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Die Erfindung betrifft ein Tragbares Sicherungsgerät geeignet zum Schutze für Mensch und Maschine. Zudem betrifft die Erfindung eine zugehörige Auswerteeinrichtung und ein zugehöriges Verfahren.
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Hintergrund der Erfindung
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Zur Inbetriebnahme, Einstellung und Optimierung von Bearbeitungen bei technischen Anlagen – beispielsweise in der Medizintechnik bildgebende Geräte wie z.B. ein Röntgengerät, einen Computertomographen oder einem Magnetresonanzgerät etc. – oder auch industriellen Anlagen (z.B. Maschinen) muss der Benutzer oftmals mit reduzierter Sicherheit arbeiten. Beispielsweise muss der Benutzer sich innerhalb eines Gefahrenbereichs der technischen Anlage bewegen oder es sind Schutztüren geöffnet und dergleichen mehr. In derartigen Situationen steht die Sicherheit des Benutzers oder auch des Patienten im Vordergrund. Insbesondere müssen Aktionen des Benutzers durch geeignete Maßnahmen abgesichert werden.
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Zum Schutze von Mensch und Maschinen sind solche Anlagen mit sicherheitstechnischen Einrichtungen ausgestattet. Dies sind beispielsweise mechanische Barrieren, Zäune und Riegel oder sicherheitstechnische Empfangseinrichtungen und Bedienkonzepte, die den Menschen vor der Maschine schützen. Die Einrichtungen schützen davor, dass ein Mensch in die Maschine gezogen oder durch Bewegungen der Maschine verletzt wird. Auch vor abstrahlender Wärme, austretenden Gasen, Feldern und Flüssigkeiten wird geschützt.
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Zum Schutz von Arbeitern vor Gefahren die durch Maschinen in der Produktion ausgehen, werden heute unterschiedliche Sicherheitskonzepte verwendet. Typische Konzepte sind neben der oben erwähnten mechanischen Sicherung durch Zäune und Gehäuse auch Lichtschranken und Vorhänge. Diese aktiven Sicherheitseinrichtungen stoppen bei Durchdringung den jeweiligen Prozess, so dass von diesem keine Gefahren mehr ausgehen können. Eine weitere Möglichkeit sind entsprechende Bedienkonzepte mit Zwei-Hand-Bedienung, Fußtastern oder Trittmatten. Die Integration dieser Sicherheitseinrichtungen schränkt vor allem die bauliche Gestaltung von Anlagen ein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Schutz für Mensch und Maschine in einem solchen Umfeld zu ermöglichen und zu erhöhen.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Gerät, eine Einrichtung und ein Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Die Erfindung beansprucht ein Tragbares Sicherungsgerät geeignet zum Schutze für Mensch und Maschine, aufweisend eine Sende- und Empfangseinheit zur Kommunikation mit einer Steuereinrichtung einer Anlage,
- – wobei das Sicherungsgerät ein oder mehrere Erfassungseinrichtungen umfasst,
- – wobei das Sicherungsgerät eine Konnektivitätsschnittstelle zu einer Auswertungseinrichtung aufweist, der Ausgangssignale der einen oder mehreren Erfassungseinrichtungen zugeführt werden können,
- – wobei die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Ausgangssignale auswertet,
- – wobei die Ausgangssignale im Rahmen der Auswertung mit zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmustern vergleichbar sind, und
- – wobei in Abhängigkeit von der Auswertung Steuerbefehle, welche ein Umschalten von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten, Mensch und Maschine schützenden Betriebsmodus von Komponenten der Anlage bewirken, an die Steuereinrichtung übermittelbar sind, wenn die Ausgangssignale mit einem der vorbestimmten Signalmuster übereinstimmen, und die Steuerbefehle anderenfalls nicht übermittelbar sind.
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Das tragbare Sicherungsgerät kann als Transponder ausgebildet sein. Eine Person trägt diesen Transponder in seiner Arbeitskleidung. Der Transponder kann in die Arbeitskleidung eingenäht sein.
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Die Konnektivitätsschnittstelle kann derart ausgestaltet sein, dass die Auswerteeinrichtung in das Sicherungsgerät integriert oder am Sicherungsgerät angebracht ist. Es kann aber auch eine drahtlose (z.B. Wireless LAN, RFID (Radio Frequency Identification) Kommunikation zu einer abgesetzt angeordneten (remote) Auswerteeinrichtung vorgesehen sein. Die Auswerteeinrichtung kann auch an der bzw. nahe der Anlage angeordnet sein. Auch die Kommunikation durch die Sende- und Empfangseinheit kann auf RFID-Basis durchgeführt werden.
