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Maschinenbetrieb bei geöffneter Schutztür ohne Zustimmschalter

Autor / Redakteur: Frank Schmidt* / Ute Drescher

Während einschlägige C-Normen nur zwei typische Betriebsarten von Maschinen und Anlagen vorsehen, findet man heute schon häufiger eine dritte Betriebsart für erweiterte manuelle Eingriffe. Künftig wird man mehr und mehr auch eine vierte Betriebsart für die Prozessbeobachtung antreffen. Inzwischen gibt es Sicherheits-Schaltgeräte, die mit Blick auf diese Betriebsarten entwickelt wurden.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Häufig wird der Konstrukteur einer Maschine oder Anlage die Maschinenrichtlinie und die ihr nachgeordneten Normen als hinderlich und lästig empfinden, weil sie seine Freiheiten einschränken – und weil es einige Mühe macht, sich durch die komplizierten Formulierungen hindurchzuarbeiten.

Es gibt aber auch Fälle, in denen die Normen die Freiheiten des Konstrukteurs erweitern und dem Bediener die Arbeit erleichtern. Leider sind gerade diese Bestimmungen in den Konstruktionsabteilungen kaum bekannt, da sie ja keine Einschränkung bedeuten, sondern als Optionen darstellen. Eine dieser „Freiheiten“ ist die Einführung der Betriebsart 3 „Erweiterter manueller Eingriff“ oder der Betriebsart 4 „Prozessbeobachtung“.

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Die Betriebsart 3 findet man in der Norm EN 12417 („Werkzeugmaschinen – Bearbeitungszentren; deutsche Fassung EN 12417:2001 + A1:2006) beschrieben, allerdings im Amendment 1 aus 2006. In dieser Betriebsart kann der Bediener die Maschine unter bestimmten Voraussetzungen bei geöffneter Schutztür betreiben. Schnell gab es Reaktionen aus der Praxis, die von Problemen bei der praktischen Umsetzung dieser Norm berichteten. So kann es bei großen Bearbeitungszentren Schwierigkeiten bereiten, wenn der Bediener einen verdeckten Referenzpunkt anfahren möchte oder wenn er die Maschine für Hinterschneidungen am Werkstück einrichtet.

Reduzierte Funktionsauswahl in Betriebsart 3

Diese Aufgaben kann der Bediener zwar – auf der Basis von EN 12417 – erledigen, indem er die Maschine auf Betriebsart 3 umschaltet und die Maschine bei geöffneter Schutztür betreibt. In diesem Fall steht ihm eine reduzierte Auswahl an Maschinenfunktionen zur Verfügung, die er nur aktivieren kann, wenn er einen Zustimmschalter am Handbediengerät gedrückt hält.

Dauert der zu beobachtende Prozess jedoch länger an, kann der Bediener vom Zustimmschalter abrutschen, oder seine Hand verkrampft durch das dauerhafte Drücken – dann wird die Bearbeitung unterbrochen, und es kann zu Störungen oder Fehlern am Werkzeug kommen.

Ähnlich liegt der Fall, wenn komplexe Bearbeitungsvorgänge vorbereitet werden, z.B. wenn der Bediener den Anstellwinkel des Werkzeugs und zugleich die Verfahrgeschwindigkeit einstellt. Dann bleibt keine Hand mehr frei, um den Zustimmschalter gedrückt zu halten.

Fußschalter behindert den sicheren Stand

Ein Fußschalter ist in diesem Fall auch keine Alternative, weil der Bediener dann keinen sicheren Stand beim Beobachten des Prozesses hat. Auch bei Prozessen wie dem Schleifen, die auf definierte Geschwindigkeiten angewiesen sind, setzt die vorhandene Regelung Grenzen: Ein Betrieb mit reduzierter Geschwindigkeit gibt hier keinen Aufschluss z.B. über die Prozessqualität.

In der Praxis führen solche Unzulänglichkeiten dazu, dass der Bediener auf Manipulation sinnt. Das ist eine nicht zu unterschätzende Beinträchtigung der Sicherheit, wie eine aktuelle Untersuchung des Berufsgenossenschaftlichen Instituts für Arbeitssicherheit (BGIA) zeigt. Nahezu jede vierte Maschine, das ergab diese Untersuchung, ist manipuliert – ein erschreckendes Ergebnis.

