Ein Pneumatikzylinder nimmt beim Ausfall der Energieversorgung nicht zwangsläufig einen einzigen, vorhersehbaren Zustand ein. ISO 13850:2015 definiert die Not-Halt-Funktion unabhängig von der Energieart, während ISO 13849-1:2023 für vollständige sicherheitsbezogene Steuerungsfunktionen gilt. Berechnen Sie die in der bewegten Achse verbleibende Energie und prüfen Sie anschließend den installierten Stopp, statt die Abschaltung des Ventils als Sicherheitsnachweis anzusehen (ISO 13850, 2015; ISO 13849-1, 2023).
Diese Unterscheidung ist wichtig, weil der Ausfall der elektrischen Energie, der Verlust der Druckluftversorgung und eine Not-Halt-Anforderung verschiedene Ereignisse sind. Mehrere Reaktionen sind möglich. Je nach Schaltung kann der Zylinder auslaufen, sich unter eingeschlossenem Druck weiterbewegen, entlüften, die Bewegungsrichtung umkehren oder sich durch die Schwerkraft bewegen. Seine Reaktion hängt vom exakten Ventilsymbol, der Federstellung, der Vorsteuerluft, der Lastausrichtung, dem Entlüftungspfad und den mechanischen Halteeinrichtungen ab.
Die Not-Halt-Aufprallkraft bei Energieausfall ist die vorübergehende Reaktionskraft, die beim Abbau der verbleibenden kinetischen, pneumatischen, potenziellen oder Federenergie entsteht. Vorberechnungen können zur Beurteilung der Energie und der mittleren Kraft dienen. Die Spitzenkraft lässt sich ausschließlich aus dem Kraft-Zeit-Verlauf der installierten Anlage bestimmen.
Damit ist die Grenze der Berechnung festgelegt.
Das Wichtigste in Kürze
- ISO 13850:2015 behandelt den Not-Halt als definierte Maschinenfunktion, nicht als Synonym für einen Energieausfall.
- Energie geteilt durch Stoppweg ergibt eine mittlere Kraft, nicht die an die Maschine übertragene Spitzenkraft.
- Validieren Sie die ungünstigste glaubhafte Masse, Geschwindigkeit, Druckhöhe, Ventilstellung, Schwerkraftlast, den Stoppweg und das Wiederanlaufverhalten.
Was bedeutet Energieausfall bei einer pneumatischen Achse tatsächlich?
Festo unterscheidet mindestens 6 relevante pneumatische Reaktionen, darunter sicheres Anhalten 1, sicheres Anhalten 2, sicheres Stoppen und Schließen, sicheres Stoppen und Blockieren, sicher abgeschaltetes Moment und sicherer Betriebshalt. Die Unterschiede zeigen, warum „Energie abschalten“ keine vollständige Spezifikation des Zylinderzustands ist (Festo, sichere Pneumatik, abgerufen am 2026-07-23).
Benennen Sie zunächst das auslösende Ereignis. Beim Ausfall der elektrischen Steuerspannung können Magnetspulen stromlos werden, während die betriebliche Druckluftversorgung bestehen bleibt. Ein Ausfall der Versorgungsleitung beseitigt den Vordruck, lässt jedoch Druckluft in nachgeschalteten Volumen zurück. Eine Not-Halt-Anforderung ist dagegen ein gezieltes Sicherheitssignal, für das die erforderliche Maschinenreaktion bereits definiert sein muss. Bauteilfehler bilden einen weiteren eigenständigen Fall.
| Auslösendes Ereignis | Was sich unmittelbar ändern kann | Möglicherweise verbleibende Energie | Zu prüfende Frage |
|---|---|---|---|
| Ausfall der elektrischen Steuerspannung | Magnetventile kehren zurück, bleiben eingerastet oder verharren in ihrem letzten mechanischen Zustand | Versorgungsdruck, eingeschlossene Kammerluft, Energie der bewegten Last, Schwerkraft | Welche Anschlüsse sind in der stromlosen Stellung verbunden? |
| Ausfall der Druckluftversorgung | Der Eingangsdruck fällt entsprechend Systemvolumen und Leckage ab | Kammerdruck, Speicherenergie, Energie der bewegten Last, Schwerkraft | Schaltet die Vorsteuerstufe noch, und wohin kann eingeschlossene Luft entweichen? |
| Not-Halt-Anforderung | Die Sicherheitslogik befiehlt eine definierte Reaktion | Abhängig von der ausgelegten Sicherheitsfunktion | Muss die Achse entlüften, halten, verzögern oder mehrere dieser Maßnahmen kombinieren? |
| Ventil-, Schlauch- oder Sensorfehler | Ein Kanal oder Strömungspfad kann anders als befohlen reagieren | Auf einer Seite des Antriebs kann Druck bestehen bleiben | Welche Einzelfehler können die erforderliche Reaktion verhindern? |
Das Ereignis muss zuerst eindeutig benannt werden.
