Die Funktionale Sicherheit einer Maschine erfordert entsprechende sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen bzw. sicherheitsgerichtete Steuerungsfunktionen. In diesem Zusammenhang leistet die Zweihandschaltung einen wichtigen Beitrag zur sicheren Maschinenbedienung. Dieser Blog erläutert, was eine Zweihandschaltung ist, wie sie funktioniert und welche Normen zu berücksichtigen sind. Anhand eines Beispiels zeigt er auf, wie ein Schaltplan für die Zweihandschaltung aussehen kann und welcher Performance Level (PL) bzw. Safety Integrity Level (SIL) daraus resultiert.
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Das Bedienen von Maschinen geht mit verschiedenen Gefahren einher. Die Zweihandschaltung oder Zweihandbedienung schützt den Maschinenbediener vor mechanischen Verletzungen, wie Quetschungen oder Einzug, indem sie beide Hände außerhalb des Gefahrenraumes bindet, solange Gefahr besteht. Sie kommt grundsätzlich bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen:
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Da die Zweihandschaltung im Rahmen der Funktionalen Sicherheit einer Maschine eine Sicherheitsfunktion übernimmt, ist entsprechend der Risikobeurteilung ihre Leistungsfähigkeit in Form eines PL oder SIL festzulegen und nachzuweisen.
Es gibt drei Typen von Zweihandschaltungen (Typ I, II und III A bis C). Je nach Art der Gefährdung, Ergebnis der Risikobeurteilung, Stand der Technik und Betriebsbedingungen kommen unterschiedliche Typen von Zweihandschaltungen zum Einsatz. Dabei sind die in der DIN EN ISO 13849-1 definierten Steuerungskategorien zu berücksichtigen.
Die Zuordnung der Typen und Kategorien zeigt die Tabelle. Der heute am meisten in der Praxis verwendete Typ ist der Typ III, der mit synchroner Betätigung innerhalb von 0,5 s sowie der Forderung einhergeht, dass vor einer erneuten Auslösung beide Stellteile loszulassen sind.
Die zentrale Norm für Zweihandschaltungen ist die EN ISO 13851 und ersetzt damit seit 2019 die EN 574. Sie macht Vorgaben zu Funktion, Platzierung und Konstruktion und fordert Maßnahmen, um eine versehentliche Betätigung, aber auch ein absichtliches Umgehen zu verhindern.
Zu den Anforderungen der Norm gehört es, dass der Sicherheitsabstand der Zweihandschaltung zur Gefahrenstelle berechnet wird. Diese Berechnung basiert auf einer in der EN ISO 13855 definierten Formel.
Ferner ist die EN ISO 12100 im Rahmen der Risikobeurteilung und Risikominderung zu berücksichtigen. Sie gibt Hinweise zu den Anforderungen an Handsteuerungen und liefert Kriterien für die Auswahl.
Die internationalen Normen EN ISO 13849-1/-2 und IEC 62061 beschäftigen sich ausführlich mit der Beschreibung der sicherheitstechnischen Funktionen sowie deren Umsetzung. Die eine verwendet zur Beschreibung der sicherheitstechnischen Leistungsfähigkeit den Performance Level (PL), die andere den Safety Integrity Level (SIL). Beide Kenngrößen lassen sich auch „umrechnen“.
In puncto Niederspannungsschaltgeräte kommen in diesem Zusammenhang auch die IEC 60947-4-1 (Schütze und Motorstarter; Elektromechanische Schütze und Motorstarter) und die IEC 60947-5-1 (Steuergeräte und Schaltelemente – Elektromechanische Steuergeräte) als Produktnormen ins Spiel.
Grundlegende Anforderungen zur Sicherheit finden sich zudem in der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.
Grundsätzlich ist eine Zweihandschaltung mit bewährten Bauteilen nach bewährten Sicherheitsprinzipien gemäß der EN ISO 13849-1 und EN ISO 13849-2 aufzubauen.
Erfordert die Anwendung eine Schaltung mit Typ III C, so sind Befehlsgerät, Zuleitung und Befehlsverarbeitung redundant und selbst überwachend auszulegen. Für eine Auslösung muss der Bediener beide Stellteile innerhalb von max. 0,5 s betätigen. Nach Ablauf dieser Zeit erfordert ein Anlauf das Loslassen beider Stellteile. Sollte der Bediener während der Gefahr bringenden Bewegung auch nur eines der beiden Stellteile loslassen, muss sofort das Sicherheitsrelais reagieren, um ein ungesteuertes Stillsetzen der STOPP-Kategorie 0 gemäß der IEC 60204-1 sicherzustellen. Einzelne Fehler wie Drahtbruch, Brückenbildung und Querschluss in Befehlsgerät, Zuleitung und Sicherheitsrelais gilt es, entweder sofort oder beim nächsten Einschaltbefehl sicher zu erkennen. Zudem ist es erforderlich, die redundanten Sicherheitsschütze zu überwachen.
Ein Schaltplan für eine Zweihandschaltung Typ III C mit einem Sicherheitsrelais (hier Eaton ESR5) könnte wie folgt aussehen:
Sobald am Sicherheitsrelais (K11) über die Anschlüsse A1 und A2 die Versorgungsspannung anliegt, leuchtet die LED „Power“ auf, und das Relais ist bereit für die Aktivierung der Freigabepfade (13/14, 23/24). Betätigt der Maschinenbediener den Zweihandtaster (S1), so stellt das Relais zunächst über die Öffner des Rückführkreises die Ruhelage der redundanten Sicherheits- oder Leistungsschütze Q1 und Q2 sicher. In diesem Fall leuchten die LEDs K1 und K2 des Sicherheitsrelais auf, um anzuzeigen, dass der Zweihandtaster ausgelöst wurde. Daraufhin öffnet das Relais den nicht sicherheitsgerichteten Meldepfad (31/32), und die Schütze Q1 und Q2 werden über die beiden sich schließenden Freigabepfade angesteuert.
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