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Die eine oder mehrere Erfassungseinrichtungen können in Form eines Näherungssensor und/oder Beschleunigungssensor und/oder Orientierungssensor und/oder Positionsermittlungseinrichtung und/oder Bilderfassungseinrichtung und/oder eines Helligkeitssensors ausgestaltet sein, die im nachstehen beschriebenen Ausführungsbeispiel näher beschrieben sind. Der Näherungsensor der beispielsweise die Feldstärkenveränderung um die Sende- und Empfangseinheit auswertet, überwacht, ob sich eine Person in einen Gefahrenbereich eintritt. Auch ist eine Messung der Signallaufzeiten zwischen dem Sicherungsgerät und der Anlage möglich, um eine Annäherung einer Person zu detektieren. Es sind auch verschiedene Bilderfassungsmethoden möglich. Eine Positionsermittlung sowie Orientierungsermittlung geben ebenfalls Aufschluss darüber, ob sich eine Person im Gefahrenbereich befindet und sich diesem annähert. Bei einem Helligkeitssensor kann festgestellt werden, ob eine Person den Sensor verdeckt und damit in einen Gefahrenbereich eintritt. Ein Beschleunigungssensor kann die Bewegungsgeschwindigkeit einer Person feststellen und damit feststellen, wie schnell sich eine Person in einen Gefahrenbereich begeben kann.
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Um sicherzustellen, dass das Sicherungsgerät zuverlässig mit der Steuerungseinrichtung kommuniziert und somit auch Annäherungen bzw. Bewegungen einer Person kontinuierlich zu erfassen, übermittelt die Sende- und Empfangseinheit in zyklischen Abständen ein Lebenszeichen mit einer Bestätigungsanfrage an die Steuereinrichtung
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Zum Schutze für Mensch und Maschine repräsentieren vorbestimmte Signalmuster jeweils unterschiedliche Gefahrenstufen und/oder Gefahrenbereiche. Gefahrenstufen können auch bestimmten Personengruppen zugeordnet werden. So kann eine Person, die nicht mit Sicherheitsanweisungen der Anlage vertraut ist, in die höchste Gefahrenstufe eingruppiert werden.
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Die Auswerteeinrichtung kann desweiteren eine Prädiktionseinheit umfassen, die in Abhängigkeit von einer ersten Auswertung der Ausgangssignale zu einem ersten Zeitpunkt und mindestens einer weiteren zweiten Auswertung wenigstens weiterer zweiter Ausgangssignale zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt eine Vorhersage zur Wahrscheinlichkeit zu einer erreichbaren Gefahrenstufe und/oder Gefahrenbereich zu wenigstens einem weiteren dritten Zeitpunkt treffen kann. Abhängig von der Gefahrenstufe und/oder von dem Gefahrenbereich und gegebenenfalls abhängig von der Vorhersage werden Steuerbefehle zum Not-Aus der Anlage oder zum Umschalten in einen den Betrieb der Komponenten der Anlage verlangsamenden Betriebsmodus oder Ruhemodus der Komponenten der Anlage zur Steuerungseinrichtung übermittelt. Ein Not-Aus führt in der Regel zum abrupten Prozessabbruch in der Anlage. Ein verlangsamender Betriebsmodus setzt die Prozessgeschwindigkeit herab bis zu einem in Bereitschaft bleibenden Ruhemodus der im Prozess arbeitenden Komponenten der Anlage.
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Das Sicherungsgerät kann zusätzlich mit mindestens einer optischen und/oder akustischen und/oder vibrierenden Warneinheit ausgestattet sein, die abhängig von der Auswerteeinrichtung ausgewerteten Gefahrenstufe und/oder Gefahrenbereich und gegebenenfalls abhängig vom Ausbleiben der angefragten Bestätigung innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters ein optisches und/oder akustisches und/oder vibrierendes Warnsignal ausgeben kann.
