umwelt-online: BGI 575 / DGUV Information 203-003 - Auswahl und Anbringung elektromechanischer Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen (1)

BGI 575 / DGUV Information 203-003 - Auswahl und Anbringung elektromechanischer Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen
Berufsgenossenschaftliche Informationen für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit (BGI)
(bisherige ZH 1/153)

(Ausgabe 03/2003)

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.

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:

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.

2.8 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: Beispiel für einen Positionsschalter Bauart 1 - Kuppenstößelschalter -

Positionsschalter Bauart 2 (B2):

Schalter, bei denen Schaltglied und Betätigungsteil konstruktiv keine Einheit bilden, jedoch beim Betätigen funktionell zusammengeführt oder getrennt werden. ²

Bild 3: Beispiel für einen Positionsschalter Bauart 2

3.2 Betätigungsteile

Bild 4: Beispiele für Betätigungsteile an Positionsschaltern der Bauart 1

(siehe auch DIN EN 50041 und DIN EN 50047)

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:

Merkmale für die Auswahl (Abschnitt 5),
Merkmale für die Anordnung (Abschnitt 6).

4.2 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: Stellungsüberwachung und Zuhaltung - Darstellung der Funktion

4.3 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 B2-Schaltern),
Gebrauchslage,
Anfahrrichtung und Anfahrgeschwindigkeit,
Zuordnung der strombegrenzenden Kurzschlussschutzeinrichtung,
mechanische Lebensdauer.

zusätzlich für Zuhaltungen:

Art und Betätigung, federkraft- oder magnetkraftbetätigte Sperrmittel,
Zuhaltekraft in Sperrstellung (Vorzugswert 1000 N)
Notwendigkeit einer Hilfsentriegelung,
Notwendigkeit einer Fluchtentriegelung,
Notwendigkeit einer Notentsperrung.

5.2 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:

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.

5.4 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

Bild 12: Beispiel eines Aufschriftenfeldes für einen Positionsschalter

Bild 13: Beispiel eines Aufschriftenfeldes für eine Zuhaltung

5.5 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 Niederdruck- Wasserstrahl 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	Schutzgrade (Berührungs- und Fremdkörperschutz)
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	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.

5.6 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: Mindeststößelweg bei Positionsschaltern mit Schleichfunktion

5.8 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 a 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.

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