"Methodik zur Ermittlung von Sicherheitsanforderungen bei der Konstruktion und Herstellung von Schutzeinrichtungen"
1. Einleitung
Mechanische Gefahren können verhindert werden durch:
- Entwürfe in sich selbst sicher
Diese Lösung besteht darin, Risiken zu eliminieren, z. B. indem ein bewegliches Element außerhalb der Reichweite eines Maschinenbedieners oder einer anderen Person platziert wird. Es kann zum Beispiel bedeuten, dieses Element in beträchtlicher Höhe anzuordnen. Ein anderes Beispiel ist der Austausch eines rotierenden Speichenrads gegen ein Vollrad.
- Anwendung von Wachen
Diese Lösung beinhaltet die Verhinderung des Zugangs zum Gefahrenbereich, indem ein sich bewegendes Element unter Verwendung von Gehäusen, Sieben, Abdeckungen, Gittern, Türen, Umzäunungen usw. dauerhaft getrennt wird.
- Anwendung von Schutzvorrichtungen
Schutzvorrichtungen gewährleisten technische Sicherheit mit anderen Mitteln als Schutzvorrichtungen. Sie werden verwendet, um die Möglichkeit des Zugangs zum Gefahrenbereich zu begrenzen, indem gefährliche Vorgänge gestoppt werden, falls ein Einbruch in den Schutzgeräte-Erkennungsbereich festgestellt wird.
Grundlegende Anforderungen an Schutzeinrichtungen und Schutzeinrichtungen sind in Anhang 1 der Richtlinie 2006/42 / EG, Kapitel 1.4, enthalten. Die Anforderungen sind in den folgenden harmonisierten Normen vom Typ B genauer definiert:
EN 953: 1997 + A1: 2009 Sicherheit von Maschinen - Schutzeinrichtungen - Allgemeine Anforderungen an die Konstruktion und den Bau von festen und beweglichen trennenden Schutzeinrichtungen
EN ISO 13858: 2008 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände zur Verhinderung des Erreichens von Gefahrenzonen durch obere und untere Gliedmaßen.
EN ISO 14119: 2013 Sicherheit von Maschinen - Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen - Grundsätze für Planung und Auswahl
EN ISO 13855: 2010 Sicherheit von Maschinen - Anordnung von Schutzeinrichtungen in Bezug auf die Annäherungsgeschwindigkeiten von Teilen des menschlichen Körpers
In Situationen, in denen Schutzeinrichtungen an ein Kontrollsystem angeschlossen sind und wo Schutzeinrichtungen angebracht sind, müssen die folgenden Normen berücksichtigt werden:
EN ISO 13849-1: 2006 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze
EN ISO 13849-2: 2012 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Teil 2: Validierung.
EN 62061: 2005 Sicherheit von Maschinen - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Steuerungssysteme.
Bei der Festlegung der Sicherheitsanforderungen für die Anwendung von trennenden Schutzeinrichtungen und Schutzeinrichtungen müssen die grundlegenden Anforderungen unter Bezugnahme auf eine einschlägige Norm - eine der oben genannten - überprüft werden.
2. Anwendung von Wachen
Eine andere Methode, neben den für sich sicheren Konstruktionen, die zur Trennung der Gefahrenzonen von den zugänglichen Zonen verwendet werden, ist die Anwendung von Schutzvorrichtungen. Schutzeinrichtungen sind jede Art von Barriere, Leitblech, Gehäuse, Wand, Gitter, Tür usw. Schutzvorrichtungen verhindern den Zugang zur Gefahrenzone durch Bildung einer Materialbarriere zwischen einer Gefahrenzone und einer zugänglichen Zone. Wächter sollten:
· Robust sein,
· Schwer zu entfernen oder auszuschalten,
· In ausreichender Entfernung von der Gefahrenzone liegen,
· Den Arbeitsprozess so wenig wie möglich behindern,
· Keine zusätzlichen gefährlichen oder schädlichen Faktoren beitragen,
· Ermöglichung der Ausführung notwendiger Arbeiten im Zusammenhang mit der Installation und / oder dem Austausch von Werkzeugen oder der Wartung, wenn möglich - ohne deren Entfernung, wobei der Zugang nur auf den Bereich beschränkt ist, in dem diese Arbeiten ausgeführt werden sollen.
