Was bedeutet „Sicherheitskreis“ und wie wichtig ist er für Servopressen?
— Effizientes Not-Halt-Design: Zuverlässiges Stillsetzen mit der JP5-Standardsteuerung

Dieser Artikel vermittelt die Grundlagen zur Funktionsweise von Sicherheitskreisen und erläutert das bei Servomotoren gängige Sicherheitskonzept STO (Safe Torque Off). Zudem betrachten wir wichtige Vorsichtsmaßnahmen beim Rücksetzen nach einem Not-Halt sowie die tragende Rolle von Redundanz und Sicherheitsrelais. Abschließend zeigen wir die Vorteile der Janome JP5-Serien-Standardsteuerung (Unit-Typ) mit bereits integriertem Sicherheitskreis auf.

Die Kernaufgabe: Antriebsleistung im Notfall sicher trennen

Das Prinzip hinter einem Sicherheitskreis ist denkbar einfach, aber lebenswichtig: Wird der Not-Halt gedrückt, sorgt die Schaltung dafür, dass der Motor kein Drehmoment mehr erzeugen kann. Gefährliche Maschinenbewegungen werden so sofort unterbunden.
Gerade beim Einsatz von elektrischen Pressen ist ein zuverlässiger Stopp geschäftskritisch. Die Erhöhung der Zuverlässigkeit dieses Sicherheitskreises hat daher bei der Konstruktion oberste Priorität.

Redundanz und Fehlererkennung als Basis für Elektropressen

Um die Zuverlässigkeit des Sicherheitskreises bei Hochrisikomaschinen maßgeblich zu erhöhen, sind in der Praxis zwei Maßnahmen Standard:

• Redundante (zweikanalige) Auslegung der Sicherheitskreise.
• Einsatz eines Sicherheitsrelais zur kontinuierlichen Fehlererkennung (Überwachung / Diagnose).

Durch die Redundanz wird das System einfehlersicher ausgelegt: Fällt ein einzelnes Bauteil aus, bleibt die übergeordnete Sicherheitsfunktion dennoch voll wirksam und die Maschine wird weiterhin sicher stillgesetzt.

Bei Servomotoren: Abschalten über STO (Safe Torque Off)

Bei modernen Servomotoren wird das zuverlässige Stillsetzen über die Sicherheitsfunktion STO (Safe Torque Off) realisiert. Statt die Netzeinspeisung des Reglers hart zu trennen, schaltet STO die Energiezufuhr zu den Motorwicklungen direkt in der Leistungsendstufe elektronisch und sicher ab.
Der Motor wird sofort drehmomentfrei geschaltet, wodurch ein ungewollter Wiederanlauf physikalisch unmöglich ist. Da kein mechanisches Schütz unter Last abfällt, arbeitet dieses Verfahren komplett verschleißfrei und verkürzt die Wiederanlaufzeiten nach dem Entriegeln drastisch.

Grundlegende Funktionsweise eines Sicherheitskreises (Prinzip-Schaltbild lesen)

Zur Veranschaulichung betrachten wir eine Schaltung, die keine Redundanz aufweist und statt eines zertifizierten Sicherheitsrelais ein einfaches Hilfsrelais nutzt. Der Ablauf stellt sich wie folgt dar:

• Not-Halt-Befehlsgerät betätigen: Der Bediener löst den Not-Halt aus.
• Kontakt öffnet: Die Stromzufuhr zur Relaisspule wird mechanisch unterbrochen.
• Relais schaltet ab: Die Kontakte des Hilfsrelais fallen ab (AUS).
• STO wird aktiviert: Das Signal am STO-Eingang des Servoverstärkers bricht ab, wodurch die Antriebsleistung des Servomotors sicher weggeschaltet wird.

Dies beschreibt die grundlegende, rein funktionale Arbeitsweise einer Abschaltschaltung.

Entscheidendes Reset-Design: Kein automatischer Wiederanlauf nach dem Entriegeln

Beim Rücksetzen des Systems nach einem Not-Halt ist höchste Sorgfalt geboten. Es muss zwingend vorab visuell oder technisch bestätigt werden, dass die Gefährdung im Arbeitsraum vollständig beseitigt wurde. Für das Schaltungsdesign sind dabei folgende Kernpunkte normativ vorgeschrieben:

• Kein automatischer Reset: Das bloße Entriegeln des Not-Halt-Befehlsgeräts (z. B. durch Drehen oder Ziehen) darf keinesfalls den Sicherheitskreis automatisch zurücksetzen.
• Unabhängige Quittierung: Die Wiederherstellung der Antriebsleistung muss zwingend an eine separate, bewusste und unabhängige Handlung des Bedieners (z. B. einen dedizierten Reset-Taster) gebunden sein.
• Strikte Trennung vom Startbefehl: Die Reset-Funktion darf unter keinen Umständen mit dem eigentlichen Zyklus-Startbefehl der Maschine kombiniert werden.

