Sicherheit in pneumatischen Systemen Arbeitsbuch TP 250 Mit CD-ROM m 1A1 1V3 2 2 1V4 1 21 1 21 1V1 4 2 1V2 2 1M1 5 1 3 1M2 1M3 1 3 Festo Didactic 567265 de
Bestell-Nr.: 567265 Stand: 05/2011 Autoren: Ralph-Christoph Weber, Erwin Orendi Grafik: Ralph-Christoph Weber Layout: 06/2011, Ralph-Christoph Weber Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2011 Internet: www.festo-didactic.com E-Mail: did@de.festo.com Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuführen. Hinweis Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt Bestimmungsgemäße Verwendung V Vorwort VII Einleitung IX Arbeits- und Sicherheitshinweise X Trainingspaket Sicherheit in pneumatischen Systemen (TP 250) XII Lernziele XIII Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XIV Gerätesatz XVI Zuordnung von Komponenten und Aufgaben Sicherheit in pneumatischen Systemen XIX Hinweise für den Lehrer/Ausbilder XX Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 1 Aufgabe 2: Reduzieren der Kraft 9 Aufgabe 3: Reduzieren der Geschwindigkeit 15 Aufgabe 4: Einrichten einer Not-Halt-Funktion 19 Aufgabe 5: Ausfall und Wiederkehr der Druckluftversorgung 25 Aufgabe 6: Ausfall und Wiederkehr der elektrischen Energieversorgung 31 Aufgabe 7: Überlast und Diagnose 37 Aufgabe 8: Einbau einer Abdeckhaube und einsetzen des Sicherheitsschaltgeräts als Türwächter 43 Aufgaben und Arbeitsblätter Aufgabe 1: Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 1 Aufgabe 2: Reduzieren der Kraft 9 Aufgabe 3: Reduzieren der Geschwindigkeit 15 Aufgabe 4: Einrichten einer Not-Halt-Funktion 19 Aufgabe 5: Ausfall und Wiederkehr der Druckluftversorgung 25 Aufgabe 6: Ausfall und Wiederkehr der elektrischen Energieversorgung 31 Aufgabe 7: Überlast und Diagnose 37 Aufgabe 8: Einbau einer Abdeckhaube und einsetzen des Sicherheitsschaltgeräts als Türwächter 43 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 III
Grundlagen 1 Sicherheit I-3 2 Auswahl der Systemkomponenten I-6 3 Betriebsarten I-10 4 Sichere Auslegung einer Pakethebeanlage I-11 5 Technische Sicherheitsfunktionen I-14 6 Not-Halt I-43 7 Sicherheitsrelais I-46 8 Schutzeinrichtungen I-48 9 Grundlegende Sicherheitstipps zur Pneumatik I-51 IV Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Sicherheit in pneumatischen Systemen ist nur zu benutzen: für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 V
VI Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des Lernsystems: Technologieorientierte Trainingspakete Mechatronik und Fabrikautomation Prozessautomation und Regelungstechnik Mobile Robotik Hybride Lernfabriken Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert. Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben. Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Antrieben möglich. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 VII
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen: Hardware Medien Seminare Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte der begleitenden Medien angepasst. Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die praxisorientierte Teachware umfasst: Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen) Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung) Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten) Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt: Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte) Simulationssoftware Visualisierungssoftware Software zur Messdatenerfassung Projektierungs- und Konstruktionssoftware Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab. Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine E-Mail an: did@de.festo.com Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und Weiterbildung. Das Trainingspaket Sicherheit in pneumatischen Systemen TP 250 behandelt die folgenden Themen: Pneumatische Sicherheitsschaltungen Elektrische Sicherheitsschaltungen Einsatz von Sicherheitsschaltgeräten Einsatz einer Schutztür Das Arbeitsbuch Sicherheit in pneumatischen Systemen TP 250 liefert die Einführung in das Thema sichere Maschinen. Im Vordergrund steht dabei die Vermittlung pneumatischer und elektrischer Grundschaltungen zur Erhöhung der Sicherheit in elektropneumatischen Steuerungen. Für den Aufbau muss ein Learnline Laborarbeitsplatz mit Druckluftversorgung und einem 24 V Netzgerät zur Verfügung stehen. Voraussetzung für den Einsatz des Ergänzungssatzes TP 250 sind Komponenten aus dem Gerätesatz TP 101 (Grundlagen der Pneumatik) sowie Komponenten aus dem Gerätesatz TP 201 (Grundlagen der Elektropneumatik). Mit dem Gerätesatz TP 250 werden die Schaltungen der 8 Aufgabenstellungen zur Erhöhung der Sicherheit des pneumatischen Teils einer Hebevorrichtung und dem Einsatz elektrischer Sicherheitsschaltgeräte aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen sind Bestandteil dieses Arbeitsbuches. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 IX
Arbeits- und Sicherheitshinweise Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Steuerungen arbeiten. Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Elementen, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Mechanik Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte. Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden. Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche! Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher. Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau. Elektrik Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand! Verwenden Sie für die elektrischen Verbindungen nur Anschlussleitungen mit Sicherheitssteckern. Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC. Pneumatik Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kpa (6 bar). Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert haben. Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck. Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft! Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren. Unfallgefahr durch abspringende Schläuche! Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen. Tragen Sie eine Schutzbrille. Beim Abspringen von Schläuchen: Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab. Pneumatischer Schaltungsaufbau: Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung. Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab. Pneumatischer Schaltungsabbau: Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden. X Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet: Variante A, Rastsystem Leichte nicht belastbare Geräte (z.b. Wege-Ventile). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels. Variante B, Drehsystem Mittelschwere belastbare Geräte (z.b. Aktuatoren). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter. Variante C, Schraubsystem Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.b. Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter befestigt. Beachten Sie die Angaben in den Datenblättern zu den einzelnen Geräten. Zur Auswertung der aufgebauten Steuerungen wird eine Stoppuhr benötigt. Mit der Stoppuhr werden: Drossel-Rückschlagventile so eingestellt, dass die Hubzeit der Zylinder vorgegebene Werte erreicht, Verzögerungsventile eingestellt. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XI
Trainingspaket Sicherheit in pneumatischen Systemen (TP 250) Das Trainingspaket TP 250 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand dieses Paketes ist die Sicherheit in pneumatischen Systemen. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket TP 250 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. Wichtige Komponenten des TP 250 Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte Verdichter (230 V, 0,55 kw, maximal 800 kpa = 8 bar) Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z.b. Zylinder, Wegeventile, Vorwahlzähler, Taktstufenbausteine, Logikelemente, pneumatische Näherungsschalter) Optionale Lernmittel (z.b. optische Anzeigen, 5/3-Wegeventil, ziehende/drückende Last) Praxismodelle Komplette Laboreinrichtungen Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 250 besteht aus einem Arbeitsbuch. Das Arbeitsbuch enthält zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert. Zusätzlich werden die Grundlagen der Sicherheitstechnik und deren wichtigste Komponenten behandelt. Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket zur Verfügung gestellt. Ausbildungsunterlagen Lehrbücher Arbeitsbücher Optionale Teachware Grundlagen der Pneumatik und Elektropneumatik Sicherheit in pneumatischen Systemen Simulationssoftware FluidSIM Pneumatik WBT Sicherheitstechnik Seminare SEP-PILZ P141 SAFETY-AL SAFETY2 SAFETY3 Sichere pneumatische und elektrische Konstruktion von Maschinen und Anlagen Sichere Schaltungstechnik für den Instandhalter Sicherheitsrelevante Schaltungen in der Pneumatik und Elektropneumatik für die berufliche Ausbildung Sicherheit in der Pneumatik und Elektropneumatik für Konstrukteure Sicherheitsschaltungen berechnen nach der DIN EN ISO 13 849-1 mit der Software SISTEMA Veranstaltungsorte, Termine und Preise entnehmen Sie bitte dem aktuellen Seminarplaner. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs und DVDs sowie die Fachbücher werden in mehreren Sprachen angeboten. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Lernziele Lernziele Sie können die wichtigsten Normen zur Sicherheit einer Maschine auswählen. Sie können die Risikobeurteilung einer einfachen Maschine durchführen. Sie haben eine Hebevorrichtung aufgebaut und in Betrieb genommen. Sie haben die Gefährdungsstellen der Hebevorrichtung erkannt und im Lageplan eingezeichnet. Sie haben die Gefährdungen durch die Hebeeinrichtung verringert. Sie haben einen sicheren und optimalen Betrieb des Leer- und des Arbeitshubs sichergestellt. Sie wissen wie die von Ihnen vorgenommenen Sicherheitsmaßnahmen vor Manipulation zu schützen sind. Sie können durch Geschwindigkeitsregulierung eine Risikominderung erzielen. Sie können mögliche Nachteile für den Betrieb der Hebevorrichtung benennen. Sie haben die notwendigen Veränderungen an der Hebevorrichtung erkannt, durchgeführt und diese optimal eingestellt. Sie haben eine der Hebevorrichtung angemessene Not-Halt Funktion ausgewählt. Sie kennen unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung dieser Funktion. Sie können eine zweikanalige pneumatische Not-Halt-Funktion aufbauen. Sie können einen Sicherheitsschlagtaster in die elektrische Ansteuerung integrieren. Sie können eine ordnungsgemäße Wiederaufnahme des Betriebs durchführen. Sie können den Not-Halt-Zustand einer Anlage signalisieren. Sie können ermitteln, wie sich ein System verhalten soll, wenn die Druckluftversorgung ausfällt. Sie können Sensoren zur Erkennung eines Druckluftausfalls einsetzen. Sie können eine gefahrlose Wiederkehr der Druckluftversorgung sicherstellen. Sie kennen das benötigte Systemverhalten bei einem Ausfall der elektrischen Energie. Sie können geeignete Ventile einsetzen um einen sicheren Not-Halt-Zustand eines Systems herzustellen. Sie können ein Sicherheitsschaltgerät einsetzen und kennen seine Funktionsweise. Sie können den Betriebszustand der Hebevorrichtung signalisieren. Sie können durch Zustandsüberwachung Überlast entdecken. Sie kennen geeignete Maßnahmen durchführen um die Ursache zu beheben. Sie kennen weitere geeignete Möglichkeiten zum Auslösen eines Not-Halts. Sie erreichen eine Erhöhung des Performance Levels der Hebevorrichtung durch eine Erhöhung des Diagnosedeckungsgrads. Sie können eine weitere Komponente zur Erhöhung der Sicherheit in die Anlage integrieren. Sie kennen weitere geeignete Möglichkeiten zum Auslösen eines Not-Halts. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XIII