Im Allgemeinen werden Schutzvorrichtungen in Bezug auf ihre Befestigung und Bedienung, Einstellbarkeit, Perforationsgrad und das Ausmaß, in dem sie einen gefährlichen Faktor abdecken, gruppiert. Ein Schutz kann auf zwei Arten am Installationsbereich angebracht werden:
· Dauerhaft, untrennbar (z. B. durch Schweißen) oder durch lösbare Verbindungselemente (z. B. Schrauben), so dass das Entfernen oder Öffnen einer Schutzhaube ohne Verwendung von Werkzeugen verhindert wird; diese Art von Schutz wird als eine feste Schutzeinrichtung bezeichnet,
· Durch mechanische Elemente, die das Öffnen eines Schutzes ohne Verwendung von Werkzeugen ermöglichen (z. B. Scharniere, Führungen); Diese Art von Schutz wird als beweglicher Schutz bezeichnet.
Die Position eines Schutzes kann einstellbar sein oder nicht. Überall dort, wo der Bediener während des normalen Betriebs keinen Zugang zum Gefahrenbereich benötigt, müssen feste Schutzeinrichtungen verwendet werden. Wenn der Bediener häufig auf den Gefahrenbereich zugreifen muss, muss ein beweglicher Schutz oder eine Schutzvorrichtung angebracht werden. Alternativ ist es akzeptabel, einstellbare oder automatisch schließende Schutzvorrichtungen zu verwenden.
Die Wirksamkeit eines Schutzes hängt von seiner Positionierung in Bezug auf den Gefahrenbereich ab. Es ist besonders wichtig, einen Abstand einzuhalten, der verhindert, dass eine Person den Gefahrenbereich über oder um einen Schutz oder durch Schutzöffnungen erreicht. Die Prinzipien zur Bestimmung dieser Abstände sind in der Norm PN-EN ISO angegeben 13857: 2008.
Wenn trennende Schutzeinrichtungen die zugängliche Zone von der Gefahrenzone trennen, ist es wichtig, Schutzvorrichtungen mit solchen Abmessungen und Positionen zu konstruieren, dass Bediener nicht in die Gefahrenzone über die Schutzvorrichtung gelangen können.
Der Sicherheitsabstand c muss gemäß PN-EN ISO 13857: 2008, Abschnitt 4.2.2 definiert sein. Es gilt für Schutzeinrichtungen mit Höhen zwischen 1.000 mm und 2.500 mm (geringes Risiko) oder 2.700 mm (hohes Risiko). Der Grund dafür ist, dass Schutzvorrichtungen mit einer Tiefe von weniger als 1.000 mm als zu niedrig angesehen werden, um die Bewegung des Körpers zu begrenzen, während Schutzvorrichtungen, die höher als 2.500 mm (2.700 mm) sind, den Zugang zu Gefahrenbereichen vollständig einschränken. Gemäß EN ISO 13857: 2008 kann eine Gefahrenzone effizient getrennt werden, indem der Abstand erhöht oder eine Schutzvorrichtung angehoben wird.
Das Grundprinzip für den Einsatz von Schutzeinrichtungen ist, sie so aufzustellen, dass der Bereich, durch den eine Person die Gefahrenzone erreichen kann, vollständig getrennt wird. Aufgrund von Prozessgründen (z. B. Materialablieferungszone oder Produktzulassungszone) oder technischen Gründen (z. B. strukturelle Einschränkungen) ist es jedoch häufig nicht möglich, die zu schützenden Zonen vollständig zu trennen. Die Größe der Zonen, die angrenzend an Schutzeinrichtungen erreicht werden können, hängt von den anwendungsbeschränkenden Strukturen ab. Die Norm PN-EN ISO 13857: 2008 definiert Sicherheitsabstände, um zu verhindern, dass Gefahrenzonen durch die oberen Gliedmaßen erreicht werden, indem die Bewegung in vielfältiger Weise eingeschränkt wird.
