Normanpassungen und neue Bewertung gegen Übergreifen von Schutzeinrichtungen

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1 Absicherung von Gefahrstellen Normanpassungen und neue Bewertung gegen Übergreifen von Schutzeinrichtungen Christian Thol und Otto Görnemann, Waldkirch Nach Einführung der neuen Maschinenrichtlinie werden schrittweise weitere Normen harmonisiert. So gilt seit 1. Dezember 2010 die neue Sicherheitsnorm EN ISO Sie löst die B-Norm EN 999 von 2008 ab und definiert die Mindestabstände von berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen (BWS) praxisgerechter. Für den Konstrukteur bedeutet dies, dass die Mindestabstände zu Gefährdungsbereichen von Maschinen und Anlagen in Fabrik- und Logistikautomation jetzt etwas anders zu bewerten sind. Zur Absicherung von Gefahrenstellen werden häufig Lichtvorhänge, Lichtgitter, Laserscanner, Schaltmatten, Zweihandschaltungen oder andere Schutzeinrichtungen verwendet. Die neue Norm EN ISO Sicherheit von Maschinen Anordnung von Schutzeinrichtungen im Hinblick auf Annäherungsgeschwindigkeiten von Körperteilen definiert wichtige Parameter zur korrekten Anwendung dieser Schutzeinrichtungen und nimmt verriegelte trennende Schutzeinrichtungen wie Schutztüren ohne Zuhaltung und zweidimensionale Sichtsysteme (Kamerasysteme) neu auf (Tabelle 1). Neue praxisgerechte Berechnungen des Mindestabstands zum Gefährdungsbereich unter Berücksichtigung der Übergreifbarkeit sollen vor einem Umgehen des Schutzfelds schützen. Verbesserung der Definitionen Neben den aus EN 999 bekannten Definitionen der Begriffe wie Auslösen, Nachlauf des gesamten Systems, Sensordetektionsvermögen und Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen wurden neue Begriffsdefinitionen in die Sicherheitsnorm aufgenommen. So ist eine Annäherung indirekt, wenn der kürzeste Weg zum Gefährdungsbereich durch ein mechanisches Hindernis versperrt ist, d. h. der Gefährdungsbereich kann lediglich erreicht werden, wenn sich eine Person um das Hindernis annähert (Bild 1). Das Umgehen des Schutzfeldes wird in der Norm als das Erreichen einer Gefahrstelle durch Über- oder Unterqueren oder seitliches Passieren des Schutzfeldes konkretisiert. In Fällen, in denen das Umgehen eines Schutzfeldes nicht verhindert werden kann, definiert die Norm EN ISO Maßnahmen, die ein Übergreifen oder Unterkriechen bestmöglich verhindern können, z. B. durch die Kombination von berührungslos wirkenden mit trennenden Schutzeinrichtungen. Der Mindestabstand einer Schutzeinrichtung zu einem Gefährdungsbereich ist eine zentrale Größe der Maschinensicherheit. Er muss so groß gewählt werden, dass eine gefahrbringende Maschinenfunktion gestoppt ist, bevor die Person die Gefahrstelle erreichen kann. Das Abwarten des vollständigen Anhaltens der gefahrbringenden Bewegungen ist aber nicht zwangsläufig notwendig, um von einem sicheren Zustand zu sprechen. Bei manchen Maschinenbewegungen ist ein sicherer Zustand auch schon vor dem vollständigen Stopp der gefahrbringenden Bewegung erreicht. Das ist dann der Fall, wenn die ver - bleibenden Maschinenfunktionen als ungefährlich betrachtet werden können. Bei der Berechnung der Nachlaufzeit geht die Norm im Anhang D von der längst mög lichen Nachlaufzeit aus (worst case). Zusätzliche Faktoren wie Umgebungsbedingungen der Maschine und mög - liche Abnutzung der Bauteile, z. B. Verschleiß von Bremsen, Abnutzung von Reifenmaterial oder glatte Boden - beschaffenheit für Fahrerlose Trans - portfahrzeuge, sind dabei zu berück - sichtigen. Neue Methodik gegen Umgehen des Schutzfeldes Die wohl grundlegendste Änderung gegenüber der alten Norm ist die Berücksichtigung des Übergreifens von optoelektronischen Schutzeinrichtungen. Diese Problematik ist nicht neu, allerdings gab es bisher keine Vorgehensweise zur