Ziel des Konstrukteurs muss es also sein, eine sicherheitstechnisch überzeugende Lösung für diese – zugegebenermaßen speziellen – Aufgabenstellungen zu finden.

Maschinenrichtlinie schafft öffnung

Die Voraussetzung dafür bietet die neue Fassung der Maschinenrichtlinie, deren Anhang I hier eine Öffnung schafft, wenn es zwingend notwendig ist. Wenn bestimmte Voraussetzungen betrieblich nicht anwendbar sind, kann man auch mit anderen Schutzmaßnahmen, die über den Steuerungs- oder Betriebsartenwahlschalter ausgelöst werden, einen sicheren Arbeitsbereich gewährleisten.

Daher haben sich die gesetzgeberischen Gremien darauf geeinigt, eine zusätzliche Betriebsart zu akzeptieren, sofern entsprechende Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Diese – vierte – Betriebsart wird als „Prozessbeobachtung“ definiert, und sie erlaubt den Betrieb der Maschine bei geöffneter Schutztür, ohne dass man einen Zustimmschalter gedrückt halten muss.

Die Betriebsart 4 wird in den Normen noch gar nicht behandelt. Jedoch kann man sich hier der Hilfe eines Papiers des Fachausschuss „Maschinenbau, Fertigungssysteme und Stahlbau“ der Metall-BG Nord-Süd bedienen, das die Rahmenbedingungen für die Anwendung der neuen Betriebsart 4 absteckt.

Maschinenrichtlinie legalisiert „Prozessbeobachtung“

Obwohl diese Betriebsart also noch nicht Gegenstand der Normung ist, geht hier alles mit rechten Dingen zu. Denn die EU-Normen, die die Maschinenrichtlinie konkretisieren, schaffen „nur“ eine Grundlage. Rechtlich verbindlich ist hingegen immer die EG-Maschinen-Richtlinie, und in deren neuer Fassung 2006/42/EG wird insbesondere die Betriebsart „Prozessbeobachtung“ legalisiert, die über die bisherigen Einschränkungen für Betriebsarten bei geöffneter Schutztür hinausgeht.

So ist zum Beispiel ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Betriebsarten 3 und 4, dass es in Betriebsart 3 zwar eine (im Vergleich zu Betriebsart 2) erweiterte, aber dennoch absolute Höchstgrenze für Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten gibt, während für die Betriebsart 4 die maximalen Grenzwerte von den Notwendigkeiten des Prozesses bestimmt werden und sie deshalb auch höher liegen können. Man spricht deshalb auch von der prozessnotwendigen Geschwindigkeit. Allerdings dürfen die Betriebsarten 3 und 4 nur dann gewählt werden, wenn bestimmte Voraussetzungen zutreffen und zahlreiche zusätzliche sicherheitsgerichtete Maßnahmen realisiert worden sind.

Beispielsweise spielen in der Betriebsart 3 Zustimmungseinrichtungen (Bild 1) eine besondere Rolle, wenn es um den Betrieb gefährlicher Bewegungen geht. Eine andere Maßnahme ist die überwachte Reduzierung von Leistungen und Geschwindigkeiten.

Nur geschultes Personal darf Betriebsart 4 wählen

Zu den Sicherheitsmaßnahmen gehört neben der Abschaltung der Automatikfunktionen wie des automatischen Werkzeugwechsels und sicher überwachte reduzierte Geschwindigkeiten auch die Tatsache, dass nur besonders geschultes Personal zur Anwahl dieser Betriebsart befähigt ist. Dies muss auch durch eine separate Anwahl dieser Betriebsart, z.B. mit einem zweiten Schlüsselwahlschalter, gewährleistet sein.

Zudem darf diese Betriebsart nur gewählt werden, wenn es dafür zwingende technologische Notwendigkeiten gibt, wenn die jeweilige Aufgabenstellung also mit den Betriebsarten 1 bis 3 nicht zufriedenstellend zu erfüllen ist: Dann muss man, so lautet die Sprachregelung, die „Unvermeidlichkeit“ dieser Betriebsart nachweisen.