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in weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Auswerteeinrichtung für ein tragbares Sicherungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
- – zumindest eine Empfangseinheit zum Erhalt der Ausgangssignale,
- – wobei die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Ausgangssignale auswertet,
- – wobei die Ausgangssignale im Rahmen der Auswertung mit zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmustern vergleichbar sind, und aufweisend
- – zumindest eine Sendeeinheit zum Übermitteln von Steuerbefehlen in Abhängigkeit von der Auswertung an die Steuereinrichtung einer Anlage, welche ein Umschalten von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten, Mensch und Maschine schützenden Betriebsmodus von Komponenten der Anlage bewirken, übermittelbar sind, wenn die Ausgangssignale mit einem der vorbestimmten Signalmuster übereinstimmen, und die Steuerbefehle anderenfalls nicht übermittelbar sind.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Sicherung des Schutzes für Mensch und Maschine,
- – wobei eine permanent verfügbare Kommunikation zwischen einem tragbaren Sicherungsgerät mit einer Steuereinrichtung einer Anlage bereitgestellt wird,
- – wobei das Sicherungsgerät eine Konnektivitätsschnittstelle zu einer Auswertungseinrichtung aufweist, der Ausgangssignale der einen oder mehreren Erfassungseinrichtungen zugeführt werden,
- – wobei die Auswertungseinrichtung die Ausgangssignale auswertet,
- – wobei die Ausgangssignale im Rahmen der Auswertung mit zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmustern verglichen werden, und
- – wobei in Abhängigkeit von der Auswertung Steuerbefehle, welche ein Umschalten von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten, Mensch und Maschine schützenden Betriebsmodus von Komponenten der Anlage bewirken, an die Steuereinrichtung übermittelt werden, wenn die Ausgangssignale mit einem der vorbestimmten Signalmuster übereinstimmen, und die Steuerbefehle anderenfalls nicht übermittelt werden.
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Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Auswerteeinrichtung und des Verfahrens korrespondieren im Wesentlichen mit denen des oben genannten Sicherungsgeräts.
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Die Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich:
- – Die geometrischen Beschränkungen, die für die Einbringung von sicherheitstechnischen Einrichtungen an Anlagen zu berücksichtigten sind, entfallen.
- – Das Sicherheitsgerät kann zwischen unterschiedlichen Personen oder Personenkreisen unterscheiden. Je nach Befähigung und Ausbildungsstand der Person können bei Erreichen von verschiedenen Gefahrenstufen bzw. Gefahrenbereichen unterschiedliche Reaktionen/Maßnahmen ausgelöst werden.
- – Verringerung von Ausfallzeiten, durch Vermeidung von unnötigen Anlagenabschaltungen.
- – Verringerung von Ausschuss, der bei Prozessabbrüchen entsteht.
- – Verringerung von Anlagenverschleiß und Defekten z.B. an Gussformen durch abrupte Prozessabbrüche.
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Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine technische Anlage und
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2 schematisch ein tragbares Sicherungsgerät.
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Gemäß 1 wird eine technische Anlage 1 von einer Steuereinrichtung 2 gesteuert. Die technische Anlage kann prinzipiell beliebiger Natur sein. Beispielsweise kann es sich um eine industrielle Anlage, z.B. Werkzeugmaschine oder eine andere Produktionsmaschine, handeln. Es kann sich auch um eine Verpackungsmaschine, eine Abfüllanlage, einen Kran oder eine andere industrielle technische Anlage handeln. Es ist auch ein medizinisches Gerät, z.B. Röntgengerät, Computertomographen oder Magnetresonanzgerät etc., möglich. Die Steuereinrichtung 2 kann prinzipiell ebenfalls beliebiger Natur sein. Oftmals handelt es sich um eine numerische Steuerung, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine Kombination einer numerischen Steuerung und einer speicherprogrammierbaren Steuerung.
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Der Steuereinrichtung 2 kann – je nach Steuerbefehl – einen Prozesseingriff P veranlassen z.B. durch Deaktivierung von Komponenten 4 der technischen Anlage 1 oder Verlangsamung deren Prozessgeschwindigkeit.
