BGI 575 Auswahl und Anbringung elektromechanischer

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BGI 575
Auswahl und Anbringung elektromechanischer
Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen
(bisherige ZH 1/153)
Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik
Fachausschuss "Elektrotechnik" der BGZ
März 2003
BGI enthalten Festlegungen und Informationen, die die Anwendung der vorliegenden
Erkenntnisse und Regelungen zu einem bestimmten Sachgebiet oder Sachverhalt bei der
praktischen Arbeit erleichtern sollen.
Vorbemerkung
Diese Information richtet sich insbesondere an die Konstrukteure von Maschinen und
Anlagen sowie an das Wartungspersonal und soll Anregungen und Hinweise für die richtige
Auswahl und Anbringung elektromechanischer Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen
geben, im folgenden nur Positionsschalter genannt.
Diese Positionsschalter werden üblicherweise in Verriegelungseinrichtungen mit und ohne
Zuhaltung verwendet.
Bei der Auswahl und Anbringung dieser Verriegelungseinrichtungen sind eine Reihe von
Anforderungen, wie z.B. der "Schutz gegen Umgehen auf einfache Weise", zu
berücksichtigen. Sie richten sich nach den Angaben in speziellen Normen, wie z.B. der DIN
EN 1088.
Über Verriegelungseinrichtungen mit und ohne Zuhaltung unter Verwendung von
Positionsschaltern sind in vielen Vorschriften, Bestimmungen und Richtlinien Aussagen
enthalten. Die Benennung der Positionsschalter ist dabei unterschiedlich, z.B.
Sicherheitsschalter, Sicherheitsgrenztaster, Endschalter, Wegfühler, Zuhaltung.
Auch für Teile der Positionsschalter ist die Bezeichnung bisher nicht einheitlich, z.B.
Bedienteil, Betätigungsteil, Betätiger, Betätigungsorgan, Stellteil.
Die Schalter der Bauarten 1 und 2 wurden früher mit Kategorie 1 (K1) und Kategorie 2 (K2)
bezeichnet. Die Umbenennung in Bauart 1 (B1) und Bauart 2 (B2) wurde vorgenommen, um
eine Verwechslung mit den Kategorien nach DIN EN 954-1 zu verhindern.
Für berührungslos wirkende Positionsschalter wird auf die BGI 670 "Auswahl und
Anbringung von berührungslos wirkenden Positionsschaltern in Verriegelungseinrichtungen
für Sicherheitsfunktionen" verwiesen.
Die in dieser Information enthaltenen technischen Lösungen schließen andere, mindestens
ebenso sichere Lösungen nicht aus, die auch in technischen Regeln anderer Mitgliedstaaten
der Europäischen Union oder anderer Vertragsstaaten des Abkommens über den
Europäischen Wirtschaftsraum ihren Niederschlag gefunden haben können.
Quelle: www.arbeitssicherheit.de - Kooperation des HVBG mit dem Carl Heymanns Verlag © 2005
Unberechtigte Vervielfältigung verboten.
1
Anwendungsbereich
1.1
Diese Information findet Anwendung auf die richtige Auswahl und Anbringung
elektromechanischer Positionsschalter in Verriegelungseinrichtungen für
Sicherheitsfunktionen.
1.2
Diese Information kann sinngemäß auch Anwendung auf Verriegelungseinrichtungen
anderer Technologien finden, z.B. hydraulische oder pneumatische.
2
Begriffe
2.1
Verriegelungseinrichtung (Verriegelung)
Eine mechanische, elektrische oder andere Einrichtung, deren Zweck es ist, den
Betrieb eines Maschinenelementes unter bestimmten Bedingungen zu verhindern
(üblicherweise solange eine trennende Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist).
2.2
Positionsschalter
Hilfsstromschalter, bei dem das Betätigungssystem durch ein sich bewegendes
Maschinenteil betätigt wird, wenn dieses Teil eine vorbestimmte Stellung erreicht hat.
2.3
Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen
Positionsschalter, der auf Grund vorgegebener Eigenschaften für
Sicherheitsanwendungen geeignet ist. Er besitzt einen oder mehrere Öffner, die mit
dem Betätigungsteil des Schalters so verbunden sind, dass die vollständige
Kontaktöffnung der Öffner erreicht ist, wenn das Betätigungsteil den
Zwangsöffnungsweg mit der vom Hersteller angegebenen Kraft zurückgelegt hat.
2.4
Zwangsöffnung (eines Schaltgliedes)
Sicherstellung einer Kontakttrennung als direktes Ergebnis einer festgelegten
Bewegung des Betätigungsteils des Schalters über nicht federnde Teile (z.B. nicht
abhängig von einer Feder).
2.5
Zwangsöffnungsweg
Mindestweg vom Beginn der Betätigung des Betätigungsteils bis zur Stellung, in der
die Zwangsöffnung der öffnenden Kontakte beendet ist.
2.6
Zwangsöffnungskraft
Betätigungskraft, die am Betätigungsteil eines Schalters erforderlich ist, um die
Zwangsöffnung zu erreichen.
2.7
Zuhaltung
Eine Einrichtung, deren Zweck es ist, eine trennende Schutzeinrichtung in der
geschlossenen Position zu halten und die mit der Steuerung so verbunden ist, dass:
2.8
–
die Maschine nicht laufen kann, wenn die Schutzeinrichtung nicht geschlossen
und zugehalten ist;
–
die trennende Schutzeinrichtung so lange zugehalten bleibt bis das
Verletzungsrisiko nicht mehr besteht.
Hilfsentriegelung
Möglichkeit des manuellen Entsperrens einer Zuhaltung bei deren Versagen von der
Zugangsseite (außerhalb des Gefahrbereichs) mittels Werkzeug oder Schlüssel.
2.9
Fluchtentriegelung
Möglichkeit des manuellen Entsperrens einer Zuhaltung zum Verlassen des
Gefahrbereichs ohne Hilfsmittel von der Fluchtseite (Gefahrbereich).
2.10 Notentsperrung
Möglichkeit des manuellen Entsperrens einer Zuhaltung im Gefahrfall ohne Hilfsmittel
von der Zugangsseite (außerhalb des Gefahrbereich). Das Aufheben der Blockierung
und das Wiederherstellen des betriebsbereiten Zustandes muss einen einer
Reparatur vergleichbaren Aufwand erfordern.
2.11 Fehlschließsicherung
Konstruktive Eigenschaft einer Zuhaltung, die sicherstellt, dass das Sperrmittel (z.B.
ein Sperrbolzen) bei geöffneter Schutzeinrichtung nicht die Sperrstellung
(Zuhaltestellung) einnehmen kann.
2.12 Umgehen auf einfache Weise (Manipulation)
in Umgehen auf einfache Weise ist das Unwirksammachen von
Verriegelungseinrichtungen von Hand oder durch Betätigen mit einem einfachen
Hilfsmittel.
Einfache Hilfsmittel sind z.B. Werkzeuge, Bleistifte, Kugelschreiber, Stifte, Schrauben,
Nägel, gerade oder einfach gebogene Drahtstücke, Flaschenöffner, Türschlüssel,
Klebestreifen, Scheren, Messer usw.
3
Bauarten
3.1
Bauarten von Positionsschaltern
Positionsschalter Bauart 1 (B1):
Schalter, bei denen Schaltglied und Betätigungsteil konstruktiv und funktionell eine
Einheit bilden.1
Bild 1:
Beispiel für einen Positionsschalter Bauart 1
– Rollenschwenkhebelschalter –
Bild 2:
– Kuppenstößelschalter –
Positionsschalter Bauart 2 (B2):
Schalter, bei denen Schaltglied und Betätigungsteil konstruktiv keine Einheit bilden,
jedoch beim Betätigen funktionell zusammengeführt oder getrennt werden.2
1 Die Schalter der Bauarten 1 und 2 wurden früher mit Kategorie 1 (K1) und Kategorie 2 (K2)
bezeichnet
2 Die Schalter der Bauarten 1 und 2 wurden früher mit Kategorie 1 (K1) und Kategorie 2 (K2)
bezeichnet
Bild 3:
3.2
Betätigungsteile
Bild 4:
Beispiele für Betätigungsteile an Positionsschaltern der Bauart 1
(siehe auch DIN EN 50 041 und DIN EN 50 047)
Bild 5:
Beispiele für Betätigungsteile an Positionsschaltern der Bauart 2.
