BGI 670 Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern für Sicherheitsfunktionen (bisher ZH 1/553) Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften Fachausschuss "Elektrotechnik" Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik November 2003 BGI enthalten Festlegungen und Informationen, die die Anwendung der vorliegenden Erkenntnisse und Regelungen zu einem bestimmten Sachgebiet oder Sachverhalt bei der praktischen Arbeit erleichtern. Vorbemerkung Diese Information richtet sich insbesondere an die Konstrukteure von Maschinen und Anlagen sowie an das Wartungspersonal und soll Anregungen und Hinweise für die richtige Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern für Sicherheitsfunktionen geben, im Folgenden nur Näherungsschalter genannt. Diese Schalter werden nach der Produktnorm DIN EN 60947-5-3 als Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen bzw. als PDF (Proximity devices with defined behaviour under fault conditions) bezeichnet. In anderen Vorschriften, Normen oder Veröffentlichungen werden Näherungsschalter auch berührungslos wirkende Positionsschalter (BWP) genannt. Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen werden üblicherweise zur Verriegelung von Schutzeinrichtungen mit oder ohne Zuhaltung verwendet. Bei der Auswahl und Anbringung solcher Näherungsschalter sind eine Reihe von Anforderungen, wie z.b. der "Schutz gegen Umgehen auf einfache Weise" und die "Einhaltung der gesicherten Schaltabstände" zu berücksichtigen. Sie richten sich nach den Angaben in speziellen Normen, wie z.b. der DIN EN 292 oder der DIN EN 1088. Für elektromechanische Positionsschalter wird auf die BGI 575 "Auswahl und Anbringung elektromechanischer Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen" verwiesen. Für Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung unter Verwendung von Näherungsschaltern gelten für die Zuhaltung sinngemäß die Ausführungen der BGI 575. Die in dieser Information enthaltenen technischen Lösungen schließen andere, mindestens ebenso sichere Lösungen nicht aus, die auch in technischen Regeln anderer Mitgliedstaaten der Europäischen Union oder anderer Vertragsstaaten des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum ihren Niederschlag gefunden haben können.
1 Anwendungsbereich 1.1 Diese Information findet Anwendung auf die richtige Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern zur Stellungsüberwachung in Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen. 1.2 Das Funktionsprinzip der Näherungsschalter kann induktiv, kapazitiv, magnetisch, optisch oder elektromagnetisch (z.b. Transponder) sein. Die DIN EN 60947-5-3 schließt auch andere Sensorprinzipien nicht aus. 1.3 Diese BGI findet keine Anwendung auf berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen, wie z.b. Lichtschranken, Lichtvorhänge oder Laserscanner zur Detektion von Personen. 1.4 Wenn Produktnormen für Maschinen und Anlagen (C-Normen) für die Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern abweichende Anforderungen enthalten, so sind diese vorrangig zu berücksichtigen. 2 Begriffe 2.1 Verriegelungseinrichtung (Verriegelung) Eine mechanische, elektrische oder andere Einrichtung, deren Zweck es ist, den Betrieb eines Maschinenelementes unter bestimmten Bedingungen zu verhindern (üblicherweise solange eine trennende Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist). 2.2 Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen sind Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen, bei denen durch Veränderung optischer, magnetischer, elektrostatischer, akustischer oder anderer Felder ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Das dabei erzeugte Schaltsignal darf für sicherheitsrelevante Steuerungen von Maschinen verwendet werden. Die zuständige Produktnorm bezeichnet Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen als PDF (Proximity devices with defined behaviour under fault conditions). 2.3 Betätiger Zum Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen gehören die Baugruppen Sensor (aktives Teil), Auswertegerät inklusive den Sicherheitsausgängen (OSSD's) und der Betätiger (festgelegtes Objekt). Ein vom Hersteller festgelegtes Objekt, dessen An- oder Abwesenheit durch den Sensor detektiert wird. 2.4 Sensor Das aktive Teil des Näherungsschalters, welches die An- oder Abwesenheit des Betätigers erfasst. 2.5 Auswertegerät inklusive Sicherheitsausgänge Steuer- und Überwachungsgerät, das Signale von den Sensoren empfängt und verarbeitet, das Ausgangssignal des Näherungsschalters generiert und den korrekten Betrieb überwacht.
