Ein Limitschalter kann seinen elektrischen Zustand ändern, wenn ein Maschinenziel die Ansteuerung erreicht. Dennoch kann die Maschine noch einige Zeit danach weiterfahren. Aus diesem Grund sind “Reaktionszeit des Limitschalters” und “Anfahrstrecke der Maschine” nicht die gleiche Messgröße. Die erste bezieht sich auf einen Schalter oder Signalstufe; die zweite hängt von dem gesamten Steuerungspfad und der beweglichen Maschine ab.
In diesem Leitfaden werden die einzelnen Phasen beschrieben, wie die mit Verzögerung verbundenen Reisezeiten berechnet werden können und erklärt, was gemessen werden muss, bevor die Ergebnisse in einem Maschinenentwurf verwendet werden können. Für jeden Limitschalter oder jede Maschine gelten keine generischen Millisekundenwerte. Verwenden Sie die genauen Schaltdaten und eine qualifizierte Messung des installierten Systems. Ein Allzwecklimitschalter sollte nicht als Sicherheitsausrüstung betrachtet werden, es sei denn, das Gerät und die gesamte Sicherheitsfunktion sind speziell dafür konzipiert und validiert.
Was bedeutet die Beschränkung der Reaktionszeit eines Limitschalters?
Im Alltag bezieht sich die Antwortzeit auf die Zeitspanne zwischen der mechanischen Betätigung und dem Wechsel des Zustands der Kontakte, bis ein Steuerungssystem den Eingang registriert oder die angetriebene Maschine stillsteht. Diese Endpunkte beschreiben unterschiedliche Ereignisse. Wenn ein Lieferant eine Betrieb- oder Freigabetijd veröffentlicht, prüfen Sie die Testbedingungen und das genaue Modell. Viele Auswahlhilfen für mechanische Grenzschalter legen stattdessen Betriebsdrehzahl, Betriebsfrequenz, Bewegungsabmessungen und Kontaktmerkmale fest; diese Werte sind nicht automatisch die vollständige Antwortzeit einer Maschine.
Für eine Bewegungsmekanismus müssen mindestens drei Zeitstempel definiert werden: wann das Zielsystem erstmals mit dem Aktuator in Kontakt kommt, wann der elektrische Eingang seinen Status ändert und wann die gefährliche Bewegung tatsächlich beendet wurde. Die Zeitspanne zwischen den beiden ersten Zeitstempeln ist eine Schalt-und-Eingabepraxis. Die Zeitspanne zwischen dem ersten und dem letzten Zeitpunkt ist eine System- und Maschinenfrage. Die Definitionen sollten bei der Vergleichung der Messwerte konsistent sein.
Die technische Anleitung für Limitschalter von Omron empfiehlt, die Betriebsdrehzahl und die Schaltfrequenz zu überprüfen. Es heißt außerdem, dass extrem hohe Betriebsdrehzahl einen Schalter durch Stoßschäden beschädigen kann. Außerdem wird erklärt, dass der Aktuator-Profil und die Schaltwege nach der Inbetriebnahme die Genauigkeit und Haltbarkeit beeinflussen. Dies sind wichtige mechanische Betriebsgrenzen, die jedoch keine universelle Stillstandszeit für eine Maschine liefern.
Die gesamte Verzögerungskette bestimmt die Fahrgeschwindigkeit nach dem Betätigen des Schalters.
Eine typische Positionskontrollkette kann den Bewegungsablauf des Aktors umfassen, den Schaltvorgang, die Filterung des Eingangssignals, die Aktualisierung der Fern-I/O-Informationen, die Aufgabenstellung oder die Scan-Funktion des Controllers, die Logik, das Ausgabemodul, den Relais- oder Kontaktor, die Antriebsantwort, die Bremsaufbauphase und die mechanische Verzögerung. Die genaue Struktur variiert. Eine direkte Relaisschaltung weist einen anderen Weg als ein vernetztes Steuerungssystem und ein variabler Frequenzantrieb auf.