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziel Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 Sie können die wichtigsten Normen zur Sicherheit einer Maschine auswählen. Sie können die Risikobeurteilung einer einfachen Maschine durchführen. Sie haben eine Hebevorrichtung aufgebaut und in Betrieb genommen. Sie haben die Gefährdungsstellen der Hebevorrichtung erkannt und im Lageplan eingezeichnet. Sie haben die Gefährdungen durch die Hebeeinrichtung verringert. Sie haben einen sicheren und optimalen Betrieb des Leer- und des Arbeitshubs sichergestellt. Sie wissen wie die von Ihnen vorgenommenen Sicherheitsmaßnahmen vor Manipulation zu schützen sind. Sie können durch Geschwindigkeitsregulierung eine Risikominderung erzielen. Sie können mögliche Nachteile für den Betrieb der Hebevorrichtung benennen. Sie haben die notwendigen Veränderungen an der Hebevorrichtung erkannt, durchgeführt und diese optimal eingestellt. Sie haben eine der Hebevorrichtung angemessene Not-Halt Funktion ausgewählt. Sie kennen unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung dieser Funktion. Sie können eine zweikanalige pneumatische Not-Halt-Funktion aufbauen. Sie können einen Sicherheitsschlagtaster in die elektrische Ansteuerung integrieren. XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 Lernziel Sie können eine ordnungsgemäße Wiederaufnahme des Betriebs durchführen. Sie können den Not-Halt-Zustand einer Anlage signalisieren. Sie können ermitteln, wie sich ein System verhalten soll, wenn die Druckluftversorgung ausfällt. Sie können Sensoren zur Erkennung eines Druckluftausfalls einsetzen. Sie können eine gefahrlose Wiederkehr der Druckluftversorgung sicherstellen. Sie kennen das benötigte Systemverhalten bei einem Ausfall der elektrischen Energie. Sie können geeignete Ventile einsetzen um einen sicheren Not-Halt-Zustand eines Systems herzustellen. Sie können ein Sicherheitsschaltgerät einsetzen und kennen seine Funktionsweise. Sie können den Betriebszustand der Hebevorrichtung signalisieren. Sie können durch Zustandsüberwachung Überlast entdecken. Sie kennen geeignete Maßnahmen durchführen um die Ursache zu beheben. Sie können eine weitere Komponente zur Erhöhung der Sicherheit in die Anlage integrieren. Sie kennen weitere geeignete Möglichkeiten zum Auslösen eines Not-Halts. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XV
Gerätesatz Das Arbeitsbuch Sicherheit in pneumatischen Systemen vermittelt Kenntnisse über die Verbesserung der Sicherheit durch pneumatische Schaltungen und den Einsatz von speziellen pneumatischen Komponenten und durch die Verwendung von elektrischen Sicherheitsschaltgeräten und einer Schutztüre. Der Gerätesatz Sicherheit in pneumatischen Systemen TP 250 enthält die Komponenten, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind. Zum Aufbau der Schaltungen werden Komponenten der Gerätesatze TP 101 Pneumatik und TP 201 Elektropneumatik sowie ein Learnline Laborarbeitsplatz benötigt. Gerätesatz TP 250 Sicherheit in pneumatischen Systemen, Bestell-Nr. 567264 Komponente Bestell-Nr. Menge Druckluftspeicher, 0,1 l 573281 1 Rückschlagventil, entsperrbare Rückschlagfunktion 540715 2 5/3-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung gesperrt 567201 1 Rückschlagventil 153462 1 Gewicht, 2 kg für Zylinder 572778 1 Abdeckhaube für Zylinder 572777 1 Betriebsartenanzeige 567263 1 Sicherheitsschlagtaster 567261 1 Sicherheitsschaltgerät für Not-Halt und Schutztür 567262 1 Benötigte Komponenten des Gerätesatzes TP 201 Elektropneumatik Grundstufe, Bestell-Nr. 540712 Komponente Bestell-Nr. Menge Signaleingabe, elektrisch 162242 1 Relais, 3-fach 162241 2 Grenztaster elektrisch, Betätigung von links 183322 1 Grenztaster elektrisch, Betätigung von rechts 183345 1 2 x 3/2-Wege-Magnetventil mit LED, in Ruhestellung gesperrt 567198 1 5/2-Wege-Magnetventil mit LED 567199 1 Drucksensor mit Anzeige 572745 1 Komponenten des Gerätesatzes TP 201 Elektropneumatik Grundstufe, Bestell-Nr. 540712 XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Komponente Bestell-Nr. Menge Drosselrückschlagventil 193967 1 Doppeltwirkender Zylinder 152888 1 Näherungsschalter, elektronisch, mit Zylinderbefestigung 540695 2 Einschaltventil mit Filterregelventil 540691 1 Verteilerblock 152896 1 Kunststoffschlauch 4 x 0,75 Silber 10 m 151496 1 Komponenten des Gerätesatzes TP 201 Elektropneumatik Grundstufe, Bestell-Nr. 540712 (Fortsetzung) Benötigte Komponenten des Gerätesatzes TP 101 Pneumatik Grundstufe, Bestell-Nr. 540710 Komponente Bestell-Nr. Menge Druckregelventil mit Druckmessgerät 539756 1 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XVII