Fünfwege-Zweistellungsventile besitzen 5 Anschlüsse und 2 definierte Stellungen. Eine Mittelstellung gibt es nicht. Durch eine dritte Stellung entsteht eine 5/3-Anordnung; „Mittelstellung gesperrt“ beschreibt jedoch weiterhin nur die schematischen Verbindungen. Daraus folgt weder, dass eine vertikale Last gehalten wird, noch dass die Leckage akzeptabel ist oder ein gefährlicher Wiederanlauf verhindert wird. Verwenden Sie die Zeichnung und die Sicherheitsdaten des exakten Modells, nicht lediglich die Bezeichnung der Ventilfamilie. Den grundlegenden Symbolkontext erläutert der Vergleich von 3/2- und 5/2-Wegeventilen.
Die Ventilstellung ist ein Nachweisbaustein, nicht das abschließende Urteil.
Betrachten Sie die Vorgänge rund um eine nominell gesperrte Mittelstellung. Der Schieber erreicht die Mitte möglicherweise nur bei verfügbarem Vorsteuerdruck; ein vorgeschaltetes Rückschlagventil kann diese Vorsteuerluft erhalten, während ein nachgeschaltetes Rückschlagventil unterschiedliche Drücke in den beiden Zylinderkammern einschließt. Eine äußere Last verdichtet dann die eine Kammer, während die andere leckt oder expandiert. Die Position kann driften, obwohl das Symbol keinen offenen Pfad zeigt. Bei einer anderen Maschine könnte das Blockieren der Bewegung eine gefährliche Klemmkraft aufrechterhalten, die vor dem Zugang abgebaut werden muss. Keines dieser Ergebnisse lässt sich allein anhand des Mittelstellungssymbols bewerten. Die Analyse erfordert die vollständige Schaltung, die Leckage- und Schaltangaben des Herstellers, die Lastrichtung, die zulässige Bewegung, den geforderten Druckzustand sowie eine Prüfung der installierten Anlage unter Berücksichtigung des relevanten Fehlers.
Die wichtigste Abgrenzung lautet nicht „Energie ein“ gegenüber „Energie aus“, sondern Energie unter Kontrolle gegenüber Energie, die eine gefährliche Bewegung verursachen kann. Elektrische Spannungslosigkeit bedeutet keine Energietrennung. Druckluft und Schwerkraft können die Achse weiterhin bewegen; Druck darf nur dann sicher aufrechterhalten werden, wenn eine validierte Haltefunktion eine gefährliche Verschiebung verhindert.
Berechnung der Stoppenergie bei Energieausfall
ACE nennt für die meisten Berechnungen industrieller Stoßdämpfer 5 grundlegende Anwendungsdaten: Masse, Aufprallgeschwindigkeit, zusätzliche Antriebskraft, Ereignisse pro Stunde und Anzahl parallel eingesetzter Stoßdämpfer. Anschließend werden Einzelereignisenergie, Stundenenergie und effektive Masse getrennt geprüft (ACE Controls, abgerufen am 2026-07-23).
Energie ist die maßgebliche Auslegungsgröße.
Beginnen Sie mit der translatorischen kinetischen Energie aller Bauteile, die sich mit der Achse bewegen:
Dabei ist die kinetische Energie in Joule, die bewegte Gesamtmasse in Kilogramm und die Geschwindigkeit unmittelbar vor Beginn des Stoppvorgangs in Metern pro Sekunde. Berücksichtigen Sie Kolben oder Schlitten, Werkzeuge, Halterungen, das transportierte Produkt und jeden Mechanismus, dessen Bewegung auf die Zylinderachse zurückwirkt.
Wirken der pneumatische Schub, eine Feder, eine Prozesskraft oder eine andere Antriebskraft über den Stoppweg weiter, ist deren Arbeit einzubeziehen. Für eine ortsabhängige Kraft gilt:
ist die Antriebsarbeit, die Netto-Kraft, die die Last an der Position weiter antreibt, und der wirksame Stoppweg. Ist eine belastbare Näherung mit konstanter Kraft zulässig, verwenden Sie . Setzen Sie nicht automatisch die theoretische Kolbenkraft ein; Kammerdruck und Abgasgegendruck können sich während des gesamten Ereignisses ändern.
