Beurteilung der Sicherheitstechnik an einer Tür mit Zuhaltung Die neue EN ISO14119

Die bisher gültige EN1088 wird demnächst durch die EN ISO14119 abgelöst. Beide geben Hilfestellung bei der Beurteilung von Verriegelungseinrichtungen an beweglichen trennenden Schutzeinrichtungen. Im Folgenden werden neben der EN ISO14119 auch alle anderen gültigen Normen, die zur Beurteilung der Sicherheitsfunktion \’Zuhaltung\‘ Berücksichtigung finden, kurz vorgestellt. Die \’Hauptnorm\‘ im Zusammenhang mit Schutztüren ist heute die EN1088, \’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. Das Datum der Norm ist zwar heute 2008, jedoch wurden nur noch rechtliche Anpassungen an die geänderte Maschinenrichtlinie eingefügt. Inhaltlich hat sich seit dem ersten Erscheinen so gut wie nichts geändert. Seit einigen Jahren wird an einer grundlegenden Überarbeitung der EN1088 gearbeitet. Der Entwurf erschien im Jahr 2011 unter der neuen Nummerierung prEN ISO14119. Das Erscheinen der endgültigen Fassung steht Anfang 2013 an. Diese hat sich gegenüber dem Entwurf noch einmal stark geändert. Einige wesentliche Änderungen werden im Laufe des Artikels kurz vorgestellt. Normative Beurteilung einer Zuhaltung: Beispiel Drehmaschine Anhand eines einfachen Beispiels soll der Weg durch die Normen einmal vollständig beschrieben werden. Dazu dient eine Drehmaschine, deren Hauptgefährdung die drehende Hauptspindel mit dem aufgespannten Werkstück ist. Im ersten Schritt kann die Risikoanalyse nach EN ISO12100 oder bei Drehmaschinen nach der zuständigen C-Norm, der EN ISO23125, vorgenommen werden. Aus der Analyse ergibt sich, dass eine Abdeckung der Gefährdungsstelle aufgrund von möglicherweise herausgeschleuderten Teilen aus der Maschine notwendig ist. Nachfolgend ist zu beurteilen, ob eine Verriegelungseinrichtung an der Schutzhaube ausreichend ist oder ob eine Zuhaltung zum Einsatz kommen muss. Die Norm, die zur Beurteilung herangezogen wird, ist die EN ISO13855. In dieser ist die Berechnung des Abstandes von Schutztüren von einer Gefährdungsstelle geregelt. Im Abschnitt 9 dieser Norm ist beschrieben, welchen Mindestabstand eine Schutzeinrichtung haben muss, damit nach Öffnen der Tür, bei einer nachlaufenden Bewegung, keine Gefährdung entstehen kann. Alternativ kann, wenn der Abstand nicht eingehalten wird, eine Zuhaltung eingesetzt werden, die dann wiederum nach EN1088 bzw. demnächst nach EN ISO14119 ausgewählt werden muss. Der Mindestabstand der Schutzeinrichtung von der Gefährdungsstelle errechnet sich nach EN ISO13855 mit der Formel S = K * T + C. S ist der Mindestabstand, K die Annäherungsgeschwindigkeit, T die Zeit, bis die Maschine in einen ungefährlichen Zustand versetzt wurde (Nachlaufweg) und C eine Konstante, die entsprechend der Öffnungen in der Schutzeinrichtung mindestens eingehalten werden muss, damit in einer laufenden Maschine keine Gefahrenstelle erreicht werden kann. Für unser Beispiel der Drehmaschine kommt heraus, dass für C der Wert 0 angenommen werden darf, da die Schutzhaube keine Öffnungen aufweist. Die Entfernung vom Werkstück zur vorgesehenen Schutzhaube beträgt 200mm. Mit diesem Wert ergibt sich eine maximal erlaubte Nachlaufzeit von 0,125s (K = 1.600mm/s als Konstante aus der Norm), die noch um einen Wert verlängert werden darf, der benötigt wird, um die Haube zu öffnen. Dieser Wert wird vom Konstrukteur unserer Drehmaschine mit 0,5s angenommen. Somit darf eine maximale Nachlaufzeit von 0,625s notwendig sein. Das erfüllt der Antrieb in unserem Beispiel nicht, er stoppt erst nach ca. 1s. Somit muss entweder der Abstand vergrößert oder eine Zuhaltung eingesetzt werden. In unserem Beispiel wird eine Zuhaltung gewählt, die den Anforderungen der EN1088 und ab Gültigkeit der EN ISO14119 denen dieser