Was ist ein 3-Positionen-Freigabeschalter? | EMEA

Eine hochautomatisierte Produktionsanlage, wie sie in Abbildung 1 dargestellt ist, scheint keinen menschlichen Eingriff zu erfordern.

Wie jedoch in Abbildung 2 dargestellt, gibt es viele risikoreiche Aufgaben, die riskanter sind als solche während des normalen Betriebs, z. B. wenn Personen den Sicherheitszaun der Maschine (Gefahrenbereich) betreten und während des Anfahrens, Umstellens oder der Roboter-Teach-Vorgänge manuelle Arbeiten in der Nähe des Roboterarms und anderer beweglicher Teile ausführen. Der 3-Positionen-Freigabeschalter (im Folgenden als „Freigabeschalter” bezeichnet) ist wirksam, um die Sicherheit in solchen Situationen zu gewährleisten.

Freigabeschalter sind in tragbare Steuergeräte, wie z. B. Roboter-Teach-Pendants, eingebaut, um die manuelle Bedienung der Maschine durch einen Menschen mithilfe des Freigabeschalters zu ermöglichen. Dieser Schalter ist auch eine Sicherheitsvorrichtung, mit der die Maschine durch eine sofortige Reflexreaktion bei drohender Gefahr für Personen durch Deaktivierung des Betriebs angehalten werden kann.

Ein typischer Freigabeschalter ist in Abbildung 3 dargestellt, und ein Beispiel für eine Freigabevorrichtung mit einem eingebetteten Freigabeschalter ist in Abbildung 4 dargestellt.

Wenn Sie nur an den manuellen Betrieb denken, scheinen die Positionen 1 und 2 ausreichend zu sein. Warum gibt es dann noch Position 3? Der Grund dafür ist, dass sie das Reflexverhalten von Menschen berücksichtigt. Menschen haben den Reflex, ihre Hände loszulassen oder zu ballen, wenn sie mit einer unerwarteten Gefahr konfrontiert werden.

Der manuelle Betrieb wird aktiviert, während der Bediener den Knopf in Position 2 gedrückt hält, um Teach- und andere Vorgänge durchzuführen. Wenn sich der Roboter oder die Maschine während dieses Vorgangs aufgrund von Bedienungsfehlern oder Störungen unerwartet bewegt, ist der Bediener einer Gefahr ausgesetzt. In diesem Fall lässt der Bediener, erschreckt durch die unerwartete Bewegung, reflexartig den Teach-Pendant los oder umklammert ihn reflexartig fest.

Da es sich jedoch um eine Reflexreaktion eines erschreckten Bedieners handelt, können wir nicht im Voraus bestimmen, ob die Reflexbewegung darin besteht, den Teach-Pendant loszulassen oder festzuhalten, und dies kann erst in dem Moment erkannt werden, in dem es geschieht. Aus diesem Grund ist Position 3 vorgesehen, um die Maschine nicht nur dann anzuhalten, wenn der Teach-Pendant losgelassen wird, sondern auch dann, wenn er festgehalten wird.

Freigabeschalter sind Vorrichtungen, die Risiken vor allem in Umgebungen reduzieren können, in denen Türverriegelungen deaktiviert sind und Menschen und Maschinen gemeinsam in einem Maschinenschutz arbeiten. Aus diesem Grund muss ein Sicherheitssystem, das einen Freigabeschalter verwendet, ebenso wie eine Türverriegelungsvorrichtung ein hohes Maß an Sicherheitsleistung aufweisen.

Beispielsweise muss ein Sicherheitssystem mit einem Freigabeschalter, das in einem Industrieroboter oder einem Robotersystem mit einem solchen Roboter verwendet wird, gemäß der Norm in der Regel PL=d mit Kategorie 3 erfüllen. Durch den Aufbau eines Systems, das redundante Kontakte für den Freigabeschalter bereitstellt und diese mit einer Sicherheitssteuerung kombiniert, ist es daher möglich, das Auftreten gefährlicher Situationen aufgrund eines Kontaktfehlers im Freigabeschalter zu verhindern und eine hohe Sicherheitsleistung zu erzielen (Abbildung 7).

Erläuterungen zu den Kategorien und PL finden Sie unter dem folgenden Link.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Freigabeschalter um eine Maßnahme zur Risikominderung bei der Mensch-Maschine-Interaktion, die die Reflexreaktion des Bedieners nutzt, seine Hand zu lösen oder zu ballen, wenn er durch eine Gefahr erschreckt wird, um die Maschine anzuhalten. Er wurde in erster Linie in Roboter-Teach-Pendants installiert, um die Sicherheit zu gewährleisten, wenn Personen in der Nähe des Roboters programmieren.

Da jedoch die Reflexreaktion eines erschreckten Arbeiters, seine Hände zu lösen oder zu ballen, zur Risikominderung beitragen kann, ist seine Verwendung nicht auf Roboter beschränkt. Der Einsatz von Freigabeschaltern hat ein großes Potenzial, das Risiko bei Anwendungen zu verringern, bei denen das Anhalten der Maschine ein Sicherheitsproblem darstellt.

Vor diesem Hintergrund wurden die folgenden Anwendungsbeispiele in die neueste Fassung der Norm IEC 60947-5-8:2020 „Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-8: Steuergeräte und Schaltelemente – Dreistufige Freigabeschalter“ aufgenommen. (Die folgende Abbildung stammt aus IEC 60947-5-8:2020.)

A.1 bis A.3 unten zeigen Anwendungsbeispiele für Lehrpulte und Griffschalter im Bereich der Robotik, wo Freigabeschalter bisher vorwiegend eingesetzt wurden.

A.4 bis A.8 unten zeigen Beispiele für neue Anwendungen.

Auf dieser Seite finden Sie die für diese Anwendungen geeigneten Schalter.