3.3
Bauarten von Zuhaltungen
Zuhaltungen der hier betrachteten Bauarten basieren immer auf Positionsschaltern
der Bauart 2.
3.3.1 Zuhaltung mit federkraftbetätigtem Sperrmittel
Eine Zuhaltung, bei der eine Schutzeinrichtung durch ein federkraftbetätigtes
Sperrmittel in Schutzstellung gehalten wird und die Entsperrung durch Betätigen
eines Elektromagneten erfolgt (Ruhestromprinzip).
Bild 6:
Zuhaltung mit federkraftbetätigtem Sperrmittel
3.3.2 Zuhaltung mit magnetkraftbetätigtem Sperrmittel
Eine Zuhaltung, bei der die Schutzeinrichtung durch ein magnetkraftbetätigtes
Sperrmittel in Schutzstellung gehalten wird und die Entsperrung durch Federkraft
erfolgt (Arbeitsstromprinzip).
Bild 7:
Zuhaltung mit magnetkraftbetätigem Sperrmittel
Bild 8:
Zuhaltung mit Fehlschließsicherung
4
Positionsschalter in Verriegelungseinrichtungen
4.1
Allgemeines
In Verriegelungseinrichtungen werden zwangsöffnende Positionsschalter zur
Stellungsüberwachung von Schutzeinrichtungen verwendet. Die Stellungsüberwachung hat den Zweck, beim Öffnen der Schutzeinrichtungen Gefährdungen
steuerungstechnisch zu verhindern. In Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung wird
zusätzlich zur Stellungsüberwachung das Öffnen der Schutzeinrichtung verhindert,
bis vorhandene Gefährdungen abgeklungen sind. Die Stellung des Sperrmittels kann
ebenfalls durch Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen überwacht werden.
Bild 9:
Beispiel für eine Signalverarbeitungskette einer
Verriegelungseinrichtung
Verriegelungseinrichtungen zur Stellungsüberwachung von Schutzeinrichtungen
bestehen aus einem oder mehreren zwangsöffnenden Positionsschaltern und
Bauelementen in der Vor- und Hauptsteuerung, die innerhalb einer
Signalverarbeitungskette, die auch als Sicherheitskette bezeichnet wird, z.B. auf ein
Antriebsaggregat wirken (Bild 9). Entsprechend der Gefährdungsanalyse kann die
Verwendung von zwei Schaltern an einer Schutzeinrichtung erforderlich sein, wobei
mindestens einer davon so angebracht sein muss, dass er zwangsöffnend wirkt.
Neben dem Positionsschalter müssen auch alle weiteren Elemente der
Signalverarbeitungskette in eine Sicherheitsbetrachtung einbezogen werden, da das
Sicherheitsniveau einer Verriegelungseinrichtung von der Gesamtheit der
Bauelemente bestimmt wird.
Damit Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen ihre Aufgabe sicher erfüllen können,
müssen sie durch das zwangsweise Unterbrechen von Stromkreisen den sicheren
Betriebszustand herbeiführen.
Innerhalb des mechanischen Teiles der Signalverarbeitungskette muss dazu die
Kraftübertragung von der Schutzeinrichtung über Stellglied, Betätigungsteil und die
Übertragungsmechanik, die sich innerhalb des Schaltergehäuses befindet, bis hin
zum zwangsöffnenden Kontakt formschlüssig erfolgen. Kraftschlüssige Verbindungen
gewährleisten nicht die erforderliche Zwangsöffnung der Schaltglieder. Die
Anforderungen an die Zwangsöffnungsfunktion sind in der DIN EN 60947-5-1 Anhang
K festgelegt.
Der Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen darf sich nicht auf einfache Weise
umgehen lassen. Dieses kann beim Positionsschalter der Bauart 1 durch konstruktive
und anbautechnische Maßnahmen sichergestellt werden.
Beim Positionsschalter der Bauart 2 wird die Sicherheit gegen Manipulation u.a.
durch die Form und durch die Anbringung des zugehörigen getrennten
Betätigungsteils bewirkt; siehe Abschnitt 6.6.
Um einen funktionssicheren Einsatz von Positionsschaltern für Sicherheitsfunktionen
zu gewährleisten, sind bei der Auswahl und Anordnung der Schalter insbesondere
folgende Anforderungen zu beachten:
4.2
–
Merkmale für die Auswahl (Abschnitt 5),
–
Merkmale für die Anordnung (Abschnitt 6).
Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung
Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung bewirken neben der Stellungsüberwachung
der Schutzeinrichtung durch einen Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen (siehe
Abschnitt 4.1) auch das Zuhalten der beweglichen Schutzeinrichtung durch
formschlüssige Sperrmittel, wie Klinken, Bolzen, Stifte. Das Sperrmittel wird ebenfalls
durch Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen überwacht.
Federkraftbetätigte Zuhaltungen werden durch Federkraft in Sperrstellung gehalten
und durch elektromagnetische Betätigung entsperrt. Diese Zuhaltungen arbeiten nach
dem Ruhestromprinzip. Bei Spannungsausfall kann die Schutzeinrichtung nicht
unmittelbar geöffnet werden.
Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung können mit einer Hilfsentriegelung
ausgerüstet sein, die im Fehlerfall ein Entsperren der Zuhaltung von der
Zugangsseite (außerhalb des Gefahrbereichs) ermöglicht. Die Hilfsentriegelung
arbeitet unabhängig vom Zustand des Elektromagneten durch manuelle Betätigung
mit einem Werkzeug oder Schlüssel.
Ist der Gefahrbereich hinter der Schutzeinrichtung begehbar, kann die
Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltung mit einer manuell zu betätigenden
Fluchtentriegelung versehen werden. Die Fluchtentriegelung ermöglicht im Gefahrfall
ein Aufheben der Zuhaltefunktion von der Fluchtseite (Gefahrbereich) ohne
Hilfsmittel, z.B. nach einem unbeabsichtigten Zufallen der Tür.
In besonderen Anwendungsfällen kann auch eine Notentsperrung erforderlich sein,
die im Gefahrfall ein gewolltes Öffnen der Schutzeinrichtung ohne Hilfsmittel von der
Zugangsseite (außerhalb des Gefahrbereichs) ermöglicht. Hierbei ist zu beachten,
dass die Notentsperrung so konstruiert ist, dass ein Aufheben der Blockierung und
das Wiederherstellen des betriebsbereiten Zustandes einen einer Reparatur
vergleichbaren Aufwand erfordern muss.
Die Auswahl und der Einsatz einer Hilfsentriegelung, Fluchtentriegelung oder
einer Notentsperrung richtet sich nach dem konkreten Anwendungsfall und
muss in Abhängigkeit von der Gefährdungsbeurteilung oder den Festlegungen
einer Produktnorm erfolgen.
In Sonderfällen können nach einer strengen Bewertung der Gefährdung
magnetkraftbetätigte Zuhaltungen verwendet werden, bei denen durch
elektromagnetische Betätigung die Sperrmittel in Sperrstellung gehalten und durch
Federkraft entsperrt werden. Diese Zuhaltungen arbeiten nach dem
Arbeitsstromprinzip. Bei Spannungsausfall bzw. beim Betätigen des Hauptschalters
kann die Schutzeinrichtung unmittelbar geöffnet werden.
