Ratgeber
In Produktionsumgebungen gilt der Grundsatz „Sicherheit geht vor“. Menschliches und technisches Versagen lässt sich natürlich nicht immer ausschliessen, die Folgen allerdings sind weitgehend beherrschbar: durch elektrische Sicherheitsschalter in und an sensiblen Bereichen und Objekten. Sie verhindern beispielsweise den Betrieb von Maschinen, wenn nicht zugleich Knöpfe gedrückt oder Schalter umgelegt sind. Oder halten Schutztüren verschlossen, wenn bestimmte Umweltbedingungen vorliegen.
In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Typen und Bauarten von Sicherheitsschaltern vor und erklären deren Funktion.
Sicherheitsschalter sind zunächst elektromechanische Geräte zum Schliessen oder Öffnen eines Stromkreises. Damit ähneln sie normalen Schaltern, beispielsweise für Beleuchtungen. Der Unterschied besteht darin, dass ihre Funktion mit bestimmten – üblicherweise sicherheitsrelevanten – Ereignissen verknüpft ist. Wie Relais haben Sicherheitsschalter Kontakte, die Stromverbindungen herstellen oder unterbrechen.
Gemeinsam mit normalen Schaltern verfügen Sicherheitsschalter über Betätiger, allerdings keine Knöpfe oder Kipphebel, sondern speziell geformte Bügel, Schaltnocken, Taststifte und Stössel, aber auch Magnete oder RFID-Transponder sowie Zugseile. Das Schaltelement und der Betätiger bilden dabei nicht zwingend eine konstruktive Einheit, sondern können auch getrennt sein. Sie werden häufig an der Vorderkante von verschiebbaren, schwenkbaren oder abhebbaren Schutzeinrichtungen wie zum Beispiel Schutztüren angebracht und erkennen deren Bewegungen. Vielfach übernehmen auch auch starke Elektromagnete die eigentliche Schliessfunktion.
Elektromechanische Sicherheitsschalter mit getrenntem Betätiger eignen sich ideal zur Absicherung von drehbaren, abnehmbaren oder seitlich verschiebbaren Schutzeinrichtungen, die nur im geschlossenen Zustand die erforderliche Sicherheit bieten.
Vom Aufbau her sind die Schaltgeräte recht einfach gehalten: Eine Komponente enthält die Schaltvorrichtung, die den angeschlossenen Stromkreis beispielsweise nur dann schliesst, wenn die Zunge des Betätigers eingeführt wurde. Die zweite Komponente – der Betätiger – befindet sich am beweglichen Teil. Die kleine und dennoch robuste Bauform des Sicherheitsschalters ermöglicht die platzsparende Montage auch an schmalen Elementen einer Schutztüre.
Typisches Szenario: Wird die Schutzeinrichtung geöffnet, sind Gefahr bringende Bewegungen sofort abzuschalten und gegen Wiedereinschalten zu sichern. Erst bei geschlossener Schutzeinrichtung kann die potenziell gefährliche Maschine dann wieder in Betrieb genommen werden. Ein Beispiel ist die Tür eines Mikrowellenherds. Die im Gerät erzeugten hochfrequenten elektromagnetischen Wellen dürfen auf keinen Fall bei offener Tür entstehen, die Strahlenquelle – das Magnetron – schaltet sich deshalb im laufenden Betrieb automatisch ab, sobald die Tür auch nur einen winzigen Spalt geöffnet wird.
Auslöser für den Abschaltvorgang ist in der Regel ein mechanischer oder elektrischer Öffnungsmechanismus. Er unterbricht zunächst die Stromzuführung zum aktiven Magnetron und gibt anschliessend die Tür frei. Beim Schliessen der Tür gleiten Haken aus Kunststoff oder Metall in den Öffnungsmechanismus und bringen den Sicherheitsschalter in eine Position, bei der das Magnetron durch Drehen der Zeiteinstellung oder Drücken des Startknopfes wieder anspringt.
Die grössten Unterschiede bei Sicherheitsschalter beziehen sich auf die Art der Betätigung.
Sogenannte Schleichtaster arbeiten mit einem starren Stössel. Jede Bewegung des Stössels führt ohne merkliche Verzögerung zum Trennen oder Schliessen der Schaltkontakte.
Sprungkontakte besitzen dagegen vorgespannte Federn. Beim Erreichen eines definierten Schaltpunktes springt der Öffner oder Schliesser in die Endlage und wird dort fixiert. Es stehen auch kombinierte Sprung- und Schleichfunktionen zur Verfügung.
Ohne Berührung arbeiten Magnet- beziehungsweise Reed-Kontakte. Sie öffnen oder schliessen automatisch bei Annäherung eines Magneten.
Reine Magnetkraftverriegelungen besitzen starke Elektromagnete mit einer Rastkraft von beispielsweise 2500 Newton. Zur Verfügung stehen ausserdem Schliesser mit einem oder mit zwei Kontakten sowie Öffner mit einem bis zu vier Kontakten.
Da Sicherheitsschalter überwiegend in Produktionsumgebungen im Einsatz sind, spielt die Widerstandskraft gegen äussere Einflüsse natürlich eine wichtige Rolle. Massstab ist hier die IP-Schutzklasse. Die meisten Schalter entsprechen der Klasse IP67, das heisst, sie sind gegen das Eindringen von Fremdkörpern, Staub und weitgehend auch Wasser geschützt. Erhältlich sind ausserdem die Schutzklassen IP65, IP66 sowie IP6K9K. Schalter mit der letztgenannten Schutzklasse widerstehen sogar dem Wasserstrahl aus Hochdruckreinigern und sind speziell für den Einsatz in der Landwirtschaft und für Strassenfahrzeuge konzipiert.
Die meisten Sicherheitsschalter für den universellen Einsatz sind hinsichtlich der Schaltspannung für normalen Netzstrom oder Drehstrom ausgelegt.
Erhältlich sind aber auch Typen für 24 Volt Gleichstrom.
Die maximalen Schaltströme liegen im Bereich von 1,8 bis zu 10 Ampere.
Wie lange sind Sicherheitsschalter haltbar?
Sicherheitsschalter gehören zu den langlebigsten Schaltelementen überhaupt. Ihre mechanische Lebenserwartung liegt teilweise bei wenigstens einer Million Schaltzyklen. Das sind bei täglich 100 Schaltvorgängen fast 30 Jahre. Einige Modelle halten sogar zwei bis zehn Millionen Schaltzyklen durch.