Fazit für das Schaltungsdesign: Die Sicherheitssteuerung muss so ausgelegt sein, dass die Gleichung „Not-Halt entriegeln = sofortiger Wiederanlauf der Maschine“ technisch unmöglich ist.

Schaltungstechnische Umsetzung: Das Reset-Design mit Selbsthaltung

Bei dieser Schaltungsvariante wird sichergestellt, dass das Lösen des Not-Halt-Befehlsgeräts die Antriebsleistung nicht automatisch wieder einschaltet. Die Aktivierung der Leistungsstufe erfolgt stattdessen erst durch das bewusste Betätigen des Tasters „Antriebsleistung EIN“. Das Schaltungsdesign basiert auf folgenden Kernpunkten:

• Sichere Verknüpfung: Die Relaisspule ist in Reihe über den Taster „Antriebsleistung EIN“ und den TOFB-Ausgang (Torque Off Feedback) des Servoverstärkers mit der 24-VDC-Spannungsversorgung verbunden.
• Statusüberwachung per TOFB: Der TOFB-Ausgang schaltet nur dann aktiv EIN, wenn der Servoantrieb fehlerfrei arbeitet und die Antriebsleistung (STO) aktuell sicher abgeschaltet ist.
• Einschaltbedingung: Befindet sich der Antrieb in einem betriebsbereiten Zustand und wird der Taster „Antriebsleistung EIN“ gedrückt, fließt Strom durch die Relaisspule.

Aktivierung der Selbsthaltung: Sobald das Relais anzieht, schließt dessen dritter Kontakt (Hilfskontakt). Dieser überbrückt den Einschalttaster und hält den Stromfluss zur Spule auch nach dem Loslassen des Tasters dauerhaft aufrecht.

Redundanz in der Praxis: Einfehlersicherheit für höchste Zuverlässigkeit

Reale Sicherheitskreise lassen keinen Raum für Single-Point-of-Failure-Risiken. Deshalb wird die Redundanz auf allen Ebenen umgesetzt:

• Die Erfassung: Der Not-Halt-Schalter besitzt zwei voneinander unabhängige Kontakte.
• Die Verarbeitung: Das Signal wird über redundante Relais oder ein dediziertes Sicherheitsrelais geführt.
• Das Schutzziel: Fällt eine Komponente aus, bleibt die Sicherheitsfunktion über den zweiten Kanal voll aktiv.

Das System bleibt somit selbst beim Defekt eines Einzelbauteils absolut verlässlich.

Das Sicherheitsrelais: Maximale Sicherheit bei minimalem Verdrahtungsaufwand

In der Praxis ist der Einsatz eines dedizierten Sicherheitsrelais äußerst vorteilhaft, da es alle für einen normkonformen Sicherheitskreis erforderlichen Funktionen – einschließlich einer integrierten, redundanten Selbsthalteschaltung – kompakt in einem Gerät bereitstellt.
Durch diese konsequente Funktionsbündelung lässt sich die Schaltungslogik wesentlich einfacher realisieren. Die ursprüngliche Designabsicht des Konstrukteurs wird im Schaltplan sofort transparent, was nicht nur das Engineering beschleunigt, sondern auch die spätere Fehlersuche im Servicefall massiv erleichtert.

Janome JP5-Serien-Standardsteuerung: Integrierter Sicherheitskreis für maximale Effizienz

Die Janome JP5-Standardsteuerung (Unit-Typ) hebt die Effizienz bei der Systemintegration auf ein höheres Level:

• Sicherheit „out of the box“: Der redundante Sicherheitskreis inklusive aller Überwachungsfunktionen ist bereits fest integriert.
• Weniger Hardware: Ein externes Sicherheitsrelais und die dazugehörige, fehleranfällige Schaltschrankverkabelung werden überflüssig.
• Minimierter Time-to-Market: Das fertige Sicherheitskonzept verkürzt die Konstruktionszeit und beschleunigt die Inbetriebnahme vor Ort beim Kunden.

Dank dieser integrierten Lösung erfüllt die JP5-Serie anspruchsvolle Sicherheitsstandards ohne teures Zusatz-Engineering.

Sie stehen vor der Schaltungsplanung und haben Fragen?

Die Auslegung von Sicherheitskreisen ist komplex. Wir helfen Ihnen, Klarheit zu schaffen, wenn Sie vor folgenden Herausforderungen stehen:

• „Wir sind uns unsicher, welche Konfiguration unsere Anforderungen an Not-Halt, Reset-Prozeduren und Interlocks gemäß der Risikobeurteilung optimal erfüllt.“
• „Wir benötigen Unterstützung bei der Entscheidung, ob die JP5-Standardsteuerung mit integrierter Sicherheit oder die Kompaktsteuerung besser zu unserem Projekt passt.“

Nutzen Sie unsere Expertise im Bereich der funktionalen Sicherheit der JP5 Serie und nehmen Sie Kontakt auf über das Anfrageformular.