2.6 Gesicherter Schaltabstand s ao Der Abstand von der aktiven Fläche des Sensors, innerhalb dessen das korrekte Erfassen der Anwesenheit des Betätigers unter allen festgelegten Umgebungsbedingungen und Herstellungstoleranzen erreicht wird. 2.7 Gesicherter Ausschaltabstand s ar Der Abstand von der aktiven Fläche des Sensors, innerhalb dessen das korrekte Erfassen der Abwesenheit des Betätigers unter allen festgelegten Umgebungsbedingungen und Herstellungstoleranzen erreicht wird. 2.8 Risikozeit Zeitliche Höchstdauer, während der die Sicherheitsausgänge des Näherungsschalters nicht dem definierten Verhalten entsprechen. 2.9 Definiertes Verhalten eines Näherungsschalters Die Zustandsänderung der Sicherheitsausgänge in den Aus-Zustand beim Nichtvorhandensein des Betätigers. 2.10 Umgehen auf einfache Weise (Manipulation) Das Unwirksammachen von Verriegelungseinrichtungen von Hand oder durch ein einfaches Hilfsmittel. Einfache Hilfsmittel sind leicht verfügbare Gegenstände, wie z.b. Werkzeuge, Stifte, Schrauben, Nägel, Flaschenöffner, Türschlüssel oder Gegenstände des täglichen Gebrauchs, wie Klebestreifen, Scheren, Messer, metallene oder metallisierte Folien. 3 Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen 3.1 Konstruktionsmerkmale Bei Näherungsschaltern für Sicherheitsfunktionen können nach DIN EN 60947-5-3 Sensor und Auswertegerät in einem oder in getrennten Gehäusen untergebracht sein. Es werden auch Auswertegeräte verwendet, bei denen der Anschluss mehrerer Sensoren möglich ist (Bild 21). Bei Berücksichtigung der entsprechenden Normen kann das Auswertegerät auch Technologien wie speicherprogrammierbare Steuerungen und/oder sicherheitsgerichtete Bussysteme beinhalten. Der Betätiger muss ein vom Hersteller festgelegtes Objekt sein. Dies kann ein vom Hersteller mitgelieferter und in seinen technischen Eigenschaften (z.b. innerer elektrischer Aufbau, Geometrie) besonders gestalteter Gegenstand sein, mit dem ein "Umgehen auf einfache Weise" verhindert wird. Der Betätiger kann aber im einfachsten Fall auch ein vom Hersteller definierter Werkstoff sein. In diesem Fall muss das versehentliche Betätigen (z.b. durch Materialspäne oder Umwelteinflüsse) sowie das "Umgehen auf einfache Weise" durch konstruktive Maßnahmen wie z.b. einen verdeckten Einbau verhindert werden. (siehe auch Abschn. 6.8)
3.2 Schaltabstände Bedingt durch unterschiedliche Funktionsprinzipien und Anfahrrichtungen weisen Näherungsschalter unterschiedliche Schaltabstände bzw. Ansprechbereiche auf. Bild 1 zeigt beispielhaft typische Ansprechbereiche eines Näherungsschalters. Bei seitlichem Anfahren muss in diesem Beispiel ein Mindestabstand von s min eingehalten werden, um ein Ansprechen in den dargestellten Nebenkeulen des Magnetfeldes auszuschließen. Bild 1: Beispiel für einen typischen Ansprechbereich eines Näherungsschalters Aus dem in Bild 1 dargestellten Ansprechbereich ergibt sich für jeden Näherungsschalter ein Abstand vom Sensor s ao, innerhalb dessen das korrekte Erfassen der Anwesenheit des Betätigers immer erreicht wird. Sicherheitstechnisch relevant sind die Herstellerangaben über den gesicherten Ausschaltabstand S ar, bei dem unter allen festgelegten Umgebungsbedingungen und Herstellungstoleranzen das Schalten der Sicherheitsausgänge in den AUS- Zustand gewährleistet sein muss.
Bild 2: Schaltabstände 3.3 Klassifizierung nach dem definierten Verhalten Die hier beschriebenen Näherungsschalter übernehmen Sicherheitsaufgaben innerhalb von Maschinensteuerungen. Die Anforderungen, die an sicherheitsbezogene Teile einer Steuerung gestellt werden, sind in der Norm DIN EN 954-1 beschrieben. In Abhängigkeit von der Höhe der Risiken, die nach DIN EN 1050 ermittelt werden, legt diese Norm Kategorien für die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen fest und beschreibt Anforderungen an das Verhalten im Fehlerfall (Kurzfassung der Kategorien nach DIN EN 954-1 siehe Anhang B). Ein Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen ist einschließlich seines Auswertegerätes ein solcher sicherheitsrelevanter Teil der Maschinensteuerung. Eine Besonderheit für Näherungsschalter besteht aber darin, dass die Produktnorm DIN EN 60947-5-3, nach der er zu bauen ist, zwar eine sicherheitstechnische Klassifizierung bezüglich des Verhaltens unter Fehlerbedingungen festlegt (Kurzfassung der PDF-Klassen siehe Anhang A), diese aber nicht vollständig deckungsgleich mit den Kategorien der DIN EN 954-1 sind. Das heißt, ein Konstrukteur wird nach einer genauen Risikobewertung an den potentiellen Gefahrstellen einer Maschine z.b. zu dem Ergebnis kommen, das die steuerungstechnischen Anforderungen an einen Näherungsschalter einer bestimmten Kategorie nach DIN EN 954-1 entsprechen müssen. Der Hersteller eines nach Norm gebauten sicheren Näherungsschalters bietet ihm aber einen PDF-D, -T, -S oder PDF-M an. Der Zusammenhang zwischen Kategorien nach DIN EN 954-1 und PDF- Klassen ist aber nicht eindeutig beschrieben. Während die Anforderungen an einen PDF-T annähernd mit der Kategorie 2 nach DIN EN 954-1 übereinstimmen, gibt es bei allen anderen PDF-Klassen deutliche Unterschiede zu den Kategorien (Bild 3).
