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Was besagt die Norm EN ISO 14119?

Beurteilung der Sicherheitstechnik an einer Tür mit Zuhaltung
Was besagt die Norm EN ISO 14119?

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Eine bereits seit langem bewährte Technik zur Absicherung von Maschinen mit nachlaufenden Bewegungen ist der Einsatz einer Zuhaltung an Schutztüren. Sie 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 der EN 1088 verspricht hier deutliche Verbesserungen. Moderne Sicherheitslösungen von Euchner erleichtern die Beurteilung gemäß der neuen Norm.

Nach Informationen der Euchner GmbH + Co. KG in Leinfelden-Echterdingen www.euchner.de

Die bisher gültige EN 1088 wird durch die EN ISO 14119 abgelöst. Beide geben Hilfestellung bei der Beurteilung von Verriegelungseinrichtungen an beweglichen trennenden Schutzeinrichtungen. Im Folgenden werden neben der EN ISO 14119 auch alle anderen gültigen Normen, die zur Beurteilung der Sicherheitsfunktion „Zuhaltung“ Berücksichtigung finden, vorgestellt. 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. Das Datum der Norm ist heute zwar 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 EN 1088 gearbeitet. Der Entwurf erschien im Jahr 2011 unter einer neuen Nummerierung − als prEN ISO 14119. Das Erscheinen der endgültigen Fassung steht für Mitte bis Ende 2013 an.
Die Norm EN ISO 14119
Anhand eines einfachen Beispiels soll der Weg durch die Normen vollständig beschrieben werden. Als Beispiel dient eine Drehmaschine, deren Hauptgefährdung von der drehenden Hauptspindel mit dem aufgespannten Werkstück ausgeht.
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 demnächst nach EN ISO 14119 ausgewählt werden muss. Der Mindestabstand der Schutzeinrichtung von der Gefährdungsstelle errechnet sich nach EN ISO 13855 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 200 mm. Mit diesem Wert ergibt sich eine maximal erlaubte Nachlaufzeit von 0,125 s (K = 1600 mm/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 0,5 s angenommen. Somit wäre eine maximale Nachlaufzeit von 0,625 s erlaubt. Das erfüllt der Antrieb in unserem Beispiel nicht, er stoppt erst nach ca. 1 s. Somit muss entweder der Abstand vergrößert oder aber eine Zuhaltung eingesetzt werden.
Zuhaltung nach dem Ruhestromprinzip
In unserem Beispiel wird eine Zuhaltung herangezogen, die den Anforderungen der EN 1088 sowie der EN ISO 14119 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, davon abzuweichen. Ein möglicher Grund für die Ausnahme wäre, dass in einer Anlage ein Feuer ausbrechen kann und der Zugang 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.
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. 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 die 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 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 seine Stellung überwachen.
Im nun folgenden Schritt soll die technische Umsetzung der Sicherheitsfunktion beurteilt werden. Hierzu dient beispielsweise die EN ISO 13849. Bei der Beurteilung der Zuhaltung nach der EN ISO 13849-1 stellen sich hier gleich mehrere Fragen. Zumeist wird die elektrische Überwachung zweikanalig ausgeführt, wie im Beispiel beschrieben. Jedoch erfordern die Kategorien 3 und 4 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 bzw. SIL 3 der Fehlerausschluss auf das Brechen der Zuhaltung zulässig ist, also nur ein Zuhaltebolzen verwendet werden muss. Dann 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 z.B. an, einen zweiten Sensor als Türstellungssignal mit einzubinden. Mit Hilfe dieses Sensors können die Fehler gefunden und somit auch der notwendige Diagnosedeckungsgrad DC erreicht werden. Alternativ kann aber auch ein Fehlerausschluss auf Teile der Sicherheitskette durchgeführt werden. Dann wäre der zweite Sensor nicht nötig.
Diagnosedeckungsgrad
Eine weitere Frage nach der sicherheitstechnischen Beurteilung betrifft die Ansteuerung der 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 ist als der, den die Stellungsüberwachung der Zuhaltung aufweist. In den meisten Fällen besteht eine Gefährdung durch den Ausfall nur kurz, denn sobald die Ansteuerung der Zuhaltung fälschlicherweise die Schutzeinrichtung öffnet, wird durch die Überwachungsschaltung der Sperrstellung die Maschine abgeschaltet. Damit 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 resultiert, genügen.
Weitere Sicherheitsfunktion ist das Verhindern des unerwarteten Anlaufs einer Maschine. Da dafür dieselben Bauelemente wie zur Zuhaltung der Schutzeinrichtung zuständig sind, kann die sicherheitstechnische Beurteilung von der Funktion Überwachung der Zuhaltung übernommen werden. Sie basiert darauf, dass Zuhaltungen wie beim Sicherheitsschalter STP schon immer eine Fehlschließsicherung beinhalten. Eine Mechanik verhindert, dass die Zuhaltung aktiviert werden kann, ohne dass die Schutzeinrichtung in der Stellung geschlossen ist. Der STP3 beinhaltet für diese Funktion Kontakte, die die Stellung der Schutzeinrichtung überwachen.
Blockdiagramm
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). In Zusammenhang mit der EN ISO 13849 ist auch die Beurteilung einer Reihenschaltung von elektromechanischen Sicherheitsschaltern interessant. Enthielt der Entwurf der Norm prEN ISO 14119 noch eine Hilfestellung zum Thema, so wird diese in der endgültigen Fassung entfallen.
Moderne Sicherheitslösungen von Euchner erleichtern die Beurteilung der Komponenten. 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. Auch eine Reihenschaltung ist mit dieser Art Zuhaltungen möglich, ohne dass der PL der Gesamtschaltung dadurch herabgesetzt wird. ge

PRAXIS PLUS
Zur Bestimmung des Diagnosedeckungsgrads DC muss die Schaltung in der Form aufgebaut sein, dass möglichst viele Fehler erkannt werden können. Hierzu bietet es sich z.B. an, einen zweiten Sensor als Türstellungssignal mit einzubinden. Mit Hilfe 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 durchgeführt werden. In diesem Fall wäre der zweite Sensor nicht immer notwendig. In der Übersicht „Bewährtes bleibt sicher“ von Euchner wird das Vorgehen bei einem Fehlerausschluss beschrieben.

INFO-TIPP
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 nicht sehr einfach. Eine gute Anleitung zur Erstellung des Diagramms geben die Sistema Kochbücher der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV):
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