Integrierte Sicherheit in Antrieb und Steuerung schützt die Mitarbeiter und reduziert Nebenzeiten Sicherheit per Software ist längst keine Mutprobe mehr

Integrierte Sicherheit in Antrieb und Steuerung schützt die Mitarbeiter und reduziert Nebenzeiten

Sicherheit per Software ist längst keine Mutprobe mehr

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Es müssen keine Lichtschranken, Bremsen oder Endschalter an der Maschine sein, die den Anwender vor Gefahren schützen. Dank Software und Chip kennen Antriebe heute ihre Grenzen. Ein Maschinenbauer hat mit solch integrierter Sicherheitstechnik gute Erfahrungen gemacht. Aber deren Vorteile haben sich noch nicht überall herumgesprochen.

Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de

Hinter zarten Metalldrähten drohen reihenweise spitze Zähne, wenn im Jurassic Park der Tyrannosaurus rex sein Maul aufreißt. Ein langsamer Schwenk über den Zaun lässt den Zuschauer tiefer in den Kinosessel rutschen, während sein Vertrauen in die Technik bröckelt: Ein bisschen Strom und ein paar Computerchips sollen diese Urgewalt im Zaum halten?
Ähnliche Zweifel mögen auch heute noch einen Maschinenkonstrukteur plagen. Vor beweglichen Teilen wie Sägeblatt und Pressenstempel hat er die Bediener jahrelang mit Schutzzäunen oder zusätzlichen Bremsen geschützt. Heute öffnet der Werker bei laufendem Programm die Schiebetüren und vertraut Leib und Leben der elektronischen Kontrolle an: der integrierten Sicherheitstechnik, die Steuerungs- und Antriebshersteller propagieren.
„Um Gottes Willen.“ Das war die erste Reaktion der Einrichter beim Werkzeugmaschinenhersteller Hüller Hille GmbH Hessapp in Taunusstein, als sie erfuhren, dass das gesamte Programm an Vertikaldrehmaschinen auf ebendiese elektronische Sicherheitstechnik umgestellt werden würde. Allein in der Verantwortung der Steuerung sollte es von nun an liegen, dass der Antrieb im Schneckentempo, also mit sicher reduzierter Geschwindigkeit, in Position geht, ohne den Bediener zu gefährden. „So etwas hätten Sie mit herkömmlicher, zusätzlich eingebauter Sicherheitstechnik, die auf Schützen und Endschaltern basiert, überhaupt nicht realisieren können“, sagt Roland Wacker, Leiter Steuerungstechnik bei Hessapp. Moderne Steuerungen und Antriebe hingegen sind von vornherein mit Funktionen ausgerüstet, die Betriebsarten wie das Einrichten oder Umrüsten vorsehen. Experten beim Tüv oder dem Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitsschutz (BIA) in St. Augustin haben sie daraufhin geprüft, dass sie den Normen entsprechen und ihre neuen Pflichten zuverlässig erfüllen – wie auch die Komponenten der Nürnberger Siemens AG, mit denen die Taunussteiner ihre ersten Erfahrungen machten.
Und tatsächlich: Nachdem die Hessapp-Mitarbeiter ein Jahr lang mit integrierter Sicherheitstechnik gearbeitet hatten, revidierten sie ihr Urteil: Das Einrichten läuft laut Wacker „völlig problemlos“.
Für den radikalen Wechsel zur Sicherheit via Chip und Software gab es triftige Gründe. „Die Maschinenrichtlinie enthält Anforderungen, die Sie mit herkömmlicher Sicherheitstechnik fast nicht erfüllen können“, sagt Wacker. Zum Teil hapere es an der Technik, wofür die sicher reduzierte Geschwindigkeit nur ein Beispiel sei. Zum Teil würde eine mögliche Lösung schlicht den Kostenrahmen sprengen. „Des- halb machen derzeit alle Maschinenbauer Zugeständnisse“, sagt Wacker, „wie auch wir sie lange Zeit gemacht haben.“
Dass bei der Sicherheit von Maschinen Verbesserungsbedarf besteht, zeigt eine Statistik des BIA. Rund 680 000 Unfälle an Maschinen weist diese für die Jahre 1996 bis 2000 aus. Technisches Versagen war die Ursache in etwa 40 % dieser Fälle. Genauso häufig aber ging etwas schief, obwohl die Maschine fehlerfrei arbeitete.
„Vor allem beim Einrichten und Umrüsten blieb den Bedienern bisher oft gar nichts anderes übrig, als herkömmliche Sicherheitsvorrichtungen zu manipulieren“, bestätigt Wacker. Ein Stopper hielt beispielsweise die Schiebetür zum Bearbeitungsraum offen – und wehe, ein drehendes Teil erwischte einen Zipfel vom blauen Drillich.
