Sicherheitsrichtlinien im Maschinenbau

 

 

Ausschnitt aus der RAVEL-Dokumentation "RAVEL im Maschinenbau" Nr. 724.333 D
von Albert Marty, SUVA, Sektion Maschinen II, CH-6005 Luzern


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© GLOOR ENGINEERING, CH-7434 SUFERS, 30. JANUAR 1997


Einleitung

Sicherheit und sparsamer Umgang mit Ressourcen sind wesentliche Anforderungen an moderne Maschinen und Anlagen und dienen dem Schutze des Menschen. Als Gemeinsamkeit bei beiden Anforderungen gilt, dass sie möglichst früh, das heisst in die Konzeptionsphase des Produktes einfliessen müssen. Nur so sind optimierte und preisgünstige Lösungen zu erreichen. Sichere und verbrauchsarme Maschinen zeigen die Prozessbeherrschung des Herstellers, sie sind ein Qualitätsmerkmal.

Während einerseits der spezifische Energieverbrauch in gesetzlichen Rahmenbedingungen (noch) nicht limitiert ist, sind andererseits die notwendigen Vorschriften bezüglich Sicherheit in der EU wie der Schweiz vorhanden. Insgesamt existieren momentan 14 EG-Richtlinien mit CE-Konformitätsbewertungsverfahren. Diese dienen dem freien Warenverkehr und vereinheitlichen die minimalen Anforderungen an die betreffenden Produkte. Jeder EG-Staat muss diese Richtlinien in sein Gesetzeswerk einbinden. Damit haben diese EG-Richtlinien "Gesetzescharakter". Zur Erklärung dieser Richtlinien werden von privatrechtlichen Organisation (z.B. CEN/ CENELEC) Normen ausgearbeitet. Diese Normen haben jedoch "unverbindlichen Charakter". Im Maschinenbau haben insbesondere folgende EG-Richtlinien grosse Bedeutung:

Weil die "EG-Maschinenrichtlinie" von all diesen Richtlinien zweifellos die grösste Bedeutung hat, wird im nachstehenden Artikel besonders darauf eingetreten.


Gefahrenanalyse und Integration des Sicherheitskonzepts

Damit die möglichen Gefahren von Maschinen erkannt werden können, empfiehlt es sich, die verschiedenen Betriebsarten eines jeden Systems zu analysieren. Bis heute gemachte Gefährdungsanalysen zeigen, dass es sinnvoll ist, zwischen dem Normalbetrieb und den Sonderbetriebsarten zu unterscheiden. Somit lassen sich nur Sicherheitsanforderungen festlegen, wenn zuvor die möglichen Gefährdungen systematisch in einer Analyse ermittelt werden. Wiederum zeigen sich Gemeinsamkeiten von Sicherheit und Energiesparen. Eine Gefährdung für den Menschen entsteht dann, wenn auch Energie in irgendeiner Form vorhanden ist. Das Abschalten einer Maschine ist nun sowohl Sicherheitsmassnahme wie auch Massnahme zur Steigerung der Energieeffizienz.

Bei der Entwicklung von Maschinen ist der Hersteller verpflichtet gemäss "EG-Maschinenrichtlinie" eine Gefährdungsanalyse vorzunehmen; die damit hervorgehenden Gefahren zu ermitteln und mit konstruktiven Lösungen aufzeigen, dass alle Gefahren im Hinblick auf Personen, mit Einbezug der verschiedenen Betriebsarten eliminiert werden. Alle ermittelten Gefährdungen sind einer Risikobetrachtung zu unterziehen. Jedes Risiko eines Ereignisses ist abhängig vom Schadenumfang und von der Eintrittshäufigkeit. Die zu beurteilende Gefahr ist zusätzlich einer Risikostufe zuzuordnen (minimiert, normal, erhöht).

Überall dort, wo aufgrund der Risikobeurteilung das Risiko nicht akzeptiert werden kann, müssen Lösungen (Schutzmassnahmen) gesucht werden. Durch diese Lösungen sind die Eintrittshäufigkeit und der Schadenumfang eines Ereignisses zu reduzieren. Dabei liegen die Lösungsansätze für normale und erhöhte Risiken in der mittelbaren und unmittelbaren Sicherheitstechnik, für minimierte Risiken eher in der hinweisenden Sicherheitstechnik.