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Im Normalbetrieb der technischen Anlage 1 befindet sich der Benutzer bzw. eine Person 3 normalerweise außerhalb eines Gefahrenbereichs. In speziellen Betriebsarten der technischen Anlage 1 ist dies jedoch nicht möglich. Beispiele derartiger spezieller Betriebsarten sind ein Einrichtbetrieb bei geöffneter Schutztür, ein Verfahren von Achsen, während der Benutzer 3 sich im Gefahrenbereich (= Verfahrbereich oder Aktionsbereich) der Achsen aufhält und dergleichen mehr. Im medizinischen Umfeld befindet sich der Benutzer 3, ein Arzt oder Assistent(in), während der Untersuchung bzw. während einer Intervention im Verfahrbereich der Röntgenquelle. In diesem Fall muss die Ansteuerung der entsprechenden Komponente 4 ebenfalls möglich sein, um die Person im Gefahrenbereich zu schützen.
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Die sichere Kommunikation eines tragbaren Sicherungsgeräts 5, das sich in oder an der Arbeitskleidung der Person 3 befindet, mit der Steuereinrichtung 2 ist als solche über die in der 2 nicht dargestellte Sende- 19 und Empfangseinheit 20 möglich. Im Falle der Ausgestaltung des tragbaren Sicherungsgeräts als Transponder kann beispielsweise die Kommunikation via RFID, Bluetooth, NFC, WLAN, GRPS, UMTS, LTE oder auch via Infrarot und dergleichen mehr genutzt werden.
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Wenn der Transponder mit einer RFID-(Radio Frequency IDentification)Kommunikationsschnittstelle ausgestattet ist, ist die Kommunikationsverbindung in der Regel stabil und zuverlässig. Es kann zwischen passiven und aktiven Transpondern unterschieden werden. Passive Transponder haben keine eigene Energiequelle und versorgen sich aus den Funksignalen des Abfragegeräts. Aktive Transponder nutzen ihre eigene Energiequelle sowohl für die Versorgung des Mikrochips als auch für das Erzeugen des modulierten Rücksignals. Die aktiven Transponder haben in der Regel eine größere Übertragungsreichweite als die passiven Transponder. Im Ausführungsbeispiel sind beide Varianten möglich.
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Des Weiteren ist eine Auswertungseinrichtung 6 vorgesehen. Diese kann wie in der 1 gezeigt, vom Sicherungsgerät 5 abgesetzt, ggf. nahe der Steuereinrichtung 2 angeordnet sein oder – wie in 2 gezeigt – in das Sicherungsgerät integriert sein. Der Auswertungseinrichtung 6 werden Ausgangssignale von einer oder mehreren Erfassungseinrichtungen 11 bis 16 zugeführt, die in 2 näher erläutert werden. Die oben erwähnte Sende- 19 und Empfangseinheit 20 kann in der in 2 gezeigten Ausführungsform mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden sein. Sie kann in zyklischen Abständen ein Lebenszeichen mit einer Bestätigungsanfrage an die Steuereinrichtung 2 übermittelt, um sicherzustellen, dass das Sicherungsgerät 5 zuverlässig mit der Steuerungseinrichtung 2 kommunizieren kann.
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Die Auswertungseinrichtung 6 ist derart ausgebildet, dass sie die Ausgangssignale auswertet und in Abhängigkeit von der Auswertung Steuerbefehle, welche ein Umschalten von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten, Mensch und Maschine schützenden Betriebsmodus von Komponenten 4 der Anlage 1 bewirken, an die Steuereinrichtung 2 übermittelt, wenn die Ausgangssignale mit einem der vorbestimmten Signalmuster übereinstimmt.
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Das Sicherungsgerät 5 weist gemäß 2 mehrere Erfassungseinrichtungen 11 bis 16 auf. Um welche Erfassungseinrichtung es sich im Einzelnen handelt, kann von der konkreten Ausgestaltung des Sicherungsgeräts abhängen. Zumindest sind jedoch mehrere der folgenden Erfassungseinrichtungen 11 bis 16 vorhanden:
- – Ein Näherungssensor 11, mittels dessen erfasst wird, ob sich ein Objekt (beispielsweise eine Hand des Benutzers 3) in der Nähe des entsprechenden Näherungssensors 11 befindet. Der Begriff „Nähe“ bedeutet in diesem Zusammenhang einen Abstand im einstelligen Zentimeterbereich oder darunter vom entsprechenden Näherungssensor 11. Gegebenenfalls können mehrere Näherungssensoren 11 vorhanden sein.