Festlegung der notwendigen Höhe. Bisher wurde die notwendige Höhe einer feststehenden trennenden Schutzeinrichtung nach EN 953, z. B. die eines Zauns, als obere Schutzfeldgrenze zugrunde legt. Dies führte oft zu überdimensionierten Schutzfeldern. Da man sich im Gegensatz zu feststehenden trennenden Schutzeinrichtungen an den Schutzfeldern nicht anlehnen kann, um durch Übergreifen einen Gefährdungsbereich zu erreichen, reichen kleinere Schutzfelder jedoch aus. Eine dahingehende von der Industrie gewünschte Präzisierung ist durchaus sinnvoll, da sie den notwendigen Schutz des Bedieners sicherstellt und gleichermaßen die Kosten reduziert. Die Norm EN ISO gibt dem Anwender eine Schritt-für-Schritt- Anleitung an die Hand, um diese Prä - zisierung umzusetzen, die wie bei der EN 999 in drei möglichen Ergebnisse mündet: Anwenden des Mindestabstands, Anwenden des Mindestabstands mit ergänzenden Maßnahmen oder notwendiges Anwenden zusätzlicher Schutzeinrichtungen. Übergreifbarkeit von berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen ohne zusätzliche schützende Konstruktion Als erste Konsequenz der neuen Norm kann bei vielen Gefahrstellenabsicherungen die Schutzfeldgröße reduziert werden. Die Norm EN ISO konkretisiert jetzt die Maßnahmen im Falle der Übergreifbarkeit von senkrechten BWS 44 Technische Sicherheit Bd. 1 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August

2 Tabelle 1 Detaillierte Übersicht der Änderungen zwischen EN 999:2008 und EN ISO 13855:2010. Bestehende Inhalte Neuerung aus EN 999 EN ISO 13855:2010 Gültigkeit Internationale Norm Erweiterung des Anwendungsbereichs Sicherheits-Lichtvorhänge und -Lichtgitter (AOPD 1 ) Sicherheits-Laserscanner (AOPDDR 2 ) Zweidimensionale Sichtsysteme Druckempfindliche Schutzeinrichtungen (Schaltmatten) Zweihandschaltungen Verriegelte trennende Schutzeinrichtungen ohne Zuhaltung Verbesserung und Ergänzung der Definitionen Auslösen Umgehen des Schutzfeldes (3.1.6) (Begriffe, Symbole, Abkürzungen) Nachlauf des ges. Systems Beendigung der gefahrbringenden Sensordetektionsvermögen Maschinenfunktion (3.1.7) BWS 3 Schutzfeld (3.1.8) indirekte Annäherung (3.1.5) Mindestabstand (3.1.9) Eindringabstand (3.1.10) Konkretisierung der Methodik und Berücksichtigung neuer Aspekte wie dem Umgehen a) Erkennen der Gefährdung b) Ist eine C-Norm anwendbar? von Schutzeinrichtungen und der indirekten Annäherung c) Falls keine C-Norm: Anwendung Gleichung aus EN 999 d) Falls Umgehung des Schutzfeldes möglich: Zusätzliche Berechnung e) Berücksichtigung von jeder Schutzeinrichtung + Umgebung bei Vorhandensein einer Kombination von Schutzeinrichtungen f) Berechnung der Mindestabstände auf e) bezogen, Auswahl des größten g) Falls möglich: Übernahme der Abstände in Maschine, sonst i) h) Sicherstellen des korrekten Einbaus der Schutzeinrichtung i) Falls Parameter nicht modifizierbar und alternativer Schutz nicht anwendbar: Verwendung zusätzlicher Schutzeinrichtungen j) Prüfen, ob sich Personen unerkannt zwischen Schutzeinrichtungen und Gefahrbereich aufhalten können Einführung neuer Berechnungsmethoden Grundformel (Nachlaufzeit, Mindestabstand) Berechnung der Mindestabstände für BWS: Allgemeines Schutzfeld orthogonal zur Annäherungsrichtung Schutzfeld parallel zur Annäherungsrichtung Schutzfeld in beliebigem Winkel zur Annäherungsrichtung Umgang mit Hinüberreichen über das Schutzfeld Indirekte Annäherung an den Gefährdungsbereich Verfahren zur Berechnung der Anordnung von Schaltmatten und -platten: Allgemeines, Einbau auf einer Stufe Zweihandschaltungen Verriegelte trennende Schutzeinrichtungen ohne Zuhaltung Änderungen bei den informativen Anhängen Anhang A: Ausführungsbeispiele Anhang E: Anzahl der Strahlen Anhang B: Beendigung von und ihre Höhe über der gefahrbringenden Maschinenfunktionen Bezugsebene