Alles über Sicherheitsschalter und Endschalter

Intelligente Lösungen für den gefahrlosen Umgang mit Maschinen

Artikel-Banner, das Sicherheitsschalter in einer Reihe zeigt

Durch intelligenten Einsatz können Sicherheitsschalter Arbeitsbereiche überwachen und steuern und so das Wohl des Menschen und die zuverlässige Funktion von Maschinen garantieren. In Zeiten zunehmender Automatisierung sind sie somit unerlässlich für die Arbeitssicherheit. Hier erfahren Sie alles über Pilz- und Endschalter, und wie mit fortschreitender Digitalisierung neue und nützliche Einsatzmöglichkeiten entstehen.

Was ist ein Sicherheitsschalter?

Sicherheitsschalter sind automatische oder manuell bedienbare Vorrichtungen, die in Automationsanlagen integriert sind und Maschinen bei Bedarf anhalten können.Sicherheits- und Endschalter stoppen Geräte sicher und punktgenau, ob in Notfallsituationen oder geplant, zum Beispiel wenn sie für die Bedienung, Wartung oder Prüfung stillstehen müssen. Sie können außerdem zur Überwachung von sensiblen Bereichen und Steuerung von Schutztüren eingesetzt werden, um unbefugten Zutritt zu gefährlichen Räumen und kritischen Vorrichtungen zu verhindern.

Eine weitere wichtige Funktion ist das Erfassen von Positionen gefährlicher und beweglicher Maschinenteile. Hierfür verwenden Sicherheitsschalter modernste Sensortechnik.

Mögliche Einsatzgebiete von Schutzschaltern:

  • Verpackungstechnik
  • Automobilindustrie
  • Pharmaindutrie
  • Zellstoff- und Papierindustrie
  • Nahrungsmittelindustrie
  • Werkzeugmaschinen
  • Robotik

Spezielle Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) schützen aber auch die Maschinen selbst vor Defekten – zum Beispiel vor gefährlichen Fehlerströmen oder Überstrom. Sicherheitsschalter steuern als Nullspannungsschalter mit Ein-Aus-Taste stationäre Maschinen wie Kreissägen und Oberfräsen und verhindern deren automatisches Wiederanlaufen nach Stromausfällen.

Die drei wichtigsten Sicherheitsschalter im Überblick

Sicherheitsschalter unterscheiden sich je nach Anwendung in ihrer Funktionsweise und werden an verschiedenen Orten eingesetzt. Die gebräuchslichsten haben wir untenstehend zusammengefasst.

Endschalter

Werden auch Positionsschalter, Endlagenschalter oder Grenztaster genannt. Man findet sie oft in Automationsanlagen und Förderstrecken.

Sensoren erkennen, wenn ein beweglicher Gegenstand, also ein Maschinenteil oder Werkstück, seine Endpostition erreicht hat und lösen ein Signal aus, das elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch weitergeleitet werden kann. Endschalter signalisieren oft das Ende eines Arbeitsvorgangs und schalten Aktionen von Maschinen ab. Bei den Maschinen, die mehrere aufeinanderfolgende Aufgaben ausführen, kann berührungslos der jeweils nächste Arbeitsschritt ausgelöst werden.

Endschalter werden typischerweise auch als Sicherheitsschalter bei Türen eingesetzt. Mit ihnen kann eine Maschine an ihrer Funktion gehindert werden, wenn Türen oder Klappen nicht vollständig geschlossen sind.

Typischer Endschalter
    Typische Bauformen:
  • Endschalter mit Rollenhebeln
  • Endschalter mit Drehhebeln
  • Ausführung mit Stößel
  • Ausführung mit flexiblem Federstab oder Spulenfeder
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Grenzschalter für Flüssigkeiten

Sensoren messen den Grenzstand von Flüssigkeiten unter Hochdruck, Hochtemperatur und Tieftemperatur. Sie können für die Überfüllsicherung oder den Leerlaufschutz (bei Pumpen) verwendet werden. Man unterscheidet zwischen Füllstandgrenzschaltern und der kontinuierlichen Messung mit Füllstandssensoren.

