Sicherheitszuhaltungen

Sicherheitszuhaltung - Schutz beim Nachlauf von Maschinen

Maschinen und Anlagen sind so zu gestalten, dass der Bediener und andere Personen vor Gefahr bringenden Zuständen geschützt sind. Gefahr bringende Zustände können durch das Nachlaufen einer Maschine nach dem Abschalten der Stromzufuhr zum Antrieb entstehen. Ein Beispiel ist die Rotation einer schweren Walze, die erst nach einer Bremszeit zum Stillstand kommt.

Schutzeinrichtungen sind häufig beweglich, um den Zugang zu den Maschinen zu ermöglichen. Typische Bewegungsformen sind:

• Drehen (Tür)
• seitliches Verschieben (Gitter)
• Abnehmen (Deckel, Klappe, Haube)

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal - für Dreh- und Schiebetüren geeignet

Die Sicherheitszuhaltung in den Normen

Für die Auslegung einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung mit Sicherheitszuhaltung sind die zutreffenden Normen zu berücksichtigen. Im Folgenden wird eine Auswahl dieser Normen kurz vorgestellt. Die Auswahl erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit für die Auslegung einer Sicherheitszuhaltung. Es ist auf die Gültigkeit der jeweiligen Norm und ihrer Nachfolge-Normen zu achten.

Die Risikobeurteilung einer Maschine nach DIN EN ISO 12100 kann zu der Feststellung führen, dass eine bewegliche, trennende Schutzeinrichtung einzusetzen ist, um Gefährdungen für Personen und Gegenstände auszuschließen. Die Auswahl der Verriegelungseinrichtung umfasst in diesem Fall auch die Bewertung der Notwendigkeit einer Zuhaltung und einer Zuhaltungsüberwachung. Leitsätze für die Gestaltung und Auswahl von Verriegelungseinrichtungen, die in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen eingesetzt werden sollen, sind DIN EN ISO 14119 zu entnehmen. Zur Gestaltung und Validierung der sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen sind die Teile 1 und 2 von DIN EN ISO 13849 heranzuziehen. Viele weitere Normen sind abhängig vom vorliegenden Fall und von der Bewertung in der Risikobeurteilung zu Rate zu ziehen.

Es wird empfohlen, das Vorliegen einer Baumusterprüfbescheinigung der Sicherheitszuhaltung vom Hersteller festzustellen.

Rechtliche Aspekte der Sicherheitszuhaltung

Die Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) ist im Europäischen Wirtschaftsraum die rechtliche Grundlage für das Inverkehrbringen von Maschinen und unvollständigen Maschinen. Sie wird in den Mitgliedsländern der EU in nationales Recht übertragen. In Deutschland sind demnach das Produktsicherheitsgesetz (ProdSG) und die Maschinenverordnung anzuwenden. Als Voraussetzung für das Inverkehrbringen einer Maschine gilt die CE-Kennzeichnung und die Ausstellung einer Konformitätserklärung durch den Hersteller.

Wendet ein Hersteller bei Entwurf, Konstruktion und Fertigung seiner Maschinen und Anlagen die zu berücksichtigenden harmonisierten Normen an, kann er die Konformitätsvermutung in Anspruch nehmen. Der Gesetzgeber geht in diesem Fall davon aus, dass Konformität mit den in der Maschinenrichtlinie festgelegten, verbindlichen grundlegenden Anforderungen zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit erreicht wurde.

Die Maschinenrichtlinie und deren Umsetzung in nationales Recht in Deutschland, die Maschinenverordnung, schreiben dem Hersteller einer Maschine die Durchführung einer Risikobeurteilung vor.

Verriegelungseinrichtungen mit Sicherheitszuhaltung

Das Ergebnis der vom Maschinenhersteller durchzuführenden Risikobeurteilung nach ISO 12100 kann die Feststellung sein, dass ein erkanntes Risiko nicht durch eine konstruktive Maßnahme zu beseitigen ist. In diesem Fall sind technische Schutzmaßnahmen erforderlich, die das Risiko auf ein akzeptables Maß verringern. Um den Zugriff oder Zugang von Personen in einen Gefahrenbereich während des Maschinenlaufes zu verhindern, können beweglich trennende Schutzeinrichtungen, wie Türen, Klappen und Abdeckungen, vorgesehen werden.

Für eine beweglich trennende Schutzeinrichtung sind folgende Sicherheitsfunktionen erforderlich:

• Abschalten bei Öffnen
• Schutz vor nicht erwartetem Anlauf
• Zuhalten
• Entsperren

Diese Sicherheitsfunktionen zu gewährleisten, ist Aufgabe der Verriegelungseinrichtung mit Sicherheitszuhaltung.