Anhang C: Bsp. für die Berücksichtigung Anhang ZA bzgl. Zusammenhang indirekter Annäherungen zwischen EN ISO 13855:2010 Anhang D: Messung und Berechnung des und MRL 2006/42/EG Nachlaufs des gesamten Systems 1 AOPD: Active Opto-electronic Protective Device; 2 AOPDDR: Active Opto-electronic Protective Device responsive to Diffuse Reflection; 3 BWS: Berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (Bild 2). Allerdings gibt es auch einige Zugangsabsicherungen, bei denen entweder der Mindestabstand S vergrößert oder die obere Schutzfeldgrenze b durch weitere Strahlen erhöht werden muss. Relevant für die Bestimmung der notwendigen Höhe einer BWS ist der Eindringabstand C. Dieser wird definiert als Abstand um den sich ein Körperteil an der Schutzeinrichtung vorbei in Richtung des Gefährdungsbereichs bewegen kann, bevor die Schutzeinrichtung ausgelöst wird. Im ersten Schritt wird der Eindringabstand C gemäß der bekannten Formeln für ein rechtwinklig zur Annäherungsrichtung ausgerichtetes Schutzfeld bestimmt: C RT = 8 (d - 14) für BWS mit einer Auflösung von d 8 40 mm oder C RT = 850 für BWS mit einer Auflösung von d 9 40 mm Die Indexbezeichnung RT steht für Reach Through der Eindringabstand C ist hierbei bezogen auf ein Durchgreifen durch die BWS und abhängig vom Auflösungs- oder Detektionsvermögen der BWS. Technische Sicherheit Bd. 1 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August 45

3 Im zweiten Schritt kommt Tabelle 1 der EN ISO (Tabelle 2) zur Anwendung. Dabei wird zuerst die maximale Höhe a des Gefahrbereichs definiert (1), anschließend sucht man im Vergleich zum auflösungsabhängigen C RT den erstkleineren bzw. gleichen Wert des horizontalen Abstands C RO in der entsprechenden Tabellenzeile (2) und liest den Wert der erforderlichen Höhe der Schutzfeldoberkante b in der untersten Zeile der entsprechenden Spalte ab. Die Indexbezeichnung RO steht für Reach Over der Eindringabstand C ist hierbei bezogen auf das Übergreifen einer BWS. Das Ergebnis zeigt, dass die Schutzfeldoberkante für den zugrundegelegten Mindestabstand einer BWS mit einem Auflösungsvermögen > 40 mm bei einer Gefahrbereichshöhe von mm, mindestens mm betragen muss. Wenn die Schutzfeldgröße in einem Projekt bereits festgelegt wurde, zeigt die EN ISO auf, wie der Abstand dieser geplanten BWS zum Gefährdungsbereich festgelegt wird. Dazu wird der Eindringabstand C RO nach Tabelle 3 bestimmt. Zunächst wird die erforderliche Höhe b der Schutzfeldoberkante in der untersten Zeile der Tabelle festgelegt (1), anschließend die Zeile der maximalen Höhe a des Gefährdungsbereichs (2) ermittelt und schließlich der erforderliche Zuschlag C RO im Schnittpunkt der Zeile (2) und der Spalte (1) abgelesen. Das Ergebnis zeigt, dass der horizontale Zuschlag des Mindestabstands bei Verwendung einer dreistrahligen Standard BWS ( mm) zur Absicherung einer mm hohen Gefahrstelle mm statt der früher üb - lichen 850 mm betragen muss. Indirekte Annäherung an einen Gefährdungsbereich Von einer indirekten Annäherung an einen Gefährdungsbereich spricht die Norm EN ISO dann, wenn der Weg zum Gefährdungsbereich durch Hindernisse eingeschränkt ist. In diesem Fall setzt die neue Norm die Annäherungsgeschwindigkeit von 2,0 m/s auf 1,6 m/s herab. Existieren mehrere Gefährdungsbereiche, die durch eine einzelne BWS abgesichert werden, so ist der jeweils größere der errechneten Mindestabstände für die BWS anzuwenden. In Bild 1 vergleicht man die Mindestabstände, die sich aus der Berechnung von S A und S B (I 1 + I 2 ) ergeben und wählt den größeren Wert. Verriegelte trennende Schutzeinrichtungen ohne Zuhaltung Analog zur Vorgehensweise bei berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen muss auch bei verriegelten trennenden Schutzeinrichtungen ohne Zuhaltung ein Mindestabstand