Füllstandsensor
    Typische Bauformen:
  • Schwimmerschalter
  • Drehflügelschalter
  • Vibrationssensoren (Schwinggabeln)
Füllstandgrenzschalter kaufen

Pilzschalter

Dieser Not-Aus-Schalter ist der bekannteste unter den mechanischen Endschaltern. Er ist in der Regel als roter „Buzzer“ geformt. Das ist nicht nur auffällig sondern auch praktisch: Der Schalter lässt sich mit nur einem Handschlag betätigen und kann so eine Maschine in Sekundenschnelle abschalten.

Pilzschalter
    Typische Bauformen:
  • Pilzform
  • rund
  • mit oder ohne Schloss
Pilz- und Not-Aus-Schalter kaufen

Gut zu wissen!

Verriegelungseinrichtungen mit und ohne Zuhaltung

Die DIN EN ISO 14119 („Sicherheit von Maschinen – Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen“) unterscheidet zwischen Verriegelungseinrichtungen mit und ohne Zuhaltung. Die Verriegelung versetzt dabei die Maschine beim Öffnen der Tür in Stillstand. Das Öffnen selbst wird dabei nicht verhindert. Dies kann eine zusätzliche Zuhaltung übernehmen, welche die Tür mechanisch oder elektromagnetisch in ihrer Position hält. Positionsschalter regeln die Funktion beider Bauteile. Wichtig ist, dass ein sicherer Zustand der Maschine erzielt wird, um die eintretende Person zu schützen.

Gut zu wissen

Sicherheitsschalter zur Überwachung von Schutztüren

Gefahrenbereiche müssen zuverlässig geschützt werden. Der Zugang erfolgt durch Schutztüren, deren Öffnen zu einem sicheren Zustand der Maschine führt und sie im Zweifelsfall abstellt. Dafür wird die Stellung der Tür durch einen Endschalter überwacht und elektronisch mit der Maschinensteuerung verbunden. Je nach Ausgestaltung der Schutzeinrichtung können dabei verschiedene Arten von Sicherheitsschaltern zum Einsatz kommen.

Zur Verriegelung beweglich trennender Schutzeinrichtungen ohne Zuhaltung:

  • Sicherheitsschalter mit separatem Betätiger
  • magnetische Sicherheitsschalter
  • Transponder-Sicherheitsschalter

Zur Verriegelung beweglich trennender Schutzeinrichtungen mit Zuhaltung:

  • Sicherheitszuhaltungen

Zur Positionsüberwachung von Schutztüren und Maschinenpositionen:

  • Mechanische Sicherheitspositionsschalter
  • induktive Sicherheitssensoren (Aktivierung mit Metall)
  • Transponder-Sicherheitsschalter (Aktivierung mit codiertem Betätiger)

Zum Ausführen einfacher Sicherheitsbefehle:

  • Not-Halt-Taster (löst Not-Halt an festgelegter Stelle aus)
  • Seilzugschalter (löst Not-Halt entlang der ganzen Strecke aus)
  • Rücksetztaster (setzt die gesamte Schutzeinrichtung zurück)
  • Zustimmschalter (dem Wartungs- und Einrichtbetrieb muss manuell zugestimmt werden)

Bauarten von Endschaltern für die Maschinensicherheit

RFID-Lesegerät

Endschalter können mechanisch oder berührungslos ausgelöst werden. Eine zusätzliche Codierung kann die Manipulation des Schalters erschweren, wenn zum Beispiel der Betätiger keinen anderen zugehörigen Positionsschalter auslösen soll. Diese Schalter benötigen zum Schalten des Ausgangssignals speziell geformte Auslöser (mechanisch) bzw. kodierte Magnete oder RFID-Transponder (engl. radio-fequency identification) mit Hilfe elektromagnetischer Wellen arbeiten.

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Auslösemechanismen von Sicherheitsschaltern und Endschaltern

Je nach Auslösemechanismus unterscheidet man zwischen mechanischen, thermischen, magnetischen oder elektronisch gesteuerten Sicherheitsschaltern. Es können auch verschiedene Verfahren kombiniert werden, um die beste Funktionsweise für die benötigte Anwendung zu erreichen. So existieren zum Beispiel thermomagnetische Schutz- bzw. Endschalter, die auch mit spannungsgesteuerten Schaltern wie Fehlerstromschutzschaltern (FI-Schalter) oder Kontaktfehlerschaltern (AFDD-Schalter) kombiniert werden können.