Bei einer linearen Achse, die um den Winkel gegenüber der Horizontalen geneigt ist, trägt die Schwerkraft wie folgt bei:
ist positiv, wenn die Schwerkraft die Last in den Anschlag treibt, und negativ, wenn sie der Bewegung entgegenwirkt. Verwenden Sie und dokumentieren Sie das Vorzeichen für jede Bewegungsrichtung.
Die überschlägige Energie eines Ereignisses beträgt:
Eingeschlossene Druckluft kann nichtlinear zusätzliche Arbeit zuführen oder Arbeit aufnehmen, wenn sich Kammerdruck und -volumen ändern. Dieser Effekt kann wesentlich sein. Verwenden Sie in diesem Fall ein validiertes Pneumatikmodell oder gemessene Druck-Positions-Daten statt eines geschätzten „Restdruckanteils“.
Prüfen Sie bei wiederholten Produktionsstopps außerdem die thermische Belastung:
ist die Energie pro Stunde und die Zahl der Stoppereignisse pro Stunde. Eine ausschließlich für Notfälle vorgesehene Einrichtung und ein ständig betätigter Stoßdämpfer können unterschiedliche Belastungsgrenzen haben, selbst wenn die Energie eines Aufpralls identisch ist.
Eine gezielte Erläuterung der Energie bewegter Lasten bietet der Leitfaden zur Berechnung der kinetischen Energie. Für effektive Masse, Rückstellzeit, Temperatur, Montage und Modellauswahl nutzen Sie den Leitfaden zur Auslegung externer Stoßdämpfer.
Mittlere Kraft, Spitzenkraft und Stoppweg
ACE verwendet für seine korrekt eingestellten Industriestoßdämpfer die modellspezifische Näherung für die Reaktionskraft, nicht die allgemeine Beziehung . Dieser Herstellerkoeffizient verdeutlicht, warum Masse und Stoppweg allein die Spitzenkraft an einem beliebigen Zylinder, Puffer, Halter oder Festanschlag nicht bestimmen können (ACE Controls, abgerufen am 2026-07-23).
Der Weg verändert den Mittelwert, nicht den Kurvenverlauf.
Die mittlere energieäquivalente Kraft ist die Ereignisenergie geteilt durch den wirksamen Stoppweg:
ist die mittlere Kraft über den angenommenen wirksamen Weg . Das Ergebnis eignet sich zum Vergleich von Stoppkonzepten. Es berücksichtigt weder den Verlauf der Verzögerungskurve noch Spielaufnahme, Kontaktsteifigkeit, Dichtungsreibung, Schwingungen des Halters, Rückprall oder die Stelle der Kraftmessung.
Ist der tatsächliche Beschleunigungsverlauf verfügbar, trägt die bewegte Masse folgende Trägheitskraft bei:
Die Belastung einer bestimmten Schraube, Führung, Kolbenstange oder Rahmenstrebe kann dennoch abweichen, weil pneumatischer Schub, Schwerkraft, Kinematik und lokale dynamische Reaktion im selben Lastpfad wirken. Verwenden Sie eine geeignete Kraftmessdose, einen Beschleunigungs- oder Drucksensor beziehungsweise ein validiertes dynamisches Modell, wenn eine strukturelle Spitzengrenze entscheidend ist.
Eine mittlere Kraft kann einen Halter nicht freigeben.
Führen Sie auf dem Berechnungsblatt zwei Grenzen und behandeln Sie sie getrennt. An der Energiegrenze bestimmen Sie, welche Energie die Stoppeinrichtung aufnehmen muss. An der Strukturgrenze verfolgen Sie den Reaktionspfad und identifizieren das Bauteil, dessen Spitzenlast zu prüfen ist. Das Bestehen der ersten Grenze bedeutet nicht automatisch, dass auch die zweite eingehalten wird.
Rechenbeispiel: Welche Aussage erlaubt eine bewegte Last von 30 kg?
Für die Ermittlung der anfänglichen kinetischen Energie benötigt die Arbeits-Energie-Analyse lediglich die gemessene Masse und Aufprallgeschwindigkeit; zur Abschätzung der mittleren Kraft ist dennoch ein definierter Stopp erforderlich. ACE behandelt deshalb Aufprallgeschwindigkeit, Antriebskraft, Hub und Zyklusrate als getrennte Anwendungsdaten, statt sie in einem einzigen Stoßfaktor zu verbergen (ACE Controls, abgerufen am 2026-07-23).