eingehalten werden. Da der Gefährdungsbereich nach dem Öffnen der entsprechenden Schutzeinrichtung erreicht werden kann, muss auch hier die gefahrbringende Maschinenfunktion rechtzeitig gestoppt werden und somit ist ein Mindestabstand erforderlich. Die hierfür anzuwendende Gleichung lautet: S = (K T) + C Für K muss eine Annäherungsgeschwindigkeit von 1,6 m/s angenommen werden. Falls sich Finger oder die Bild 1 Indirekte An - näherung an einen Gefährdungsbereich. Bild 2 Übergreifbarkeit von BWS. Hand einer Person vor der Erzeugung des Stoppsignals durch die Öffnung der Schutzeinrichtung zum Gefährdungsbereich bewegen können, muss der Eindringabstand C durch Anwendung der Tabellen 4 oder 5 der EN ISO ermittelt werden. Kann der notwendige Mindestabstand nicht realisiert werden, muss eine Verriegelung mit Zuhaltung gemäß EN 1088 (in Zukunft ISO 14119) verwendet werden. Diese gibt den Zutritt erst nach dem Stopp der gefahrbringenden Maschinenfunktion frei. Anzahl der Strahlen und ihre Höhe über der Bezugsebene Die Anwendung von einstrahligen BWS wird jetzt unter Punkt der neuen Norm berücksichtigt. Als alleinige Lösung für eine Zugangsabsicherung 46 Technische Sicherheit Bd. 1 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August

4 Tabelle 2 Auszug aus Tabelle 1, EN ISO 13855:2010: Bestimmung der notwendigen Höhe einer BWS. Höhe a des Zusätzlicher horizontaler Abstand C zum Gefahrbereich in mm Gefahrbereichs in mm Höhe b der Schutzfeldoberkante in mm Tabelle 3 Auszug aus Tabelle 1, EN ISO 13855: Bestimmung des Eindringabstands C RO bei gegebenem Mindestabstand. Höhe a des Zusätzlicher horizontaler Abstand C zum Gefahrbereich in mm Gefahrbereichs in mm Höhe b der Schutzfeldoberkante in mm Tabelle 4 Tabelle E.1 aus EN ISO 13855:2010: Anzahl der Strahlen und ihre Höhe über der Bezugsebene. Anzahl der Strahlen Höhe über der Bezugsebene, zum Beispiel über dem Boden in mm 4 300, 600, 900, , 700, *, 900 * Für den niedrigsten Strahl können 400 mm nur angewendet werden, wenn die Risikobeurteilung dies zulässt sollten einstrahlige Schutzeinrichtungen jedoch vermieden bzw. mit weiteren Schutzeinrichtungen kombiniert werden. Auch zweistrahlige Einrichtungen dürfen nur dann als Zugangsabsicherung verwendet werden, wenn es die Risikobeurteilung nach der Maschinenrichtlinie zulässt. Der Anwender muss hierfür sehr genau prüfen, ob eine zweistrahlige Technische Sicherheit Bd. 1 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August 47

5 Einrichtung, bei der sich der unterste Strahl in einer Höhe von 400 mm befindet, einfach umgangen (unterkrochen) werden kann. Dies ist in vielen An - wendungen der Fall. In Konsequenz ist damit die mögliche Minimallösung eine dreistrahlige Einrichtung mit Strahl - höhen von 300, 700 und mm (Tabelle 4). An der Stelle, an der der Maschinenhersteller bisher eine drei- oder vierstrahlige Einrichtung eingesetzt hatte, muss er mit Inkrafttreten der EN ISO entweder den Mindestabstand vergrößern oder die obere Schutzfeldgrenze durch weitere Strahlen erhöhen. Fazit Seit dem 1. Dezember 2010 sollte die Norm EN ISO auf alle ab diesem Zeitpunkt in Verkehr gebrachten Maschinen angewendet werden. Für den Konstrukteur bedeutet dies, dass Mindestabstände und Schutzfeldgrenzen anders als bisher bewertet werden müssen. Bereits in Verkehr gebrachte Maschinen fallen nicht unmittelbar unter die neuen Maßgaben der EN ISO Allerdings hat der Betreiber gemäß Betriebssicherheitsverordnung eine Gefährdungsbeurteilung der Arbeitsmittel durchzuführen und gegebenenfalls Anpassungen der Mindestabstände vorzunehmen. TS 149 Autoren Christian Thol, Safety Solution Development, Otto Görnemann, Manager Machine Safety & Regulations, SICK AG, Waldkirch. 48 Technische Sicherheit Bd. 1 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August