Die grundsätzliche Funktion einer Stellungsüberwachung mit mechanischer
formschlüssiger Zuhaltung ist in Bild 10 dargestellt. Die Stellung der beweglichen
Schutzeinrichtung und die Lage des mechanischen Sperrbolzens werden in diesem
Beispiel durch zwangsöffnende Positionsschalter (S1 und S2) überwacht. In der
Betriebsart "Antrieb eingeschaltet" (Bild 10a) ist die Schutzeinrichtung geschlossen
und die Zuhaltung in Sperrstellung. Beide Positionsschalter S1 und S2 sind nicht
betätigt. Die Öffnerkontakte sind geschlossen. Die Schutzeinrichtung kann nicht
geöffnet werden.
Wird der Antrieb abgeschaltet (Bild 10b), darf die Sperrstellung der Zuhaltung erst
dann aufgehoben werden können, wenn die gefahrbringenden
Bewegungen/Zustände beendet sind.
Je nach Art und Einsatzzweck der Zuhaltung kann dies durch zeitabhängige Systeme
(Gewindebolzen, Schaltuhr) oder – bei unbekannten Nachlaufzeiten – durch
bewegungsabhängige Systeme (Stillstandsmelder) sichergestellt werden. Die
Auswahl der zeitoder bewegungsabhängigen Systeme muss entsprechend der
Gefährdungsbeurteilung erfolgen. Sobald der Antrieb steht (Bild 10c), und das
Freigabesignal gegeben wird, kann die Zuhaltung entsperrt werden. Der
Positionsschalter S2 ist betätigt und sein Öffnerkontakt geöffnet. Beim
anschließenden Öffnen der Schutzeinrichtung (Bild 10d) wird der Positionsschalter S1
betätigt und dessen Öffnerkontakt ebenfalls geöffnet.
Bild 10:
4.3
Stellungsüberwachung und Zuhaltung – Darstellung der Funktion
Anwendung und Einsatzmöglichkeit von
Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung
Der Einsatz von Zuhaltungen an beweglichen Schutzeinrichtungen kann überall dort
erforderlich sein, wo bei betriebsmäßigem Öffnen oder bei Störungsbeseitigung durch
ein Eingreifen bei noch bestehenden gefahrbringenden Zuständen Verletzungen
verursacht werden können.
Weiterhin empfiehlt sich die Verwendung von Zuhaltungen dort, wo Bewegungen
elektronisch gebremst werden und Schutzeinrichtungen bis zum Erreichen des
Zustandes "Sicherer Halt", zugehalten werden müssen. Typische Anwendungsfälle
sind z.B. zu öffnende Türen, Deckel und Gehäuseteile, nach deren Öffnen
nachlaufende Spindeln, Schneid- und Mischelemente, Walzen, Zahnräder oder
Ketten zu Verletzungen führen können.
Sinnvoll ist der Einsatz von Zuhaltungen auch bei automatisierten
Fertigungseinrichtungen zum Schutz des Produktionsgutes oder der Anlage, um z.B.
ein versehentliches Öffnen von Türen, Umzäunungen während eines technologisch
vorgegebenen Fertigungstaktes zu verhindern.
In jedem Fall muss eine Zuhaltung so ausgewählt werden, dass sie den zu
erwartenden Kräften während des Normalbetriebes der trennenden Schutzeinrichtung
standhält. Die entsprechende Kraft, für die eine Zuhaltung ausgelegt ist, muss
deshalb auf dem Gerät oder in der Montageanleitung enthalten sein.
5
Auswahl von Positionsschaltern und Zuhaltungen
5.1
Merkmale
Merkmale für die Auswahl von Positionsschaltern sind z.B.:
–
Zwangsöffnung der Kontakte nach DIN EN 60947-5-1 (Anhang K), dargestellt
durch das Bildzeichen
,
–
Zwangsöffnungsweg,
–
ausreichendes Schaltvermögen,
–
Formschlüssigkeit des Betätigungsteils,
–
zu erwartende betriebliche Umgebungseinflüsse (Schutzart, mechanische
Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Verschmutzung beim Einsatz von B2Schaltern),
–
Gebrauchslage,
–
Anfahrrichtung und Anfahrgeschwindigkeit,
–
Zuordnung der strombegrenzenden Kurzschlussschutzeinrichtung,
–
mechanische Lebensdauer.
zusätzlich für Zuhaltungen:
5.2
–
Art und Betätigung, federkraft- oder magnetkraftbetätigte Sperrmittel,
–
Zuhaltekraft in Sperrstellung (Vorzugswert 1000 N)
–
Notwendigkeit einer Hilfsentriegelung,
–
Notwendigkeit einer Fluchtentriegelung,
–
Notwendigkeit einer Notentsperrung.
Anforderungen
Die Anforderungen an Positionsschalter sind in DIN EN 60947-5-1 sowie den
berufsgenossenschaftlichen "Grundsätzen für die Prüfung von zwangsöffnenden
Positionsschaltern für Sicherheitsfunktionen" (GS-ET-15), die Anforderungen an
Zuhaltungen in "Grundsätze für die Prüfung von Verriegelungen mit
elektromagnetischen Zuhaltungen für Sicherheitsfunktionen" (GS-ET-19) geregelt.
DIN EN 1088 gibt Hinweise zur Gestaltung von kompletten
Verriegelungseinrichtungen.
Nach DIN EN 60947-5-1 gebaute Positionsschalter müssen auf dem Typschild die
Nummer dieser Norm aufgeführt haben. Die Eigenschaft "Zwangsöffnung" muss
durch das Aufbringen des in Bild 11 gezeigten Bildzeichens auf dem Schalter
gekennzeichnet sein.
Es wird empfohlen, sich vom Hersteller oder einer akkreditierten Stelle die Einhaltung
der Bauanforderungen bestätigen zu lassen.
Bild 11:
Bildzeichen für Positionsschalter mit Zwangsöffnung
5.3
Technische Unterlagen, Benutzerinformationen
Für den funktionssicheren Einsatz von Positionsschaltern für Sicherheitsfunktionen
sind die Benutzerinformationen (Technische Daten, Montageanleitungen,
Anschlussanleitungen) zu beachten, z.B.
–
über eine mögliche Einschränkung der Gebrauchslage
–
über eine eindeutige Fixierung, wenn die Befestigung der
Verriegelungseinrichtung eine Verstellung zulässt,
–
über Anfahrgeschwindigkeit, Anfahrrichtung, Anfahrwinkel,
–
dass Verriegelungseinrichtungen nicht als mechanischer Anschlag verwendet
werden dürfen,
–
über erforderliche Kurzschlussschutzeinrichtungen,
–
die mechanische Lebensdauer,
–
über Schaltungsvorschläge,
zusätzlich für Zuhaltungen:
5.4
–
über eine mögliche Einschränkung des Anwendungsbereiches bei
Magnetkraftbetätigung (Arbeitsstromprinzip),
–
über die Zuhaltekraft,
–
über einen funktionsrichtigen Einbau im Hinblick auf die sichere Wirkungsweise,
–
über die Betätigungsmöglichkeit der Hilfsentriegelung, Fluchtentriegelung oder
Notentsperrung,
–
über die Sicherung der Zugriffsmöglichkeit der Hilfsentriegelungseinrichtung
(Verplomben, Versiegeln),
–
dass die Betätigung der Notentsperrung zu einer Blockierung des Sperrmittels im
entsperrten Zustand führt und das Aufheben der Blockierung und das
Wiederherstellen des betriebsbereiten Zustandes einen einer Reparatur
vergleichbaren Aufwand erfordert.
Aufschriften
Es dürfen nur Verriegelungseinrichtungen verwendet werden, die mit deutlich
erkennbaren und dauerhaften Aufschriften und Kennzeichnungen versehen sind.
Aufschriften und Kennzeichnungen dürfen durch Überlackierung nicht unlesbar
gemacht werden.
Für Sicherheitsfunktionen dürfen nur Schalter mit zwangsöffnenden Kontakten
verwendet werden, die an der Außenseite deutlich erkennbar und dauerhaft mit dem
Bildzeichen
gekennzeichnet sind.