Dieses Beispiel ist bewusst klar abgegrenzt.
Betrachten Sie einen horizontalen Schlitten mit folgenden gemessenen oder spezifizierten Eingaben:
| Eingabe | Wert | Abgrenzung |
|---|---|---|
| Bewegte Gesamtmasse, | 30 kg | Umfasst Schlitten, Werkzeug und Produkt |
| Geschwindigkeit vor dem Stopp, | 1.5 m/s | Nahe am Anschlag gemessen |
| Arbeit der Schwerkraft | 0 J | Horizontale Achse |
| Weiterwirkende Antriebsarbeit | 0 J für diese Vorauswahl | Annahme: Der Antrieb schiebt die Last nicht weiter |
Berechnen Sie die kinetische Energie:
Vergleichen Sie nun drei angenommene Stoppwege. Es handelt sich um Konzeptvergleiche, nicht um Produktkennwerte:
| Angenommener wirksamer Stoppweg | Mittlere energieäquivalente Kraft | Aussage des Ergebnisses |
|---|---|---|
| Vorläufiger Mittelwert für einen kontrollierten Stopp über den gesamten Weg | ||
| Der kürzere Weg erhöht den Mittelwert, obwohl die Energie unverändert bleibt | ||
| Überschlägiger Mittelwert für einen sehr kurzen Stopp, keine Vorhersage der Spitzenkraft |
Bei 5 mm Stoppweg ist der Mittelwert 8-mal so hoch wie im 40-mm-Fall, weil die Kraft unter diesen Annahmen umgekehrt proportional zum Weg ist. Daraus folgt nicht, dass an der Maschine eine Spitzenkraft von 6.750 N auftritt. Ein harter Kontakt kann eine höhere kurzzeitige Spitze erzeugen, während ein abgestimmter Stoßdämpfer einen eigenen Reaktionsverlauf und eigene Kataloggrenzen besitzt.
Schiebt der Zylinder über einen Stoppweg von 25 mm mit 600 N weiter, kommt folgende Arbeit hinzu:
Beide Terme ergeben zusammen 48.75 J; der zugehörige Mittelwert über 25 mm beträgt 1.950 N. Deshalb muss eine Prüfung des Energieausfalls klären, ob der Schub während des Stoppintervalls tatsächlich verschwindet, abfällt, sich umkehrt oder eingeschlossen bleibt.
Die umfassendere Abgrenzung zwischen mittlerer Kraft und Spitzenkraft am Hubende finden Sie im Leitfaden zu Kräften am Hubende.
Welche Stoppstrategie passt zur Gefährdung?
ISO 12100:2010 liefert das Verfahren zur Risikobeurteilung und Risikominderung an Maschinen, während ISO 13849-1:2023 ein Verfahren zur Auslegung sicherheitsbezogener Steuerungsfunktionen über elektrische, hydraulische, pneumatische, mechanische und softwarebasierte Technologien hinweg bereitstellt. Keine der beiden Normen schreibt eine universelle Ventilanordnung für jeden Zylinder vor (ISO 12100, 2010; ISO 13849-1, 2023).
Definieren Sie das gefährliche Ereignis und den erforderlichen Zustand, bevor Sie Komponenten auswählen. „Den Zylinder sicher stoppen“ ist zu ungenau. Legen Sie stattdessen Auslöser, Bewegungsrichtung, maximal zulässigen Weg, Stoppzeit, endgültigen Druck- oder Haltezustand, Reaktion auf einen relevanten Fehler und Rücksetzverhalten fest.