Die Wachen können entweder geschlossen oder mit Öffnungen verschiedener Formen perforiert sein. Diese Öffnungen werden zum Beispiel verwendet, um Gewicht zu reduzieren oder die Kühlung zu verbessern. In solchen Fällen muss die Möglichkeit berücksichtigt werden, durch Öffnungen in den Schutzeinrichtungen Gefahrenbereiche zu erreichen. Die Norm EN-ISO 13857: 2008, Abschnitt 4.2.4 definiert das Erreichen durch regelmäßige Öffnungen.
Verriegelungseinrichtungen sowie Verriegelungs- und Verriegelungseinrichtungen für bewegliche trennende Schutzeinrichtungen müssen den Anforderungen der Norm EN ISO 14119: 2013 entsprechen. In Fällen, die diese Art von Geräten betreffen, wird auch empfohlen, die Norm PEN 957: 1997 zu berücksichtigen.
Eine Verriegelung (ohne Verriegelung) ermöglicht immer das Öffnen einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung. Wenn die Schutzvorrichtung geschlossen ist, erzeugt die Verriegelungsvorrichtung ein aktives Signal, das die Aktivierung gefährlicher Bewegungen durch die Maschine ermöglicht. Eine mit einer Verriegelung ausgestattete Schutzeinrichtung sollte folgende Sicherheitsfunktionen erfüllen:
- Funktionen einer Maschine, die eine durch eine Schutzeinrichtung "kontrollierte" Gefahr verursachen, können vor dem Schließen der Schutzeinrichtung nicht aktiviert werden (Aktivierungssperre);
- Öffnen einer Schutzeinrichtung, wenn eine Maschine Funktionen ausführt, die eine Gefahr verursachen, führt zur Erzeugung eines Signals, das den Vorgang des Anhaltens der Funktionen aktiviert (automatische Deaktivierung);
- Funktionen einer Maschine, die eine durch eine Schutzeinrichtung "kontrollierte" Gefahr verursachen, können ausgeführt werden, wenn sie geschlossen ist, aber das Schließen einer Schutzeinrichtung führt nicht zur Aktivierung der Funktionen;
Eine Verriegelung mit Zuhaltung hält den Schutz geschlossen. Es gibt zwei Arten dieser Geräte. Diejenigen, bei denen das Entsperren
- kann vom Bediener jederzeit ausgelöst werden (bedingungsloses Entriegeln);
- ist nur möglich, wenn eine Bedingung des Verschwindens der Gefahr erfüllt ist (bedingte Entriegelung);
Eine mit einer Verriegelung mit Verriegelung ausgerüstete Schutzeinrichtung sollte folgende Sicherheitsfunktionen erfüllen:
- Funktionen einer Maschine, die eine durch eine Schutzeinrichtung "kontrollierte" Gefahr verursachen, können nicht vor dem Schließen und Verriegeln der Schutzeinrichtung aktiviert werden (Aktivierungssperre);
- Nach dem Entriegeln sollten die Funktionen einer Maschine, die die Gefahr verursachen, in einer Zeit gestoppt werden, die kürzer ist als die Zeit, die zum Öffnen der Schutzeinrichtung benötigt wird.
- Funktionen einer Maschine, die eine durch eine Schutzeinrichtung "kontrollierte" Gefahr verursachen, können ausgeführt werden, wenn sie geschlossen und verriegelt sind, aber das Schließen und Verriegeln einer Schutzeinrichtung führt nicht zur Aktivierung der Funktionen;
Außerdem sollte im Falle einer bedingten Entriegelung ein Schutz geschlossen und verriegelt werden, bis die Gefahr verschwindet.
Wenn ein Stoppsignal von einem einzelnen Sensor (Schalter) erzeugt wird, muss ein Zwangsumschaltsensor aktiviert werden. Die Umschaltung im nicht erzwungenen Modus ist nur in Verbindung mit einem erzwungenen Umschaltsensor zulässig.