Grafische Symbole des Gerätesatzes Komponente Grafisches Symbol Rückschlagventil, entsperrbare Rückschlagfunktion 2 1 21 5/3-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung gesperrt Rückschlagventil Gewicht, 2 kg für Zylinder m Betriebsartenanzeige + + + + + + P RD P YE P GN Sicherheitsschlagtaster Sicherheitsschaltgerät für Not-Halt und Schutztür S11 S12 S21 S22 13 23 33 41 Input Input K1 Reset/Start K2 S34 Y32 14 24 34 42 Druckluftspeicher, 0,1 l XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 Einschaltventil mit Filterregelventil Verteilerblock Näherungsschalter, elektronisch, mit Zylinderbefestigung Signaleingabe, elektrisch Relais, 3-fach 5/2-Wege-Magnetventil mit LED Druckregelventil mit Druckmessgerät Drosselrückschlagventil Rückschlagventil, entsperrbare Rückschlagfunktion 2 x 3/2-Wege-Magnetventil mit LED, in Ruhestellung gesperrt 5/3-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung gesperrt Sicherheitsschlagtaster Drucksensor mit Anzeige Druckluftspeicher, 0,1 l Rückschlagventil Sicherheitsschaltgerät Abdeckhaube für Zylinder Grenztaster elektrisch, Betätigung von links Grenztaster elektrisch, Betätigung von rechts Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XIX
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist die stetige Erhöhung der Sicherheit eines elektropneumatischen Systems. Die Erkenntnisse werden durch theoretische Fragestellungen und den praktischen Aufbau der Schaltungen gewonnen. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in einer Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. Richtzeit Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab. Pro Aufgabe kann angesetzt werden: ca. 1 bis 1,5 Stunden. Komponenten des Gerätesatzes Arbeitsbuch und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für die 8 Aufgaben benötigen Sie Komponenten der Gerätesatze TP 101, TP 201 und TP 250. Normen Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet: DIN EN ISO 12 100 Sicherheit von Maschinen DIN EN 983 Sicherheitstechnische Anforderungen an fluidtechnische Anlagen und deren Bauteile - Pneumatik DIN EN 1037 Vermeiden von unerwartetem Anlauf DIN EN ISO 13 849-1 Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Allgemeine Gestaltungsleitsätze Kennzeichnung der Lösungen Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet. Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt. Hinweise für den Unterricht Die Lösungsschaltpläne zu allen Aufgaben befinden sich im Adobe-PDF-Format auf der mitgelieferten CD-ROM im Ordner Schaltpläne. Umfangreiche Schaltpläne stehen sowohl als Lösung wie auch als Aufgaben für die Auszubildenden zur besseren Lesbarkeit im DIN A3 Format zur Verfügung. XX Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, können Sie die wichtigsten Normen zur Sicherheit einer Maschine auswählen. können Sie die Risikobeurteilung einer einfachen Maschine durchführen. haben Sie eine Hebevorrichtung aufgebaut und in Betrieb genommen. haben Sie die Gefährdungsstellen der Hebevorrichtung erkannt und im Lageplan eingezeichnet. Problemstellung Sie sollen eine Hebevorrichtung aufbauen, in Betrieb nehmen, begutachten und sicher gestalten. Da die Hebevorrichtung in der Produktion eingesetzt werden soll, haben Sie die Pflicht, diese nach Sicherheitsrichtlinien zu untersuchen und Gefährdungen im Betrieb zu minimieren. Lageplan Hebevorrichtung Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 1