| Gefährdungssituation | Mögliches Reaktionskonzept | Zu verifizieren |
|---|---|---|
| Ein horizontaler Schlitten kann eine Person treffen | Kontrollierte Verzögerung mit anschließender Entlüftung oder Blockierung | Stoppzeit, Weg, Kraft oder Geschwindigkeit an der Gefahrenstelle und Wiederanlaufsperre |
| Eine vertikale Last kann bei Druckabbau herabfallen | Kontrollierter Stopp plus validierte Bremse, Kolbenstangenklemme oder mechanische Abstützung | Haltekraft, Eingriffsposition, Diagnoseverhalten, Leckage und Lastdrift |
| Eingeschlossener Druck ist selbst gefährlich | Zuerst Bewegung stoppen, danach die definierte Zone entlüften und den Druck überwachen | Restdruck, Entlüftungszeit, Einschränkungen durch Schalldämpfer und Zugangsbedingungen |
| Das Produkt muss nach einem Stopp gespannt bleiben | Druck nur aufrechterhalten, soweit die Risikobeurteilung dies zulässt | Druckabfall, Leckage von Rückschlagventilen, unabhängige Rückhaltung und Fehlerreaktion |
| Die gespeicherte Bewegungsenergie übersteigt den Kennwert der Zylinder-Endlagendämpfung | Einen korrekt ausgelegten externen Stoßdämpfer oder eine andere kontrollierte Stoppeinrichtung ergänzen | Ereignisenergie, Stundenenergie, effektive Masse, Geschwindigkeit, Hub, Reaktionskraft und Montage |
Die Gefährdung bestimmt die Funktion.
Die Funktionen unterscheiden sich. Die Definitionen von Festo verdeutlichen die möglichen Abläufe. SS1 verzögert den Antrieb und baut anschließend den Kammerdruck ab. SS2 verzögert ihn und hält Druck aufrecht, um den Stillstandszustand zu bewahren. SSC schließt einen Energiepfad und nutzt gespeicherte Energie zum Erreichen des Stillstands, während SSB den Stopp mit einer Blockierung kombiniert. Diese Beschreibungen belegen nicht, dass ein einzelnes Standardventil den geforderten Performance Level erreicht.
Für vertikale Achsen lesen Sie den Sicherheitsleitfaden zu Kolbenstangenklemmen. Die vollständige sicherheitsbezogene Steuerungskette behandelt der Leitfaden zu pneumatischen Sicherheitskreisen nach ISO 13849.
Wie ist der installierte Not-Halt zu verifizieren?
ISO 13849-1:2023 gilt für die Integration der vollständigen sicherheitsbezogenen Steuerungsfunktion und schreibt ausdrücklich weder die erforderliche Sicherheitsfunktion noch den PLr für eine bestimmte Maschine vor. Die Verifizierung muss deshalb den installierten Eingang, die Logik, den pneumatischen Ausgang, den Antrieb, die Last und die mechanische Reaktion abdecken, nicht nur ein Ventilzertifikat (ISO 13849-1, 2023).
Akzeptanzgrenzen gehören in den Prüfplan.
Erstellen Sie eine Prüfmatrix, bevor Sie die Hardware ändern. Berücksichtigen Sie die schwerste und leichteste Nutzlast, die höchste glaubhafte Annäherungsgeschwindigkeit, beide Bewegungsrichtungen, Höchst- und Mindestdruck, normale und ungünstige Temperaturen, relevante Ventil- oder Sensorfehler sowie jede in der Risikobeurteilung identifizierte Form des Energieausfalls.
Messen Sie die Größen, mit denen sich die Sicherheitsanforderung beantworten lässt:
- Geschwindigkeit vor der Anforderung: Erfassen Sie die Geschwindigkeit an der Stelle, an der der Stopp beginnt, nicht nur die mittlere Hubgeschwindigkeit. Die Abtastrate muss hoch genug sein, damit die letzte Annäherungsphase nicht geglättet wird.
- Stoppzeit und Stoppweg: Messen Sie ab der Sicherheitsanforderung und getrennt davon ab der Änderung des pneumatischen Ausgangs.
- Druck an beiden Zylinderanschlüssen: Erfassen Sie, ob der Schub während des Stopps bestehen bleibt, sich umkehrt oder abfällt. Synchronisieren Sie beide Druckkanäle mit der Position, damit die pneumatische Arbeit zur Bewegung in Beziehung gesetzt werden kann.
- Beschleunigung oder Reaktionskraft: Verwenden Sie eine ausreichende Messbandbreite, um bei maßgeblicher Spitzenlast den transienten Verlauf zu erfassen.
- Endposition und Drift: Beobachten Sie Rückprall, Setzbewegung, leckagebedingte Bewegung, schwerkraftbedingte Bewegung und den Zustand nach Ablauf der festgelegten Haltezeit.
- Restdruck: Bestätigen Sie den Druckzustand vor Zugang oder Wartung, einschließlich isolierter Zweige, die vom Hauptmanometer nicht überwacht werden.
- Rücksetzen und Wiederanlauf: Prüfen Sie, dass die Wiederkehr von Strom oder Druckluft keine gefährliche Bewegung auslöst.