Sicherheitszuhaltung für Personenschutz und Prozessschutz

Für die Auswahl der Sicherheitszuhaltung zur Anbringung an einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung muss das Ziel der Schutzmaßnahme festgelegt werden. Zu unterscheiden sind Personenschutz und Prozessschutz. Eine Sicherheitszuhaltung für den Personenschutz schützt Personen vor dem Betreten eines Schutzbereiches, solange von der darin befindlichen Maschine oder Anlage eine Gefahr ausgeht. Die Aufgabe einer Zuhaltung für den Prozessschutz ist die Sicherstellung des unterbrechungsfreien Arbeitsprozesses.

Gefahr bringender Zustand

In den Technischen Regeln für Betriebssicherheit TRBS 2111 sind Beispiele für Gefahr bringende Zustände und Bewegungen und die erforderlichen Schutzeinrichtungen dargestellt. Die Bewertung eines Gefahr bringenden Zustandes und die Definition der erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind Gegenstand der Risikobeurteilung. Im Falle einer beweglichen trennenden Schutzeinrichtung muss die Schutzwirkung bestehen, bis die Gefährdung vorüber ist. Die Sicherheitszuhaltung wird genutzt, um die Aufrechterhaltung der Schutzwirkung zu steuern.

Manipulationsschutz an der Sicherheitszuhaltung

Der Hersteller einer Maschine hat eine Vielzahl von Normen und Vorschriften bei der Konstruktion zu beachten. Um den Schutz vor Manipulationen der Schutzeinrichtungen sicherzustellen, sind vorhersehbare Fehlanwendungen durch den Bediener und andere Personen zu berücksichtigen. Eine Sicherheitseinrichtung muss so konstruiert sein, dass sie vom Bediener nicht durch einen einfachen Eingriff außer Kraft zu setzen ist. Konstruktive Maßnahmen gegen die Umgehung von Verriegelungseinrichtungen sind Gegenstand eines Abschnittes der DIN EN ISO 14119. Eine häufige Maßnahme ist die Kodierung des Betätigers.

Abbildung Sicherheitszuhaltung RFID - Individuelle Kodierung, mehrfach anlernbar

Bauarten der Sicherheitszuhaltung

Es sind vier Bauarten der Verriegelungseinrichtungen genormt. Die Unterschiede liegen im Funktionsprinzip (elektromechanisch, Transponder-codiert) und im Vorhandensein einer Kodierung, unabhängig von der Kodierungsstufe.

• Bauart 1: mechanisch betätigt, ohne Kodierung
• Bauart 2: mechanisch betätigt, mit Kodierung
• Bauart 3: berührungslos, ohne Kodierung
• Bauart 4: berührungslos, mit Kodierung

Das Vorhandensein einer Kodierung bestimmt den Grad der Manipulationssicherheit, der mit einer Sicherheitszuhaltung zu erreichen ist.

Funktion der Sicherheitszuhaltung

Zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktion wird eine Sicherheitszuhaltung mit folgenden Komponenten betrachtet:

• Betätiger
• Sperrmittel
• Zuhaltung mit Sperrmittel
• Kontaktüberwachung der Schutzeinrichtung
• Kontaktüberwachung des Sperrmittels (Zuhaltungsüberwachung)
• Fehlschließsicherung

Der Betätiger ist an der beweglichen trennenden Schutzeinrichtung, wie einer Schutztür, befestigt und wird durch den Schließvorgang mit dem fest montierten Teil der Sicherheitszuhaltung in Kontakt gebracht. Der Positionsschalter zur Überwachung der Schutzeinrichtung signalisiert den Kontakt. Wird das Sperrmittel in die Zuhalteposition bewegt, signalisiert die zwangsläufig geführte Zuhaltungsüberwachung die Sperrung der Zuhaltung. Der Antrieb kann von der Steuerung eingeschaltet werden. Beim Ausschalten des Antriebes bleibt die Zuhaltung in Zuhalteposition, bis der Nachlauf beendet ist und die Steuerung die Freigabe erteilt. Erst nach dem Entsperren der Zuhaltung ist die Schutzeinrichtung zu öffnen. Die Zuhaltungsüberwachung signalisiert der Steuerung, dass die Zuhaltung entsperrt ist. Das Signal kann ausgewertet werden, um den überraschenden Wiederanlauf der Maschine auszuschließen.

Je nach Produkttyp sind weitere Komponenten in einer Sicherheitszuhaltung möglich. Die Entscheidung über den konkreten Produkttyp und seine Eignung für die aufzubauende Sicherheitsfunktion ist im Rahmen der Risikobeurteilung zu treffen.

