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Die Abdeckung von gefährlichen Maschinenteilen muss überwacht werden. Die EN 14119 vereinfacht die Auslegung und die Nachweisführung der dazu notwendigen Sicherheitseinrichtungen.

Die Abdeckung von gefährlichen Maschinenteilen muss überwacht werden. Die EN 14119 vereinfacht die Auslegung und die Nachweisführung der dazu notwendigen Sicherheitseinrichtungen.Index

Beide Normen, die EN 1088 und die EN SO 14119, geben Hilfestellung bei der Beurteilung von Verriegelungseinrichtungen an beweglichen trennenden Schutzeinrichtungen. Die ‚Hauptnorm‘ im Zusammenhang mit Schutztüren ist heute die EN 1088, ‚Sicherheit von Maschinen – Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen – Leitsätze für Gestaltung und Auswahl‘. Diese Norm besteht seit 1995 und wurde letztmals 2005 ergänzt und veröffentlicht. Seitdem wurden aufgrund der geänderten Maschinenrichtlinie lediglich rechtliche Anpassungen eingefügt. Inhaltlich hat sich seit dem ersten Erscheinen so gut wie nichts geändert. Seit Jahren wird an einer grundlegenden Überarbeitung der EN 1088 gearbeitet. Der Entwurf erschien 2011 unter der neuen Nummerierung prEN ISO 14119. Eigentlich sollte die EN ISO 14119 die bisher gültige Norm EN 1088 längst abgelöst haben. Doch die Veröffentlichung verzögert sich bis auf weiteres: Ursprünglich für Anfang 2013 geplant – verschiebt sich deren Erscheinen nun auf Herbst 2013 aufgrund der notwendigen Formalismen.
Allerdings hat sich die aktuelle Fassung der EN 14119 noch einmal sehr stark gegenüber dem Entwurf geändert. Der Aufbau wurde vollständig umgestellt, so dass die Norm einfacher anzuwenden ist:

  • Zu jeder Art Verriegelung und Zuhaltung wird im Anhang ein Beispiel gegeben.
  • Die Überleitung zur Bewertung mit der EN ISO 13849-1 wurde so weit, wie es in einer B-Norm geht, beschrieben.
  • Und letzten Endes wurden viele kleinere Punkte behandelt und geändert.
  • Geplant ist, dass etwa zeitgleich mit der Norm ein weiteres Papier (TR 24119) erscheint, das den Diagnosedeckungsgrad einer Reihenschaltung bewertet.

Normative Beurteilung einer Zuhaltung

Moderne Sicherheits­lösungen wie die Multi­functional Gate Box MGB (links) sowie der CET decken mehrere Sicherheitsfunktionen ab.

Moderne Sicherheits­lösungen wie die Multi­functional Gate Box MGB (links) sowie der CET decken mehrere Sicherheitsfunktionen ab.Euchner

Ein einfaches Beispiel, eine Drehmaschine, deren Hauptgefährdung die drehende Hauptspindel mit dem aufgespannten Werkstück ist, beschreibt den Weg durch die Normen. Im ersten Schritt erfolgt die Risikoanalyse nach EN ISO 12100 oder bei Drehmaschinen nach der zuständigen C-Norm, der EN ISO 23125. Aufgrund von möglicherweise herausgeschleuderten Teilen ist eine Abdeckung der Gefährdungsstelle notwendig. Im nächsten Schritt gilt es zu beurteilen, ob eine Verriegelungseinrichtung an der Schutzhaube ausreicht oder eine Zuhaltung benötigt wird.

Nach EN 1088 ist eine Verriegelungseinrichtung eine mechanische, elektrische oder andere Einrichtung, deren Zweck es ist, den Betrieb eines Maschinenelements unter bestimmten Bedingungen zu verhindern, üblicherweise solange eine trennende Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist. Die zur Beurteilung heranzuziehende Norm ist die EN ISO 13855, welche die Berechnung des Abstands zwischen Schutztüren und einer Gefährdungsstelle regelt. Abschnitt 9 beschreibt, welchen Mindestabstand eine Schutzeinrichtung haben muss, damit bei einer nachlaufenden Bewegung nach dem Öffnen der Tür keine Gefährdung entstehen kann.