Nach unserer Erfahrung bei der Prüfung von Anwendungen lässt sich ein schwaches Stoppkonzept am schnellsten erkennen, wenn der Schaltplan neben synchronisierten Kurven für Position, beide Kammerdrücke und den Sicherheitsbefehl liegt. Schaltpläne sagen den beabsichtigten Zustand voraus. Die synchronisierten Messkurven zeigen, ob reale Ventilschaltzeiten, Drosselstellen, Leckagen und Mechanik diesen Zustand tatsächlich erzeugen.
Prüfen Sie den Fehler, nicht nur den Befehl.
Richten Sie bei der Verifizierung alle Messkurven auf einer gemeinsamen Zeitbasis aus und bewahren Sie die ursprüngliche Abtastrate auf. Markieren Sie den Übergang am Sicherheitseingang, den Übergang am Logikausgang, die Ventilstellungsanzeige, den Beginn der Verzögerung, den Stillstand und jede spätere Drift. Vergleichen Sie diese Zeitpunkte mit der festgelegten Reaktionsgrenze. Untersuchen Sie anschließend den Druck in Abhängigkeit von der Position, denn ein fallender Anschlussdruck beweist nicht, dass die Kraft verschwunden ist, wenn die gegenüberliegende Kammer oder die Schwerkraft die Last weiter antreibt. Wiederholen Sie die Prüfung, bis die normale Streuung verstanden ist; leiten Sie aus einer kleinen Stichprobe jedoch keine allgemeingültige statistische Zusage ab. Der Abnahmenachweis muss Nutzlast, Rezept, Reglereinstellung, Temperatur, Komponentenrevisionen, Sensorbereiche, Abtasteinstellungen und Prüfrückhaltungen nennen, damit ein anderer Ingenieur das Ergebnis nach einer Wartung reproduzieren kann.
Erzeugen Sie keine Fehler an einer ungeschützten Produktionsmaschine. Planen Sie die Prüfung. Fehlerprüfungen erfordern gesicherten Zugang, zurückgehaltene Lasten, geeignete Messtechnik und einen verantwortlichen Maschinensicherheitsexperten. Dokumentieren Sie exakte Komponentenmodelle und Einstellungen, damit das Wartungspersonal die Abnahmeprüfung nach einer Änderung wiederholen kann.
Welche Not-Halt-Abkürzungen führen zu mangelhaften Konstruktionen?
ISO 4414:2010 behandelt wesentliche Gefährdungen über Konstruktion, Bau, Änderung, Installation, Einstellung, Betrieb und Instandhaltung pneumatischer Systeme hinweg. Dieser Lebenszyklusumfang reicht weiter als die Auswahl eines Ventils oder die Multiplikation einer berechneten Kraft mit einem pauschalen Zuschlag (ISO 4414, 2010).
An Schnittstellen versagen vereinfachte Annahmen.
An Schnittstellen werden plausible Komponentenannahmen zu unsicherem Maschinenverhalten. Prüfen Sie jede Übergabe. Ein Ventil kann innerhalb seiner Katalogzeit schalten, während lange Leitungen die Reaktion der Kammer verzögern. Eine Kolbenstangenklemme kann ihre axiale Nennlast halten, während eine nachgiebige Montage eine Querlast einleitet. Ein Druckschalter kann melden, dass die Ventilinsel entlüftet ist, obwohl ein isoliertes Antriebsvolumen unter Druck bleibt. Ein Stoßdämpfer kann seine Joule-Grenze je Ereignis einhalten, bei der tatsächlichen Ereignisrate jedoch überhitzen oder die Reaktion in einen unterdimensionierten Halter übertragen. Betrachten Sie elektrische Logik, pneumatische Strömung, Antriebsmechanik, externe Stoppeinrichtungen, Struktur, Sensorik und Bedienerzugang als eine Kette. Der Abnahmenachweis muss dem vollständigen Energiepfad folgen und darf nicht an der Grenze der zugekauften Komponente enden.