Elektrische Verriegelungseinrichtungen sowie Verriegelungs- und Verriegelungseinrichtungen verwenden unter anderem Positionsschalter (Endschalter mit einer Rolle) und Geräte mit "einem Schlüssel" (Verriegelung, Verriegelung mit Zuhaltung), die einen einzigen Öffnerkontakt enthalten können ein erzwungener Modus oder zwei Kontakte: der Kontakt wurde im erzwungenen Modus umgeschaltet und der Schließkontakt wurde im nicht erzwungenen Modus umgeschaltet. Der Einsatz von nichtmechanischen Umschaltern (Nähe, magnetisch) erfordert zusätzliche Faktoren, die die Fehlerfestigkeit erhöhen (spezielle Systeme, die den Betrieb überwachen). Hersteller dieser Geräte bieten gewöhnlich Lösungen, die das Erzielen von Systemen mit einer bestimmten Kategorie von Widerstandsfähigkeit gegen Defekte ermöglichen.
3. Anwendung von Schutzeinrichtungen
Schutzvorrichtungen bieten technische Sicherheit mit anderen Mitteln als Schutzvorrichtungen. Der Zugang zu Gefahrenzonen ist durch den Einsatz von Schutzeinrichtungen begrenzt. Zu den Schutznachweisgeräten gehört definitionsgemäß eine Maschinenausrüstung, die eine Person oder Teile des menschlichen Körpers erkennt, ein entsprechendes Signal erzeugt und an das Kontrollsystem weiterleitet, um das Verletzungsrisiko zu begrenzen. Das an das Steuersystem übertragene Signal kann erzeugt werden, wenn eine Person oder Teile ihres / ihres Körpers eine bestimmte Grenze der Gefahrenzone überschreiten oder wenn sich eine Person oder Teile ihres Körpers innerhalb der Gefahrenzone oder in beiden Fällen befinden .
Zu den am häufigsten verwendeten Schutzvorrichtungen gehören elektrosensitive Schutzvorrichtungen und druckempfindliche Schutzvorrichtungen. Ihre Funktion ist die Erkennung der Anwesenheit einer Person oder von Teilen ihres Körpers in dem Bereich in der Nähe der Gefahrenzone und die Erzeugung eines Signals, das die gefährliche Bewegung stoppt. Bei Schutzeinrichtungen verhindert eine Schutzmaßnahme das Erreichen der Gefahrenzone durch ihre physische Trennung von der zugänglichen Zone. Der Betrieb von Schutzeinrichtungen ist umgekehrt. Sie dienen dazu, das Erreichen des Gefahrenbereichs zu verhindern, indem gefährliche Bewegungen beendet werden, wodurch eine Gefahr und damit ein Gefahrenbereich ausgeschlossen wird.
In Schutzerkennungsvorrichtungen wird eine sehr wichtige Funktion von einem Erfassungsbereich ausgeführt, dh dem Bereich, in dem die Anwesenheit einer Person erfasst wird. Der Erfassungsbereich stellt daher einen Bereich dar, in dem die Zugangszone unter Kontrolle ist.
Die Funktionen der Schutzgeräte sind in zwei Gruppen unterteilt:
· Automatische Deaktivierungsfunktionen (Anhalten gefährlicher Bewegungen im Falle eines Eindringens in den Erfassungsbereich),
· Aktivierung der Verriegelungsfunktionen (verhindert den Beginn einer gefahrbringenden Bewegung, solange sich im Erfassungsbereich ein Übertritt befindet).