| Bühne | Was zu identifizieren ist | Wie dies das Ergebnis beeinflussen kann |
|---|---|---|
| Ziel und Aktuator | Zielausrichtung, Betriebsposition, Übertragungsabstand, Rebound, Montageflexibilität | Das Zielgerät kann bereits vor dem Erhalt eines stabilen Zustands fahren; ein zu starker Stoß kann den Schalter beschädigen oder ihn nicht richtig funktionieren lassen. |
| Schaltkontakte | Genaues Modell, Betrieb/Auslöseverhalten, Ansprechverhalten und zulässige Schaltfrequenz | Der Kontaktübergang und die mechanische Verfestigung sind modell- und anwendungsabhängig. |
| Eingabe und Logik | Eingabefilter, Fern-I/O-Update, Scan-/Aufgabenzeitraum, Netzwerk- und Logikpfad | Der Controller darf nicht handeln, sobald der physische Kontakt geändert wird. |
| Ausgabe und Antrieb | Ausgangsanpassung, Relais-/Kontaktorverzögerung, Anlaufstoppmodus, Bremszeit | Ein Stop-Befehl ist nicht dasselbe Ereignis wie die Wirkung von Drehmomententfernung oder Bremskraft. |
| Maschinenbau | Geschwindigkeit, Last, Trägheit, Reibung, Bremszustand, Spiel und Fahrrichtung | Die Geschwindigkeit der Maschine kann sich ändern, wenn sich die Betriebsumgebungen ändern. |
Eine nützliche erste Ordnungsschätzung für die zurückgelegte Strecke während einer bekannten Signalverzögerung lautet: dVerzögerung = v × t, wobei v die Geschwindigkeit der Maschine während dieser Verzögerung ist und t die gemessene Verzögerung in der Synchronisationszeit ist. Wenn ein vereinfachtes Modell mit konstanter Verzögerung geeignet ist, beträgt die ideale Bremsstrecke dBremskraft = v² / (2a), Hierbei ist a die Beschleunigung. Diese Gleichungen erklären, warum Verzögerung und Geschwindigkeit wichtig sind; sie ersetzen nicht die Messung der Stillstandzeit einer Maschine, die Risikobewertung oder die Berechnung der Sicherheitsabstandshöhe.
Warum eine Maschine ihre Grenzposition überschreiten kann
Der Sensor kann nur ein Faktor sein. Ein langer Eingangsfilter, eine langsame Steuerung, ein I/O-Netzwerkzyklus oder ein Ausgangsrelais können Verzögerungen nach dem Kontaktwechsel verursachen. Ein Motor kann nach dem Ausschalten des Stroms stillstehen, während ein Bremssystem möglicherweise Zeit benötigt, um einzusetzen. Ein schwerer oder mit Schwerkraft belasteter Mechanismus kann sich anders verhalten als bei einer leeren Prüfmaschine. Rückschwingungen, flexible Halterungen, die richtige Geometrie der Zielgeometrie und ein zu hoher Übertrag der Aktuatorbewegung können zusätzliche mechanische Bewegungen vor oder nach der Eingabeveränderung verursachen.
Auch die Schaltanpassung ist wichtig. Ein mit einem plötzlichen Druck ausgelockertes Rollover kann nach oben schwingen oder mehr Kraft aufnehmen, als vorgesehen. Die Montage des Aktuators in der Nähe seines Betriebspunktes oder über dem zulässigen Überschwingungsbereich kann zu instabilen Verhaltensweisen oder Schäden führen. In der Anleitung von Omron wird empfohlen, die Geschwindigkeit und die Schaltfrequenz zu überprüfen und den Aktuator-Bewegungsumfang innerhalb des zulässigen Bereichs des Modells zu halten. Wählen Sie einen Aktuator und ein Zielprofil für die Bewegung aus, und überprüfen Sie anschließend die installierte Geometrie auf ihre Toleranzen.
Kontaktstoß und Eingabefilter sollten gemeinsam betrachtet werden. Das Filtern kann kurze Übergänge blockieren, aber eine Erhöhung des Filters zur Verheimlichung von Geräuschen verzögert auch die Erkennung einer echten Übergabe. “Fixieren” unzusammenhängender Signale, indem man willkürlich den Filter erhöht, ist nicht ratsam; prüfen Sie die Ausrichtung, die Vibrationen, den Kontaktzustand, die Verkabelung, die Erdung und die Eingabedesign des Controllers.