Die Betriebsart 4 nimmt somit auch den Maschinenbetreiber in die Pflicht – und das ist ganz im Sinne der Maschinenrichtlinie. Die zusätzliche Betriebsart gewährleistet ein hohes Sicherheitsniveau und gibt dem geschulten Bediener die Möglichkeit, im unmittelbaren Blickfeld des Prozesses z.B. mit einem Handbediengerät die Werkzeuge einzustellen oder zu verfolgen, ob die Bearbeitungsparameter stimmen. Dabei sind auch höhere (prozessnotwendige) Geschwindigkeiten erlaubt als beim Einrichtbetrieb.

Schlüsselwahlschalter ermöglicht Umschalten in Sonderbetriebsart

Für die praktische Umsetzung dieser Regelungen hat die Schmersal-Gruppe einen neuen Schlüsselwahlschalter entwickelt, der über einen zusätzlichen RFID-Transponder verfügt (Bild 2). Der RFID-Transponder erlaubt die Umschaltung der Maschine vom Automatikbetrieb in eine Sonderbetriebsart. Die Berechtigung zur Umschaltung kann dabei individuell über die RFID-Codierung definiert werden.

So kann der Bediener einen Schlüssel erhalten, der die Umschaltung in den Einrichtbetrieb (Betriebsart 3) erlaubt, während der Meister die Maschine mit seinem Schlüssel auch in Betriebsart 4 betreiben darf. Auch weitere Berechtigungsstufen können über den Schlüsselwahlschalter vergeben werden. Dieser „elektronische Schlüssel“ ist somit ein einfaches und sicheres System, das eine differenzierte Vergabe von Zugangsberechtigungen erlaubt.

Auch die sicherheitsgerichtete Funkstrecke, die die Schmersal-Gruppe als erster

Anbieter zur Serienreife entwickelt hat (Bild 3), bietet gerade bei den Sonderbetriebsarten erhebliche Einsatzvorteile. Daher ist es nicht erstaunlich, dass zu den ersten Anwendungen Anwender gehören, die mit den mobilen ESALAN Wireless-Terminals (Bild 4) Einrichtarbeiten an weitläufigen Maschinen durchführen – z.B. an Papiermaschinen, Druckmaschinen und verketteten Blechbearbeitungsanlagen.

Hier kann der Bediener den Prozess unmittelbar vor Ort beobachten, ohne dass er durch das Kabel gebunden ist, und z.B. den Anlauf der Papiermaschine nach dem Wechsel der Mutterrolle beobachten. Das verbessert die Produktivität und gewährleistet zugleich ein hohes Sicherheitsniveau.

Wünsche der Betreiber berücksichtigt

Die Betriebsart 4 ist ein Beispiel dafür, dass die Richtlinien und Normen zur Maschinensicherheit durchaus auf die Wünsche der Betreiber im Hinblick auf Produktivität und Praxistauglichkeit eingehen – und dass sie Freiheiten bieten, die der Konstrukteur entschlossen nutzen sollte, um dem Bediener die Handhabung der Maschine zu erleichtern. Damit verringert man zugleich auch die Manipulationswahrscheinlichkeit und erhöht somit die Sicherheit – Werkzeugmaschinenbauer, die diese Betriebsart eingeführt haben, berichten von weniger Manipulationen.

Eine weitere aktuelle Entwicklung im Bereich der Maschinensicherheit geht ebenfalls in diese Richtung: Es gibt bereits Installationen, bei denen Mensch und Roboter ohne trennenden Schutzzaun zusammenarbeiten. Beispielsweise hält der Roboter Teile, die ein Werker bearbeitet, oder ein Bediener beobachtet die Qualität eines robotergestützten Schweißprozesses (Bild 5). Auch hier geht es also um die optimale, ungehinderte Sicht aufs Werkstück. Die erforderliche Sicherheit gewährleistet in diesem Fall die sicherheitsgerichtete Steuerung ESALAN Safety Controller.

*Frank Schmidt ist Key Account Automotive bei der K.A.Schmersal GmbH, Wuppertal.

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