Mechanische Sicherheitsschalter stellen eine einfache Form des Manipulations- bzw. Umgehungsschutzes dar. Sie verhindern durch mechanischen Widerstand, wie zum Beispiel eine erhöhte Feder-Auszugskraft, dass Türen, Hauben oder Klappen sich unbeabsichtigt öffnen oder geöffnet werden. Ihr Haupteinsatzsort ist die Sicherung beweglicher Schutzeinrichtungen als klassische Endschalter.

Thermisch ausgelöste Sicherheitsschalter werden durch einen Bimetallstreifen oder eine konkave Bimetallscheibe gesteuert. Abhängig von der durchfließenden Stromstärke erhitzt und krümmt sich diese, wodurch eine Schaltmechanik ausgelöst und der Stromkreis getrennt wird. Sie sind für den Schutz gegen Überstrom und Kurzschluss in Verbrauchern wie Motoren oder Trafos geeignet und werden auch in Sicherungkästen eingesetzt.

Magnetisch ausgelöste Sicherheitsschalter besitzen eine elektrische Spule. Diese erzeugt ein Magnetfeld, wenn Strom hindurch fließt. Sobald das Magnetfeld eine bestimmte Stärke erreicht, wird der Schalter aktiviert und der Stromkreis unterbrochen. Sie finden zuverlässig bei Maschinen mit häufiger Betätigung und Vibrationen Anwendung.

Hydraulisch-magnetisch ausgelöste Sicherheitsschalter weisen zusätzlich ein hydraulisches Element in der Magnetspule auf. Das enthaltene Öl verzögert je nach Viskosität das Auslösen um Sekunden oder sogar Minuten. Kurzschlüsse können dennoch sicher gesteuert werden: Das Magnetfeld ist stark genug, um in diesem Fall den Schutzschalter sofort auszulösen. Sie werden für den Schutz von Leiterplatten und Halbleitern gegen Überstrom und Kurzschluss sowie in der Kommunikationstechnik eingesetzt.

Elektronisch gesteuerte Schutzschalter analysieren Strom- und Spannungsfluss anhand von digitaler Signalverarbeitung und unterbrechen den Stromkreis bei Mustern, die typisch für Fehlerströme sind. Die intelligente Erkennung von Schwellichtbögen und andere komplexe Arten von Fehlerströmen gehören auch zu Ihren Einsatzfeldern. Ideal sind sie auch für die selektive Absicherung einzelner Anlagenkomponenten, die über ein DC Schaltnetzteil mit Spannung versorgt werden.

Pilz PSEN Sicherheitsschalter

Pilz PSEN Sicherheisschalter

Der Hersteller Pilz ist vor allem für seine PSEN-Reihe mit Sicherheitssensoren zur optimalen Schutztür- und Positionsüberwachung bekannt. Sie erfüllen die Anforderungen der ISO 14119 und funktionieren auch berührungslos oder RFID-codiert (PSENmech, PSENhinge, PSENmag, PSEN code).

Das Produktsortiment von Pilz beinhaltet auch:

  • intelligente Ein-Kabel-Lösungen,
  • Flächenüberwachung,
  • modulare Schutztürsysteme.
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PNP-Diagnose

Beim Einsatz von Sicherheitssensoren wird es technisch etwas anspruchsvoller, denn hier kommen aktive elektronische Bauteile zum Einsatz. Transistoren agieren in den Schaltkreisen als Schalter und wirken entweder PNP-schaltend oder NPN-schaltend. Bei PNP-Transistoren fließt der Strom von Minus nach Plus, bei PNP-Transistoren umgekehrt. Die unterschiedlichen Wirkungsmechanismen erlauben vielfältige Einssatzmöglichkeiten – zum Beispiel als induktive Nährerungssensoren, die wie ein kleines Metallsuchgerät funktionieren. Komplexe Endschalter verfügen über einen smarten Diagnosekanal und PNP-Diagnose, bei der LED-Lämpchen einen geschlossenen Stromkreis, also die gesschlossene Schutzeinrichtung, anzeigen.

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