In jeder Maschine gibt es sich bewegende Teile, von denen Gefahren für Bediener, Werkstücken und / oder anderen Anlagenteilen ausgehen können. Hier bedarf es besonderer Sicherheitstechnik, an deren Zuverlässigkeit hohe Anforderungen gestellt werden. Diese technischen und physischen Maßnahmen dienen dazu, das Risiko bei Bedienfehlern, Störungen im Betrieb oder anderen irregulären Ereignissen möglichst gering zu halten. Deshalb sind Sicherheitsrelais / Sicherheitsschaltgeräte heute in so gut wie allen Maschinen zu finden.
Die wichtigsten üblichen Sicherheitsfunktionen sind:
- Sicheres Abschalten und damit möglichst schnelles Stillsetzen von beweglichen Maschinenteilen, d. h. Not-Aus-Funktion.
- Sicherstellen, dass bewegliche Schutzeinrichtungen wie Abdeckungen und Schutztüren oder -gitter in der richtigen Position sind, bevor die Maschine sich in Bewegung setzt.
- Unterbrechen von Schließbewegungen bei manuellen Eingriffen.
- Not-Aus-Schalter in Rolltreppen und Aufzügen.
Grundsätzlich müssen die Sicherheitseinrichtungen so ausgelegt sein, dass weder ein Fehler im Schaltgerät selbst, d. h. im Sicherheitsrelais, noch in den angeschlossenen Sensoren, also zum Beispiel Taster, Schutztürschalter, Lichtschranken, Lichtvorhänge oder Zweihandbedienungen, sowie Aktoren, d. h. Antriebe, Stellmotoren, Elektromagneten usw., die Sicherheitsfunktion beeinträchtigen.
Nach Ausfall der Stromversorgung muss die Konstruktion der Schutzeinrichtung so ausgelegt sein, dass sichergestellt ist, dass die Anlage in einem Zustand verbleibt, von dem keine Gefahr ausgeht. Ein Wiedereinschalten darf nur in einem definierten gefahrlosen Zustand möglich sein.
Mit Not-Aus-Funktionen abgeschaltete Maschinen dürfen sich nicht direkt wieder einschalten lassen, um eine Kontrolle und Beheben der Fehlerursache zu ermöglichen.
Die oben genannten Punkte zeigen, dass an Sicherheitsrelais im Vergleich zu konventionellen Schaltgeräten besondere Anforderungen gestellt werden. Die Richtlinien dazu sind unter anderem in den folgenden Normen festgelegt:
EN ISO 13849 Sicherheit von Maschinen – sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen
EN 60204 - Sicherheit von Maschinen - elektrische Ausrüstung von Maschinen
EN 61508 - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme.
Es ist unbedingt darauf zu achten, dass nur Produkte, die nach solchen Vorschriften zertifiziert sind, als Sicherheitsrelais verwendet werden.
Bei Sicherheitsschaltgeräten wird als Maß für Sicherheit und Zuverlässigkeit die „Sicherheitsstufe“ oder auch der „Sicherheits-Integrationslevel“, englisch „Safety Integrity Level - SIL“ angegeben. Diese wird nach der Norm IEC 61508 / IC 61511 international definiert und besitzt vier Stufen. Die Stufe 4 ist die höchste Sicherheitsstufe, die von den meisten Sicherheitsrelais in der Regel zu erfüllen ist.
Wie andere klassische Relais arbeiten herkömmliche Sicherheitsschaltgeräte mit Kontaktsätzen, deren Ausführung allerdings für die besonderen Sicherheitsanforderungen ausgelegt sind. Ein Merkmal von Sicherheitsrelais sind zwangsgeführte Kontakte.
Hier wird mit dem mechanischen Aufbau sichergestellt, dass alle Einzelkontakte des Kontaktsatzes immer den jeweils gleichen Schaltzustand einnehmen.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Fehler, z. B. Verschweißen oder Nichtberühren von einzelnen Kontakten, verhindert oder erkannt werden.
Immer mehr moderne Sicherheitsschaltgeräte enthalten Mikrocontroller, die eine wesentlich größere Funktionsvielfalt ermöglichen als klassische Kontakt-Relais.
Sicherheitsrelais für die Betriebsspannung: 24 V/DC mit Wechselkontakten
Sicherheitsrelais mit zwei Schließern und einem Öffner für 24 V/DC
Die erstmalige Konfiguration solcher Geräte ist sehr flexibel und lässt sich auch zu einem späteren Zeitpunkt problemlos ändern, z. B. wenn eine Maschine erweitert oder umgebaut werden soll.
Neben der Realisierung der einfachen Not-Aus-Funktion ist mit solchen Sicherheitsrelais auch der Aufbau komplexer Sicherheits-Schutzeinrichtungen sowie die Integration in das komplette Automatisierungssystem, z. B. in eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), der Maschine möglich.
Beispiele sind Fertigungsstraßen oder Arbeitsplätze, in denen neben Menschen auch Roboter aktiv sind.
Es gibt auch Sicherheitsmodule, die über eine große Zahl von sicheren Ein- und Ausgängen sowie Melde- und Taktausgängen zur flexiblen Konfiguration von Sicherheitsschaltungen bieten.
Wie die meisten Schaltgeräte der Steuerungstechnik sind Sicherheitsrelais in der Regel in Gehäusen eingebaut, die die sich auf den in Schaltschränken üblichen Tragschienen, d. h. Hutschienen nach DIN EN 60715, montieren lassen.
Die Anschlüsse liegen an der oberen oder unteren Seite, so dass sie sich wie andere Komponenten wie z. B. Schütze oder Zeitschalter, einfach mit Kabelkanälen verdrahten lassen. An der Vorderseite befinden sich Anzeigeelemente, an dem der aktuelle Status des Relais zu erkennen ist.
Es gibt darüber hinaus auch Sicherheitsrelais, die in einem einfachen kubischen Gehäuse untergebracht sind.
Sicherheitsrelais werden für verschiedenen Betriebsspannungen angeboten. Neben den Typen für 230 V Wechselspannung sind die überwiegende Anzahl der Typen für 24 V Gleichspannung (Bild 1) ausgelegt.
Diese niedrige Spannung kann für die Aufrechterhaltung der Sicherheitsfunktionen unabhängig von der Netz-Betriebsspannung der Steuerung aus einer Notlaufbatterie oder unterbrechungsfreien Stromversorgung zur Verfügung gestellt werden, so dass die Sicherheitsfunktion jederzeit zuverlässig zur Verfügung steht.
Vom Anwendungsfall, d. h. von der Schaltung des Schutzsystems, hängt die Zahl und Art der Kontakte ab. Typische Beispiele sind: drei Wechselkontakte, zwei Schließer, drei Schließer sowie ein Öffner usw. Die marktüblichen Sicherheitsrelais sind RoHS-konform.
Relais für die Not-Halt- und Schutztürüberwachung nach Kategorie 4