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung Randbedingung Die Gerätesätze TP 250, TP 201 und ein Laborwagen mit Profilplatte stehen zur Verfügung. Arbeitsaufträge 1. Wählen Sie Normen aus, die sich mit Sicherheitstechnik und Sicherheitsprinzipien befassen. 2. Bauen Sie die Hebevorrichtung auf und nehmen Sie diese in Betrieb. 3. Führen Sie eine Risikoanalyse der Anlage durch. 4. Ermitteln Sie technische Möglichkeiten, um eine Gefährdung durch die Maschine zu verringern. 2 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 1. Auswählen von Normen zur Sicherheitstechnik a) Wählen Sie die gültigen Normen für Maschinen aus. Kreuzen Sie die entsprechenden Normen in der untenstehenden Tabelle an. Norm DIN EN 60617 Teil 5 EN-ISO 13849 Teil 1 EN-ISO 13849 Teil 2 DIN ISO 1219 Teil 1 DIN-ISO 4414 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 3
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 2. Aufbauen und in Betrieb nehmen der Hebevorrichtung a) Bauen Sie die geforderte Anlage entsprechend der nachfolgenden Schaltpläne auf. 1B2 1A1 m 1B1 1V1 4 2 1M1 5 1 3 1M2 Pneumatischer Schaltplan +24 V 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 13 14 S2 13 14 1B1 RD BK 1B2 RD BK 22 K1 24 21 22 K2 24 21 BU BU 12 K3 14 12 14 K4 11 11 21 21 S2 S1 22 22 K1 A1 A2 K2 A1 A2 K3 A1 A2 K4 A1 A2 1M1 1M2 0 V 11 21 31 41 12 14.7 22 24 32 34 42 44 11 21 31 41 12 14.8 22 24 32 34 42 44 12 12 11 14.1 11 14.2 22 22 21 24 21 24 32 32 31 34 31 34 42 42 41 44 41 44 Elektrischer Schaltplan 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung Hinweis Befestigen Sie Zylinder und Gewicht an einer der senkrechten Säulen des Laborwagens. Berücksichtigen Sie bitte, dass rechts neben dem Zylinder eine weitere Befestigungsnut für zusätzlich benötigte Komponenten vorhanden sein muss. b) Nehmen Sie die Hebevorrichtung in Betrieb und beschreiben Sie den Ablauf. Wird der Tastschalter S1 betätigt, schaltet das Magnetventil 1V1 den Durchfluss von 1 nach 4. Die Kolbenseite des doppeltwirkenden Zylinders wird mit Druckluft beaufschlagt und die Kolbenstange fährt aus. Wird der Tastschalter S2 betätigt, schaltet das Magnetventil 1V1 den Durchfluss von 1 nach 2. Die Kolbenstangenseite des doppeltwirkenden Zylinders wird mit Druckluft beaufschlagt und die Kolbenstange fährt ein. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 5
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 3. Durchführen einer Risikoanalyse für die Hebevorrichtung Betrachten Sie die von Ihnen aufgebaute Anlage unter sicherheitsrelevanten Gesichtspunkten, indem Sie die aufgebaute Anlage als Teil der im Lageplan gezeichneten technologischen Anordnung integrieren. a) Schreiben Sie die von Ihnen erkannten Stellen der Hebevorrichtung auf, an denen die größten Gefährdungen entstehen können. Der Zylinder fährt schnell und mit voller Kraft aus und ein. Zusätzlich startet und stoppt er ruckartig. Die dabei entstehenden Kräfte sind sehr hoch und können zu Verletzungen führen, wenn man in den Verfahrweg fasst. Dies gilt insbesondere für beide Kanten der Transportbänder. Durch das ruckartige Anfahren und Stoppen wird das Transportgut von der Hebepattform geworfen. b) Welche Gefährdungen können durch die von Ihnen erkannten Punkte entstehen? Schreiben Sie diese auf und zeichnen Sie in der nachfolgenden Grafik die Stellen ein, an denen die größten Gefährdungen für den Bediener oder das Transportgut auftreten können. Der Bediener kann sich verletzen, wenn er in die Hebevorrichtung fasst. Gliedmaßen können zwischen Hubtisch und Transportband eingeklemmt und verletzt werden. Die Hebevorrichtung kann durch die hohen Kräfte des Zylinders beschädigt werden. Der Zylinder selbst kann durch die hohen Kräfte, besonders beim Erreichen der Endlagen, beschädigt werden. Er ist einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Das Transportgut kann zwischen Hubtisch und Transportband eingeklemmt und so beschädigt oder zerstört werden. Das Transportgut kann durch die ruckartigen Bewegungen beschädigt oder zerstört werden. Gefährdungsstellen 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 4. Maßnahmen zur Verminderung der Gefährdungen a) Schreiben Sie mögliche Maßnahmen zur Verminderung der Gefährdungen an der Hebevorrichtung auf. Mögliche technische Maßnahmen sind: Reduzierung der Kraft des Zylinderkolbens. Verringerung der Kolbengeschwindigkeit. Eliminierung des ruckartigen Anfahr- und Stoppverhaltens. Maßnahmen ergreifen, die bei Ausfall der elektrischen oder pneumatischen Energieversorgung für einen sicheren Zustand der Anlage sorgen. Konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit der Anlage. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 7