Gemäß DIN EN 60947-5-1 müssen auf dem Gerät mindestens folgende Angaben
enthalten sein:
–
Name oder Ursprungszeichen des Herstellers,
–
Typbezeichnung oder Seriennummer
5.5
Bild 12:
Beispiel eines Aufschriftenfeldes für einen Positionsschalter
Bild 13:
Beispiel eines Aufschriftenfeldes für eine Zuhaltung
Schutzart
Der Schutz der Positionsschalter gegen Eindringen von festen Fremdkörpern und
Flüssigkeiten muss angemessen sein unter Berücksichtigung der äußeren Einflüsse,
unter denen der Schalter betrieben wird (z.B. Staub, Kühlmittel und Metallspäne).
Beispiele für Mindestschutzgrade:
Allgemeine industrielle Anwendungen
IP 32, IP 43 und IP 54
Baustellenbereiche
IP 54
Gehäuse, die mit NiederdruckWasserstrahl gereinigt werden
IP 55
Gehäuse, die Schutz gegen feinen
Staub gewähren
IP 65
IP X5, IP X6 und IP X7 bedeuten nicht, dass eine Verriegelungseinrichtung (z.B. mit
Schlauch oder Hochdruckreinigungsgerät) abgespritzt werden darf. In einem solchen
Fall sind zusätzliche Schutzmaßnahmen zu treffen.
Eine Kennzeichnung mit der zweiten Kennziffer "7 oder 8" (z.B. IP 67) bedeutet nicht,
dass auch zwangsläufig die Anforderungen an die Schutzarten mit der zweiten
Kennziffer "5 oder 6" (z.B. IP 65) erfüllt werden.
Bild 14:
Auszug aus DIN EN 60529
"IP-Schutzarten; Berührungs-, Fremdkörper- und Wasserschutz
für elektrische Betriebsmittel"
Erste Kennziffer
5
Eindringen von Staub ist nicht vollständig
verhindert, aber Staub darf nicht in einer
solchen Menge eindringen, dass das
zufriedenstellende Arbeiten des Gerätes oder
die Sicherheit beeinträchtigt wird.
6
Kein Eindringen von Staub
Zweite Kennziffer
5.6
Schutzgrade
(Berührungs- und Fremdkörperschutz)
Schutzgrade
(Wasserschutz)
4
Wasser, das aus jeder Richtung gegen das
Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen
Wirkungen haben.
5
Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl
gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine
schädliche Wirkung haben.
6
Wasser, das aus jeder Richtung als starker
Strahl gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf
keine schädlichen Wirkungen haben.
7
Wasser darf nicht in einer Menge eintreten,
die schädliche Wirkungen verursacht, wenn
das Gehäuse unter genormten Druck- und
Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser
untergetaucht ist.
Verschmutzung am Einbauort von Bauart 2-Schaltern
Beim Einsatz von Bauart 2-Schaltern ist die mögliche Verschmutzung am Einbauort
zu berücksichtigen. Da das Betätigungsteil in das Schaltergehäuse eingeführt wird,
weist dieses naturgemäß eine Öffnung auf, in die auch Schmutz eindringen kann. Die
angegebene Schutzart IP XX (vgl. 5.5) bezieht sich ausschließlich auf den
elektrischen Einbauraum. Durch Verschmutzung der vom Betätigungsteil bewegten
mechanischen Teile können Reibungskräfte entstehen, die im Extremfall zur
Zerstörung der Mechanik und zu einem gefährlichen Ausfall des Schalters führen
können.
Für Anwendungen, bei denen das Eindringen von Partikeln, Spänen oder Stäuben in
Verbindung mit Luftfeuchtigkeit nicht verhindert werden kann, sind Bauart 2-Schalter
ungeeignet. Dies kann z.B. zutreffen auf den Einsatz in Kalksandsteinwerken, bei der
Pulverlackierung, in der spanabhebenden Holz- und Metallbearbeitung. Für diese
Anwendungsfälle könnten z.B. auch Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen
geeignet sein (siehe auch BGI 670).
5.7
Zwangsöffnende Positionsschalter mit Schleich- oder
Sprungfunktion
Die Schleichschaltung ist die momentan verbreitetste Ausführung in
Sicherheitsschaltern. Bei Betätigung öffnet der zwangsöffnende Öffnerkontakt und
erreicht definiert seinen Zwangsöffnungspunkt. Bei Rückstellung (Schließen der
Schutzeinrichtung) schließt der Kontakt an gleicher Stelle (keine Hysterese).
Bei der Anwendung von Schaltern mit Schleichschaltgliedern ist auf die
Herstellerangaben hinsichtlich Schaltwegdiagrammen und Betätigungswegen zu
achten. Die Schalter sind so zu montieren, dass sie mechanisch vollständig betätigt
werden, so dass der notwendige Zwangsöffnungsweg erreicht wird.
Bild 15:
Zwangsöffnender Schalter mit Schleichfunktion
(nur Öffnerkontakt dargestellt)
Bild 16:
Zwangsöffnender Schalter mit Sprungfunktion
(nur Öffnerkontakt dargestellt)
Bei sehr langsamen Betätigungsgeschwindigkeiten und bei Anwendungen, bei denen
die Kontakte sehr zeitnah schalten sollen, können auch Positionsschalter mit
Sprungschaltung verwendet werden. Beim Versagen des Sprungschaltelementes
wird durch einen Umlenkmechanismus (im Bild 16 vergrößert dargestellt) die
Zwangsöffnung eingeleitet.
Auch bei der Anwendung von Schaltern mit Sprungschaltgliedern ist auf die
Herstellerangaben hinsichtlich Schaltwegdiagrammen und Betätigungswegen zu
achten.
Bild 17:
5.8
Mindeststößelweg bei Positionsschaltern mit Schleichfunktion
Form des Stellgliedes, Anfahrwinkel
Die mechanische Lebensdauer von Positionsschaltern wird von der
Anfahrgeschwindigkeit und der Form des Stellgliedes (Anfahrwinkel, Anfahrrichtung)
mit beeinflusst. Deshalb sind die Angaben des Herstellers zu beachten.
Steile Anfahrwinkel sind notwendig, wenn kurze Betätigungswege des Steuerlineals
vorliegen. Dabei darf der einer Anfahrgeschwindigkeit zugeordnete Anfahrwinkel nicht
überschritten werden.
Bild 18:
Falsche Formgebung des Steuerlineals bei
Rollenschwenkhebelschaltern
Bild 19:
Richtige Formgebung des Steuerlineals bei
Rollenschwenkhebelschaltern
Das Stellglied (Steuerlineal, Kurvenscheibe) soll die gesamte Rollenbreite des
Betätigungsteiles berühren, um nur zulässige Flächenbelastungen zu erreichen.
Außerdem soll die Anfahrrichtung senkrecht zu Drehachsen von Betätigungsteilen,
wie Rolle und Schwenkhebel, sein.
Bild 20:
Beispiel für die bevorzugte Anfahrrichtung
Bild 21:
Falsche Formgebung einer Kurvenscheibe
Bild 22:
Richtige Formgebung einer Kurvenscheibe
Der Anfahrwinkel ist abhängig von den zulässigen und erforderlichen
Anfahrgeschwindigkeiten; siehe technische Unterlagen der Hersteller.
Bild 23:
Nockenanfahrwinkel für Kurvenscheiben
Tabelle:
Nockenhöhe h bei Kurvenscheiben
Nockenhöhe h (mm) bei Anfahrwinkel α
Umfangsweg w
(mm)
5°
10°
15°
20°
25°
30°
5
0,44
0,88
1,34
1,82
2,33
2,89
10
0,87
1,76
2,86
3,64
4,66
5,77
15
1,31
2,64
4,02
5,46
6,99
8,66
20
1,75
3,53
5,36
7,28
9,33
11,55
25
2,19
4,41
6,70
9,10
11,66
14,34
30
2,62
5,29
8,04
10,92
13,99
17,32
35
3,06
6,17
9,38
12,74
16,32
20,21
40
3,50
7,05
10,72
14,56
18,65
23,09
45
3,94
7,93
12,06
16,38
20,98
25,98
50
4,37
8,82
13,40
18,20
23,32
28,87
55
4,81
9,70
14,74
20,02
25,65
31,75
60
5,25
10,58
16,08
21,84
27,98
34,64
65
5,69
11,46
17,42
23,66
30,31
37,53
70
6,12
12,34
18,76
25,48
32,64
40,41
Aus dem erforderlichen Hub zuzüglich des Abstandes des Stellgliedes von der Welle
resultiert die Nockenhöhe h. Aus der Nockenhöhe h und dem zulässigen
Anfahrwinkel α ergibt sich der Umfangsweg aus der vorstehenden Tabelle. Die
Herstellerangaben für Hub- und Anfahrwinkel/Anfahrgeschwindigkeit sind zu
beachten.