Bild 3: Gegenüberstellung der Kategorien nach DIN EN 954-1 und der Klassen nach DIN EN 60947-5-3 Da sicherheitsrelevante Steuerungen in der Praxis hinsichtlich ihres Fehlerverhaltens meist an den Anforderungen der DIN EN 954-1 gemessen werden, ist die Kenntnis der Kategorie des PDF s notwendig. Jeder Anwender von Näherungsschaltern sollte daher beim Einkauf auch die Klassifizierung nach DIN EN 954-1 berücksichtigen. Sollte der Hersteller hierzu keine Angaben machen, sind diese zu erfragen, ggf. ist auch eine Bestätigung vom Hersteller anzufordern. Die Beschreibungen in den Anhängen A und B zeigen, dass zwischen den Kategorien und Klassen keine vollständige Vergleichbarkeit besteht. 4 Näherungsschalter in Verriegelungseinrichtungen Nach DIN EN 1088 ist eine Verriegelungseinrichtung eine mechanische, elektrische oder andere Einrichtung, deren Zweck es ist, den Betrieb eines Maschinenelementes unter bestimmten Bedingungen zu verhindern (üblicherweise solange eine trennende Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist). In Verriegelungseinrichtungen werden Näherungsschalter zur Stellungsüberwachung von Schutzeinrichtungen verwendet. Die Stellungsüberwachung hat den Zweck, bei geöffneter Schutzeinrichtung Gefährdungen steuerungstechnisch zu verhindern. Bei Verwendung von Näherungsschaltern besteht eine solche Verriegelungseinrichtung aus einem oder mehreren Näherungsschaltern sowie aus Bauelementen, die innerhalb einer Signalverarbeitungskette z.b. auf ein Antriebsaggregat wirken (Bild 4). Bild 4: Signalverarbeitungskette einer Verriegelungseinrichtung Entsprechend dem Risiko kann die Verwendung von zwei Näherungsschaltern an einer Schutzvorrichtung erforderlich sein. Neben dem Näherungsschalter müssen auch alle weiteren Elemente der Signalverarbeitungskette in eine Sicherheitsbetrachtung einbezogen werden, da das Sicherheitsniveau einer Verriegelungseinrichtung von der Gesamtheit der Bauelemente bestimmt wird.
Die Auswahl und Anbringung von Näherungsschaltern ist entsprechend dem Einsatzzweck, dem möglichen Beitrag zur Verringerung einer Gefährdung und dem Schutz gegen "Umgehen auf einfache Weise" (siehe Abschnitt 6.8) vorzunehmen. Um einen funktionssicheren Einsatz von Näherungsschaltern zu gewährleisten, sind bei der Auswahl und Anordnung insbesondere folgende Anforderungen zu beachten: Merkmale für die Auswahl (Abschnitt 5), Merkmale für die Anordnung (Abschnitt 6). 5 Auswahl 5.1 Merkmale Merkmale für die Auswahl von Näherungsschaltern sind z.b. zu erwartende betriebliche Umgebungseinflüsse (Schutzart, mechanische Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Verschmutzung, Hygieneanforderungen), die Klassifizierung nach DIN EN 60947-5-3 (siehe Abschnitt 3.3), die Steuerungskategorie nach DIN EN 954-1, die Schaltabstände zwischen Sensor und Betätiger, die Risikozeit, Einbaubedingungen (z.b. Gebrauchslage, Notwendigkeit eines verdeckten Einbaus, Einbau bündig/nicht bündig) Betätiger kodiert oder nicht kodiert, ausreichendes Schaltvermögen, Zuordnung der strombegrenzenden Kurzschlussschutzeinrichtung. 5.2 Anforderungen Die Anforderungen an Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen sind in DIN EN 60947-5-3 sowie den berufsgenossenschaftlichen "Grundsätzen für die Prüfung von berührungslos wirkenden Positionsschaltern mit Sicherheitsfunktionen" (GS-ET-14) festgelegt. DIN EN 1088 gibt Hinweise zur Gestaltung von kompletten Verriegelungseinrichtungen. Es wird empfohlen, sich vom Hersteller oder einer akkreditierten Stelle die Einhaltung der Bauanforderungen bestätigen zu lassen. Bild 5: Näherungsschalter mit Sensor (1), Sicherheitsausgängen (2) und Auswertegerät (3)
Ein nach DIN EN 60947-5-3 gebauter Näherungsschalter besteht, wie in Bild 5 dargestellt, aus Sensor mit Gegenstück (1) und dem Auswertegerät (3) mit den Sicherheitsausgängen (2). Diese Komponenten sind vom Hersteller technisch aufeinander abgestimmt und werden mit den notwendigen Benutzerhinweisen ausgeliefert. Achtung: Werden Sensor und Auswertegerät getrennt und möglicherweise auch noch von verschiedenen Herstellern bezogen, ist diese Abstimmung nicht automatisch gegeben. In diesem Fall ist der Anwender, der die einzelnen Komponenten zu einem Sicherheitsbauteil zusammenfügt, für die Einhaltung der Normanforderungen verantwortlich. Dies betrifft z.b. die Kompatibilität der Signalpegel, die Klassifizierung nach dem Fehlerverhalten (Abschnitt 3.3) oder die Ermittlung der Risikozeit, welche nur im Zusammenspiel aller Komponenten ermittelt