.

Abbildung 1. Eine Person (rechts) und zwei Roboter in berechneten Hüllenkörpern

Reflektoren (Bewegungsmelder und Präsenzmelder). So verdienstvoll die bisher diskutierten Sensoren auch sein mögen, sie sind keine Präsenzmelder im weiteren Sinne. Ihre Eignung – vor allem aus Gründen des Arbeitsschutzes – für große Fahrzeuge und mobile Großgeräte setzt zwei wichtige Eigenschaften voraus: (1) die Möglichkeit, einen Bereich von einer Position aus zu überwachen, und (2) die fehlerfreie Funktion ohne zusätzliche Maßnahmen der Teil – zum Beispiel die Verwendung von Reflektorgeräten. Das Erfassen der Anwesenheit einer Person, die den überwachten Bereich betritt und angehalten bleibt, bis diese Person gegangen ist, impliziert auch die Notwendigkeit, eine absolut stillstehende Person zu erfassen. Dies unterscheidet sogenannte Bewegungsmelder von Präsenzmeldern, zumindest in Verbindung mit mobilen Geräten; Bewegungssensoren werden fast immer ausgelöst, wenn das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird.

Bewegungssensoren. Die zwei Grundtypen von Bewegungsmeldern sind: (1) „Passiv-Infrarot-Sensoren“ (PIRS), die auf die kleinste Änderung des Infrarotstrahls im überwachten Bereich reagieren (der kleinste erkennbare Strahl ist ungefähr 10^-9 W mit einem Wellenlängenbereich von etwa 7 bis 20 μm); und (2) Ultraschall- und Mikrowellensensoren, die das Doppler-Prinzip verwenden, das die Eigenschaften der Bewegung eines Objekts gemäß den Frequenzänderungen bestimmt. Beispielsweise erhöht der Doppler-Effekt die Frequenz des Horns einer Lokomotive für einen Beobachter, wenn er sich nähert, und verringert die Frequenz, wenn sich die Lokomotive entfernt. Der Dopplereffekt ermöglicht den Bau relativ einfacher Annäherungssensoren, da der Empfänger lediglich die Signalfrequenz benachbarter Frequenzbänder auf das Auftreten der Dopplerfrequenz überwachen muss.

Mitte der 1970er-Jahre setzte sich der Einsatz von Bewegungsmeldern in Servicefunktionsanwendungen wie Türöffner, Diebstahlsicherung und Objektschutz durch. Für den stationären Einsatz war die Erkennung einer sich nähernden Person in Richtung einer Gefahrenstelle ausreichend, um rechtzeitig zu warnen oder eine Maschine abzuschalten. Auf dieser Grundlage wurde die Eignung von Bewegungsmeldern für den Einsatz im Arbeitsschutz, insbesondere mittels PIRS, untersucht (Mester et al. 1980). Da eine bekleidete Person im Allgemeinen eine höhere Temperatur hat als die Umgebung (Kopf 34°C, Hände 31°C), ist das Erkennen einer sich nähernden Person etwas einfacher als das Erkennen von unbelebten Objekten. In begrenztem Umfang können sich Maschinenteile im überwachten Bereich bewegen, ohne dass der Melder auslöst.

Die passive Methode (ohne Sender) hat Vor- und Nachteile. Der Vorteil ist, dass ein PIRS nicht zu Lärm- und Elektrosmogproblemen beiträgt. Für die Diebstahlsicherung und den Objektschutz ist es besonders wichtig, dass der Melder nicht leicht zu finden ist. Ein Sensor, der nur ein Empfänger ist, kann jedoch kaum seine eigene Wirksamkeit überwachen, was für die Arbeitssicherheit unerlässlich ist. Eine Methode zur Überwindung dieses Nachteils bestand darin, kleine modulierte (5 bis 20 Hz) Infrarotstrahler zu testen, die im Überwachungsbereich installiert waren und den Sensor nicht auslösten, deren Strahlen jedoch mit einer fest auf die Modulationsfrequenz eingestellten elektronischen Verstärkung registriert wurden. Diese Modifikation machte ihn von einem „passiven“ Sensor zu einem „aktiven“ Sensor. Auf diese Weise konnte auch die geometrische Genauigkeit des überwachten Bereichs überprüft werden. Spiegel können tote Winkel haben, und die Richtung eines passiven Sensors kann durch die raue Aktivität in einer Anlage abgelenkt werden. Bild 2 zeigt ein Versuchslayout mit einem PIRS mit überwachter Geometrie in Form eines Pyramidenmantels. Wegen ihrer großen Reichweite werden Passiv-Infrarot-Sensoren zum Beispiel in den Durchgängen von Regallagern installiert.