neuen Norm genügen muss. Eine wesentliche Forderung in beiden Normen ist, dass eine Zuhaltung durch Energie entsperrt und durch Federkraft verriegelt werden muss (Ruhestromprinzip). Nur in begründeten Ausnahmen ist es möglich, ein Prinzip zu verwenden, das davon abweicht. Ein möglicher Grund für die Ausnahme ist beispielsweise, dass in einer Anlage ein Feuer ausbrechen kann und der Zugang in eine Maschine auch bei Stromausfall für die Feuerwehr gewährleistet sein muss. Eine weitere Möglichkeit, die in der EN ISO14119 vorgesehen ist, um sich in Notsituationen Zugang zur Maschine verschaffen zu können, bietet eine Not-entsperrung. Diese ermöglicht, im Gefahrenfall die Zuhaltung ohne Hilfsmittel zu entsperren. Für das Beispiel Drehmaschine bietet sich als Zuhaltung der Sicherheitsschalter STP3 von Euchner an, der die obigen Anforderungen nach dem Ruhestromprinzip aus der EN ISO14119 erfüllt. Der STP ist ein elektromechanischer Sicherheitsschalter mit Zuhaltung und Zuhaltungsüberwachung. Seine schlanke Bauform ermöglicht eine platzsparende Montage. Das glasfaserverstärkte Kunststoffgehäuse und die Schutzart IP67 ermöglichen den Einsatz in rauen Umgebungen. Durch den Metallkopf sind Zuhaltekräfte bis 2.500N möglich. In dieser Anwendung ist ein Schaltelement mit vier zwangsöffnenden Kontakten verbaut, von denen zwei zur Tür- und zwei zur Magnetüberwachung dienen. Sperrstellung muss überwacht werden Die nächste Forderung, die unverändert in der EN ISO14119 übernommen wurde, sagt, dass die Sperrstellung der Zuhaltung überwacht sein muss, damit die Maschine nur dann in Betrieb genommen werden kann, wenn die Zuhaltung auch wirklich geschlossen ist. Die zugehörige Sicherheitsfunktion ist die Überwachung des Sperrmittels der Zuhaltung. Diese ist entsprechend der Risikoanalyse auszuführen. In unserem Beispiel ist Kategorie 3 nach EN ISO13849-1 zu erreichen, da der geforderte PLr d ist. Für den gewählten STP3 werden zu diesem Zweck die Kontakte 11-12 und 31-32 eingesetzt, die beide den Magnetbolzen der Zuhaltung auf die Stellung überwachen. Im nun folgenden Schritt soll die technische Umsetzung der Sicherheitsfunktion beurteilt werden. Hierzu dient beispielsweise die EN ISO13849. Bei der Beurteilung der Zuhaltung nach der EN ISO13849-1 stellen sich gleich mehrere Fragen. Zumeist wird die elektrische Überwachung zweikanalig ausgeführt, wie in unserem Beispiel oben auch beschrieben. Jedoch fordern die Kategorien 3 und 4 ja eindeutig zwei Sensoren. Heißt das nun, dass auch zwei Zuhaltungen eingesetzt werden müssen? Diese Frage wird in der Endfassung der EN ISO14119 in der Form beantwortet, dass auch für den PLe bzw. SIL3 der Fehlerausschluss auf das Brechen der Zuhaltung zulässig ist, also nur ein Zuhaltebolzen verwendet werden muss. Somit reicht es aus, nur einen STP3 als Zuhaltung einzusetzen. Anschließend erfolgt die Bestimmung des Diagnosedeckungsgrades DC. Hierfür muss die Schaltung in der Form aufgebaut sein, dass möglichst viele Fehler erkannt werden können. Dazu bietet es sich beispielsweise an, einen zweiten Sensor als Türstellungssignal mit einzubinden. Mithilfe dieses Sensors können dann – je nach Auswertung – die Fehler gefunden und somit auch der notwendige Diagnosedeckungsgrad DC erreicht werden. Alternativ kann aber auch immer noch ein Fehlerausschluss auf Teile der Sicherheitskette gemacht werden. In diesem Fall wäre der zweite Sensor nicht immer notwendig. In der Übersicht \’Bewährtes bleibt sicher\‘ der Firma Euchner wird das Vorgehen bei einem Fehlerausschluss beschrieben. Ansteuerung einer Zuhaltefunktion sicherheitsrelevant? Eine weitere Frage ist – nach der sicherheitstechnischen Beurteilung – die Ansteuerung einer Zuhaltefunktion. Ist diese sicherheitsrelevant und falls ja, wie