Abschnitt 3.3 - 3.3 Verriegelungseinrichtungen mit elektromechanischen Positionsschaltern
Als Sensoren werden in Verriegelungseinrichtungen sehr oft elektromechanische Positionsschalter zur Stellungsüberwachung einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung verwendet.
Damit ein elektromechanischer Positionsschalter seine Sicherheitsaufgabe erfüllen kann, muss er so konstruiert und an der Schutzeinrichtung angebracht sein, dass beim Öffnen der Schutzeinrichtung eine zwangweise Unterbrechung eines Stromkreises bewirkt und in dessen Folge ein sicherer Betriebszustand an der Maschine herbeigeführt wird. Nicht jeder Positionsschalter ist für diese Aufgabe geeignet.
Die wichtigste Eigenschaft eines elektromechanischen Positionsschalters für Sicherheitsfunktionen ist die sog. Zwangsöffnung, welche im Abschnitt 3.3.2 näher erläutert wird.
Entsprechend der Risikobeurteilung kann zur Erfüllung der sicheren Funktion einer Verriegelungseinrichtung die Verwendung von zwei Positionsschaltern an einer Schutzeinrichtung erforderlich sein, wobei mindestens einer davon so angebracht sein muss, dass er zwangsöffnend wirkt (siehe hierzu auch Abschnitt 6).
Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen dürfen sich nicht auf einfache, vorhersehbare Art in der Form umgehen lassen, dass die Schutzfunktion der Verriegelungseinrichtung eingeschränkt oder gar aufgehoben wird (siehe Abschnitt 5.8).
3.3.1
Bauarten von elektromechanischen Positionsschaltern
3.3.1.1
Positionsschalter Bauart 1 (B1):
Positionsschalter Bauart 1 sind unkodierte, nockenbetätigte Positionsschalter, bei denen Betätiger und Betätigungssystem getrennt, jedoch konstruktiv zueinander passend gestaltet sind.
Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele für Positionsschalter Bauart 1.
3.3.1.2
Positionsschalter Bauart 2 (B2):
Positionsschalter Bauart 2 sind elektromechanische Positionsschalter mit kodiertem Betätiger, bei dem Betätiger und Betätigungssystem getrennt, jedoch konstruktiv so gestaltet sind, dass sie beim Betätigen funktionell passend zusammengeführt bzw. getrennt werden.
3.3.2
Zwangsöffnungsfunktion
Bei elektromechanischen Positionsschaltern für Sicherheitsfunktion werden Schaltelemente eingesetzt, die mindestens einen zwangsöffnenden Kontakt besitzen.
Bei einem zwangsöffnenden Positionsschalter erfolgt die Kraftübertragung von der Schutzeinrichtung über alle mechanischen Teile des Schalters bis zur Öffnung der Schaltkontakte über einen Formschluss. Dies gewährleistet, dass auch im Fehlerfall ("verschweißte" Kontakte, Federbruch, etc.) die Schaltkontakte durch die äußere Kraft geöffnet werden. Abbildung 10 veranschaulicht das Funktionsprinzip.
Die Anforderungen an die Zwangsöffnungsfunktion des Schalters sind in der DIN EN 60947-5-1 [5], Anhang K festgelegt. Kraftschlüssige Verbindungen gewährleisten nicht die erforderliche Zwangsöffnung der Schaltglieder. Auch darf das zuverlässige Funktionieren nicht von federnden Elementen abhängen.
Zwangsöffnende Positionsschalter gemäß DIN EN 60947-5-1 [5], Anhang K sind mit dem in Abbildung 11 dargestellten Symbol gekennzeichnet.
Der Positionsschalter muss so angebracht werden, dass die zwangsöffnende Wirkungsweise von der beweglichen trennenden Schutzeinrichtung über den Betätiger bis hin zu den Öffnerkontakten des Schalters wirksam werden kann.
3.3.3
Schaltfunktionen von elektromechanischen Positionsschaltern
Schleichschaltelemente zeichnen sich dadurch aus, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Kontaktbrücken bewegen, der Geschwindigkeit entspricht, mit der der Stößel betätigt wird. Abbildung 12 zeigt den Aufbau eines Schleichschaltelementes mit einem Öffner.
Bei Rückstellung (Schließen der Schutzeinrichtung) schließt der Kontakt an gleicher Stelle wie beim Einschalten (keine Weg-Hysterese).
Bei Sprungschaltelementen (siehe Abbildung 13) ist die Geschwindigkeit der Kontaktbrücke, anders als bei den Schleichschaltelementen, von der Betätigungsgeschwindigkeit des Stößels unabhängig. Durch Betätigen des Schaltelementes wird der Stößel nach unten gedrückt. Hat er einen definierten Weg zurückgelegt, erreicht die gespannte Sprungfeder ihren Sprung-Punkt und die Kontaktbrücke ändert schlagartig ihren Zustand.
Im Fehlerfall, also bei "verschweißten" Kontakten oder einer gebrochenen Sprungfeder, stellen die "Ausheber" eine Zwangsöffnung sicher (siehe Abbildung 13 rechts). Da in diesem Fall die Zwangsöffnung nicht durch den Sprung erreicht wird, ist der vom Hersteller angegebene Zwangsöffnungsweg größer als der Weg bis zum Sprung-Punkt.
Das Schaltverhalten von Sprungschaltelementen ist durch eine Schalt-Hysterese gekennzeichnet. Das Schaltwegdiagramm im Abbildung 13 zeigt, dass die Schaltpunkte zwischen Öffnen und Schließen des Öffnerkontaktes beim Vor- und Rücklauf jeweils unterschiedlich sind.
Bedingt durch den Sprungmechanismus ändern die Kontakte ihren Zustand mit hoher Geschwindigkeit. Aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeit sind Sprungschaltelemente auch für Anwendungen mit geringer
Betätigungsgeschwindigkeit geeignet.
Sprungschaltelemente sind anderen Schaltelementen dann vorzuziehen, wenn Öffner und Schließer nahezu gleichzeitig ihren Zustand ändern sollen, so dass Zwischenstellungen ausgeschlossen werden können.