Ruhestromprinzip und Arbeitsstromprinzip an der Sicherheitszuhaltung

Zuhaltung nach Ruhestromprinzip

Für den Aufbau der Zuhaltefunktion einer Sicherheitszuhaltung gibt es zwei Prinzipien, das Ruhestromprinzip und das Arbeitsstromprinzip. Das Ruhestromprinzip kommt zur Anwendung, wenn der Sperrbolzen mit der Kraft einer Feder in der Schutzstellung fixiert wird. Eine Zuhaltung, die nach dem Ruhestromprinzip aufgebaut ist, funktioniert auch bei Ausfall der Spannung. Im Personenschutz ist das Ruhestromprinzip dem Arbeitsstromprinzip vorzuziehen.

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal AZM 170-02ZRK 24VAC/DC, Ruhestromprinzip

Zuhaltung nach Arbeitsstromprinzip

Eine Zuhaltung, die nach dem Arbeitsstromprinzip aufgebaut ist, benötigt für das einwandfreie Funktionieren eine störungsfreie Stromversorgung. Für diese Art der Zuhaltung gibt es eine mechanische und eine elektromechanische Variante. Wird der Sperrbolzen mit der Kraft eines eingeschalteten Elektromagneten in Schutzstellung gehalten, spricht man von der mechanischen Zuhaltung nach dem Arbeitsstromprinzip. Eine Sicherheitszuhaltung, die nach dem Arbeitsstromprinzip aufgebaut ist, kommt typischerweise im Prozessschutz zu Einsatz.

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal AZM 200SK-T-1P2PA, Arbeitsstromprinzip

Zuhaltekraft einer Sicherheitszuhaltung

Um ihre Sicherheitsfunktion zu erfüllen, muss eine Zuhaltung zuverlässig den Kräften widerstehen, die von einer Person bei einem unzulässigen Öffnungsversuch aufgebracht werden können. Typischerweise wird mit Kräften bis zu 1000 N gerechnet. In Einzelfällen muss mit weit höheren Werten kalkuliert werden. Im Falle einer elektromagnetischen Zuhaltung ist eine Besonderheit zu beachten, da diese durch eine gewaltsame Öffnung mit einer unzulässig hohen Kraft nicht zerstört wird. Mit der automatischen Schaltung einer Sperrzeit für den Maschinenanlauf kann die Motivation für diese Umgehung der Verriegelungseinrichtung vermindert werden.

Betätiger der Sicherheitszuhaltung

Neben dem Sensor, der Zuhaltung und der sicheren Signalverarbeitung gehört der Betätiger zu den zentralen Elementen einer Verriegelungseinrichtung. Eine bewegliche trennende Schutzeinrichtung, wie eine Schutztür, kann zwei Zustände annehmen: geschlossen und geöffnet. Aufgabe des Betätigers ist es, diesen Zustand an das Betätigungssystem zu übertragen. In mechanischen Sicherheitszuhaltungen überträgt das am Sensor montierte Betätigungssystem diese Bewegung auf den Sensor, der es in ein Signal umsetzt.

Entsprechend der Vielfalt der Schutzsysteme, ihrer Geometrie, Einsatzorte und Umgebungsbedingungen sind Betätiger für Sicherheitszuhaltungen in zahlreichen Varianten erhältlich. Ihre Eignung für das Anforderungsprofil der vorliegenden Schutzfunktion ist fallweise zu prüfen.

Betätiger von Sicherheitszuhaltungen müssen zuverlässig und dauerhaft zu befestigen sein. Eine eigenständige Lockerung durch wiederholtes Bewegen und andere Einflüsse, die unter den vorauszusehenden Betriebsbedingungen auftreten, ist durch die Befestigung auszuschließen.

Konzept des getrennten Betätigers einer Sicherheitszuhaltung

Ist der Betätiger am beweglichen Teil der Schutzeinrichtung und die Zuhaltung am festen Teil montiert, wird vom Konzept des getrennten Betätigers gesprochen.

Abbildung Betätiger für Sicherheitszuhaltung AZ/AZM300-B1

Sicherheitszuhaltung mit RFID

Für berührungslose Sicherheitszuhaltungen der Bauart 4 kann die RFID-Technologie eingesetzt werden, um die nötige Kodierungsstufe zu erreichen. Die Manipulationssicherheit steigt mit der Kodierungsstufe. Sicherheitszuhaltungen mit der Kodierungsstufe "hoch" bieten mehr als 1000 Kodierungsmöglichkeiten. Mit der Anlernfunktion lässt sich die Sicherheitszuhaltung auf einen bestimmten Betätiger einstellen. Erst nach Ablauf einer Freigabesperre kann ein anderer Betätiger angelernt werden.

Bei der Auswahl der Kodierungsstufe sollten Kostenerwägungen eine Rolle spielen. Ist kein Anreiz zur Umgehung der Verriegelungseinrichtung gegeben, kann auf eine geringere Kodierungsstufe zurückgegriffen werden.