Die automatische Deaktivierungsfunktion kann aktiviert werden, wenn eine Gefahr auftritt (funktionierende Maschine), dh wenn ein Eindringen in die Erkennungszone zur Aktivierung einer Schutzvorrichtung führt und folglich Aktivitäten auslöst, die zu einer Beendigung der Gefahr führen (Stoppen der Maschine). Die Einstellung der Gefahr tritt niemals sofort ein - sie wird von einer Verzögerung begleitet; eine Zeit, die als "Systemnachlaufzeit" bekannt ist. Dies ist die maximale Zeitspanne, die von der Aktivierung der Schutzvorrichtung bis zur vollständigen Beendigung der Gefahr dauert. Diese Zeit ist eine Summe von zwei Werten:
T = t1 + t2
woher:
t1 - Aktivierungszeit eines Schutzdetektors
t2 - maximale Reaktionszeit einer Maschine
Die Schutzeinrichtung darf nicht am Rand einer tatsächlichen Gefahrenzone liegen, da der Schutzbetrieb der Sicherheitsfunktion immer um die Nachlaufzeit verzögert ist. Aus diesem Grund sollte eine Schutzeinrichtung aktiviert werden, bevor eine Gefahrenzone tatsächlich betreten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schutzeinrichtungen in einem bestimmten Mindestabstand zum eigentlichen Gefahrenbereich, der als Sicherheitsabstand bezeichnet und mit S gekennzeichnet ist, angeordnet wird. Der Sicherheitsabstand ist abhängig von der Art des Gerätes, seinen Parametern und seiner Lage durch die Maschine.
3.1. Elektrosensitive Schutzausrüstung (BWS)
Die elektrosensitive Schutzausrüstung (BWS) ist eine technisch sehr fortschrittliche und derzeit häufig verwendete Schutzgerätegruppe. Dieses Konzept bezieht sich auf eine Gruppe von Vorrichtungen und / oder interaktiven Elementen, die eine automatische Schutzdeaktivierung ausführen oder das Vorhandensein eines bestimmten Faktors detektieren, und besteht mindestens aus: einer Detektionsvorrichtung (Annäherungsart); Steuer- / Überwachungseinrichtungen und Ausgangssignal-Schalteinrichtungen sowie gegebenenfalls eine Hilfsumschalteinrichtung. Diese Vorrichtungen können verschiedene physikalische Phänomene (elektromagnetische Strahlung in Verbindung mit Mikrowellen; IR; sichtbares Licht; akustische Wellen, einschließlich Ultraschall; Veränderung von Kapazität und Induktivität usw.) verwenden, um eine Person oder Teile ihres / ihres Körpers zu erfassen. Gegenwärtig sind nur aktive optoelektronische Schutzvorrichtungen mit Infrarotstrahlung zur Verwendung zugelassen.
Diese Gerätegruppe umfasst:
· Aktive optoelektronische Schutzeinrichtungen, dh Sicherheitslichtvorhänge und Lichtschranken;
· Vorrichtungen, bei denen eine Empfindlichkeitsfunktion durch optoelektronische Sendeempfangselemente ausgeführt wird, die Reflexionen von durch diese Vorrichtungen erzeugter optischer Streustrahlung erfassen, die durch das Vorhandensein eines Objekts in dem zweidimensionalen Erfassungsbereich verursacht wird. Diese Geräte sind allgemein als Laserscanner bekannt.
Die Anwendung von Schutzvorrichtungen ist in Maschinen gerechtfertigt, die den häufigen Zugang des Bedieners zum Gefahrenbereich (z. B. zum Arbeitsbereich) oder die Interaktion zwischen Bediener und Maschine während des Betriebs erfordern - wenn eine gute Sicht auf den Gefahrenbereich erforderlich ist die Maschine und den laufenden Prozess - sowie in Maschinen, in denen es schwierig ist, feste Wachen zu installieren. Bestimmte Merkmale einer Maschine können die Anwendung von Schutzvorrichtungen als einzige Schutzmaßnahme verhindern; Daher kann es notwendig sein, andere zusätzliche Schutzmaßnahmen zu verwenden.
Das Verfahren zur Auswahl der Schutzeinrichtungen sollte durch Auswahl der am besten geeigneten Schutzeinrichtung und der damit verbundenen zusätzlichen Schutzeinrichtungen durchgeführt werden und Folgendes berücksichtigen:
· Eigenschaften einer Maschine,
· Merkmale der Umwelt,
· Sicherheitsmerkmale,
· Eigenschaften des menschlichen Körpers,
· Typische Parameter von elektronischen Schutzeinrichtungen.