Bild 2. Passiv-Infrarot-Sensor als Annäherungsmelder im Gefahrenbereich

Insgesamt zeigten Tests, dass Bewegungsmelder für den Arbeitsschutz nicht geeignet sind. Ein nächtlicher Museumsboden ist nicht mit Gefahrenzonen am Arbeitsplatz zu vergleichen.

Ultraschall-, Radar- und Lichtimpulsdetektoren. Sensoren, die nach dem Impuls/Echo-Prinzip arbeiten, also Laufzeitmessungen von Ultraschall-, Radar- oder Lichtimpulsen, haben ein großes Potenzial als Präsenzmelder. Mit Laserscannern können Lichtimpulse schnell hintereinander (meist rotatorisch) beispielsweise horizontal überstreichen und mit Hilfe eines Computers ein Abstandsprofil der lichtreflektierenden Objekte auf einer Ebene erhalten. Will man beispielsweise nicht nur eine einzelne Linie, sondern das gesamte, was vor dem mobilen Roboter im Bereich bis zu einer Höhe von 2 Metern liegt, müssen große Datenmengen verarbeitet werden, um die Umgebung abzubilden. Ein zukünftiger „idealer“ Präsenzmelder wird aus einer Kombination der folgenden beiden Verfahren bestehen:

1. Zum Einsatz kommt ein Mustererkennungsverfahren, bestehend aus einer Kamera und einem Computer. Letzteres kann auch ein "neuronales Netz" sein.
2. Zur Entfernungsmessung ist ferner ein Laser-Scanning-Verfahren erforderlich; Dies nimmt eine Peilung in einem dreidimensionalen Raum über eine Anzahl von einzelnen Punkten vor, die durch den Mustererkennungsprozess ausgewählt wurden, der eingerichtet wurde, um die Entfernung und Bewegung durch Geschwindigkeit und Richtung zu erhalten.

Abbildung 3 zeigt aus dem bereits zitierten BAU-Projekt (Freund, Dierks und Rossman 1993) den Einsatz eines Laserscanners auf einem mobilen Roboter, der auch Navigationsaufgaben (über einen Richtungserkennungsstrahl) und den Kollisionsschutz für Objekte in unmittelbarer Nähe übernimmt Umgebung (über einen Bodenmessstrahl zur Anwesenheitserkennung). Angesichts dieser Eigenschaften hat der mobile Roboter die Fähigkeit aktives automatisiertes freies Fahren (dh die Fähigkeit, um Hindernisse herumzufahren). Technisch wird dies dadurch erreicht, dass neben dem 45°-Winkel nach vorne auch der 180°-Winkel der Scannerrotation nach hinten auf beiden Seiten (nach Backbord und Steuerbord des Roboters) genutzt wird. Diese Strahlen sind mit einem speziellen Spiegel verbunden, der als Lichtvorhang auf dem Boden vor dem mobilen Roboter wirkt (und eine Bodensichtlinie bereitstellt). Kommt von dort eine Laserreflexion, stoppt der Roboter. Während für den Arbeitsschutz zertifizierte Laser- und Lichtscanner auf dem Markt sind, haben diese Präsenzmelder ein großes Entwicklungspotential.

Abbildung 3. Mobiler Roboter mit Laserscanner zur Navigation und Anwesenheitserkennung

Ultraschall- und Radarsensoren, die die verstrichene Zeit vom Signal bis zur Antwort zur Entfernungsbestimmung nutzen, sind technisch weniger anspruchsvoll und damit kostengünstiger herstellbar. Der Sensorbereich ist keulenförmig und hat eine oder mehrere kleinere Seitenkeulen, die symmetrisch angeordnet sind. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals (Schall: 330 m/s; elektromagnetische Welle: 300,000 km/s) bestimmt die erforderliche Geschwindigkeit der eingesetzten Elektronik.

Warneinrichtungen für den rückwärtigen Bereich. Auf der Hannover Messe 1985 zeigte die BAU die Ergebnisse eines ersten Projektes zum Einsatz von Ultraschallsensoren zur Bereichssicherung hinter Großfahrzeugen (Langer und Kurfürst 1985). An der Rückwand eines Versorgungslastwagens wurde ein Modell eines Sensorkopfs aus Polaroid™-Sensoren in Originalgröße aufgebaut. Abbildung 4 zeigt seine Funktionsweise schematisch. Der große Durchmesser dieses Sensors erzeugt relativ kleinwinklige (ca. 18°), weitreichende keulenförmige Messfelder, die nebeneinander angeordnet und auf unterschiedliche maximale Signalbereiche eingestellt sind. In der Praxis lässt sich damit jede gewünschte Überwachungsgeometrie einstellen, die von den Sensoren etwa viermal pro Sekunde auf Anwesenheit oder Zutritt von Personen abgetastet wird. Andere demonstrierte Rückraum-Warnsysteme hatten mehrere parallel angeordnete einzelne Sensoren.