Bild 24:
Kurvenscheibe mit Segmentabschnitt
Bild 25:
Kurvenscheibe mit negativem Nocken (Aussparung)
Bild 26:
Exzentrische Kurvenscheibe
Bei der Gestaltung der Kurvenscheiben ist darauf zu achten, dass die Öffnungsweite
an der Schließkante den Anforderungen der DIN EN 294 bzw. der Produktnorm
entspricht.
6
Anordnung
6.1
Merkmale
Merkmale für die richtige Anordnung von Positionsschaltern sind z.B.
–
Formschluss über den gesamten Betätigungsweg des Positionsschalters bis zur
Zwangsöffnung,
–
Anordnung und Beschaltung des Schalters als Zwangsöffner und sichere
Verarbeitung des Signals,
–
Einstellung des Betätigungshubes entsprechend dem Zwangsöffnungsweg nach
Herstellerangabe (Bild 17),
–
formschlüssige Befestigung (dreh- und verschiebsichere Anordnung) des
Schalters und des Stellgliedes (Kurvenscheibe, Steuerlineal), keine
Langlochbefestigung ohne zusätzliche Fixierung (Bild 27),
–
Sicherung der Befestigungselemente des Schalters und des Stellgliedes
(Kurvenscheibe, Steuerlineal) gegen Selbstlockern,
–
ausreichende mechanische Festigkeit der Träger- und Funktionselemente für die
Verriegelungseinrichtungen,
–
keine Verwendung des Schalters als mechanischer Anschlag (Bild 32),
–
Schutz gegen Überfahren (siehe Abschnitt 6.4),
–
Schutz gegen Beschädigung von außen,
–
kein Umgehen der Schutzfunktion auf einfache Weise, (siehe Abschnitt 6.6),
–
Anpassung der Leitungseinführung an die notwendige Schutzart des Schalters,
–
Zugänglichkeit für Wartung und Funktionsprüfung.
Anmerkung:
6.2
In Zuhaltungen ist bei einem mit Wechselstrom betriebenen
Magneten auf die Hubfreiheit für das Sperrmittel zu achten, damit
eine vollständige Hubbewegungsmöglichkeit für das Sperrmittel
gewährleistet ist.
Sichern gegen Lageänderung (Fixierung)
Zum Sichern gegen Lageänderung von Positionsschaltern für Sicherheitsfunktionen
sind beim Einbau formschlüssige Befestigungen vorzusehen, z.B.
–
durch Rundlöcher,
–
durch Langlöcher mit zusätzlicher Verwendung von Passstiften oder Anschlägen.
Bild 27:
Beispiele für mögliches Sichern gegen Lageänderung
Sofern verschiebbare Positionsschalter auch Aufgaben des Personenschutzes
übernehmen, dürfen sie sich nicht so weit verschieben lassen, dass Gefährdungen
entstehen können. Dies lässt sich beispielsweise durch einen formschlüssigen
Anschlag oder durch eine geschlossene Führungsschiene erreichen.
Bild 28:
6.3
Verschiebbarer Positionsschalter
Zugänglichkeit, Montageart, Wartungsmöglichkeit
Positionsschalter müssen so montiert sein, dass sie für einen eventuellen Austausch
zugänglich sind. Durch den Anbau von Positionsschaltern dürfen keine Gefahrstellen
entstehen.
Bild 29:
Unzweckmäßige Montageart
Schlechte Zugänglichkeit
Bild 30:
Zweckmäßige Montagart
Bild 31:
6.4
Zugänglichkeit der Positionsschalter
Schutz gegen Beschädigung und Überfahren
Verriegelungseinrichtungen sind so anzuordnen, dass sie beim Anfahren nicht
beschädigt und überfahren werden können. Sie dürfen nicht als mechanischer
Anschlag verwendet werden.
Bild 32:
Unzulässige Verwendung als mechanischer Anschlag
Bild 33:
Montageart mit einem zusätzlichen mechanisch verstellbaren
Anschlag
Die Höhe des Steuerlineals oder des Nockens ist kleiner als der gesamte Schaltweg
im Schalter zu wählen, damit keine mechanische Belastung des Schalters oder seiner
Befestigung erfolgt.
Es muss außerdem sichergestellt sein, dass das Steuersignal so lang ist, dass die
Betätigung des Positionsschalter nicht vor dem Erreichen des Anschlages wieder
aufgehoben wird.
Bild 34:
Beispiel für die Vermeidung von unzulässiger
Überfahrmöglichkeit
Verriegelungseinrichtungen unter Verwendung von Positionsschaltern der Bauart 2
erfordern einen Anschlag zum Schutz gegen mechanische Beschädigung.
6.5
Leitungseinführung, Mindestbiegeradius der Anschlussleitungen
Damit die Schutzart auch nach dem Einbau aufrechterhalten bleibt, sind die
Leitungseinführungen so abzudichten, dass keine Flüssigkeiten, z.B. Regenwasser,
Bohremulsion, in das Gehäuseinnere eindringen können.
Bild 35:
Beispiele für nicht empfohlene Leitungseinführungen
Bild 36:
Beispiele für bevorzugte Leitungszuführungen
Bei der Anbringung einer Verriegelungseinrichtung ist darauf zu achten, dass der
Biegeradius r ≥ 5d der Anschlussleitung nicht unterschritten wird.
Bild 37:
Beachten eines ausreichenden Biegeradius
Für Verlegung von Leitungen:
–
im Bedarfsfall Kabelverschraubungen mit geeignetem Dichtungskitt abdichten,
–
nicht benutzte Einführungsöffnungen durch Blindstopfen verschließen.
Für bewegliche Verlegung von Leitungen:
–
nicht mehrere Leitungen durch eine Kabelverschraubung einführen.
In besonders ungünstigen Anwendungsfällen ist der Einsatz von
Schutzschlauchverschraubungen empfehlenswert. Hierbei hält der Schutzschlauch
die Umwelteinflüsse von Leitung und Leitungseinführung fern.
Bild 38:
6.6
Einsatz von Schutzschlauchverschraubungen
Maßnahmen gegen Umgehen auf einfache Weise
6.6.1 Allgemeines
Verriegelungseinrichtungen müssen so gestaltet sein, dass sie nicht auf einfache
Weise umgangen werden können. Zu diesem Zweck müssen Angaben über
Einbaumöglichkeiten und Wartung zur Verfügung gestellt werden.
Aus Bild 41 geht hervor, an welchen Stellen zusätzliche Maßnahmen gegen
Umgehen auf einfache Weise erforderlich sein können.
Bild 39:
Mögliche Bereiche für zusätzliche Maßnahmen gegen Umgehen
auf einfache Weise
Vorkehrungen, die ein Umgehen erschweren:
–
Verwendung von codierten Positionsschaltern oder Systemen, z.B. mechanische,
elektrische, magnetische oder optische,
–
physikalische Hindernisse oder Verdeckungen der Verriegelungseinrichtungen bei
geöffneter trennender Schutzeinrichtung.
–
gesicherte Verbindungen, die eine Demontage erschweren (z.B. geschweißt,
genietet, Einwegschrauben).