Unmittelbare Sicherheitstechnik: Die Konstruktion wird so ausgeführt, dass keine Gefährdung besteht (z. B. Eliminieren von Scher- und Klemmstellen durch Ergonomie, Einsatz von geringen Kräften und Energien).

Mittelbare Sicherheitstechnik: Die Gefährdung bleibt bestehen. Durch zusätzliche technische Vorkehrungen wird jedoch erreicht, dass aus der Gefährdung kein Ereignis entsteht (z. B. Verhindern des Eindringens in gefährdende Bewegungen durch mechanische Schutzverdecke oder abschaltende Schutzeinrichtungen; Auffangen von wegfliegenden Teilen durch Schutzverdecke usw.).

Hinweisende Sicherheitstechnik: Diese gilt nur für Restgefährdungen und minimierte Risiken, also Gefährdungen, die aufgrund menschlicher Faktoren zum Ereignis führen. Durch entsprechendes Verhalten des Betroffenen kann der Eintritt dieses Ereignisses verhindert werden (z. B. Verhaltensanweisungen in der Betriebs- und Wartungsanleitung, Schulung des Personals usw.).


Internationale Sicherheitsanforderungen

Die EG-Maschinenrichtlinie (89/392/EWG) aus dem Jahre 1989 hält die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen für Maschinen fest. Gemäss Maschinenrichtlinie gilt als "Maschine" eine Gesamtheit von miteinander verbundenen Teilen oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines beweglich ist und entsprechend eine Funktion aufweist. Im weiteren werden von internationalen Normengremien einzelne Normen geschaffen, die Lösungsmöglichkeiten aufzeigen (z.B. grundlegende Sicherheitsaspekte EN 292, elektrische Ausrüstung von Industriemaschinen EN 60'204 etc.). Ziel dieser Normenwerke ist es, die grundlegenden Anforderungen der EG-Richtlinien zu erklären, respektive Schutzziele zu spezifizieren. Dieses Normenwerk ist sehr umfangreich; der rote Faden der ursprünglichen Zielsetzung ist darin nicht immer erkennbar.


Betriebsarten

Aufgrund von Erfahrungen und Untersuchungen wurde aufgezeigt, dass sich sehr viele Vorfälle und Unfälle gerade bei komplexen technischen Systemen wie CNC-gesteuerte Bearbeitungsmaschinen und Industrieroboter nicht im Normalbetrieb ereignen. Bei derartigen Maschinen bildet sich ein Schwerpunkt in den Sonderbetriebsarten wie beispielsweise Inbetriebnahme, Einrichten, Testlauf, Störungssuche oder Instandhaltung. In diesen Betriebsarten ist denn auch meist die Anwesenheit von Personen im Gefahrenbereich gegeben. In derartigen Situationen muss das Sicherheitskonzept den Menschen vor negativen Ereignissen schützen.


Anforderungen und Sicherheitsmassnahmen im Normalbetrieb

Durch die Vorgabe von Schutzzielen wird einerseits der technische Fortschritt nicht eingeengt und andererseits können angepasste Lösungen gewählt werden. Nachfolgend sind einige Schutzziele für Maschinen näher umschrieben.

Schutzziel:

Das Greifen oder Treten in Gefahrenstellen von Bewegungen muss verhindert werden.

Lösungsmöglichkeiten:

Bild 1) Absicherung des Normalbetriebs einer CNC-Fräsmaschine
mit einer Vollschutzkabine (Mikron AG, 2501 Biel)

 Bild 2) Absicherung des Bearbeitungsraum einer Durchlaufschleifanlage durch eine
zweikanalige Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltung (Linear Abrasive SA, 2074 Marin)

Schutzziel:

Durch Energieaustritt (wegfliegende Teile oder Energiestrahl) dürfen keine Personen verletzt werden.