Wie man die installierte Stoppzeit misst
- Definieren Sie das Ereignis und das Endpunkt. Angabe, ob die Messung an der Zielkontaktstelle, beim Schaltkontaktübergang oder beim Steuerungsinput beginnt, und ob “gestoppt” die Nullgeschwindigkeit, die Bremsung oder eine Bewegung innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bedeutet.
- Verwenden Sie die richtige Messgeräteausrüstung. Bei Maschinen, bei denen die Stillzeit die Sicherheit beeinträchtigen kann, sollten Sie eine geeignete Methode zur Messung der Stillzeit verwenden und die Verfahren des Maschinenherstellers und der Sicherheitsgerätehersteller befolgen. Die OSHA beschreibt die Messung der Stillzeit am letzten Steuerelement der Maschine, um die Sicherheitsabstände bei bedruckten Anwendungen zu ermitteln.
- Testen Sie die reale Konfiguration. Inkludieren Sie den ausgewählten Schalter, die Verkabelung, Filter, I/O-Anschlüsse, das Programm, das Ausgabegerät, das Antriebsaggregat, die Bremse, die Last und die mechanische Übertragung. Eine Einzelprüfung des Schalters allein kann diese Kette nicht darstellen.
- Überprüfen Sie die relevanten Betriebsbereiche. Maße werden unter den validierten Worst-Case-Bedingungen der Maschine durchgeführt, wie etwa der geeigneten Geschwindigkeit, Belastung, Richtung, Temperatur und Bremszustand. Führen Sie die Sicherheitsvorschriften vor Ort an und halten Sie Personen außerhalb gefährlicher Bereiche auf.
- Wiederholen und Aufnehmen. Notieren Sie das Modell, die Software- und Laufwerks-Einstellungen, den Zustand der Ausrüstung, die Prüfmethode, die gemessene Zeit und die gemessene Strecke sowie die Variation zwischen Versuchen. Nach Änderungen, die die Anhaltelinie beeinflussen können, messen Sie die Werte erneut.
Verhindern Sie, dass ein Wachmann bewusst geschlagen wird oder dass eine Person in eine Gefahrenzone gebracht wird, um eine Messung zu erzielen. Die Zeitkontrolle ist eine technische und sicherheitsbezogene Aufgabe; planen und durchführen Sie sie mit geeigneten Ausrüstung und Steuerung unter der Aufsicht einer kompetenten Person.
Verwenden Sie die Zeit des Grenzschalters nicht als Abkürzung für die Sicherheitsabstandshöhe.
Die Anleitungen zur Maschinenschutzrichtlinie von OSHA legen nahe, dass die Gesamtzahl der Reaktionszeiten bei der Berechnung der Sicherheitsabstände die Zeit für die Stoppfunktion des Maschinenelements, die Reaktion des Steuerungssystems, die Anwesenheitserkennungseinrichtung und deren Schnittstelle sowie die entsprechende Bremskontrollfunktion berücksichtigen kann. Die auf der OSHA-Seite abgebildete Formel gilt für mechanische Druckpressen und die damit zusammenhängenden Sicherheitsanforderungen; sie sollte nicht als universelle Formel für alle Limitschalter oder Maschinen kopiert werden.
Ein Standard-Positionsbegrenzer kann Teil der normalen Maschinensteuerung sein, ist aber nicht automatisch eine Personenschutzfunktion. Wo Menschen eine Gefahr erreichen können, wählen sie Schutzmaßnahmen und Sicherheitskontrollen anhand der entsprechenden Risikobewertung, Normen, validierter Architektur und spezifischen Anhaltendaten für die Maschine. Die Kontaktfestigkeit, der IP-Code oder die schnelle mechanische Reaktion eines Positionbegrenzers belegen nicht, dass das gesamte System als Notstopp oder Schutzinterlock geeignet ist.
Weitere Informationen finden Sie unter Richtlinien zur Sicherheitsabstand und Zeitunterbrechung von OSHA, von Omron Technische Anleitung für Limitschalter, und Pilz Webinar zum Messen von Stoppzeiten. Diese Referenzen erläutern die Überlegungen auf Systemebene; die geltenden Anforderungen hängen von der Maschine und der Gerichtsbarkeit ab.