Eigenschaften einer Maschine können die Anwendung bestimmter Schutzvorrichtungen verhindern, zum Beispiel aufgrund von:
· Die Gefahr, dass verarbeitetes Material, Späne oder Teile von Elementen abgeworfen werden,
· Das Auftreten von thermischen oder anderen Arten von Strahlung,
· Die Maschine einen akzeptablen Geräuschpegel überschreitet,
· Das Risiko, dass der Betrieb der Maschine durch die Umwelt beeinträchtigt wird,
· Unmöglichkeit, einen sicheren Zustand der Maschine während eines Prozesszyklus zu erreichen, verursacht durch: die Art des Prozesses (z. B. sein Stillstand kann eine zusätzliche Gefahr verursachen), das Verfahren, das die Maschine antreibt (z. B. eine Kupplung mit einem Drehkeil) erst nach dem Ende eines Arbeitszyklus gelöst, wird zum Antrieb der Maschine verwendet) oder gespeicherte Energie (z. B. in Form von pneumatischen oder hydraulischen Druck in Tanks).
· Die Anhaltezeit der Maschine (Zeit des Erreichens eines sicheren Zustands), die nicht den Anforderungen für die Installation von Schutzvorrichtungen entspricht, was eine Auswirkung von Lösungen für das Maschinendesign ist (kann sein): Herstellung des Maschinenstoppsystems unter Verwendung von Technologie das ist nicht geeignet für das Zusammenwirken mit Schutzeinrichtungen oder die erhebliche Verzögerungszeit des Systems sowie das unzureichende Anhalten von Maschinenbewegungen, die sich aus veränderlicher Geschwindigkeit, Last oder Trägheit ergeben.
Bei der Auswahl von Schutzvorrichtungen müssen Merkmale des menschlichen Körpers im Hinblick auf Folgendes berücksichtigt werden:
· Geschwindigkeit und Richtung der Annäherung an die Gefahrenzone;
· Der erkannte Körperteil (z. B. Finger-, Hand-, Ober- oder Unterschenkelerkennung, ganzer Körper);
· Interaktionen einer Person mit der Maschine.
Auch die Positionierung von Schutzeinrichtungen hängt maßgeblich von den genannten Faktoren ab. Es ist auch wichtig, die Geräte so auszuwählen und zu positionieren, dass das Risiko minimiert wird, dass Personen der Gefahr ausgesetzt werden, indem man sie vermeidet. Beispielsweise:
· Zugang zum Gefahrenbereich über, unter oder um den Erfassungsbereich herum;
· Über die Erfassungszone gelangen;
· Überqueren der Erkennungszone;
· Änderung der Position der Schutzausrüstungselemente;
· Reflexion von Lichtstrahlen durch reflektierende Oberflächen, die Veränderungen in dem Erfassungsbereich in elektrosensitiven Schutzvorrichtungen verursachen;
· Im Gefahrenbereich hinter dem Erfassungsbereich bleiben.
4. Zusammenfassung
Bei der Festlegung der Sicherheitsanforderungen in Bezug auf angewandte Schutzeinrichtungen und Schutzeinrichtungen müssen geeignete Normen für den jeweiligen Gerätetyp festgelegt werden. Folglich sollten folgende Schritte des Verfahrens beinhalten:
1. Auswahl einer Art von Schutz- oder Schutzeinrichtung - EN 953: 1997 + A1: 2009
2. Festlegung der Anforderungen für die Positionierung von Schutzeinrichtungen - EN ISO 13858: 2008
3. Festlegung der Anforderungen für die Positionierung von Schutzeinrichtungen - EN ISO 13855: 2010
4. Bestimmung der Anforderungen für die Widerstandsfähigkeit von Sicherheitsfunktionen gegenüber Defekten - EN ISO 13849-1: 2006 oder EN 62061: 2005
5. Validierung - EN ISO 13849-2: 2012, EN 62061: 2005