Als Umgehen auf einfache Weise gilt nicht ein aufwendiges Unwirksammachen von
Schutzfunktionen wie z.B.:
–
das Demontieren oder Wegdrehen von Bauteilen der Verriegelungseinrichtungen,
z.B. Positionsschaltern und Zuhaltungen oder deren Betätigungsteile,
–
das Benutzen eines separaten oder nicht bestimmungsgemäß montierten
Betätigungsteils bei Verriegelungseinrichtungen der Bauart 2,
–
das Überbrücken der Kontakte.
6.6.2 Konstruktive Maßnahmen zur Verringerung von
Umgehungsmöglichkeiten
6.6.2.1 Positionsschalter der Bauart 1
Wird ein einzelner Positionsschalter der Bauart 1 verwendet, darf dieser nur in
zwangsläufiger Art betätigt werden, insbesondere deswegen, weil diese
Betätigungsart das Umgehen des Schalters auf einfache Weise verhindert (siehe z.B.
Bild 55).
Anmerkung:
Ein höherer Schutz gegen Umgehen kann erreicht werden, wenn
Kurvenscheibe und Schalter in einem Gehäuse angeordnet sind
(siehe Bild 42).
6.6.2.2 Positionsschalter der Bauart 2
Aufgrund der konstruktiven Ausführung mit separatem Betätigungsteil (mindestens
zweifache Kodierung) wird ein Umgehen auf einfache Weise verhindert.
Ein höherer Schutz gegen Umgehen kann z.B. erreicht werden durch:
–
gesicherte Verbindung des Betätigungsteils (z.B. geschweißt, genietet,
Einwegschrauben) mit der trennenden Schutzeinrichtung, um eine Demontage zu
erschweren,
–
verdeckten Einbau, der das Einführen von Ersatzbetätigungsteilen verhindert,
–
individuelle Einzelkodierung des Betätigungsteils.
Bild 40:
Beispiel für verdeckten Einbau eines Positionsschalters der
Bauart 2
7
Anwendungsbeispiele
7.1
Positionsschalter an Schutzeinrichtungen mit Drehgelenken
(Türen, Klappen, Deckel)
Die Stellungsüberwachung von Schutzeinrichtungen mit Drehgelenken kann durch
Positionsschalter der Bauart 1 oder 2 erfolgen.
Bild 41:
Stellungsüberwachung einer Schutzeinrichtung mit
Positionsschalter Bauart 1; direkt am Drehpunkt
Bild 42:
Stellungsüberwachung am Drehgelenk unter Verwendung eines
Positionsschalters der Bauart 1
Bild 43:
Stellungsüberwachung einer Schutzeinrichtung mit
Positionsschalter der Bauart 2
Falls die Gefahr besteht, dass bei Türen, Klappen und Deckeln mit großen
Abmessungen bereits durch die beim Öffnen entstehenden Spalten zu den
Gefahrstellen durchgegriffen werden kann, ohne dass der Positionsschalter nach
Bauart 1 angesprochen hat, sind Positionsschalter nach Bauart 2
zweckmäßigerweise an der Schließkante anzubringen.
Bild 44:
7.2
Unzulässige Anbringung eines Positionsschalters der Bauart 1 an
der Schließkante
Positionsschalter an seitlich verschiebbaren Schutzeinrichtungen
(Schiebetüren, Schutzgitter)
Die Stellungsüberwachung von seitlich verschiebbaren Schutzeinrichtungen kann
durch Positionsschalter der Bauart 1 oder 2 erfolgen.
Bild 46 zeigt eine falsche Anordnung eines Positionsschalters der Bauart 1. Er ist bei
geöffneter Schutzeinrichtung nicht betätigt (keine Zwangsöffnung) und leicht
umgehbar. Eine versehentliche Betätigung ist möglich.
Bild 45:
Unzulässige Anordnung eines Positionsschalters der Bauart 1 an
einem Schiebeschutzgitter
Bild 46:
Funktionsrichtige Anordnung eines Positionsschalters der
Bauart 1
Bei der Verwendung von Schaltern der Bauart 2 muss ein mechanischer Anschlag
vorhanden sein (siehe Bilder 47 und 49).
Bild 47:
Anbringung eines Positionsschalters der Bauart 2 mit
Begrenzungsanschlag an einem Schiebeschutzgitter
Bild 48:
Stellungsüberwachung durch zwei Positionsschalter der Bauart 1
Bild 49:
Stellungsüberwachung durch einen Bauart 1- und einen Bauart 2Schalter
Bild 50:
7.3
Positionsschalter an einer Schiebetür mit Positionsschalter der
Bauart 1
Positionsschalter an abnehmbaren Schutzeinrichtungen
Die Stellungsüberwachung an abnehmbaren Schutzeinrichtungen wird vorzugsweise
durch Positionsschalter der Bauart 2 realisiert. In Bild 51 muss die abnehmbare
Schutzhaube so gestaltet sein, dass beim Schließen diese Schutzeinrichtung geführt
wird und der Betätigung des Positionsschalters voreilt. Dabei sollten die
Betätigungsteile so eingebaut sein, dass sie bei abgenommener Schutzhaube vor
Beschädigung geschützt sind.
Bild 51:
7.4
Positionsschalter an einer abnehmbaren Schutzhaube
Beispiele für weitere mögliche Anwendungen von
Positionsschaltern
Weitere Einsatzmöglichkeiten beim Einsatz von elektromechanischen
Positionsschaltern für Sicherheitsfunktionen ergeben sich bei der Überwachung von
Gefahrstellen.
Bild 52:
Schaltleiste zur Betätigung von Positionsschaltern an einem
Kastenförderer
Bild 53:
Pendelklappe an der Einzugstelle einer Maschine
8
Schaltungsbeispiele
8.1
Schaltungsbeispiele ohne Zuhaltung
8.1.1 Allgemeines
Elektromechanische Schaltungen für Positionsschalter ohne Zuhaltung müssen so
gestaltet sein, dass sie beim Öffnen von beweglichen trennenden
Schutzeinrichtungen die gefahrbringende Bewegung zwangläufig abschalten und bei
geöffneter Schutzeinrichtung einen Wiederanlauf verhindern.
Verriegelungseinrichtungen einschließlich der nachfolgenden Signalverarbeitung sind
sicherheitsbezogene Teile der Steuerung von Maschinen. Die "Widerstandsfähigkeit"
einer Verriegelungseinrichtung gegenüber dem Auftreten von Fehlern muss umso
höher ausgelegt sein, je höher das Gefährdungspotential an der Gefahrstelle ist.
Eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl von Verriegelungseinrichtungen ist
deshalb die vom Konstrukteur ausgewählte und in den technischen Unterlagen
angegebene Steuerungskategorie.
Die Anforderungen an sicherheitsrelevante Teile von Steuerungen sind in der DIN EN
954-1 in fünf abgestuften Kategorien festgelegt. Diese Kategorien beschreiben das
Verhalten der sicherheitsrelevanten Teile beim Auftreten von Fehlern innerhalb der
Steuerung bzw. an Bauteilen (siehe Anhang A).
Bild 54:
Grundsätzlicher Aufbau einer Maschinensteuerung
Nachfolgend sind einige Schaltungsbeispiele aufgeführt, die den prinzipiellen Einsatz
von Positionsschaltern in Verriegelungseinrichtungen mit Sicherheitsfunktion
beschreiben.
8.1.2 Einsatz von Positionsschaltern in Steuerungen der Kategorie 1 (Beispiel)
Bild 55:
Stellungsüberwachung beweglicher Schutzeinrichtungen
Steuerung nach DIN EN 954-1, Kategorie 1
Funktionsbeschreibung:
Gefahrbringende Bewegungen oder Zustände werden bei geöffnetem Schutzgitter
durch Hilfsschütz K1 unterbrochen bzw. verhindert.
Die Sicherheitsfunktion lässt sich nicht bei allen Bauteilausfällen aufrechterhalten
und hängt von der Zuverlässigkeit der Bauteile ab.