Sicherheitszuhaltung mit Stangenverriegelung

Für den Schutz größerer Schutztüren eignet sich eine Sicherheitszuhaltung mit Stangenverriegelung. Mit der Stangenverriegelung kann eine Schutztür an mehreren Punkten verriegelt werden. Sie bietet besseren Halt bei groß dimensionierten Türen. Die Möglichkeiten zur Umgehung der Verriegelungseinrichtung durch gewaltsames Öffnen werden verringert.

Fehlschließsicherung der Sicherheitszuhaltung

Die Fehlschließsicherung stellt sicher, dass die Zuhalteposition des Sperrmittels nicht erreicht werden kann, wenn die Schutzeinrichtung geöffnet ist. Ist eine Fehlschließsicherung in die Sicherheitszuhaltung integriert, kann die Überwachung der Position der Schutzeinrichtung entfallen.

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal AZM 415, fehlschließsicher

Sicherheitszuhaltung mit Zuhaltungsüberwachung

Ist eine sicher überwachte Zuhaltung als Ergebnis der Risikoanalyse erforderlich, sind Varianten der Sicherheitszuhaltung mit Zuhaltungsüberwachung erhältlich. Die Zuhaltungsüberwachung ermöglicht es, in der Steuerung (SPS) die Auswertung eines Signals über den Zustand der Zuhaltung vorzunehmen. Auf diese Weise kann bei aktiver Zuhaltungsüberwachung ein Anlaufen gefährlicher Maschinenfunktionen verhindert werden. Das Signal der Stellungsüberwachung einer Zuhaltung kann außerdem genutzt werden, um das Öffnen der Schutzeinrichtung zu verhindern, bis das Nachlaufen einer Maschine beendet ist. Die Stellungsüberwachung der Zuhaltung wird auch als Stellungsüberwachung des Sperrmittels mittels zwangsläufig wirksamer Kontakte bezeichnet.

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal AZM 200SK-T-1P2P mit Zuhaltungsüberwachung

Entsperrung einer Sicherheitszuhaltung in Notfällen und für Wartung

Zur bewussten manuellen Entsperrung in Notfällen oder für Wartungsarbeiten sind mehrere Möglichkeiten der Entriegelung der Sicherheitszuhaltung genormt. Die Fluchtentriegelung erlaubt Personen, die sich im Gefahrenbereich befinden, ihn ohne Unterstützung von außen zu verlassen. Tritt ein Notfall ein, der das Betreten des Gefahrenbereiches erforderlich macht, kann die Verriegelung von außen entsperrt werden. Zum Einrichten von Maschinen und Anlagen kann die Entsperrung einer Sicherheitszuhaltung mit einer Hilfsentriegelung durchgeführt werden. Fluchtentriegelung und Hilfsentriegelung sind individuelle Produktmerkmale und nicht bei allen Produkttypen vorhanden.

Abbildung Sicherheitszuhaltung Schmersal AZ/AZM 200-B30-LTAG1P20 mit Fluchtentriegelung

Zubehör der Sicherheitszuhaltung

Die Auslegung einer Sicherheitszuhaltung ist den Bedingungen der Schutzeinrichtung und der Umgebung anzupassen. Ein Montagesatz ermöglicht die sichere Befestigung der Sicherheitszuhaltung an Metallprofilen. Die Bestandteile einer Sicherheitseinrichtung, wie Schutzzaun und Schutztür, können durch die Benutzung, wie Schließen der Tür, und Umgebungsbedingungen, wie Temperaturänderungen, ihre Position zueinander ändern. Langlochbohrungen im Montagesatz erlauben das Nachjustieren nach einer längeren Benutzungszeit.

Abbildung Montagesatz für Sicherheitszuhaltung von Schmersal

Einsatzfelder der Sicherheitszuhaltung

Für die Betrachtung der Einsatzfelder ist generell zu unterscheiden zwischen Anwendungen im Arbeitsschutz und im Prozessschutz. Anwendungen der Sicherheitszuhaltung im Arbeitsschutz dienen der Sicherheit von Personen, die Zutritt oder Zugriff zu Bereichen von Maschinen und Anlagen mit Gefahr bringenden Zuständen erlangen können. Gefahr bringende Zustände können durch Bewegungen von Maschinenteilen mit hoher Geschwindigkeit oder mit sich verengenden Spalten entstehen. Auch von nicht-mechanischen Zuständen, wie Bauteilen, die unter hoher elektrischer Spannung stehen, und brennbare oder explosive Substanzen, können Gefahren ausgehen, die durch bewegliche trennende Schutzeinrichtungen abzuwenden sind.