Vermeiden Sie folgende Abkürzungen:
| Abkürzung | Warum sie versagt | Bessere technische Maßnahme |
|---|---|---|
| „Alle Anschlüsse gesperrt bedeutet sicher“ | Luftkompressibilität, Leckage, Schwerkraft und äußere Kräfte können die Achse weiterhin bewegen | Zulässige Bewegung definieren und Druck, Drift sowie Halteverhalten prüfen |
| „Beide Kammern zu entlüften ist immer am sichersten“ | Eine vertikale oder antreibende Last kann fallen oder beschleunigen, wenn der Stützdruck entfällt | Eine anhand der Gefährdung validierte Halte- oder Blockiermaßnahme vorsehen |
| „Ein Zuschlag von 40% macht aus der mittleren Kraft die Spitzenkraft“ | Ein willkürlicher Faktor kann den Kraft-Zeit-Verlauf nicht rekonstruieren | Spitzenreaktion messen oder Hersteller-Reaktionsdaten mit einem validierten Modell verwenden |
| „Eine flexible Montage vermindert den Aufprall“ | Unkontrollierte Rahmennachgiebigkeit verändert die Ausrichtung und überträgt ungewisse Lasten an andere Stellen | Einen bemessenen Energieabsorber in einem strukturell geprüften Lastpfad einsetzen |
| „Eine USV garantiert einen kontrollierten Stopp“ | Eine Ersatzstromversorgung ist nur nützlich, wenn Sicherheitsfunktion, Diagnose, Fehlerarten und Kapazität validiert sind | Die Energiequelle als ein Teilsystem der vollständigen Sicherheitsfunktion behandeln |
| „Die Zylinder-Endlagendämpfung beherrscht jeden Ausfall“ | Die Dämpfungswirkung hängt von Eintrittsgeschwindigkeit, Druck, Entlüftungspfad, Einstellung und exaktem Zylinderkennwert ab | Ungünstigste Stoppenergie mit modellspezifischen Dämpfungsdaten vergleichen und prüfen |
| „Ein Sicherheitsventil macht die Maschine konform“ | Die erreichte Sicherheitsleistung gehört zur vollständigen Funktion | Eingang, Logik, Ausgang, Antriebsreaktion, Diagnose und Fehler gemeinsam validieren |
Interne pneumatische Endlagendämpfungen bleiben für die reguläre Verzögerung am Hubende sinnvoll. Ihre Anwesenheit belegt jedoch nicht den abnormalen Stopp. Der Leitfaden zur pneumatischen Endlagendämpfung bei hoher Geschwindigkeit erläutert, warum die Eintrittsgeschwindigkeit und der tatsächliche Entlüftungspfad geprüft werden müssen.
Checkliste zur Validierung des Not-Halts
ISO 13850:2015 definiert funktionale Anforderungen an die Not-Halt-Funktion, stellt jedoch nicht allein die Konstruktion für Bremsen, Abschirmen, Trennen oder Begrenzen der Bewegung bereit. Verbinden Sie die funktionalen Anforderungen mit der Risikobeurteilung der Maschine, den pneumatischen Sicherheitsregeln und der für die Anwendung geeigneten Validierung des Steuerungssystems (ISO 13850, 2015).
Konfigurationskontrolle schließt den Regelkreis.
Bestätigen Sie vor Freigabe der Maschine, dass die Dokumentation Folgendes enthält:
| Erforderlicher Nachweis | Akzeptanzbeleg |
|---|---|
| Auslösende Ereignisse | Getrennte Definitionen für Ausfall der elektrischen Energie, Ausfall der Druckluftversorgung, Not-Halt-Anforderung und relevante Bauteilfehler |
| Sicherer Zustand | Erforderlicher Druck-, Bewegungs-, Halte- und Zugangszustand für jede gefährliche Achse oder Zone |
| Schaltungsidentität | Exakte Ventilsymbole, stromlose Stellungen, Vorsteuerquellen, Rückschlagventile, Drosselstellen und Entlüftungspfade |
| Bewegungsdaten | Gesamte bewegte Masse und unmittelbar vor dem Stopp gemessene Geschwindigkeit |
| Energiearbeitsblatt | Kinetische, antreibende und schwerkraftbedingte Terme mit Einheiten, Richtungen, Quellen und Annahmen |
| Gerätegrenzen | Daten des exakten Dämpfungs-, Puffer-, Brems-, Klemm- oder Stoßdämpfermodells für die installierte Belastung |
| Strukturgrenze | Lastpfad und gemessener oder validierter Nachweis der Spitzenlast, soweit erforderlich |
| Stoppprüfung | Zeit, Weg, Kammerdrücke, Rückprall, Endposition, Drift und Wiederholbarkeit |
| Fehlerreaktion | Verhalten bei relevanten Einzelfehlern, Diagnosezeit und Nachweis der erreichten Sicherheitsleistung |
| Wiederanlaufsteuerung | Bewusstes Rücksetzen, Verhinderung eines unerwarteten Wiederanlaufs und definierte Auslöser für eine erneute Prüfung nach Änderungen |
Berechnen und prüfen Sie erneut, wenn sich Nutzlast, Geschwindigkeit, Druck, Leitungen, Ventil, Zylinder, Stoßdämpfer, Montage, Steuerungszeit oder Maschinengeometrie ändern. Ohne Konfigurationskontrolle wird das Berechnungsblatt unzuverlässig, sobald der installierte Stopp vom dokumentierten Zustand abweicht.