werden kann. 5.3 Technische Unterlagen, Benutzerinformationen Für den funktionssicheren Einsatz von Näherungsschaltern sind die Benutzerinformationen (Technische Daten, Montageanleitungen, Anschlussanleitungen) zu beachten, z.b. zu den angegebenen Betriebsdaten, wie Bemessungsbetriebsspannung, Bemessungsstrom, zulässige Leitungslängen zwischen Sensor und Auswertegerät, zu den angegebenen Ausgangsdaten, wie Art des Ausganges, Schaltvermögen und maximale Schaltspannung, über eine mögliche Einschränkung der Gebrauchslage, über eine eindeutige Fixierung, wenn die Befestigung von Sensor/Gegenstück eine Verstellung zulässt, über die Schaltabstände für die An- bzw. Abwesenheit des Betätigers, über die Anfahrrichtung, über die Schutzart, über die Eignung für bestimmte Umgebungsbereiche (z.b. Hygienebereiche), dass Näherungsschalter bzw. der Sensor nicht als mechanischer Anschlag verwendet werden dürfen, über erforderliche Kurzschlussschutzeinrichtungen, über Anschlussbeispiele, über die Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störgrößen und eventuell erforderliche Zusatzmaßnahmen, über die maximal zulässige Anzahl der Schaltspiele, 5.4 Kennzeichnung Es dürfen nur Näherungsschalter verwendet werden, die mit deutlich erkennbaren und dauerhaften Aufschriften und Kennzeichen versehen sind. Aufschriften und Kennzeichen dürfen durch Überlackierung nicht unlesbar gemacht werden.
5.5 Schutzart Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen müssen einer der Einsatzart angemessenen Mindestschutzart gemäß Tabelle 1 entsprechen. Tabelle 1: Mindestanforderungen an die Schutzart von Näherungsschaltern für Sicherheitsfunktionen Element des Näherungsschalters für Sicherheitsfunktionen Schutzart Bemerkungen Sensor, Betätiger IP 65 --- Auswertegerät bei offenem Anbau an Maschinen Auswertegerät bei Einbau in ein Gehäuse IP 54 IP 2X für den Anbau an Maschinen im eigenen Gehäuse für den Anschlussbereich der Klemmen Bei Realisierung der Schutzgrade IP X5, IP X6 oder IP X7 bedeutet dies nicht, dass ein Näherungsschalter für Sicherheitsfunktion mit einem Hochdruckreinigungsgerät abgespritzt werden darf. In einem solchen Fall sind zusätzliche Schutzmaßnahmen zu treffen. 5.6 Risikozeit Wird der Betätiger vom Sensor entfernt, so gibt es technologiebedingt zwischen dem korrekten Erfassen der Abwesenheit des Betätigers und dem Aus-Zustand der Ausgangsschaltelemente eine Reaktionszeit des Näherungsschalters. Während dieser Zeit entsprechen die Ausgangsschaltelemente nicht dem definierten Verhalten. Die Höchstdauer dieser Zeit wird deshalb Risikozeit genannt und muss vom Schalterhersteller angegeben werden. An einer Maschine kommen u. U. weitere Reaktionszeiten dazu, um z.b. einen Antrieb zum Anhalten zu bringen. Zur Ermittlung der Gesamtansprechzeit zum Überführen der Maschine in den sicheren Zustand muss die Risikozeit deshalb bekannt sein und berücksichtigt werden (siehe z.b. DIN EN 999 bzw. zutreffende Maschinen-Produktnormen). 6 Anbringung 6.1 Merkmale Merkmale für die Anbringung von Näherungsschaltern sind z.b. Sicherung der Befestigungselemente des Näherungsschalters und des Betätigers gegen Selbstlockern und Lageänderung, Zugänglichkeit für Wartung und Funktionsprüfung, ausreichende mechanische Festigkeit der Konstruktionsteile, an denen der Näherungsschalter montiert wird, Schutz vor mechanischer Beschädigung, Einhaltung der gesicherten Schaltabstände, kein Umgehen der Schutzfunktion auf einfache Weise möglich,
Anpassung der Leitungseinführung an die notwendige Schutzart des Schalters, die Leitungslänge und die Leitungsführung, die Beachtung besonderer Umgebungsanforderungen, z.b. im Hygienebereich. 6.2 Sicherung der Befestigungselemente des Näherungsschalters und des Betätigers gegen Selbstlockern und Lageänderung Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen in Verriegelungseinrichtungen müssen justiert und fixiert werden können. Es müssen Maßnahmen gegen Selbstlockern des Sensors und des Betätigers z.b. durch Sicherungsbleche, Schweißpunkte, Gießharzverbindungen getroffen werden. Zum Sichern gegen Lageänderungen sind beim Einbau von Näherungsschaltern formschlüssige Befestigungen vorzusehen, z.b. Rundlöcher, Passstifte u.s.w. Bild 6: Beispiel für mögliches Sichern gegen Lageänderung 6.3 Zugänglichkeit für Wartung und Funktionsprüfung Näherungsschalter sollten so montiert sein, dass sie für einen Austausch zugänglich sind. Durch den Anbau von Näherungsschaltern dürfen keine zusätzlichen Gefahrstellen entstehen. Bild 7: unzweckmäßige Montageart Zweckmäßige Montageart
