Frage: Wie entwerfe ich eine „Zwei-Hand-Sicherheitssteuerung“ mit doppelten pneumatischen Ventilen für den Arbeitsschutz?

Antwort: Um eine wirksame Zwei-Hand-Sicherheitssteuerung zu entwerfen pneumatische Schaltung , müssen Ingenieure zwei separate, manuell betätigte 3/2-Wege-Magnetventile mit normaler Schließfunktion verwenden, die an einen speziellen pneumatischen Zweihand-Sicherheitssteuerblock angeschlossen sind, der als selbstüberwachendes UND-Logikgerät fungiert. Gemäß internationalen Sicherheitsstandards wie EN 574 und ISO 13851 muss die Schaltung vom Bediener verlangen, beide Drucktasten innerhalb einer strengen Zeitvorgabe von 0,5 Sekunden gleichzeitig zu betätigen. Wird nur eine Taste gedrückt oder werden die Tasten nacheinander mit zu großem Zeitabstand betätigt, muss der Sicherheitssteuerblock das Pilotluftsignal sperren und jeglichen eingesperrten Druck sicher ableiten. Dadurch wird verhindert, dass Bediener das Sicherheitssystem umgehen, indem sie eine der Tasten festklemmen oder mit Klebeband fixieren; dies stellt sicher, dass beide Hände des Bedieners sicher außerhalb gefährlicher Quetschstellen beschäftigt sind – beispielsweise bei pneumatischen Pressen, hochkraftbetriebenen Stanzmaschinen oder schweren Spannvorrichtungen während des hochdruckbetriebenen Arbeitszyklus.

Einführung: Die Philosophie des Bedienerschutzes in der Pneumatik

In der modernen industriellen Fertigung ist die Sicherheit des Bedieners ein vorrangiges ingenieurtechnisches Ziel. Pneumatische Stellglieder können enorme Kräfte erzeugen und sich schnell bewegen, was ein erhebliches Risiko von Quetschungen oder Amputationen birgt, falls die Hände eines Bedieners in den Arbeitsbereich einer Maschine gelangen.

Indem das System den Bediener zwingt, beide Hände zum Auslösen und Aufrechterhalten des Maschinenzyklus zu verwenden, wird physisch sichergestellt, dass sich die Hände des Bedieners nicht in der Gefahrenzone befinden können, wenn die Maschine stößt, spannt oder schneidet. Als führender Hersteller schwerer industrieller pneumatischer Komponenten bietet AIRWORK Automatisierungsdesignern und Systemintegratoren zuverlässige Ventile, Sicherheitsblöcke und Schaltkreislayouts, um robuste, normkonforme und kosteneffiziente Zweihand-Sicherheitssteuerungen umzusetzen.

Internationale Sicherheitsstandards und Konformität

Bei der Konstruktion eines Zweihandsteuerungssystems müssen Ingenieure anerkannte internationale Normen einhalten, insbesondere die ISO 13851 (die die EN 574 ersetzt hat). Diese Normen klassifizieren Zweihandsteuerungssysteme nach ihrem Sicherheitsintegritätsgrad in verschiedene Typen:

• Typ I: Erfordert zwei manuelle Betätigungselemente, erzwingt jedoch weder eine gleichzeitige Betätigung noch eine Überwachung gegen Umgehung. Nicht geeignet für Maschinen mit hohem Risiko.
• Typ II: Erfordert, dass beide manuellen Betätigungselemente vor Beginn eines weiteren Zyklus freigegeben werden; eine gleichzeitige Betätigung wird jedoch nicht erzwungen.
• Typ III: Höchster Sicherheitsgrad. Dieser Typ erfordert eine gleichzeitige Betätigung: Beide Tasten müssen innerhalb eines Zeitfensters von 500 Millisekunden (0,5 Sekunden) gedrückt werden. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, erfolgt keine Aktivierung des Systems. Typ-III-Systeme werden je nach Redundanz und Überwachungsfähigkeit der pneumatischen Steuerelemente weiter unterteilt in Typ III A, III B und III C.

Für die meisten gefährlichen pneumatischen Anwendungen, wie Pressen oder Spannstationen, ist eine Sicherheitsschaltung der Art III die branchenübliche Vorgabe. Die manuelle Konstruktion einer solchen Anlage mit Standard-Logikventilen ist äußerst komplex und fehleranfällig; daher sind integrierte Sicherheitsblöcke die bevorzugte Lösung.

Wesentliche Komponenten einer Zweiventil-Sicherheitsschaltung

Um eine konforme und zuverlässige Zweihand-Sicherheitssteuerung aufzubauen, benötigen Sie die folgenden zentralen AIRWORK-Komponenten:

• Zwei 3/2-Wege-Taster-Ventile: Diese müssen manuell betätigt, federbelastet und normalerweise geschlossen (NC) sein. Sie müssen physisch voneinander getrennt und abgedeckt sein, um eine unbeabsichtigte Betätigung durch einen einzelnen Arm, einen Ellbogen oder einen schweren Gegenstand zu verhindern.
• Ein AIRWORK-Zweisicherheitssteuerblock mit zwei Handbetätigungen: Dies ist das Gehirn der Sicherheitsschaltung. Er verfügt über zwei Eingangssteueranschlüsse und einen Ausgangssignalanschluss. Intern enthält er eine spezielle Gleitkolben- und Membrananordnung, die den Druckanstieg an beiden Eingängen überwacht. Ein pneumatisches Steuersignal wird nur ausgegeben, wenn beide Eingänge innerhalb von 0,5 Sekunden zueinander druckbeaufschlagt werden.
• Ein 5/2-Wege-Doppelpilot-Richtungsventil Steuerungventil : Dieses Ventil steuert den Hauptdoppelwirkenden Zylinder. Es benötigt ein Steuersignal vom Sicherheitsblock, um in die Arbeitshubstellung zu wechseln.
• Ein doppelwirkender pneumatischer Zylinder: Der Aktuator, der die hochgradige Kraftübertragung ausführt, ausgestattet mit geeigneten Geschwindigkeitsreglern und Hubüberwachungssensoren.
• Not-Aus- und Entlüftungsventile: Unverzichtbar, um das System bei Stromausfall oder Notfällen abzudrücken.