Lösungsmöglichkeit:

Energie am Austritt aus dem Gefahrenbereich hindern zum Beispiel durch ein entsprechend dimensioniertes Schutzverdeck. (Bild 1)

Die Schnittstellen zwischen Normalbetrieb und Sonderbetriebsarten (z.B. Türverriegelungsschalteinrichtungen, Sicherheitslichtschranken, Sicherheitstrittmatten) sind notwendig, damit die Sicherheitssteuerung die Anwesenheit von Personen automatisch erkennen kann.


Anforderungen und Sicherheitsmassnahmen im Sonderbetrieb

Gewisse Sonderbetriebsarten (z.B. Einrichten, Programmieren von CNC-Bearbeitungsmaschinen) erfordern Bewegungen, die unmittelbar am Ort des Geschehens ausgelöst werden müssen.

Schutzziel:

Bewegungen dürfen nur so ablaufen, dass sie für die betroffenen Personen keine Gefährdung darstellen:

Lösungsmöglichkeit:

Sonderbetriebssteuerung, welche nur kontrollierbare und führbare Bewegungen in Tippschaltung über Zustimmtaste (Bild 3) zulässt. Die Geschwindigkeit der Bewegungen wird dabei sicher reduziert, z.B. durch Energiereduktion, Schaltung von Trenntrafos oder Einsatz von fehlersicheren Zustandsüberwachungsgeräten. Damit ist wiederum die Gemeinsamkeit von Schutzmassnahme und Energieeinsparung aufgezeigt.

Bild 3) Dreistufiger Zustimmschalter für sicheres Arbeiten
im Sonderbetrieb (Mattle Industrieprodukte, 8340 Hinwil)


Anforderungen an Sicherheitssteuerungen

Als Merkmal einer Sicherheitssteuerung gilt, dass bei Auftreten von irgendwelchen Fehlern die Sicherheitsfunktion trotzdem gewahrt bleibt. Überall da, wo Prozesse schnell vom gefährlichen in den sicheren Zustand überführt werden können, genügt die Betrachtungsweise eines Fehlers. Bei den meisten Industriemaschinen mag diese Vereinfachung zutreffen.

Schutzziele:

Lösungsmöglichkeiten:

EG-Maschinenrichtlinie

Richtlinie des Rates vom 14. Juni 1989 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Maschinen (89/392/EWG). Richtet sich an jeden EG-Einzelstaat: Diese müssen die Richtlinie in ihr Gesetzeswerk einbinden (in der Schweiz freiwillige Anpassung über "Swisslex" und Bundesgesetz STEG).

Wichtigste Botschaft daraus:

  • Gültig ab 1. Januar 1993.

  • Fordert vom Hersteller bereits in der Entwicklungsphase eine Gefahrenanalyse mit Risikobetrachtung.

  • Fordert vom Hersteller die Einhaltung von Stand der Technik.

  • Der Hersteller muss zuerst eine technische Dokumentation ausarbeiten, die über alle grundlegenden Aspekte der Sicherheit und der Gesundheitsvorsorge Auskunft gibt. Der Hersteller kann erst dann die EG-Konformitätserklärung unterzeichnen und das CE-Zeichen an der Maschine anbringen

  • Kann die vollständige technische Dokumentation auf Verlangen einer staatlichen Kontrollstelle nicht vorgelegt werden, bedeutet dies ein Nichterfüllen der Maschinenrichtlinie. Ein EU-weites Verkaufsverbot könnte die Folge sein.

Schlusswort

Um fortschrittliche Lösungen zu ermöglichen, werden neue Richtlinien in Form von Schutzzielen geschrieben. Diese Zielsetzung ermöglicht es dem Konstrukteur einerseits, für den konkreten Fall die optimale Lösung zu wählen. Andererseits kann er auf verhältnismässig einfache Art den Sicherheitsnachweis für seine Maschine erbringen, indem er eine Lösung für jedes Schutzziel beschreibt. Diese Lösung kann man dann mit anderen bestehenden und akzeptierten Lösungen vergleichen: Ist sie besser oder mindestens gleichwertig, kann auch eine neue Lösung gewählt werden. Auf diese Weise wird der Fortschritt nicht durch zu eng gefasste Vorschriften behindert. Werden zudem Sicherheit und Energiesparen bereits in die Konzeptionsphase des Produktes einbezogen, resultieren praxisfreundliche, effiziente und auch kostengünstige Lösungen.


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