6.4 Schutz vor mechanischer Beschädigung Näherungsschalter sind so anzuordnen, dass sie beim An- oder Überfahren nicht beschädigt werden. Sie dürfen deshalb nicht als mechanischer Anschlag verwendet werden. Bild 8: Montage mit zusätzlichem mechanischen Anschlag Bild 9: Beispiel für die Vermeidung einer unzulässigen Überfahrmöglichkeit 6.5 Einhaltung der gesicherten Schaltabstände Bei der Montage von Näherungsschaltern für Sicherheitsfunktionen sind die gesicherten Schaltabstände (siehe Abschnitt 3.2) zu berücksichtigen. Die Schaltabstände (s ar, s ao ) des Näherungsschalters geben bei bestimmungsgemäßer Verwendung und unter ungünstigsten Bedingungen den Abstand zwischen Betätiger und Sensor an, bei dem der Sensor die Anwesenheit bzw. Abwesenheit des Betätigers sicher erkennt. Sensor und Betätiger sind so zu montieren, dass beim Öffnen von Türen, Klappen, Deckeln es nicht möglich sein darf, innerhalb von s s ar durch entstehende Spalten zu den Gefahrstellen durchzugreifen.
6.6 Leitungseinführung, Mindestbiegeradius der Anschlussleitungen Bei der Wahl der Leitungseinführung und beim Verlegen von Anschlussleitungen ist darauf zu achten, dass die Schutzart erhalten bleibt. Leitungseinführungen sind so abzudichten, dass keine Flüssigkeiten und Fremdkörper, z.b. Regenwasser, Bohremulsion, Reinigungswasser oder Staub in das Gehäuseinnere eindringen können (siehe auch Abschn. 5.5). Bild 10: nicht empfohlene Leitungseinführungen Bild 11: bevorzugte Leitungseinführungen Bei der Anbringung von Näherungsschaltern ist darauf zu achten, dass der vom Leitungshersteller vorgegebene Biegeradius nicht unterschritten wird. Liegen keine Angaben vor, so sollte mindestens ein Biegeradius von r = 5d (bei beweglichen Leitungen von r = 10d) eingehalten werden. Bild 12: Beachten eines ausreichenden Biegeradius
Zusätzliche Maßnahmen: im Bedarfsfall Leitungseinführungen mit geeignetem Dichtungskitt abdichten, nicht benutzte Einführungsöffnungen durch Gewindestopfen verschließen, nicht mehrere Leitungen durch eine Leitungseinführung führen. In besonders ungünstigen Anwendungsfällen ist der Einsatz von Schutzschlauchverschraubungen empfehlenswert. Hierbei hält der Schutzschlauch die Umgebungseinflüsse von Leitungen und Leitungseinführungen fern. Bild 13: Ausführung einer Schutzschlauchverschraubung 6.7 Leitungslängen und Leitungsführung Bei der Verlegung von Anschlussleitungen sind folgende Punkte zu beachten: max. Leitungslängen und Querschnitte nach Herstellerangaben, möglichst getrennte Verlegung zu Energieleitungen und anderen Steuerleitungen, ggf. zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der elektromagnetischen Störfestigkeit (Surge), Leitungen vor mechanischen Beschädigungen schützen.
6.8 Maßnahmen gegen Umgehen auf einfache Weise Verriegelungseinrichtungen müssen so ausgewählt und angebracht sein, dass sie nicht auf einfache Weise umgangen werden können. Zu diesem Zweck sind die Benutzerinformationen des Herstellers über Anbringungsmöglichkeiten und zur Wartung zu beachten. Vorkehrungen, die ein Umgehen von Näherungsschaltern erschweren, können z.b. sein: Verwendung von kodierten Betätigungssystemen, individuelle Einzelkodierung des Betätigungssystems, Hindernisse, die einen direkten Zugriff auf den Sensor bei geöffneter trennender Schutzeinrichtung verhindern, verdeckter Einbau von Sensor und Betätiger, gesicherte Befestigung/erschwerte Demontage des Betätigers (z.b. Klebe- oder Schweißverbindung, Einwegschrauben). Näherungsschalter ohne kodierten Betätiger besitzen für sich allein betrachtet keinen Schutz gegen Umgehen auf einfache Weise. Hier kann der Schutz gegen Umgehbarkeit nur durch einen verdeckten Einbau von Sensor und Betätiger des Näherungsschalters sichergestellt werden. Dazu sind die Hinweise des Herstellers zu beachten. Bild 14: Beispiel für den verdeckten Einbau eines Näherungsschalters im Drehgelenk einer Schutztür Vorsätzlich bewusstes oder unzulässiges Unwirksammachen eines Näherungsschalters für Sicherheitsfunktionen gilt nicht als Umgehen auf einfache Weise. Beispiele dafür sind: das vollständige oder teilweise Demontieren oder Wegdrehen von Bauteilen (Sensor oder Betätiger) eines Näherungsschalters, die Veränderung seiner Lage oder Wirkungsrichtung, das Benutzen eines separaten, gesondert beschafften und auf den Näherungsschalter abgestimmten Betätigers, das Unterbrechen oder Überbrücken der Ausgänge eines Näherungsschalters oder der Auswerteeinheit.