Lässt sich der Abstand nicht einhalten, darf eine Zuhaltung eingesetzt werden, die wiederum nach EN 1088 beziehungsweise ab Herbst nach EN ISO 14119 auszuwählen ist. Der Mindestabstand S der Schutzeinrichtung von der Gefährdungsstelle errechnet sich nach EN ISO 13855 nach der Formel S = K * T + C. K ist Annäherungsgeschwindigkeit, Nachlaufweg; T ist die Zeit, bis die Maschine in einen ungefährlichen Zustand versetzt wurde. C ist eine Konstante, die entsprechend der Öffnungen in der Schutzeinrichtung mindestens eingehalten werden muss, damit in einer laufenden Maschine keine Gefahrenstelle erreicht werden kann. Bei der Drehmaschine darf für C der Wert 0 angenommen werden, da die Schutzhaube keine Öffnungen aufweist. Die Entfernung vom Werkstück zur vorgesehenen Schutzhaube beträgt 200 mm. Daraus resultiert eine maximal erlaubte Nachlaufzeit von 0,125 s. Dabei wird die Änderungsgeschwindigkeit K mit 1.600 mm/s aus der Norm gewählt. Die Nachlaufzeit darf noch um eine Zeitspanne verlängert werden, die für das Öffnen der Schutzhaube notwendig ist. Diesen Wert setzt der Konstrukteur mit 0,5 s an. Somit ist eine maximale Nachlaufzeit von 0,625 s zulässig. Diesen Wert hält der Antrieb im gewählten Beispiel nicht ein; er stoppt erst nach etwa 1 s. Die Konsequenz für den Konstrukteur: Er muss entweder den Abstand vergrößert oder eine Zuhaltung einsetzen.

Platzgewinn durch Zuhaltungen

Wird eine Zuhaltung verwendet, muss sie den Anforderungen der EN 1088 genügen und ab Gültigkeit der EN ISO 14119 dann deren Anforderungen. Eine wesentliche Forderung beider Normen ist das Ruhestromprinzip: Eine Zuhaltung muss durch Energie entsperrt und durch Federkraft verriegelt werden. Nur in begründeten Ausnahmen ist es möglich ein anderes Prinzip zu verwenden. Ein möglicher Grund für eine Ausnahme ist, dass bei einem Brand der Zugang in eine Maschine für die Feuerwehr auch bei Stromausfall gewährleistet sein muss. Als weitere Ausnahme führt die EN ISO 14119 Notsituationen an. Hier sieht die Norm eine Not-Entsperrung vor, um sich in Notsituationen Zugang zur Maschine verschaffen zu können. Diese ermöglicht im Gefahrenfall, die Zuhaltung ohne Hilfsmittel zu entsperren. Für das Beispiel Drehmaschine bietet sich als Zuhaltung der Sicherheitsschalter STP3 der Firma Euchner an, der die Anforderungen der EN 14119 nach dem Ruhestromprinzip erfüllt. Der STP ist ein elektromechanischer Sicherheitsschalter mit Zuhaltung und Zuhaltungsüberwachung. Seine schlanke Bauform erlaubt eine einfache und platzsparende Montage. Das glasfaserverstärkte Kunststoffgehäuse und die hohe Schutzart (IP67) ermöglichen den Einsatz in rauen Umgebungen. Sein Metallkopf erreicht Zuhaltekräfte bis 2.500 N. In dieser Anwendung ist ein Schaltelement mit vier zwangsöffnenden Kontakten verbaut, von denen je zwei zur Tür- und Magnetüberwachung dienen.

