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ArbeitsbuchTP 250
Mit CD-ROM
Festo Didactic
567265 de
Sicherheit inpneumatischen Systemen
4 2
315
2
1 21
2
1 21
2
1 3
1V1
1M1 1M2
m
1A1
1V2
1M3
1V3 1V4
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: [email protected]
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.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 III
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
IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 V
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.
VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 VII
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.
VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 IX
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.
X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XI
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.
XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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 Grundlagen der Pneumatik und Elektropneumatik
Arbeitsbücher Sicherheit in pneumatischen Systemen
Optionale Teachware Simulationssoftware FluidSIM® Pneumatik
WBT Sicherheitstechnik
Seminare
SEP-PILZ Sichere pneumatische und elektrische Konstruktion von Maschinen und Anlagen
P141 Sichere Schaltungstechnik für den Instandhalter
SAFETY-AL Sicherheitsrelevante Schaltungen in der Pneumatik und Elektropneumatik für die berufliche Ausbildung
SAFETY2 Sicherheit in der Pneumatik und Elektropneumatik für Konstrukteure
SAFETY3 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.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XIII
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.
XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8
Lernziel
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. •
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XV
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. •
XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XVII
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
XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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
+ + ++ + +
PRD PYE PGN
Sicherheitsschlagtaster
Sicherheitsschaltgerät für Not-Halt und Schutztür
S11 S12 S21 S22 13 23 33 41
S34 Y32 14 24 34 42
Input Input K1
Reset/Start K2
Druckluftspeicher, 0,1 l
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 XIX
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 •
XX © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 1
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
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
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.
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 3
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
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265
2. Aufbauen und in Betrieb nehmen der Hebevorrichtung
a) Bauen Sie die geforderte Anlage entsprechend der nachfolgenden Schaltpläne auf.
4 2
315
m
1A1
1V1
1M1 1M2
1B1
1B2
Pneumatischer Schaltplan
12 12
22 22
32 32
42 42
.1 .214 14
24 24
34 34
44 44
11 11
21 21
31 31
41 41
1
K1
+24 V 5 72 6 8
0 V
1B1 1B2
A1
A2
RD
BU
BK
RD
BU
BK
3 4
S1
13
14
21
22
S2
S2
13
14
K3
1412
K4
1412
21
22
S1
12
22
32
42
.714
24
34
44
11
21
31
41
12
22
32
42
.814
24
34
44
11
21
31
41
2422
21
K1 K2
2422
21
11 11
1M21M1K2A1
A2K3
A1
A2K4
A1
A2
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567265 5
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.
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
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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
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
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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.
Aufgabe 1 – Inbetriebnahme und Risikobeurteilung einer Hebevorrichtung
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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.
Aufgabe 2 – Reduzieren der Kraft
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1. Berechnung der Kolbenkraft für den Vor- und den Rückhub
Information
Für doppeltwirkende Zylinder gilt:
Kolbenkraft Fth = (A ⋅ p)
Vorhub Feff = (A ⋅ p) – FR
Rückhub Feff = (A' ⋅ p) – FR
Fth = theoretische Kolbenkraft (N)
Feff = effektive Kolbenkraft (N)
FR = Reibungskraft (ca. 10% von Fth ) (N)
A = nutzbare Kolbenfläche (m2)
= )(4
D2 π⋅
A' = nutzbare Kolbenringfläche (m2)
= 4)d(D 22 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
Feff = (A ⋅ p) – FR
Feff = 0,9 ⋅ A ⋅ p
Feff = 0,9 ⋅ 0,000314 ⋅ 600.000
Feff = 169,66 N
Rückhub
Feff = (A' ⋅ p) – FR
Feff = 0,9 ⋅ (0,000314 – 0,00005024) ⋅ 600.000
Feff = 0,9 ⋅ 0,00026376 ⋅ 600.000
Feff = 142,4 N
Aufgabe 2 – Reduzieren der Kraft
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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.
