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Maschinensicherheit VDW-Projekt des Jahres: Sicherheit von Standard-SPS-Steuerung belegt

| Redakteur: Ute Drescher

Bei vielen Drehmaschinen steuert eine Standard-SPS Sicherheitsfunktionen. Diese SPS wurde oft noch vor Einführung der seit rund zehn Jahren geltenden Sicherheitsnorm ISO 13849-1 installiert. Eine aktuelle Studie belegt nun: Die ausgeführte Werkstückspannung der untersuchten Drehmaschinen entspricht den Sicherheitsnormen ISO 23125 und ISO 13849-1.

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Der Preis Projekt des Jahres des VDW-Forschungsinstituts geht dieses Jahr an Nika Nowitziki, die die Sicherheit von Standard-SPS in einer Studie belegt hat. (Im Bild (v.l.n.r.): Sven Staiger, Index-Werke, Esslingen, Nika Nowizki, Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart, Dr. Alexander Broos, Leiter Forschung und Technik, VDW Frankfurt am Main)
Der Preis Projekt des Jahres des VDW-Forschungsinstituts geht dieses Jahr an Nika Nowitziki, die die Sicherheit von Standard-SPS in einer Studie belegt hat. (Im Bild (v.l.n.r.): Sven Staiger, Index-Werke, Esslingen, Nika Nowizki, Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart, Dr. Alexander Broos, Leiter Forschung und Technik, VDW Frankfurt am Main)
(Bild: Rainer Jensen/VDW)

Wie zuverlässig ist die Sicherheitsfunktion Werkstückspannung, die mit einer Standard-SPS angesteuert wird? Dieser Frage ist Dipl.-Ing. Nika Nowizki vom Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart nachgegangen. Nowizki untersuchte in einer Studie die Betriebsbewährtheit von automatischen Multi-Spindel-Drehmaschinen der Firma Index. „Die in der statistischen Auswertung der Felddaten ermittelten Zuverlässigkeitskennwerte liegen teilweise sogar deutlich höher als in der entsprechenden Norm gefordert“, berichtet Nowizki.

Diese Studie bewertete das VDW-Forschungsinstitut, die Forschungsvereinigung des VDW, als so herausragend, dass sie sie mit dem Preis für das „Projekt des Jahres“ im Rahmen des Safety Days auf der EMO Hannover 2017 auszeichnete. Mit diesem Preis honoriert das Forschungsinstitut herausragende Forschungsprojekte von Produktionswissenschaftlern, die Wissenslücken zu werkzeugmaschinenspezifischen, fertigungstechnologischen oder produktionstechnischen Fragen schließen.

Maschinensicherheit in den Fokus rücken

Den Sicherheitsnachweis bei Werkzeugmaschinen zu führen, ist relativ schwierig. Denn unter statistischen Gesichtspunkten treten Gefährdungen zwar sehr selten auf, können dann aber fatale Auswirkungen haben. Versagt zum Beispiel die Sicherheitsfunktion der Werkstückspannung, wird womöglich ein „mehrere Kilogramm schweres Werkstück mit hoher Rotationsgeschwindigkeit aus dem Spannsystem herausgeschleudert und kann die Maschine zerstören beziehungsweise das Leben von Menschen gefährden“, so Nowizki.

Kein Unfall in über 93 Millionen Betriebsstunden

Bei vielen Drehmaschinen erfolgt die Steuerung, auch von Sicherheitsfunktionen, per Standard-SPS namhafter Steuerungshersteller, die zum Teil noch vor Einführung der seit rund zehn Jahren geltenden Sicherheitsnorm ISO 13849-1 installiert wurden. Auch heute noch wollen Werkzeugmaschinenhersteller mit dieser Art von Steuerung arbeiten, denn sie hat sich bewährt.

Eine wichtige Grundlage für diese Bewährtheit ist die Kaskadierung von Sicherheitsmaßnahmen in den Produktsicherheitsnormen, hier die ISO 23125 „Drehmaschinensicherheit“. Darin sind bereits seit vielen Jahren alle wichtigen Details der Sicherheitsfunktionen genormt, ebenso ein ausgefeiltes Betriebsartensystem, das im vorliegenden Fall in einer vollumhausten automatischen Maschine beheimatet ist.

„Hersteller hatten ebenso wie Anwender bisher immer das Gefühl, dass die normkonform gebauten Maschinen sehr sicher sind – ohne, dass es wissenschaftlich belegt war“, so Nowizki. „Nun haben wir mehr als nur das Gefühl. Wir konnten statistisch nachweisen, dass die mit der Standard-SPS ausgeführte Werkstückspannung der untersuchten Drehmaschinen den Sicherheitsnormen ISO 23125 und ISO 13849-1 entspricht, diese sogar unter gewissen Umständen übererfüllt.“

Laufzeiten von 578 Mehrspindeldrehautomaten untersucht

In ihrer Studie hatte Nowizki die Laufzeiten von 578 Mehrspindeldrehautomaten mit insgesamt 3.951 Spindeln untersucht. Die Maschinen wurden mit baugleichem Typ einer Standard-SPS gesteuert. Die Ingenieurin wertete Daten aus, die bis ins Jahr 1992 zurückgingen und kam mit ihren Abschätzungen zur sicheren Seite auf insgesamt mehr als 93 Millionen Maschinenbetriebsstunden, in denen kein einziger sicherheitsrelevanter Unfall passierte. Die so genannten Performance Level (PL) bewerten den Beitrag einer Sicherheitsfunktion zur Risikoreduzierung. Der nach ISO 23125 geforderte PL=b bzw. PL=c für die Werkstückspannung wurde in dieser Studie eindeutig erfüllt.

„Dieser wichtige Befund, das heißt ein Betriebsbewährtheitsnachweis für den Stand der Technik zur Werkstückspannung an Drehmaschinen, sollte bei der jüngst angestoßenen Revision der ISO 23125 beachtet werden“, ergänzt Heinrich Mödden, Referent Maschinensicherheit im VDW. „Das nehmen wir zum Anlass, auch eine Einladung zur Mitarbeit an der Norm auszusprechen. Von den wichtigsten globalen Produzenten von Drehmaschinen haben sich bislang hauptsächlich Hersteller aus Japan und Deutschland engagiert. Es sollten aber noch andere große Drehmaschinen-Herstellerländer wie China und Korea aktiv werden.“

Vergleichbare Studien sind laut Nowizki auch mit anderen Werkzeugmaschinen möglich. Und sie sind auch schon konkret in Planung. Anfang des kommenden Jahres wird das Institut für Maschinenelemente bei der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) einen Antrag für ein noch größeres Projekt mit anderen Maschinentypen einreichen.

Nicht unerwähnt sollte hier auch bleiben, dass ein VDMA-Positionspapier zur Werkstückspannung am EMO Safety Day vorgestellt wurde, in dem ein verantwortlicher Umgang mit aktorisch wirkenden Werkstückspannvorrichtungen bei Zulieferern, Maschinenherstellern und Betreibern erstmalig geregelt wird. Denn trotz der exemplarisch nachgewiesenen hohen steuerungstechnischen Zuverlässigkeit bleibt die Sicherheit der Werkstückspannung im betrieblichen Umfeld ein wichtiges Thema, z.B. wenn es um den bestimmungsgemäßen Gebrauch und die Wartung von Spannmitteln geht. (ud)

Anmerkung der Redaktion: Heinrich Mödden spricht auch auf dem 5. Anwendertreff Maschinensicherheit am 27. September 2017 in Würzburg – hier können Sie sich anmelden.

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