Eine weitere Anforderung, die unverändert in der EN ISO 14119 übernommen wurde, ist die Überwachung der Sperrstellung einer Zuhaltung. Diese Funktion stellt sicher, dass die Maschine nur in Betrieb genommen werden kann, wenn die Zuhaltung auch wirklich geschlossen ist. Die zugehörige Sicherheitsfunktion ist entsprechend der Risikoanalyse auszuführen. Bei der exemplarischen Drehmaschine wird die Kategorie 3 nach EN ISO 13849-1 verwendet, da der geforderte Performance Level d (PLr d) einzuhalten ist. Bei dem verwendeten Sicherheitsschalter STP3 werden dazu die Öffner-Kontakte 11/12 und 31/32 genutzt, die den Magnetbolzen der Zuhaltung auf seine Stellung überwachen.
Im nächsten Schritt gilt es die technische Umsetzung der Sicherheitsfunktion zu beurteilen, beispielsweise mittels EN ISO 13849. Dabei sind mehrere Fragen zu klären:

  • Muss die Zuhaltung zweikanalig ausgeführt sein?
  • Ist die Ansteuerung der Zuhaltung sicherheitsrelevant und wenn ja, wie sieht die Beurteilung aus?

Reicht eine Zuhaltung für Kat 3 und 4 aus?

Der elektromechanische Sicherheitsschalter STP mit Zuhaltung und Zuhaltungsüberwachung erfüllt die Anforderungen der EN ISO 14119.

Der elektromechanische Sicherheitsschalter STP mit Zuhaltung und Zuhaltungsüberwachung erfüllt die Anforderungen der EN ISO 14119.Euchner

Zumeist wird die elektrische Überwachung zweikanalig ausgeführt. Jedoch fordern die Kategorien 3 und 4 eindeutig zwei Sensoren. Heißt das nun, dass auch zwei Zuhaltungen eingesetzt werden müssen? Diese Frage beantwortet die EN ISO 14119 in ihrer Endfassung: Danach ist auch für den PL e beziehungsweise SIL 3 der Fehlerausschluss auf das Brechen der Zuhaltung zulässig. Daraus folgt: Es muss nur ein Zuhaltebolzen verwendet werden. Somit ist es zulässig und ausreichend, nur einen Sicherheitsschalter als Zuhaltung einzusetzen.

Anschließend erfolgt die Bestimmung des Diagnose-Deckungsgrads (DC). Hierfür muss die Überwachungsschaltung so aufgebaut sein, dass sie möglichst viele Fehler erkennt. Dazu bietet es sich an, einen zweiten Sensor als Türstellungssignal mit einzubinden. Mithilfe dieses Sensors können dann, je nach Auswertung, die Fehler erkannt und somit auch der notwendige Diagnosedeckungsgrad DC erreicht werden. Alternativ lässt sich immer auch ein ‚Fehlerausschluss auf Teile der Sicherheitskette‘ machen. In diesem Fall wäre der zweite Sensor nicht immer notwendig. In der Broschüre ‚Bewährtes bleibt sicher‘ beschreibt Euchner das Vorgehen bei einem Fehlerausschluss.
Auch die Frage, wie die Ansteuerung einer Zuhaltefunktion auszulegen ist, beantwortet die EN 14119 – jedoch leider nicht ganz eindeutig. In einer Anmerkung heißt es: Der Performance Level PL ist typischerweise niedriger als der PL, den die Stellungsüberwachung der Zuhaltung hat. Die Begründung: Eine Gefährdung durch den Ausfall der Ansteuerung einer Zuhaltefunktion besteht in den meisten Fällen nur kurz. Denn sobald die Ansteuerung der Zuhaltung fälschlicherweise die Schutzeinrichtung öffnet, schaltet die Überwachungsschaltung der Sperrstellung die Maschine ab. Somit besteht zumeist nur genau einmal die Gefährdung an einer auslaufenden Maschine. In der Praxis kommt in den meisten Fällen sicherlich eine einkanalige Ansteuerung der Zuhaltefunktion heraus. Diese muss den Forderungen des PLr aus der Risikobeurteilung genügen.