Es sind keine Maßnahmen zur Fehlererkennung vorgesehen.
Ein Entfernen der Schutzeinrichtung wird nicht bemerkt.
Konstruktive Merkmale:
Als bewährte Prinzipien werden das Ruhestromprinzip und die Erdung des
Steuerkreises verwendet.
Der Schalter S1 ist ein zwangsöffnender Positionsschalter, gebaut nach DIN EN
60947-5-1, Anhang K. Der Öffnerkontakt muss mechanisch zwangläufig
unterbrechen, wenn die Schutzeinrichtung sich nicht in Schutzstellung befindet.
Das eingesetzte Hilfsschütz ist ein bewährtes Bauteil im Sinne von DIN EN 954-1.
Betätigungselemente und Positionsschalter sind gegen Lageveränderung zu
sichern. Es dürfen nur starre mechanische Teile (keine Federelemente)
verwendet werden.
Der Betätigungshub für den Positionsschalter erfolgt nach Herstellerangabe.
Anwendung
Bei niedrigen Risiken, z.B. bei seltenem Eingriff in den Gefahrbereich und relativ
hoher Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahr durch andere Maßnahmen noch
abgewendet werden kann.
8.1.3 Einsatz von Positionsschaltern in Steuerungen der Kategorie 3
(Beispiele)
Beispiel 1
Bild 56:
durch Öffner-Schließer-Kombination unterbrochen bzw. verhindert.
Die Freigabe erfolgt nur, wenn die Schutzeinrichtung geöffnet und danach wieder
geschlossen wird.
Das Entfernen der Schutzeinrichtung wird (durch S2) unmittelbar erkannt.
Beim Auftreten eines Bauteilausfalles bleibt die Sicherheitsfunktion erhalten.
Die meisten Bauteilausfälle werden anerkannt und führen zur Betriebshemmung.
Störungen im Anfahr- und Betätigungsmechanismus werden durch Verwendung
von zwei prinzipverschieden betätigten Positionsschaltern (Öffner-SchließerKombination) erkannt.
Wenige Fehler werden nicht erkannt (Nicht-Abfallen des Steuerschützes K2 bei
Entregung; Nicht-Unterbrechung der Kontakte in S1 oder S2). Die Anhäufung
derartiger Fehler kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Der Schalter S1 ist ein zwangsöffnender Positionsschalter entsprechend DIN EN
60947-5-1, Anhang K.
Der Schalter S2 arbeitet zwangsöffnend und die Steuerschütze K1/K2 haben
zwangsgeführte Kontakte.
Die Zuleitungen zu den Positionsschaltern sind getrennt verlegt.
Anwendung:
Bei mittleren bis höheren Risiken, z.B. bei regelmäßigem Eingriff in den
Gefahrbereich und relativ hoher Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahr durch
andere Maßnahmen noch abgewendet werden kann.
Beispiel 2
Bild 57:
Beim Auftreten eines Bauteilausfalles bleibt die Sicherheitsfunktion erhalten.
Die meisten Bauteilausfälle werden erkannt und führen zur Betriebshemmung.
Auch Fehler im Schütz K1 werden erkannt.
Störungen im Anfahr- und Betätigungsmechanismus werden durch Verwendung
von zwei prinzipverschiedenen betätigten Positionsschaltern (Öffner-SchließerKombination) erkannt.
Einige, wenige Fehler werden nicht erkannt (z.B. Nicht-Öffnen der Schließer in S2
und S4).
Es können mehrere Schutzeinrichtungen hintereinander geschaltet werden
(Kaskadierung).
Die Schaltung kann an der mit einem X gekennzeichneten Stelle zur
Überwachung von Leistungsschützen und Schützen zur Vervielfältigung des
Freigabepfades erweitert werden.
Die Schalter S1 und S3 sind zwangsöffnende Positionsschalter entsprechend DIN
EN 60947-5-1, Anhang K.
Das Schütz K1 hat zwangsgeführte Kontakte.
Die Zuleitungen zu den Positionsschaltern sind getrennt verlegt, oder es erfolgt
eine geschützte Leitungsverlegung.
Das Not-Aus- oder Schutztürkontrollgerät entspricht Kategorie 4.
Anwendung:
Bei mittleren bis höheren Risiken, z.B. bei regelmäßigem Eingriff in den
Gefahrbereich und relativ hoher Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahr durch
andere Maßnahmen noch abgewendet werden kann.
8.1.4 Einsatz von Positionsschaltern in Steuerungen der Kategorie 4
Bild 58:
Es ist keine Anlauftestung durch Öffnen und Schließen der Schutzeinrichtung
erforderlich.
Die Sicherheitsfunktion ist auch erfüllt, wenn ein Bauteilausfall auftritt. Alle Fehler,
entsprechend der Fehlerliste, werden während des Betriebes oder beim Betätigen
(Öffnen und Schließen) der Schutzeinrichtung durch Unterbrechung der Freigabe
erkannt.
Eine Fehlerhäufung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betätigungszeitpunkten
kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Die Schaltung kann an der mit einem X gekennzeichneten Stelle zur
Überwachung von Leistungsschützen und Schützen zur Vervielfältigung des
Freigabepfades erweitert werden.
Alle sicherheitsrelevanten Teile der Steuerung sind redundant aufgebaut.
Der Schalter S1 ist ein zwangsöffnender Positionsschalter entsprechend DIN EN
60947-5-1, Anhang K.
Die Steuerschütze K1/K2/K3/K4 haben zwangsgeführte Kontakte.
Die Zuleitungen zu den Positionsschaltern S1/S2 sind getrennt verlegt.
Kategorie 4 wird nur eingehalten, wenn nicht mehrere mechanische
Positionsschalter verschiedener Schutzeinrichtungen hintereinandergeschaltet
werden (Kaskadierung), da sonst keine Fehlererkennung in Schaltern und
Leitungen möglich ist.
Anwendung:
Bei hohen Risiken, z.B. bei regelmäßigem Eingriff in den Gefahrbereich und
geringer Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahr durch andere Maßnahmen noch
abgewendet werden kann.
8.2
Schaltungsbeispiel mit Zuhaltung
Bei Verriegelungsschaltungen mit Zuhaltung müssen zunächst alle Anforderungen an
Verriegelungsschaltungen ohne Zuhaltung erfüllt werden. Zusätzlich müssen die
Schaltkontakte der zwangläufig wirkenden Stellungsüberwachung des Sperrmittels so
mit der Schaltung verknüpft werden, dass das geforderte Sicherheitsniveau erhalten
bleibt. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass der zwangläufig wirkende
Öffnerkontakt der Sperrmittelüberwachung in Reihe mit dem zwangsöffnenden
Kontakt zur Stellungsüberwachung der Schutzeinrichtung geschaltet wird.
Bild 59:
Stellungsüberwachung beweglicher Schutzeinrichtungen mit
Zuhaltung und Anlauftestung; Steuerung nach DIN EN 954-1,
Kategorie 4
Zusätzlich wird das Sperrmittel (Zuhaltung) durch einen zwangläufig wirkenden
Positionsschalter überwacht.
Es ist eine Anlauftestung vorhanden, die bei geöffneter Schutzeinrichtung
durchgeführt werden muss.
Die Sicherheitsfunktion ist erfüllt, wenn ein Bauteilausfall auftritt. Alle Fehler,
entsprechend der Fehlerliste, werden während des Betriebes oder beim Betätigen
(Öffnen und Schließen) der Schutzeinrichtung durch Unterbrechung der Freigabe
erkannt.
Eine Fehlerhäufigkeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Betätigungszeitpunkten kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Wenn durch die Stellungsüberwachung des Sperrmittels (S3) auch gleichzeitig die
Stellung der Schutzeinrichtung zwangläufig erkannt wird
(Fehlerschließsicherung), kann S1 entfallen.
Alle sicherheitsrelevanten Teile der Steuerung zur Stellungsüberwachung der
Schutzeinrichtung sind redundant aufgebaut.