FAQ zum Not-Halt bei Energieausfall: Was müssen Ingenieure prüfen?
ACE verwendet vor der Auswahl eines Industriestoßdämpfers mindestens 5 Anwendungsdaten, und ISO 13849-1:2023 bewertet eine vollständige sicherheitsbezogene Steuerungsfunktion statt einer einzelnen Komponente. Die folgenden Fragen grenzen überschlägige Energieberechnungen von Ventilzustandsanalyse, Strukturprüfung und Prüfung an der installierten Maschine ab (ACE Controls, abgerufen am 2026-07-23; ISO 13849-1, 2023).
Verliert ein Pneumatikzylinder bei Ausfall der elektrischen Energie sofort seine gesamte Kraft?
Nein. Ein Ausfall der elektrischen Energie kann die Stellung eines Magnetventils ändern, während Versorgungsdruck und eingeschlossene Kammerdrücke bestehen bleiben. Die resultierende Bewegung hängt von den 2 oder 3 Ventilstellungen, der Federrückstellung, der Vorsteuerquelle, den Anschlussverbindungen, Rückschlagventilen, Leckagen und der Last ab. Messen Sie während des definierten Fehlerfalls beide Kammerdrücke und die Bewegung.
Ergibt Energie geteilt durch den Stoppweg die maximale Aufprallkraft?
Nein. Energie geteilt durch den wirksamen Stoppweg ergibt unter den angegebenen Annahmen eine mittlere energieäquivalente Kraft. Die Spitzenkraft hängt vom Kraft-Zeit-Verlauf und vom Lastpfad ab. Im 30-kg-Beispiel ergeben 5 mm eine mittlere Kraft von 6.750 N, keine verifizierte Spitzenkraft.
Soll ein Stopp bei Energieausfall den Zylinder entlüften oder Druck einschließen?
Keine der beiden Reaktionen ist allgemein richtig. Sie hängt von der Gefährdung ab. Festo unterscheidet SS1, bei dem nach dem Stillsetzen drucklos geschaltet wird, von SS2, bei dem nach dem Stillsetzen Druck aufrechterhalten wird. Vertikale Lasten können eine Blockierung erfordern, während eingeschlossener Druck bei einer anderen Maschine selbst die Gefährdung darstellen kann. Leiten Sie die Reaktion aus der Risikobeurteilung ab und prüfen Sie den installierten Schaltkreis.
Wann ist ein externer Stoßdämpfer erforderlich?
Verwenden Sie einen externen Stoßdämpfer, wenn die gewählte Zylinder-Endlagendämpfung oder eine andere Stoppeinrichtung die glaubhafte Ereignisenergie, Geschwindigkeit, effektive Masse oder Belastung nicht aufnehmen kann. Für die Auswahl reicht der Joule-Wert allein nicht aus. ACE prüft Einzelereignisenergie, Energie pro Stunde, effektive Masse, Hub und Aufprallgeschwindigkeit; anschließend sind Montage und Verhalten an der installierten Maschine zu verifizieren.
Welche Messgrößen gehören in eine Abnahmeprüfung des Not-Halts?
Erfassen Sie mindestens 7 Ergebnisgruppen: Geschwindigkeit vor der Anforderung, Stoppzeit, Stoppweg, beide Kammerdrücke, bei Bedarf Beschleunigung oder Reaktionskraft, Endposition oder Drift sowie das Wiederanlaufverhalten. Prüfen Sie die ungünstigsten glaubhaften Konfigurationen und relevanten Fehler. Vergleichen Sie jedes Ergebnis mit einem schriftlich festgelegten Grenzwert der Sicherheitsfunktion, nicht mit einer subjektiven Beurteilung als „sanfter Stopp“.
Quellen und technische Referenzen
ISO 13850:2015, Not-Halt-Funktion und energieunabhängige Konstruktionsgrundsätze
ISO 12100:2010, Risikobeurteilung und Verfahren zur Risikominderung an Maschinen
Festo, pneumatische Sicherheits-Teilfunktionen einschließlich SS1, SS2, SSC, SSB, STO und SOS