Bild 15: Verdeckter Einbau von Sensor und Gegenstück an einer Schiebetür 7 Anwendungsbeispiele Es gibt drei typische Varianten von Schutzeinrichtungen, bei denen eine Verriegelung mit Näherungsschaltern erfolgt: Schiebetüren, Drehtüren, Abnehmbare Schutzeinrichtungen. Bei der Stellungsüberwachung von seitlich verschiebbaren Schutzeinrichtungen mit Näherungsschaltern ist darauf zu achten, dass die Endstellung "Schutzeinrichtung geschlossen" durch einen mechanischen Anschlag begrenzt wird, damit der Betätiger des Näherungsschalters nicht über die Sensorposition hinaus verschoben werden kann. Der Sensor selbst oder der Betätiger dürfen nicht als mechanischer Anschlag verwendet werden. Bild 16: Beispiel einer Anordnung eines Näherungsschalters an einer Schiebetür Werden Näherungsschalter im Drehgelenk einer Schutztür angebracht, ist zu berücksichtigen, dass die Öffnungsweite an der Schließkante nicht so groß wird, dass beim Schaltabstand S < Sar zu den Gefahrstellen durchgegriffen werden kann. Sollte dies technisch nicht möglich sein, so muss die Stellungsüberwachung an der Schließkante erfolgen.
Bild 17: Stellungsüberwachung einer Schutzeinrichtung durch Anbringung eines Näherungsschalters im Drehgelenk Werden Näherungsschalter in Verriegelungseinrichtungen für Sicherheitsfunktionen direkt an Schließkanten angebracht, sind solche mit kodiertem Betätiger zu verwenden oder es ist ein verdeckter Einbau vorzunehmen. Bild 18 zeigt eine unzulässige Anbringungsart eines Näherungsschalters ohne kodierten Betätiger. Der Schalter ist bei geöffneter Schutzeinrichtung leicht umgehbar. Eine versehentliche Betätigung mit einem detektierbaren Gegenstand ist möglich. Bild 18: Unzulässige Anbringung eines Näherungsschalters ohne kodierten Betätiger an der Schließkante Bei abnehmbaren Schutzeinrichtungen ist darauf zu achten, dass durch die Anbringung des Betätigers und/oder durch konstruktive Maßnahmen (z.b. Führungen) ein Betätigen des Sensors lediglich in der vorgesehenen Schutzstellung möglich ist. Ist dies konstruktiv nicht möglich, sind z.b. zwei Schalter zu verwenden. Bild 19: Näherungsschalter an einer abnehmbaren Schutzeinrichtung
8 Einbindung von Näherungsschaltern in den sicherheitsrelevanten Teil der Steuerung Verriegelungseinrichtungen mit Näherungsschaltern müssen so gestaltet sein, dass sie beim Öffnen von beweglichen, trennenden Schutzeinrichtungen (Entfernen des Betätigers vom Sensor) die gefahrbringende Bewegung abschalten und bei geöffneter Schutzeinrichtung einen Wiederanlauf sicher verhindern. Diese in DIN EN 292 "Sicherheit von Maschinen; Allgemeine Anforderungen" und in DIN EN 1088 "Sicherheit von Maschinen; Verriegelungseinrichtungen mit und ohne Zuhaltung" aufgestellten allgemeinen Anforderungen für die Stellungsüberwachung beweglicher Schutzeinrichtungen dürfen auch durch die nachfolgende Signalverarbeitung nicht beeinträchtigt werden. Ein nach EN 60947-5-3 gebauter Näherungsschalter (Betätiger, Sensor, Auswertegerät inklusive Sicherheitsausgänge) hat immer einen steuerungstechnischen Teil. Dieses Auswertegerät wurde vom Hersteller in Bezug auf die Anforderungen sicherheitsrelevanter Steuerungen gebaut und klassifiziert (siehe auch Abschn. 3.3). Die Schnittstelle zur nachfolgenden Maschinensteuerung bilden die Sicherheitsausgänge. Die Einbindung in den sicherheitsrelevanten Teil der Maschinensteuerung muss so erfolgen, dass die anhand der Gefährdungsanalyse ermittelte oder durch eine gerätespezifische Norm festgelegte Kategorie nach DIN EN 954-1 realisiert wird. Da die grundsätzliche Gestaltung sicherheitsrelevanter Steuerungen sehr vielschichtig ist und immer auch auf die konkrete Anwendung bezogen sein sollte, wird hierzu auf die weiterführende Literatur im Anhang C verwiesen. An den im Bild 20 dargestellten Näherungsschalter (PDF-S) können auch mehrere Sensoren unterschiedlicher Bauformen angeschlossen werden. Bild 20: Näherungsschalter für Sicherheitsfunktionen mit einem Auswertegerät zum Anschluss mehrerer Sensoren unterschiedlicher Bauform