Die Schalter S1 und S3 sind zwangsöffnende Positionsschalter gebaut nach EN
60947-5-1 und eingesetzt entsprechend DIN EN 1088.
Die Steuerschütze K1/K2/K3/K4 haben zwangsgeführte Kontakte.
Die Zuleitungen zu den Positionsschaltern S1/S2/S3 sind getrennt verlegt.
Kategorie 4 wird nur eingehalten, wenn nicht mehrere mechanische
Positionsschalter verschiedener Schutzeinrichtungen hintereinandergeschaltet
werden (Kaskadierung), da sonst keine Fehlererkennung in Schaltern und
Leitungen möglich ist.
Die Steuerung des Sperrmittels kann z.B. durch zeitabhängige Systeme
(Gewindebolzen, Schaltuhr) oder bewegungsabhängige Systeme
(Stillstandsmelder) erfolgen.
Anwendung:
Bei hohen Risiken, z.B. bei regelmäßigem Eingriff in den Gefahrbereich und
geringer Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahr durch andere Maßnahmen noch
abgewendet werden kann. Die Schaltung ist anwendbar bei trennenden
Schutzeinrichtungen, die so lange geschlossen und zugehalten bleiben müssen,
bis ein Verletzungsrisiko durch gefährliche Maschinenfunktionen vorbei ist.
8.3
Fehlerbetrachtung
Bei Verriegelungseinrichtungen müssen folgende mögliche Bauteilfehler
berücksichtigt werden:
–
Kurzschluss oder Unterbrechung von Stromkreisen
–
Kurzschluss oder Unterbrechung in einzelnen Bauteilen
–
Nichtabfallen von elektromagnetischen Bauelementen
–
mechanisches Blockieren von bewegten Teilen
–
Driften von analogen Bauelementen über die Toleranzwerte
–
Federbruch und das Lösen von mechanischen Verbindungen.
Weitere Einzelheiten zu möglichen Fehlerausschlüssen siehe Kapitel-Nr. 340220 des
BIA-Handbuches.
Anhang A
Anforderungen der Kategorien sicherheitsbezogener Teile von
Maschinensteuerungen
Kategorie Anforderungen (Kurzfassung)
Systemverhalten
Prinzip
Die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen und/oder ihre Schutzeinrichtungen
als auch ihre Bauteile müssen in Übereinstimmung mit den zutreffenden Normen so
gestaltet, gebaut, ausgewählt, zusammengestellt und kombiniert werden, dass sie den
zu erwartenden Einflüssen standhalten.
Das Auftreten eines
Fehlers kann zum Verlust
der Sicherheitsfunktion
führen.
2
Die Anforderungen von B und die
Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein.
Die Sicherheitsfunktion muss in geeigneten
Zeitabständen durch die
Maschinensteuerung geprüft werden.
3
Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien
müssen erfüllt sein. Sicherheitsbezogene
Teile müssen so gestaltet sein, dass
Das Auftreten eines
Fehlers kann zum Verlust
zwischen den Prüfungen
führen.
Der Verlust der Sicherheitsfunktion wird durch
die Prüfung erkannt.
überwiegend
Wenn der einzelne Fehler durch die
auftritt, bleibt die Sicher- Struktur
charakterisiert
heitsfunktion immer
B
1
überwiegend
durch die
Auswahl von
Die Anforderungen von B müssen erfüllt sein. Das Auftreten eines
Bauteilen
Bewährte Bauteile und bewährte
Fehlers kann zum Verlust charakterisiert
Sicherheitsprinzipien müssen angewendet
werden.
führen, aber die Wahrscheinlichkeit des
Auftretens ist geringer als
in Kategorie B.
erhalten. Einige aber
1. ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht alle Fehler werden
nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion erkannt.
führt und,
Eine Anhäufung unerkannter Fehler kann zum
2. wann immer in angemessener Weise
durchführbar, der einzelne Fehler
Verlust der Sichererkannt wird.
heitsfunktion führen.
4
Die Anforderungen von B und die
Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein.
Sicherheitsbezogene Teile müssen so
gestaltet sein, dass
1. ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile
nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion
führt und
2. der einzelne Fehler bei oder vor der
nächsten Anforderung an die
Sicherheitsfunktion erkannt wird, oder,
wenn dies nicht möglich ist, darf eine
Anhäufung von Fehlern dann nicht zum
Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Wenn Fehler auftreten,
bleibt die Sicherheitsfunktion immer erhalten.
Die Fehler werden
rechtzeitig erkannt, um
einen Verlust der
Sicherheitsfunktion zu
verhindern.
Anhang B
Vorschriften und Regeln
Nachstehend sind die insbesondere zu beachtenden einschlägigen Vorschriften und Regeln
zusammengestellt; siehe auch 8. Absatz der Vorbemerkung:
1.
Gesetze/Verordnungen
(Bezugsquelle:
Buchhandel
oder
Carl Heymanns Verlag KG,
Luxemburger Straße 449, 50939 Köln)
Richtlinie des Rates zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für
Maschinen (98/37/EG).
2.
Unfallverhütungsvorschriften
(Bezugsquelle:
Berufsgenossenschaft
oder
Allgemeine Vorschriften (BGV A1),
Kraftbetriebene Arbeitsmittel (VBG 5),
Druckgießmaschinen (VBG 7n8),
Spritzgießmaschinen (VBG 7ac),
Maschinen, Anlagen und Apparate der Textilindustrie (VBG 7v),
Krane (BGV D6),
Hebebühnen (VBG 14),
Fleischereimaschinen (VBG 19),
Verpackungs- und Verpackungshilfsmaschinen (BGV D17),
Nahrungsmittelmaschinen (BGV D18).
3.
Berufsgenossenschaftliche Regeln, Informationen und andere
Schriften
(Bezugsquelle:
Berufsgenossenschaft
oder
BG-Information "Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern in
Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen" (BGI 670)
BIA-Report 6/97
BIA-Handbuch.
4.
DIN EN-Normen / VDE-Bestimmungen
(Bezugsquelle:
Beuth Verlag GmbH,
Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin
bzw.
VDE-Verlag GmbH,
Bismarckstraße 33, 10625 Berlin)
DIN EN 292
Sicherheit von Maschinen; Grundbegriffe, allgemeine
Gestaltungsleitsätze;
Teil 1: Grundsätzliche Terminologie, Methodik,
Teil 2: Technische Leitsätze und Spezifikationen,
DIN EN 775
Sicherheitstechnische Anforderungen an Bau, Ausrüstung und
Betrieb von Industrierobotern,
DIN EN 954-1
Sicherheit von Maschinen; Sicherheitsbezogene Teile von
Steuerungen
Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze
DIN EN 1088
Sicherheit von Maschinen; Verriegelungseinrichtungen mit und
ohne Zuhaltungen; Allgemeine Gestaltungsleitsätze und
Festlegungen,
DIN EN 50041
Industrielle Niederspannungs-Schaltgeräte; Hilfsstromschalter;
Positionsschalter 42,5 * 80; Maße und Kennwerte
DIN EN 50047
Industrielle Niederspannungs-Schaltgeräte; Hilfsstromschalter;
Positionsschalter 30 * 55; Maße und Kennwerte
DIN EN 60204-1/VDE 0113-1
Sicherheit von Maschinen; Elektrische Ausrüstung von Maschinen;
Teil 1: Allgemeine Anforderungen,
DIN EN 60947-1/VDE 0660-100
Niederspannungs-Schaltgeräte; Teil 1: Allgemeine Festlegungen,
DIN EN 60947-5-1/VDE 0660-200
Niederspannungs-Schaltgeräte; Teil 5-1: Steuergeräte und
Schaltelemente, Elektromechanische Steuergerät
5.
VDI-Richtlinien
(Bezugsquelle:
Beuth-Verlag GmbH,
Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin)
VDI 2854
Sicherheitstechnische Anforderungen an automatisierte
Fertigungssysteme.

BGI 575 Auswahl und Anbringung elektromechanischer

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