Funktion ‚unerwarteter Anlauf‘ inklusive

Eine Zuhaltung umfasst typischerweise eine weitere Sicherheitsfunktion: das Verhindern des unerwarteten Anlaufs einer Maschine. Da meistens dieselben Bauelemente diese Funktion übernehmen, die auch für die Zuhaltung der Schutzeinrichtung genutzt werden, kann die sicherheitstechnische Beurteilung der Funktion ‚Überwachung der Zuhaltung‘ übernommen werden. Dieser Ansatz basiert darauf, dass Zuhaltungen schon immer eine sogenannte Fehlschließsicherung integrieren. Bei der Fehlschließsicherung verhindert eine Mechanik, dass die Zuhaltung aktiviert werden kann, bevor die Schutzeinrichtung die Stellung geschlossen erreicht hat. Der STP3 beinhaltet für diese Funktion weitere Kontakte, die die Stellung der Schutzeinrichtung überwachen. Eine Zuhaltung erfüllt also mehrere Funktionen auf einmal.

Nach EN ISO 13849-1 muss aus der elektrischen Schaltung ein Blockdiagramm nach der Struktur der gewählten Kategorie erstellt werden. Dies ist speziell bei Zuhaltungen schwierig. Eine gute Anleitung zur Erstellung solcher Diagramm geben die ‚Sistema Kochbücher‘ der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV). In Zusammenhang mit der EN ISO 13849 ist auch die Beurteilung einer Reihenschaltung von elektromechanischen Sicherheitsschaltern interessant. Allerdings gibt es dazu bisher noch keine Festlegungen beziehungsweise Vorgehensweise. Das schwierige daran ist die Berechnung des Diagnosedeckungsgrades. Dieser lässt sich mathematisch bisher nicht ermitteln. Im Normenausschuss arbeitet man daran, hierfür eine Lösung zu finden. Enthielt der Entwurf der Norm, die prEN ISO 14119, zu diesem Thema noch eine Hilfestellung, fällt diese Textpassage in der endgültigen Fassung weg. Jedoch soll mit der Norm ein Papier (TR 24119) erscheinen, das dieses Thema umfassender erläutert. Darüber hinaus enthält die Norm eine vereinfachte Beurteilung der Manipulationsgefahr und beschreibt die Anbindung an Steuerungen.

Moderne Sicherheitslösungen erleichtern die Beurteilung

Moderne Lösungen für Zuhaltungen wie die Multifunctional Gate Box MGB (System zur Absicherung von Schutztüren) oder der CET (transponderbasierter Sicherheitsschalter mit mechanischer Zuhaltung) stellen bereits ein vollständiges Subsystem nach EN ISO 13849-1 dar, da die Auswertung der sicherheitstechnischen Signale bereits im Gerät integriert ist. Somit lässt sich das geforderte Blockschaltbild einfacher erstellen. Auch die Berechnung der sicherheitstechnischen Kennwerte fällt leichter, da diese Werte der Hersteller zur Verfügung stellt. Auch eine Reihenschaltung ist mit solchen Zuhaltungen möglich, ohne dass der PL der Gesamtschaltung dadurch sinkt. In Summe ein Paket, das viele Funktionen in einem realisiert und zudem die kommende EN ISO 14119 erfüllt.

Technik im Detail

Zuhaltung oder Verriegelung?

In der Praxis werden Zuhaltung und Verriegelung häufig als Synonyme verwendet, unterscheiden sich aber in ihrer Funktion und Schutzgrad. Die Zuhaltung hält eine bewegliche trennende Verriegelung solange in der geschlossenen Position, bis kein Verletzungsrisiko mehr von der Maschine ausgehen kann. Bei geöffneter Zuhaltung wird verhindert, dass die Maschine ungewollt anlaufen kann. Nach EN 1088 ist eine Verriegelungseinrichtung eine mechanische, elektrische oder andere Einrichtung, deren Zweck es ist, den Betrieb eines Maschinenelements unter bestimmten Bedingungen zu verhindern, üblicherweise solange eine trennende Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist.

(sk)

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