- – Ein Beschleunigungssensor 12, mittels dessen erfasst wird, welchen Beschleunigungen das Sicherungsgerät 5 durch Bewegung des Benutzers 3 ausgesetzt ist. Die Auswertung des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors 12 kann insbesondere einen Vergleich mit Vibrationen und/oder Beschleunigungsgrenzwerten umfassen.
- – Ein Orientierungssensor 13, mittels dessen eine Orientierung des Sicherungsgeräts 5 zumindest relativ zu einer Vertikalrichtung ermittelt werden kann.
- – Eine Positionsermittlungseinrichtung 14, mittels derer eine Position des Sicherungsgeräts 5 im dreidimensionalen Raum erfasst werden kann.
- – Eine Bilderfassungseinrichtung 15, mittels derer ein Bild erfasst wird, das unter normalen Umständen zumindest den Kopf, meist auch den Rumpf, des Benutzers 3 und ggf. Teile seines unmittelbaren Umfeldes umfasst.
- – Ein Helligkeitssensor 16, mittels diesen festgestellt werden kann, ob eine Person den Helligkeitssensor verdeckt und damit ggf. in einen Gefahrenbereich eintritt.
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Ausgangssignale der genannten Aggregate 11 bis 16 werden ebenfalls der Auswertungseinrichtung 6 zugeführt. Die Auswertungseinrichtung 6 wertet die an sie übermittelten Ausgangssignale aus. Insbesondere vergleicht die Auswertungseinrichtung 6 die Ausgangssignale mit zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmustern.
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Die Auswertungseinrichtung übermittelt jedoch nur dann einen entsprechenden Steuerbefehl an die Steuereinrichtung 2, wenn die Auswertungseinrichtung ausgewertet hat, dass die Ausgangsignale mit zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmustern übereinstimmen. Anderenfalls übermittelt die Auswertungseinrichtung den entsprechenden Steuerbefehl nicht.
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Die zum Schutze für Mensch und Maschine vorbestimmten Signalmuster repräsentieren jeweils unterschiedliche Gefahrenstufen und/oder Gefahrenbereiche. In der 1 ist ein Gefahrenbereich W angedeutet. Wenn der Benutzer 3 in diesen eindringt, dann wird als Steuerbefehl ein optisches und/oder akustisches und/oder vibrierendes Warnsignal von einer in den Figuren nicht gezeigten Warneinheit z.B. Leuchtdiode, Lautsprecher, Vibrationseinheit ausgegeben.
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Die Auswerteeinrichtung 6 kann desweiteren eine Prädiktionseinheit 17 umfassen, die in Abhängigkeit von einer ersten Auswertung der Ausgangssignale zu einem ersten Zeitpunkt und mindestens einer weiteren zweiten Auswertung wenigstens weiterer zweiter Ausgangssignale zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt eine Vorhersage zur Wahrscheinlichkeit zu einer erreichbaren Gefahrenstufe und/oder Gefahrenbereich zu wenigstens einem weiteren dritten Zeitpunkt treffen kann. D.h. Es werden von den Erfassungseinrichtung 11 bis 16 mindestens zwei hintereinander ermittelte Referenzwerte z.B. Ausgangsposition von Benutzer 3 und Bewegungsgeschwindigkeit von Benutzer 3 genommen und daraus eine gewisse Wahrscheinlichkeit errechnet, in der der Benutzer 3 potentiell im nahen weiteren Zeitpunkt in einen Gefahrenbereich betreten kann.
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Abhängig von der Gefahrenstufe und/oder von dem Gefahrenbereich und gegebenenfalls abhängig von der Vorhersage können Steuerbefehle zum Not-Aus der Anlage oder zum Umschalten in einen den Betrieb der Komponenten der Anlage verlangsamenden Betriebsmodus oder Ruhemodus der Komponenten der Anlage von der Auswerteeinrichtung 6 zur Steuerungseinrichtung 2 übermittelt werden. Vor allem bei Erreichen eines mit Not-Aus gekennzeichneten Gefahrenbereichs, der in der 1 mit N angedeutet wird, übermittelt die Auswertungseinrichtung 6 sofort und vorrangig eine Nothaltanforderung an die Steuereinrichtung 2. Zu einer bestimmten Gefahrenstufe können bestimmte Personen bzw. Personenkreise abhängig von ihrer Gruppenzugehörigkeit, Fachkompetenz bzw. Ausbildungsstand gruppiert werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