Abbildung 4. Anordnung des Messkopfes und überwachter Bereich auf der Rückseite eines Lastwagens

Diese anschauliche Demonstration war ein großer Erfolg auf der Messe. Dabei zeigte sich, dass die Sicherung des Heckbereichs von Großfahrzeugen und -geräten vielerorts – beispielsweise von Fachausschüssen der gewerblichen Berufsgenossenschaften – untersucht wird (Berufsgenossenschaften), die kommunalen Unfallversicherer (die für Kommunalfahrzeuge zuständig sind), die staatlichen Gewerbeaufsichtsbeamten und die Hersteller von Sensoren, die das Automobil eher als Servicefahrzeug (im Sinne einer Fokussierung auf Parksysteme zum Schutz vor Karosserieschaden). Ein aus den Kreisen berufener Ad-hoc-Ausschuss zur Förderung von Rückraumwarneinrichtungen wurde spontan gebildet und nahm als erste Aufgabe die Erstellung eines Anforderungskatalogs aus Sicht der Arbeitssicherheit auf. Zehn Jahre sind vergangen, in denen viel an der Rückraumüberwachung – der vielleicht wichtigsten Aufgabe von Präsenzmeldern – gearbeitet wurde; aber der große durchbruch fehlt noch.

Viele Projekte wurden mit Ultraschallsensoren durchgeführt, beispielsweise an Rundholzsortierkränen, Hydraulikbaggern, speziellen Kommunalfahrzeugen und anderen Nutzfahrzeugen sowie an Gabelstaplern und Ladern (Schreiber 1990). Rückraumwarneinrichtungen sind besonders wichtig für große Maschinen, die viel zurücksetzen. Ultraschall-Präsenzmelder werden zum Beispiel zum Schutz spezialisierter fahrerloser Fahrzeuge wie Roboter-Fördermaschinen eingesetzt. Im Vergleich zu Gummipuffern haben diese Sensoren einen größeren Erfassungsbereich, der ein Bremsen vor dem Kontakt zwischen der Maschine und einem Objekt ermöglicht. Entsprechende Sensoren für Automobile sind entsprechende Entwicklungen und stellen deutlich weniger strenge Anforderungen.

Inzwischen hat der Normenausschuss Verkehrswesentechnik im DIN die Norm 75031 „Hinderniserkennung beim Rückwärtsfahren“ (DIN 1995b) erarbeitet. Die Anforderungen und Tests wurden für zwei Reichweiten festgelegt: 1.8 m für Versorgungs-Lkw und 3.0 m – ein zusätzlicher Warnbereich – für größere Lkw. Der überwachte Bereich wird durch die Erkennung von zylindrischen Prüfkörpern festgelegt. Auch die 3-m-Reichweite liegt an der Grenze des derzeit technisch Machbaren, da Ultraschallsensoren aufgrund ihrer rauen Arbeitsbedingungen geschlossene Metallmembranen haben müssen. Die Anforderungen an die Selbstüberwachung des Sensorsystems werden gestellt, da die geforderte überwachte Geometrie erst mit einem System aus drei oder mehr Sensoren erreicht werden kann. Bild 5 zeigt eine Rückraumwarneinrichtung bestehend aus drei Ultraschallsensoren (Microsonic GmbH 1996). Gleiches gilt für die Meldeeinrichtung im Führerhaus und die Art des Warnsignals. Die Inhalte der DIN-Norm 75031 sind auch im internationalen technischen ISO-Bericht TR 12155 „Nutzfahrzeuge – Hinderniserkennung beim Rückwärtsfahren“ (ISO 1994) dargelegt. Verschiedene Sensorhersteller haben Prototypen nach dieser Norm entwickelt.

Abbildung 5. Mittelgroßer Lkw, ausgestattet mit einem Warngerät für den hinteren Bereich (Mikrosonic-Foto).

Fazit

Seit Anfang der 1970er Jahre haben mehrere Institutionen und Sensorhersteller an der Entwicklung und Etablierung von „Präsenzmeldern“ gearbeitet. In der Spezialanwendung „Rückraumwarneinrichtungen“ gibt es die DIN-Norm 75031 und den ISO-Report TR 12155. Derzeit führt die Deutsche Post AG einen Großversuch durch. Mehrere Sensorhersteller haben jeweils fünf mittelgroße Lkw mit solchen Geräten ausgestattet. Ein positives Ergebnis dieser Prüfung ist sehr im Sinne des Arbeitsschutzes. Wie eingangs betont wurde, sind Präsenzmelder in den geforderten Stückzahlen eine große Herausforderung für die Sicherheitstechnik in den vielen genannten Anwendungsbereichen. Sie müssen daher kostengünstig realisierbar sein, wenn Schäden an Geräten, Maschinen und Materialien und vor allem oft schwerste Personenschäden der Vergangenheit angehören sollen.

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