Die Funktionen, die moderne, aktive Sicherheitstechnik zum Schutz des Bedieners zu bieten hat, unterteilt beispielsweise die Hamelner Lenze AG in Häppchen: Aus einer Reihe von Funktionen wählt der Anwender aus, ob er für seine Maschine nur den sicheren Betriebshalt braucht, wenn der Werker kurz an der Druckmaschine Papier nachlegen muss, oder ob sich für das Kontrollieren der Schnittkante am fliegenden Messer nicht zusätzlich die sicher reduzierte Geschwindigkeit lohnen würde. Weil nur der Maschinenbauer selbst die möglichen Gefahren kennt, muss er auch entscheiden, wie seine neue Maschine nach der Norm EN 954-1 einzustufen ist – denn gemäß ihrer Kategorien sind Steuerungen und Antriebe entwickelt und geprüft. Erst wenn diese Entscheidung gefallen ist, kann der Antriebshersteller bei der Auswahl seiner Produkte beraten. „Wir werden die Anwender allerdings zukünftig auch mit Applikationsbeispielen und Details zur Verdrahtung, Verkabelung und Parametrierung unterstützen“, kündigt Lenze-Mitarbeiter Dr. Guido Beckmann an. Auf diese Beispiele soll Verlass sein. Daher werden sie, wie die Komponenten selbst, zunächst dem Tüv oder dem BIA vorgelegt.
Über die Möglichkeiten der neuen Sicherheitstechnik sind Hersteller von Werkzeugmaschinen nach Ansicht von Hessapp-Mitarbeiter Wacker bereits gut informiert. Hessapp hat sich das Know-how zum Beispiel von den Steuerungsherstellern geholt. „Wir haben uns mit den Experten zusammengesetzt, ein schlüssiges Konzept für unsere Maschinen entwickelt, alles Überflüssige wieder hinausgeworfen und dann – das ist besonders wichtig – interdisziplinäre Teams gebildet“, sagt Wacker. Elektronikexperten und Maschinenbauer saßen dabei an einem Tisch.
Erstaunlich findet Wacker die Haltung mancher Kunden. Große Automobilhersteller forderten ganz selbstverständlich die integrierte Sicherheit – andernorts seien aber Skepsis oder Unwissen anzutreffen. „Beim Kauf einer Maschine gehen Investitions- und Stückkosten häufig noch vor“, berichtet er. „Auch wenn sich dann bei der Inbetriebnahme alle Gespräche um die Sicherheit drehen.“ Kurzsichtig gedacht sei das insofern, als sich durch das vereinfachte Umrüsten die Nebenzeiten reduzieren ließen und auch die Diagnose im Fehlerfall erheblich vereinfacht werde. Diese Art der Betrachtung bekomme aber erst langsam Gewicht. Für den Maschinenbauer selbst ist die integrierte Sicherheit laut Wacker „weitgehend kostenneutral“.
Eine Gefahrenanalyse und Risikobeurteilung, wie sie die Maschinenrichtlinie vorschreibt, entfällt jedoch nicht. Im Sinne dieser Richtlinie ist die Sicherheit vom Chip eine mit Schutzzaun oder Lichtschranke vergleichbare Maßnahme. „Der Wechsel zur elektronischen Sicherheit hat die Gefahrenanalyse aber auch nicht erschwert“, sagt Wacker. Mit ein bisschen Übung verursache die integrierte Sicherheitstechnik bei Konstruktion, Produktion und Inbetriebnahme kaum Mehraufwand. „Aber unser Wettbewerbsvorteil gleicht das locker aus: Wir bieten beim Einrichten ein Mehr an Sicherheit. Und beim Umrüsten entfallen Nebenzeiten für das Hochfahren der Antriebe, weil diese nicht mehr komplett vom Netz genommen werden müssen.“
Bei Gefahrenanalyse und Risikobewertung war auch ein externer Berater im Hessapp-Team: Matthias Schulz, Geschäftsführer der Profiservices Gesellschaft für technische Übersetzung mbH in Aalen. In Seminaren kommt er mit möglichen Anwendern integrierter Sicherheitstechnik in Kontakt. Er sieht deren Wissen um diese Technik kritischer als Wacker. „Für viele Anwender ist das noch Neuland“, sagt Schulz. Schließlich seien lange Zeit redundante physikalische Lösungen für die Sicherheitstechnik vorgeschrieben gewesen. „Dass integrierte Sicherheitstechnik heute ausdrücklich zugelassen ist und Nutzen bringt, hat sich noch nicht überall herumgesprochen“, berichtet Schulz.
Ausgenommen vom Diktat der Sicherheit ist einzig der Ingenieur im Film. Ein bisschen Schlamperei sorgte bei den Dinos doch erst für Spannung.
Einrichtmodus beendet den Albtraum vom Stopper in der Schiebetür