Bild 21: Blockschaltbild eines Näherungsschalters; Sensoren arbeiten nach dem Transponderprinzip, das Auswertegerät ist mikroprozessorgesteuert Bild 21 zeigt, wie ein solcher Schalter prinzipiell intern aufgebaut und in die Maschinensteuerung eingebunden sein könnte. Die Sensoren dieses Schalters arbeiten z.b. nach dem Transponderprinzip, womit eine individuelle Kodierung und damit ein sehr hoher Schutz gegen das Umgehen auf einfache Art (Abschnitt 6.8) erreicht werden kann. Die interne Signalverarbeitung erfolgt hier über zwei Mikroprozessoren, die sich gegenseitig überwachen. Die Einbindung in die Maschinensteuerung wird durch eine direkte Ansteuerung der Schütze X und Y über
die Sicherheitsausgänge 14 und 24 des Auswertegerätes vorgenommen. Durch den Einsatz von zwei Motorschützen und die Einbindung der Schützkontakte in den Rückführkreis (Y1, Y2) kann auch ein fehlerhaftes Schütz durch das Auswertegerät erkannt werden. Bild 22 zeigt das Prinzipschaltbild eines Näherungsschalters bei dem der Anschluss des Sensors oder auch weiterer, nicht dargestellter, Sensoren über das AS-i Interface erfolgt. Hier ist unbedingt darauf zu achten, dass für die Übertragung sicherheitsrelevanter Steuersignale nur die Verwendung sog. Sicherheitsbussysteme zulässig ist. Das sind entweder speziell für Sicherheitsaufgaben entwickelte autarke Bussysteme oder wie in diesem Fall speziell ertüchtigte Standardbussysteme. Das "normale" AS-i Interface erfüllt diese Anforderungen nicht. Im Zweifelsfall sollte man sich hierzu unbedingt beraten lassen z.b. durch einen Hersteller solcher Sicherheitsbauteile. Bild 22: Näherungsschalter mit AS-i Interface
Anhang A Klassifizierung von Näherungsschaltern mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen (PDF) nach DIN EN 60947-5-3 (Kurzfassung) Klasse Bezeichnung Anforderungen an die Funktion PDF-D PDF-T PDF-S PDF-M Näherungsschalter mit Zuverlässigkeit durch besonderes Design Näherungsschalter mit Prüffähigkeit Näherungsschalter mit Einfehlersicherheit Näherungsschalter mit Selbstüberwachung Ein PDF-D muss so arbeiten, dass ein begründet vorhersehbarer Fehler es nicht ermöglichen kann, in den EIN-Zustand zu gehen oder dort zu bleiben Ein PDF-T muss einen Prüfeingang haben. Ein Prüfsignal am Prüfeingang muss durch Stimulation der aktiven Teile (Induktivität, Kapazität usw.) eine Lage des Betätigers jenseits des gesicherten Ausschaltabstandes S ar simulieren. Techniken, die sich nur auf das Schalten logischer Zustände innerhalb des PDF-T verlassen, sind nicht zulässig. Im Fall eines einzelnen internen Fehlers muss entweder a) der PDF-S korrekt nach den angegebenen Eigenschaften arbeiten oder b) die Ausgangsschaltelemente innerhalb einer angegebenen Risikozeit in den AUS-Zustand schalten und im AUS-Zustand bleiben, unabhängig von der Lage des Betätigers oder c) die Ausgangsschaltelemente nach dem Entfernen des Betätigers innerhalb einer angegebenen Risikozeit in den AUS-Zustand schalten und im AUS-Zustand bleiben. Zusätzlich zu den Anforderungen des PDF-S darf auch eine Anhäufung von bis zu zwei Fehlern nicht zum Verlust des definierten Verhaltens führen.
