Widerstandbeschaltung nach NAMUR

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Im folgenden Blog-Beitrag werden die technischen Grundlagen einer Widerstandbeschaltung nach NAMUR beschrieben.

Die mechanischen SUCO Druckschalter mit integriertem Stecker haben sich in den letzten Jahren als feste Größe innerhalb der Fluid- und Hydraulikbranche etabliert. Neben den zahlreichen, kundenspezifischen Stecker- und Gewindeoptionen stellt vor allem die hohe IP-Schutzklasse (IP67 bis IP6K9K) einen Vorteil gegenüber konventionellen Druckschaltern dar.

Unter der Bezeichnung Druckschalter PLUS bietet SUCO bereits die 2. Generation integrierter Druckschalter an. Das PLUS steht für optionale, elektronische Zusatzfunktionen, die je nach Kunde oder Anwendung integriert werden können. Beispiele hierfür sind eine NAMUR-Diagnosefunktion, Schutzfunktion mittels Varistor, Heiß- oder Kaltleiter oder eine LED-Schaltzustandsanzeige.

In der Ausführung mit Widerstandsbeschaltung nach NAMUR bietet die PLUS-Serie eine zusätzliche Diagnosefunktion („Fail-safe“) mit Kurzschluss- und Kabelbrucherkennung an, die insbesondere für sicherheitskritische Systeme wie z. B. Bremsanlagen, hydrostatische Lenksysteme, Feuer-Löschsysteme oder automatisierte Regel- und Stellventile interessant ist.

 

SUCO Druckschalter PLUS NAMUR

Gemäß DIN EN 60947-5-6 (VDE 0660 Teil 212) wird als NAMUR ein Schaltkontakt mit zwei Widerständen bezeichnet, der als Öffner oder Schließer agieren kann. Die zusätzliche Beschaltung ermöglicht es, neben den Zuständen ein- (AN) und ausgeschaltet (AUS) zusätzlich auch einen Leitungsbruch oder Kurzschluss im Stromkreis abzufragen. Typische Stromschwellen nach NAMUR sind 1,2 mA für den Auszustand und 2,1 mA für den Einzustand.

SUCO Druckschalter PLUS NAMUR sind potentialfrei und werden direkt über den Messstromkreis (Betriebsstrom IB) gespeist. Die spannungsführenden Teilen sind galvanisch vom Gehäuse getrennt, es besteht keine elektrische Verbindung zwischen Schaltkontakt und Gehäuse. Durch die Widerstandsbeschaltung liegt am Ausgang des Druckschalters dauerhaft ein Strompegel an, unabhängig davon, ob der Kontakt betätigt oder nicht betätigt ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Ruhestromprinzip.

Im Falle eines Leitungsbruchs oder abgezogenen Steckers wird der Stromkreis unterbrochen und tritt aus dem NAMUR-Bereich nach unten aus. Der Strom beträgt 0 mA bei einem unendlich großen Widerstandswert. Entsteht an der Leitung oder dem Stecker ein Kurzschluss, steigt die Stromstärke deutlich über den NAMUR-Bereich an, da sich im Stromkreis nur noch ein sehr kleiner Widerstand befindet.

Diese vier Stromwerte können nunmehr als vier verschiedene Schaltzustände über eine geeignete Auswerteeinheit ausgelesen werden. Für einen NAMUR-konformen Betrieb ist eine Betriebsspannung von 8,2 ±0,1 VDC vorzusehen. Die Realisierung der Stromschwelle von 1,2 mA wird mit einem Widerstand von 11 kΩ bei offenem Schaltkontakt erreicht. Wird der Schaltkontakt geschlossen, beträgt der resultierende Widerstand 1 kΩ, wodurch die Stromschwelle mit 2,1 mA sicher überschritten wird.


Fail-safe

Durch die besondere Beschaltung des SUCO Druckschalter PLUS NAMUR kann ein sogenanntes Fail-safe-System realisiert werden. Sobald die Auswerteeinheit am Ausgang einen Betriebs- bzw. Messstrom von 0 mA misst, geht das System in den sicheren Zustand „AUS“.

Gemäß DIN VDE 0660, Teil 209 bezeichnet Fail-safe (zu Dt.: signaltechnisch sicher) die Fähigkeit eines Systems, beim Auftreten eines Ausfalls im sicheren Zustand zu bleiben oder unmittelbar in einen anderen sicheren Zustand überzugehen. Nach der DIN VDE 0660, Teil 209 ist der gesicherte Zustand des Systems dann erreicht, wenn am Ausgangskontakt ein Ausschaltbefehl ansteht, d. h. der Steuerstromkreis unterbrochen ist.


Anwendungen


Drucküberwachungsgeräte für sicherheitsrelevante Anwendungen müssen zuverlässig arbeiten und nach den jeweils relevanten Richtlinien geprüft sein. Mechanische Druckschalter werden zu einem Großteil in sicherheitsrelevanten Industrieanwendungen (z. B. Prozessüberwachung, Verfahrens-technik) und in Systemen der Mobilhydraulik verbaut, die sicherheitskritische Funktionalitäten überwachen (z. B. hydraulische Lenk- oder Bremssysteme).

In beiden Fällen kann ein Ausfall des Systems oder eine Fehlfunktion gesundheitlichen oder finanziellen Schaden anrichten und im schlimmsten Falle lebensgefährlich für den Bediener einer Anlage / Maschine sein. Die Notwendigkeit einer sicheren und zuverlässigen Zustandsüberwachung hat daher höchste Priorität.

Hydrostatisches Lenk- / Bremssystem

In landwirtschaftlichen Maschinen wie bspw. Traktoren ermöglicht ein mechanischer Druckschalter die Mindestdrucküberwachung eines hydrostatischen Lenksystems. Erst wenn der sichere Betriebsdruck erreicht ist, signalisiert der Druckschalter dem Steuergerät den Gutzustand und der Traktor ist fahrbereit.

Um in so einer Anwendung ein Minimum an Sicherheit im Regelbetrieb zu gewährleisten, ist das Ruhestromprinzip vorzusehen und hierfür ein Öffnerkontakt (NC, normally closed) für den Druckschalter auszuwählen. Solange durch einen fehlenden oder zu niedrigen Druck der Öffner geschlossen ist, also im Stromkreis ein Strom fließt – ein Signal anliegt, wird das Getriebe nicht freigegeben.

Ist der Betriebsdruck erreicht, der Öffnerkontakt geöffnet und damit der Stromkreis unterbrochen – also kein Signal, wird das Getriebe freigegeben und es ist sicher zu fahren.

Der Zustand "kein Signal" signalisiert also, das System hat genügend Druck - alles ist in Ordnung. Wenn jedoch das Anschlusskabel zum Druckschalter lose oder gebrochen ist oder ein Stecker abgezogen wurde, kann das Steuergerät dies nicht erkennen und meldet weiterhin Fahrbereitschaft - eine gefährliche Situation entsteht.

An dieser Stelle kann ein Druckschalter PLUS NAMUR seine Vorteile ausspielen. Während mit einem konventionellen Druckschalter nur zwei Zustände gemessen bzw. interpretiert werden können, bietet der Druckschalter PLUS zwei Zusätzliche Zustandsmessungen und dadurch ein PLUS an Sicherheit. Zufällige Fehler und Manipulationen lassen sich damit erkennen und die Maschine kann in einen, dem erkannten Fehler entsprechenden, sicheren Zustand gebracht werden.

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DS PLUS NAMUR