sieht in diesem Fall die Beurteilung aus? Auch diese Frage beantwortet die neue EN ISO14119, leider jedoch nicht ganz eindeutig. Sie gibt in einer Anmerkung an, dass der Performance Level (PL) typischerweise niedriger als der ist, den die Stellungsüberwachung der Zuhaltung hat. Dies ist so, da eine Gefährdung durch den Ausfall in den meisten Fällen nur kurz besteht, denn sobald die Ansteuerung der Zuhaltung fälschlicherweise die Schutzeinrichtung öffnet, wird durch die Überwachungsschaltung der Sperrstellung die Maschine abgeschaltet. Somit besteht zumeist genau einmal die Gefährdung an einer auslaufenden Maschine. Letzten Endes kommt dabei in der Praxis in den meisten Fällen sicherlich eine einkanalige Ansteuerung heraus. Diese muss den Forderungen des PLr, der aus der Risikobeurteilung kommt, genügen. Eine Zuhaltung beinhaltet typischerweise noch eine weitere Sicherheitsfunktion, die des Verhinderns des unerwarteten Anlaufs einer Maschine. Da zu diesem Zweck zumeist dieselben Bauelemente wie zur Zuhaltung der Schutzeinrichtung zuständig sind, kann die sicherheitstechnische Beurteilung von der Funktion Überwachung der Zuhaltung übernommen werden. Dies basiert darauf, dass Zuhaltungen wie beispielsweise beim Sicherheitsschalter STP schon immer eine sogenannte Fehlschließsicherung beinhalten. Fehlschließsicherung bedeutet, dass eine Mechanik verhindert, dass die Zuhaltung verriegeln kann, ohne dass die Schutzeinrichtung in der Stellung geschlossen ist. Der STP3 beinhaltet für diese Funktion weitere Kontakte, die die Stellung der Schutzeinrichtung überwachen. Eine Zuhaltung erfüllt also sehr viele Funktionen auf einmal. Nach EN ISO13849-1 muss nun aus der elektrischen Schaltung ein Blockdiagramm nach der Struktur der gewählten Kategorie erstellt werden. Dies ist speziell bei Zuhaltungen nicht sehr einfach. Eine gute Anleitung zur Erstellung des Diagramms geben die \’Sistema- Kochbücher\‘ der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV). Weitere Hilfestellungen zu diesem Thema werden in Zukunft erscheinen. In Zusammenhang mit der EN ISO13849 ist auch die Beurteilung einer Reihenschaltung von elektromechanischen Sicherheitsschaltern interessant. Enthielt der Entwurf der neuen Norm, die prEN ISO14119, noch eine Hilfestellung zu diesem Thema, so wird diese in der endgültigen Fassung entfallen. Gleichzeitig soll ein Papier erscheinen, das dieses Thema besser und umfassender erläutert. In einem Anhang zu einer Norm kann nicht tief genug auf ein solch komplexes Thema eingegangen werden. Mit der kommenden EN ISO14119 wird insgesamt die Beurteilung und der Einsatz der bewährten elektromechanischen Zuhaltungen deutlich einfacher, da die Vorgehensweise eindeutiger beschrieben wird. Darüber hinaus ist in der neuen Norm eine vereinfachte Beurteilung der Manipulationsgefahr sowie eine Beschreibung für die Anbindung an eine Steuerung enthalten. Dies sind aber nur einige der Änderungen, die in der EN ISO14119 enthalten sind. Moderne Sicherheitslösungen erleichtern die Beurteilung Moderne Lösungen für Zuhaltungen, wie es die Multifunctional Gate Box MGB (System zur Absicherung von Schutztüren) oder der CET (transponderbasierter Sicherheitsschalter mit mechanischer Zuhaltung) von Euchner sind, stellen bereits ein vollständiges Subsystem nach EN ISO13849-1 dar, da die Auswertung der sicherheitstechnischen Signale bereits im Gerät integriert ist. Somit kann das notwendige Blockschaltbild wesentlich einfacher erstellt werden. Die Berechnung der sicherheitstechnischen Kennwerte ist ebenfalls einfacher, da diese Werte von Euchner bereits zur Verfügung gestellt werden können. Auch eine Reihenschaltung ist mit dieser Art Zuhaltungen möglich, ohne dass der PL der Gesamtschaltung dadurch niedriger wird.