Anhang B Kategorien nach DIN EN 954-1 (Kurzfassung) Anforderungen der Kategorien sicherheitsbezogener Teile von Maschinensteuerungen Kategorie Anforderungen (Kurzfassung) Systemverhalten Prinzip B Die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen und/oder ihre Schutzeinrichtungen als auch ihre Bauteile müssen in Übereinstimmung mit den zutreffenden Normen so gestaltet, gebaut, ausgewählt, zusammengestellt und kombiniert werden, dass sie den zu erwartenden Einflüssen standhalten. Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen. überwiegend durch die Auswahl von Bauteilen charakterisiert 1 Die Anforderungen von B müssen erfüllt sein. Bewährte Bauteile und bewährte Sicherheitsprinzipien müssen angewendet werden. 2 Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Die Sicherheitsfunktion muss in geeigneten Zeitabständen durch die Maschinensteuerung geprüft werden. 3 Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Sicherheitsbezogene Teile müssen so gestaltet sein, dass 1. ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt und, 2. wann immer in angemessener Weise durchführbar, der einzelne Fehler erkannt wird. Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen, aber die Wahrscheinlichkeit des Auftretens ist geringer als in Kategorie B. Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion zwischen den Prüfungen führen. Der Verlust der Sicherheitsfunktion wird durch die Prüfung erkannt. Wenn der einzelne Fehler auftritt, bleibt die Sicherheits- funktion immer erhalten. Einige aber nicht alle Fehler werden erkannt. Eine Anhäufung unerkannter Fehler kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen. überwiegend durch die Struktur charakterisiert
Kategorie Anforderungen (Kurzfassung) Systemverhalten Prinzip 4 Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Sicherheitsbezogene Teile müssen so gestaltet sein, dass 1. ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt und 2. der einzelne Fehler bei oder vor der nächsten Anforderung an die Sicherheitsfunktion erkannt wird, oder, wenn dies nicht möglich ist, darf eine Anhäufung von Fehlern dann nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen. Wenn Fehler auftreten, bleibt die Sicherheitsfunktion immer erhalten. Die den Fehler werden rechtzeitig erkannt, um einen Verlust der Sicherheitsfunktion zu verhindern.
Anhang C Vorschriften und Regeln Nachstehend sind die insbesondere zu beachtenden einschlägigen Vorschriften und Regeln zusammengestellt; siehe auch 5. Absatz der Vorbemerkung: 1. Richtlinien (Bezugsquelle: www.europa.eu.int) Richtlinie 98/37/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. Juni 1998 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedstaaten für Maschinen (Maschinenrichtlinie), Richtlinie des Rates vom 19.Februar 1973 betreffend elektrische Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen 73/27/EWG (Niederspannungsrichtlinie), Richtlinie des Rates vom 3. Mai 1989 zur Angleichung der Rechtvorschriften der Mitgliedsstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit 89/336/EWG (EMV- Richtlinie), 2. Unfallverhütungsvorschriften (Bezugsquelle: Berufsgenossenschaft oder Carl Heymanns Verlag KG Luxemburger Straße 449, 50939 Köln) Kraftbetriebene Arbeitsmittel (VBG 5), Spritzgießmaschinen (VBG 7ac), Maschinen und Anlagen zur Be- und Verarbeitung von Holz und ähnlichen Werkstoffen (VBG 7j), Druckgießmaschinen (VBG 7n8), Maschinen, Anlagen und Apparate der Textilindustrie (Textilmaschinen) (VBG 7v), Krane (BGV D6), Hebebühnen (VBG 14), Fleischereimaschinen (VBG 19), Verpackungs- und Verpackungshilfsmaschinen (BGV D17), Nahrungsmittelmaschinen (BGV D18). 3. Berufsgenossenschaftliche Richtlinien, Sicherheitsregeln, Merkblätter und andere Schriften (Bezugsquelle: Berufsgenossenschaft (www.hvbg.de/d/pages/arbeit/praev/bgvr.htm) oder Carl Heymanns Verlag KG Luxemburger Straße 449, 50939 Köln) BG- Information "Auswahl und Anbringung elektromechanischer Positionsschalter für Sicherheitsfunktionen" (BGI 575)
BIA-Report 6/97 BIA-Handbuch 4. DIN EN-Normen/VDE-Bestimmungen (Bezugsquelle: DIN EN 292 DIN EN 775 DIN EN 954-1 DIN EN 999 DIN EN 1050 DIN EN 1088 DIN EN 60 204-1 / VDE 0113-1 DIN EN 60 947-1 / VDE 0660-100 EN 60 947-5-1 / DIN VDE 0660-200 DIN EN 60 947-5-2 VDE 0660-208 DIN EN 60 947-5-3 VDE 0660-214 Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin oder VDE Verlag GmbH, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin) Sicherheit von Maschinen; Grundbegriffe, Allgemeine Gestaltungsleitsätze;...... Teil 1: Grundsätzliche Terminologie, Methodik,... Teil 2:Technische Leitsätze und Spezifikationen, Industrieroboter; Sicherheit, Sicherheit von Maschinen; Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen; Allgemeine Gestaltungsleitsätze, Sicherheit von Maschinen; Anordnung von Schutzeinrichtungen im Hinblick auf Annäherungsgeschwindigkeiten von Körperteilen Sicherheit von Maschinen; Leitsätze zur Risikobeurteilung Sicherheit von Maschinen; Verriegelungseinrichtungen mit und ohne Zuhaltung; Allgemeine Gestaltungsleitsätze und Spezifikationen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen; Allgemeine Festlegungen, Niederspannung-Schaltgeräte; Allgemeine Festlegungen Niederspannung-Schaltgeräte; Steuergeräte und Schaltele mente; Elektromechanische Steuergeräte Niederspannung-Schaltgeräte Teil 5-2: Steuergeräte und Schaltelemente; Näherungsschalter Niederspannung-Schaltgeräte; Teil 5-3: Steuergeräte und Schaltelemente; Anforderungen für Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen 5. VDI-Richtlinien (Bezugsquelle: VDI 2854 Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin) Sicherheitstechnische Anforderungen an automatisierte Fertigungssysteme.