Wählen Sie den Schalter für die Bewegung aus und montieren Sie ihn.
Wählen Sie den Aktuator-Typ für den Zielpfad aus: Ein Kolben-, Rollen- oder Hebelaktuator verhält sich unter Belastung von Seiten und in der Anfahrrichtung unterschiedlich. Prüfen Sie die genaue Betriebslage, die Voreinstellung, Über- und Unterverstellung, Freigabestellung, Differenzverstellung, Betriebsdrehzahl und maximale Schaltfrequenz des jeweiligen Modells. Verwenden Sie den Aktuator nicht als mechanische Endanschlag, es sei denn, der Hersteller genehmigt ausdrücklich diese Verwendung.
Platzieren Sie den Schalter so, dass der Zielpunkt ihn konsequent betätigt und den erforderlichen Bewegungsspielraum lässt. Verwenden Sie eine glatte Kurbel oder ein Stift, eine starre Befestigung, geeignete Befestigungsmittel und eine zugängliche Einstellung. Vergewissern Sie sich, dass das sich bewegende Ziel nicht gegen das Hebelende auftrifft oder den Aktuator über den zulässigen Bereich hinaus bewegt. Eine andere Rollendurchmesser, Lenkerlänge, Montageorientierung oder Stabilität des Halters kann die beobachtete Betätigungsstelle und den Verschleißmuster ändern.
Das Produktseite für LEMA LZ2108 ist die model-spezifische Referenz für den hier gezeigten Rollenarm-Schalter; verwenden Sie die veröffentlichte Dokumentation, anstatt Dimensionen aus einem Foto abzuleiten. Kategorie der Limitschalter und vergleichen Sie dieses Thema mit den Anleitungen Montageposition und Wiederholbarkeit, Limitschalter vs. Näherungssensoren und Übertragungsbegrenzungsschalter für die Hubbewegung.
Häufige Fragen
Wie schnell reagiert ein Limitschalter?
Für alle Limitschalter gibt es keine einzige Standardwertzahl. Verwenden Sie eine veröffentlichte Betriebs-/Freigabzeit nur, wenn sie für das jeweilige Modell und die jeweiligen Bedingungen angegeben ist. Bei der Maschinenbewegung messen Sie die gesamte Eingabe-zu-Stopp-Verbindung.
Ist die Reaktionszeit des Begrenzungsschalters gleich der Stillstandszeit?
Nein. Die Schaltantwort betrifft einen Schaltvorgang oder eine Signaländerung. Die Stillzeit umfasst sowohl den Steuerungspfad als auch die Verlangsamung der Maschine bis zur Erreichung des festgelegten Stillstandszustandes.
Wie berechne ich die zurückgelegte Strecke, nachdem ein Grenzschalter seinen Zustand geändert hat?
Um eine einfache Verzögerungsberechnung zu erstellen, multiplizieren Sie die Geschwindigkeit mit der gemessenen Verzögerung. Bremsen führt zu einer weiteren Fahrstrecke. Für Konstruktion und Sicherheit sollten Sie eine geeignete maschinenbezogene Messung verwenden; eine vereinfachte Gleichung ist keine validierte Sicherheitsberechnung.
Kann ein Standard-Limitschalter auch als Notstopp verwendet werden?
Nicht aufgrund einer Annahme. Verwenden Sie eine geeignete Sicherheitsfunktion und ein durch die Risikobewertung der Maschine und die geltenden Anforderungen ausgewähltes, validiertes System.
Video: Messgerät-Stoppzeit
Dieses Pilz-Schulungswebinar erklärt die Konzepte der Zeitstoppmessung und der Sicherheitsabstandshöhe. Es handelt sich um allgemeines Schulungsmaterial und keine Ersatzlösung für die spezifische Validierung der jeweiligen Maschine oder die geltenden Normen.
Externe Referenzen: Messtechnik für die OSHA-Sicherheitsabstandserfassung und Zeitstopp-Erfassung; Technische Anleitung von Omron für Grenzschalter; Pilz-Webinar zum Zeitaufzeichnungsverfahren.