Euchner: Die richtige Schutzzaun-Zuhaltung 1

Die Zuhaltung gewährleistet, dass die Schutztür erst nach vollständigem Stillstand der Maschine geöffnet werden kann. Die Beurteilung dieser Art der Sicherheitstechnik ist nach der bisher gültigen Norm alles andere als einfach. Die Nachfolgenorm verspricht hier deutliche Verbesserungen.

Die bisher gültige EN 1088 wird demnächst durch die EN ISO 14119 abgelöst. Beide geben Hilfestellung bei der Beurteilung von Verriegelungseinrichtung-en 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“.

Seit einigen Jahren wird an einer grundlegenden Überarbeitung der EN 1088 gearbeitet. Der Entwurf erschien im Jahr 2011 unter einer neuen Nummerierung – die prEN ISO 14119. Das Erscheinen der endgültigen Fassung steht für Anfang 2013 an.

Moderne Sicherheitslösungen: die Multifunctional Gate Box MGB (links) sowie der CET (rechts).

Normative Beurteilung am Beispiel einer Drehmaschine
Anhand eines einfachen Beispiels soll der Weg durch die Normen einmal vollständig beschrieben werden. Als Beispiel dient eine Drehmaschine, deren Hauptgefährdung die drehende Hauptspindel mit dem aufgespannten Werkstück ist:
Im ersten Schritt kann die Risikoanalyse nach EN ISO 12100 oder bei Drehmaschinen nach der zuständigen C-Norm, der EN ISO 23125, 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 ISO 13855. 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 EN 1088 oder demnächst nach EN ISO 14119 ausgewählt werden muss.

In unserem Beispiel wird eine Zuhaltung herangezogen, die den Anforderungen der EN 1088 und ab Gültigkeit der EN ISO 14119 denen dieser neuen Norm genügen muss. Eine ganz 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 ISO 14119 vorgesehen ist, um sich in Notsituationen Zugang zur Maschine verschaffen zu können, bietet eine Notentsperrung. 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 ISO 14119 erfüllt.

Die neue EN ISO 14119  
Mit der kommenden EN ISO 14119 wird  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.

Elektromechanischer Sicherheitsschalter mit Zuhaltung und Zuhaltungsüberwachung STP.

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 sehr rauen Umgebungen. Durch den Metallkopf können Zuhaltekräfte bis 2500 N realisiert werden.  In dieser Anwendung ist ein Schaltelement mit vier zwangsöffnenden Kontakten verbaut. Von denen zwei zur Tür- und zwei zur Magnetüberwachung dienen. Die nächste Forderung, die unverändert in der EN ISO 14119 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 eine Kategorie 3 nach EN ISO 13849-1 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.

Technische Umsetzung der Sicherheitsfunktion
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 ISO 14119 in der Form beantwortet, dass auch für den PL e respektive SIL 3 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 Diagnosedeckungsgrads DC. Hierfür muss die Schaltung in der Form aufgebaut sein, dass möglichst viele Fehler erkannt werden können. Hierzu bietet es sich an, einen zweiten Sensor als Türstellungssignal miteinzubinden. Mit Hilfe dieses Sensors können dann, je nach Auswertung, die Fehler gefunden und somit auch der notwendige Diagnosedeckungsgrad DC erreicht werden.

In der Broschüre „Bewährtes bleibt sicher“ wird die Vorgehensweise eines Fehlerausschlusses beschrieben.

Eine weitere Frage ist die Ansteuerung einer Zuhaltefunktion: Ist diese sicherheitsrelevant und falls ja, wie sieht da die Beurteilung aus? Auch diese Frage beantwortet die neue EN ISO 14119, jedoch leider 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.

Übrigens beinhaltet eine Zuhaltung 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 etwa 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 dies Funktion weiter Kontakte, die die Stellung der Schutzeinrichtung überwachen. Eine Zuhaltung erfüllt also sehr viele Funktionen auf einmal.
Nach EN ISO 13849-1 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).

Die vier Sistema-Kochbücher der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV (www.dguv.de/ifa).

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 ISO 13849-1 dar, da die Auswertung der sicherheitstechnischen Signale bereits im Gerät integriert ist. Somit kann das notwendige Blockschaltbild noch einfacher erstellt werden. Die Berechnung der sicherheitstechnischen Kennwerte ist einfacher, da diese Werte von Euchner bereits zur Verfügung gestellt werden können. Auch Reihenschaltung ist mit dieser Art Zuhaltungen möglich, ohne dass der PL der Gesamtschaltung dadurch niedriger wird.

Autor: Frank Kretzschmar, Euchner

Das denkt der Redakteur
Wer denkt noch an die Mechanik?
Wolfgang KräußlichNatürlich denken noch viele an Mechanik, ohne Mechanik würde eine Maschine nicht funktionieren, sie wäre am Ende reine Software. Aber wenn es um Maschinensicherheit geht, hört man heute fast ausschließlich von elektronischen Komponenten und deren Software. Die sichere Steuerung, das sichere Bussystem, die sichere Sensorik, die antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen und all deren Programmierung, Parametrierung und Konfiguration. Berührungslos ist Trumpf.  Manchmal scheint es, die einfachen Elemente wie eine elektromechanische Zuhaltung würden vernachlässigt. Natürlich ist es weniger cool, den Roboter mit einem Zaun abzusichern als mit einer 3D-Hightech-Kamera samt Hochleistungsrechner und Bildverarbeitungsalgorithmus. Aber sicher ist er mit dem Zaun auch. Und mein Gefühl sagt mir, dass so mancher Kunde in Brasilien, Russland, China und vielleicht sogar in Deutschland die simplere Lösung bevorzugen würde. Schön, dass die neue Norm dieses Thema wieder etwas ins Rampenlicht rückt.