Aufgabe 1 Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 2 Reduzieren der Kraft Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, haben Sie die Gefährdungen durch die Hebeeinrichtung verringert. haben Sie einen sicheren und optimalen Betrieb des Leer- und des Arbeitshubs sichergestellt. wissen Sie wie die von Ihnen vorgenommenen Sicherheitsmaßnahmen vor Manipulation zu schützen sind. Problemstellung Sie sollen die Gefährdungen beim Betrieb der Hebevorrichtung hinsichtlich der Verletzungsgefahr und der Beschädigung verringern. Im pneumatischen Teil der Hebevorrichtung soll zur Verringerung der Verletzungsgefahr und der Maschinenbeschädigung die Kraft des Zylinderkolbens verringert und an die wirklichen Kräfteanforderungen angepasst werden. Randbedingungen Die Gerätesätze TP 250, TP 101 TP 201 und ein Laborwagen mit Profilplatte stehen zur Verfügung. Arbeitsaufträge 1. Berechnen Sie die Kolbenkraft des Zylinders und vergleichen Sie diese mit der Kraft, die benötigt wird um das Gewicht des Hubtischs mit Paket anzuheben. 2. Bestimmen Sie mögliche Lösungen zur Verringerung der Kolbenkräfte und wählen Sie eine entsprechende Komponente aus. 3. Zeichnen Sie den zugehörigen Schaltplan. 4. Führen Sie Ihre Maßnahmen durch und bewerten Sie diese unter unterschiedlichen Gesichtspunkten. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 9
Aufgabe 2 Reduzieren der Kraft 1. Berechnung der Kolbenkraft für den Vor- und den Rückhub Information Für doppeltwirkende Zylinder gilt: Kolbenkraft F th = (A p) Vorhub F eff = (A p) F R Rückhub F eff = (A' p) F R F th = theoretische Kolbenkraft (N) F eff = effektive Kolbenkraft (N) F R = Reibungskraft (ca. 10% von F th ) (N) A = nutzbare Kolbenfläche (m 2 ) D 2 π = ( ) 4 A' = nutzbare Kolbenringfläche (m 2 ) = (D d 2 ) 4 2 π p = Arbeitsdruck (Pa) D = Zylinderdurchmesser (m) d = Kolbenstangendurchmesser (m) Bei dem eingesetzten Zylinder beträgt der Kolbendurchmesser 20 mm und der Kolbenstangendurchmesser 8 mm. a) Berechnen Sie die effektive Kolbenkraft im Vorhub und im Rückhub für den eingesetzten Zylinder bei einem Arbeitsdruck von 600 kpa (6 bar). Vorhub F eff = (A p) F R F eff = 0,9 A p F eff = 0,9 0,000314 600.000 F eff = 169,66 N Rückhub F eff = (A' p) F R F eff = 0,9 (0,000314 0,00005024) 600.000 F eff = 0,9 0,00026376 600.000 F eff = 142,4 N 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Aufgabe 2 Reduzieren der Kraft b) Ist diese Kraft ausreichend um das montierte Gewicht (2 kg) zu verfahren? Schreiben Sie Ihre Schlussfolgerung auf und bewerten Sie diese. Berücksichtigen Sie hierbei die Voraussetzungen für die einwandfreie Funktion der Ventile. Die erzeugte Kraft des Zylinders (169,66 N) ist größer als die Kraft, die benötigt wird um das gegebene Gewicht anzuheben (20 N). Ein Betriebsdruck von etwa 70 kpa (0,7 bar) reicht aus, um das Gewicht anzuheben. Für eine einwandfreie Funktion der Ventile wird jedoch ein Mindestdruck von 3 bar benötigt. c) Wie kann eine Anpassung an die daraus folgenden Anforderungen geschehen? Es kann ein kleinerer Zylinder eingesetzt werden, der bei entsprechendem Mindestdruck über eine geringere Kraftwirkung verfügt. d) Ist für den Rückhub keine Gewichtskraft vorhanden, weil beispielsweise keine Last vorhanden ist, fährt der Zylinderkolben nur sehr langsam ein. Berücksichtigen Sie diesen Fall. Schreiben Sie auf, mit welcher Maßnahme ein Einfahren des Zylinders gewährleistet werden kann. Ein geringer Mindestdruck muss auch für den Rückhub zur Verfügung stehen, da die Kolbenstange ohne Gewichtskraft nur sehr langsam gegen den Staudruck im Zylinder einfährt. Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 11