Vorschriften zur Sicherheit
Mehrere Vorschriften regeln, was ein Ingenieur beachten muss, um eine sichere Maschine zu bauen.
Maschinenrichtlinie
Sie gilt europaweit und ist in jedem Land in nationales Recht umgesetzt. Wenn gefährliche Teile nicht im Inneren der Maschine eingebaut sind, müssen Schutzvorrichtungen vorhanden sein – in Form von Zäunen, Lichtgittern oder Software.
EN 954–1
Diese Norm soll in Kurzform technische Fragen zur integrierten Sicherheit abhandeln. Sie befindet sich zurzeit in Revision und soll dabei helfen, die umfangreiche IEC 61508 umzusetzen, die alle Details der Steuerungstechnik behandelt. Die EN 954-1 ordnet die Sicherheitsfunktionen verschiedenen Kategorien zu. Die höchste, Stufe 4, gilt für Maschinen, an denen der Bediener einem großen Risiko ausgesetzt ist. Entsprechend streng sind die Forderungen an Antriebe und Steuerungen.

Mehr Infos zur neuen Sicherheit
  • VDI-Seminare: Gefahrenanalyse und Risikobeurteilung in der Praxis, VDI-Weiterbildungszentrum Stuttgart, 4. Oktober 2004, www. vdi.de/wiv
  • Tutorial: Sichere Antriebssteuerungen, Kongress zur Messe SPS/IPC/Drives, Nürnberg, 23. November 2004, www.mesago.de
  • Seminare zu Sicherheitstechnik und Steuerungen an Maschinen, Berufsgenossenschaftliches Institut Arbeit und Gesundheit (BGAG), www.bgag-seminare.de
  • Seminare zur Gefahrenanalyse: Matthias Schulz, Aalen, www.profiservices.de

  • „Eine mitdenkende Maschine wird in Zukunft die Fehler der Werker ausgleichen“

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    Nachgefragt

    Integrierte Sicherheit ist bei Großmaschinen Stand der Technik. Der Bediener ist besser geschützt, arbeitet schneller – und wird zukünftig beim Planen stärker berücksichtigt.
    Was bringt die integrierte Sicherheit dem Bediener?
    Der Bediener hat von Funktionen wie dem sicheren Betriebshalt und der sicher reduzierten Geschwindigkeit einen Riesenvorteil: Weil die Elektronik Gefahren viel besser im Griff hat als herkömmliche Technik, kann er zum Beispiel einen teuren Motorblock im Prozess reinigen, vermessen oder die Maschine einrichten, ohne die Antriebe vom Netz zu trennen. Auch lassen sich gut Bereiche definieren, in denen sich zeitweise nichts bewegt. So hat der Mensch dort Zugriff, während direkt daneben der Roboter weiterarbeitet.
    Wie häufig wird integrierte Sicherheit bereits genutzt?
    In Deutschland und Europa ist integrierte Sicherheit in der Druck- und Verpackungsindustrie oder bei Werkzeugmaschinen seit etwa fünf Jahren verbreitet, weil sich die Investition bei Großmaschinen lohnt. Die deutschen Anbieter sind bei dieser Technik in einer Führungsposition. In den USA wiederum gelten spezielle Vorschriften, so dass beim Import Maschinen mit integrierter Sicherheit spezielle Prüfungen durchlaufen müssen – wie auch in Japan und China.
    Welche Veränderungen sind an hiesigen Normen in nächster Zeit zu erwarten?
    Im Hinblick auf die Sicherheit an Maschinen ist die Maschinenrichtlinie europaweit verbindlich, auch wenn sie nicht sehr weit ins Detail geht. Sehr viele Einzelheiten behandelt die etwa 400 Seiten starke IEC 61508, die einen internationalen Standard für Steuerungshersteller setzt. Mehr Übersicht soll die Revision der EN 954-1 schaffen, die die technischen Inhalte wesentlich komprimierter darstellt. Bis zur Veröffentlichung werden aber noch ein paar Jahre vergehen.
    Wo sehen Sie Verbesserungsbedarf bei der integrierten Sicherheitstechnik?
    In Zukunft werden die Bedürfnisse der Werker stärker bei der Planung berücksichtigt werden müssen, denn eine Produktion ohne Menschen wird es nicht geben. Eine Vision ist die mitdenkende Maschine, die menschliche Fehler ausgleicht, ohne dass die Produktion ins Stocken gerät. Entsprechende Sensoren werden derzeit entwickelt. Gefragt sind dann aber gut ausgebildete Mitarbeiter am Leitstand. op
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