Schritt-für-Schritt-Schaltplanentwurf und Betriebslogik

Das genaue Verständnis der mechanischen Logik der Zweihandsteuerung ist entscheidend für die Systemintegration. Das System arbeitet in vier unterschiedlichen Phasen ab:

• Phase 1: Der Ruhezustand. In der Ruhelage sind beide Drucktaster freigegeben. Die Zuluftversorgung ist an den Drucktasterventilen gesperrt. Der Zweihand-Sicherheitssteuerblock weist an seinen Eingangsanschlüssen keinen Druck auf, und sein Ausgangsanschluss ist zur Abluft geöffnet. Das 5/2-Wege-Hauptsteuerventil verbleibt in der Ausgangsstellung, wodurch die Kolbenstange des Zylinders vollständig eingefahren bleibt.
• Phase 2: Gleichzeitige Betätigung. Der Bediener drückt beide Drucktasten innerhalb von 0,5 Sekunden. Druckluft strömt von den Tasten in die beiden Eingangsanschlüsse des AIRWORK-Sicherheitssteuerblocks. Da die Drücke nahezu gleichzeitig eintreffen, verschiebt sich der innere Kolben, um den Abluftanschluss abzusperren und den Eingangsluftpfad mit dem Ausgangsanschluss zu verbinden. Dieses ausgehende Steuersignal gelangt zum Steueranschluss des 5/2-Wege-Hauptsteuerventils, verschiebt dessen Kolben und bewirkt so die Ausfahrt des pneumatischen Zylinders zur Durchführung des Klemm- oder Pressvorgangs.
• Phase 3: Verzögerte oder fehlgeschlagene Betätigung. Wenn der Bediener versucht, das Sicherheitssystem durch Abkleben oder Festhalten einer Taste zu umgehen und anschließend die zweite Taste betätigt, erkennt die Sicherheitsblockierung die zeitliche Diskrepanz. Sobald die erste Taste gedrückt wird, gelangt Druckluft in einen Eingangsanschluss und verlagert den internen Sicherheits-Spool in eine gesperrte Auslassposition. Bei Betätigung der zweiten Taste wird die Druckluft, die in den zweiten Eingangsanschluss eintritt, unverzüglich über den Auslass des Sicherheitsblocks abgeleitet. Es wird kein Pilot-Signal ausgegeben, und der Zylinder bleibt sicher eingefahren. Um den Block zurückzusetzen, müssen beide Tasten vollständig freigegeben werden.
• Phase 4: Freigabe und Rückstellung. Sobald der Arbeitszyklus abgeschlossen ist, löst der Bediener beide Drucktasten. Die Druckluftzufuhr zum Sicherheitsblock wird unterbrochen und über den NC-Drucktasten-Auslass wieder abgeleitet. Das Ausgangssignal des Sicherheitsblocks fällt sofort ab, wodurch das 5/2-wege Haupt-Wegeventil in seine Ausgangsstellung zurückwechselt und den Zylinder sicher einfährt.

Mechanische Konstruktionsrichtlinien für Systemintegratoren

Um sicherzustellen, dass die Sicherheitsschaltung nicht physisch umgangen werden kann, sollten Systemintegratoren folgende mechanische Konstruktionsregeln befolgen:

• Physischer Abstand: Gemäß den Sicherheitsvorschriften müssen die beiden manuellen Drucktasten mindestens 260 Millimeter voneinander (Zentrum zu Zentrum) entfernt montiert sein. Dadurch wird verhindert, dass ein Bediener beide Tasten mit einer Hand oder mit einer Hand und dem Ellenbogen desselben Arms gleichzeitig betätigt.
• Schutzhauben: Jede Taste muss in eine Schutzhaube oder ein Gehäuse eingebaut sein. Dadurch wird eine unbeabsichtigte Betätigung durch ein herabfallendes Werkzeug, einen vorbeigehenden Mitarbeiter oder durch den Bediener, der sich mit seinem Körper gegen das Bedienfeld lehnt, verhindert.
• Berechnung des sicheren Abstands: Die Bedienstation muss in einem berechneten sicheren Abstand zur Gefahrenzone positioniert sein. Dieser Abstand ergibt sich aus der Stillsetzzeit des pneumatischen Zylinders. Der Bediener darf die Tasten nicht loslassen und vor Erreichen des Stillstands des Zylinders in die Maschine greifen können.
• Schwerlastrohrleitungen: Verwenden Sie starre oder hochgradig geschützte Schläuche zwischen den Drucktastern und dem Sicherheitssteuerblock, um Quetschungen oder Knickungen zu vermeiden, die ein kontinuierliches Pilot-Signal simulieren könnten.

Standardisierung auf AIRWORK-Sicherheitspneumatik

Durch den Bezug von doppelten pneumatischen Ventilen und integrierten Zweihand-Sicherheitsblöcken von AIRWORK können OEM-Maschinenbauer und industrielle Distributoren einen Betrieb mit hoher Zuverlässigkeit gewährleisten. AIRWORK-Sicherheitsventile sind mit niedrigreibenden Kolben und robusten Rückstellfedern konstruiert, um Millionen störungsfreier Sicherheitszyklen auch in rauen Fertigungsumgebungen sicherzustellen.

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