Maschinenabsicherung
ISO 14119 - Wo lauern die Fallstricke?
Die ISO 14119 – Leitlinien für die Gestaltung und Auswahl von Verriegelungseinrichtungen – hat einige Neuheiten gebracht, vieles klargestellt, aber gleichzeitig die Anwender in diversen Punkten auch im Unklaren gelassen. Wo lauern konkret die Fallstricke und wie lassen sich diese umgehen?
Neue Normen sorgen zunächst für Skepsis und Fragen wie: Was wird diese Norm bringen? Liefert sie mir alle Informationen, die ich benötige, um die Vorgaben zu befolgen? So auch bei der DIN EN ISO 14119 (Sicherheit von Maschinen – Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen – Leitsätze für Gestaltung und Auswahl), die im März 2014 mit einer 14-monatigen Übergangsfrist zu der vorherigen DIN EN 1088 in Kraft getreten ist.
Die ISO 14119 richtet sich sowohl an die Hersteller von Verriegelungseinrichtungen als auch an Maschinen- und Steuerungsbauer und nicht zuletzt die Endanwender, das heißt an produzierende Unternehmen. Sie enthält zahlreiche Vorgaben, aber auch Hilfestellungen, wie der schmale Grat zwischen Sicherheit und Produktivität begangen werden kann. Die Norm beginnt mit der Erläuterung der Funktionsweise von Verriegelungseinrichtung mit und ohne Zuhaltungen und einer neuen Einstufung in vier statt wie bisher in zwei Gruppen/Bauarten. Der Blick in die Tabelle auf Seite 56 verdeutlicht, dass auch uncodierte berührungslose Sensoren für die Überwachung von trennenden Schutzeinrichtungen zugelassen sind. Aber aufgrund einfacher Manipulation oder ungewollter Betätigung durch Fremdmaterialien werden hierfür spezielle Vorgaben gemacht. Zu den bisher bekannten Verriegelungen mit Zuhaltung nach dem Ruhe- und Arbeitsstromprinzip oder mit händischer Betätigung (Bolzenverriegelung, angetrieben durch ein Feingetriebe) kommen nun elektromagnetische Zuhaltungen sowie bistabile Zuhaltungen hinzu, wobei die Varianten Ruhestrom und bistabil ('Energie ein zugehalten' und 'Energie ein entsperrt') zu bevorzugen sind.
Weiterhin macht die Norm deutlich, dass eine Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltefunktion zwei Sicherheitsfunktionen beinhaltet: zum einen die Stellungsüberwachung der trennenden Schutzeinrichtung, zum anderen die Zuhaltefunktion. Beide Funktionen können in der Risikoanalyse unterschiedliche Performance-Level (PL) zugewiesen bekommen. Meist ist die Verriegelung mit einem höheren PLr versehen als die Zuhaltefunktion. Die so genannte Vermeidungsmöglichkeit bei einer versagenden Zuhaltung ist wesentlich höher als bei unerwartetem Wiederanlauf, wenn sich der Bediener schon innerhalb der Anlage und somit im Gefahrenbereich aufhält. Für die Überwachung der Zuhaltung von Sperrmitteln gibt es jetzt zudem ein neues Symbol, das auf die Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung aufgedruckt werden kann (Bild 1).
Bei der Auswahl einer Verriegelungseinrichtung spielt die Nachlaufzeit des gesamten Systems eine wichtige Rolle: Ist die Zeit vom Öffnen der Schutzeinrichtung bis zum Erreichen der Gefahrenstelle größer als die Nachlaufzeit der Maschine, ist eine Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltung einzusetzen. Für die Zugangszeit verweist die ISO 14119 auf die Berechnungsgrundlagen der ISO 13855:2010 "Anordnung von Schutzeinrichtungen im Hinblick auf Annäherungsgeschwindigkeiten von Körperteilen".
Ein weiteres Kriterium für die Auswahl von Zuhaltungen sind die zu erwartenden auf die Verriegelungseinrichtung wirkenden Kräfte. Neben den statischen Kräften – etwa der Versuch die Schutzeinrichtung zu öffnen – sind dynamische Kräfte zu berücksichtigen. Eine häufig auftretende dynamische Kraft entsteht beim Prellen der Tür. Wird beispielsweise eine Schiebetür zugeschoben, prallt diese am mechanischen Anschlag ab und federt zurück. Sollte die Zuhaltung automatisch beim Einfahren des Betätigers aktiv werden und den Betätiger sofort arretieren, so wirkt die gesamte kinetische Energie plötzlich auf die Zuhaltung. Diese dynamischen Kräfte können die statischen Kräfte um ein Vielfaches übersteigen. Abhilfe kann ein verzögertes Aktivieren der Zuhaltung schaffen. Im Gegensatz zu statischen Kräften lassen sich dynamische Kräfte von einer Norm nicht mit Zahlen belegen. Für statische Kräfte gibt die Norm im informativen Anhang I eine Übersicht wie in Bild 2 dargestellt.
Das Thema Manipulation
Ein großes Gefahrenpotenzial liegt in der Manipulation von Verriegelungen. Die Normen sprechen hier von "Umgehen in vernünftigerweise vorhersehbarer Art", wobei diese vermeintlich 'nette' Wortwahl die Tragweite dieser Handlung verharmlost. Maschinenbauer und Anwender müssen sich hier die Frage stellen, warum der Bediener überhaupt Sicherheitseinrichtungen außer Kraft setzt, die seinem eigenen Schutz dienen?
Mögliche Gründe für Manipulation können in der mangelhaften Konstruktion einer Anlage bedingt sein. Oftmals geschieht dies auch, damit der nach Akkord bezahlte Mitarbeiter sein Tagesziel erreichen kann. Oder bestimmte Arbeitsabläufe, wie Wartung oder Einrichten, sind nicht möglich, wenn die Schutztüren geschlossen sind. Mit den heutzutage verfügbaren Lösungen in Form von Sicherheitssteuerungen und Antrieben mit sicher reduzierten Drehzahlen ist es ein Leichtes, spezielle Arbeitsmodi zu schaffen, die eine Manipulation unnötig machen. Auch der Einsatz einer alternativen Schutzeinrichtung kann hier helfen: Wenn zum Beispiel ein Lichtgitter den Bediener ebenso absichert wie eine Schutztür, ist ein Lichtgitter der Tür vorzuziehen, da es einerseits einen schnelleren Arbeitsrhythmus zulässt, andererseits aber auch schwerer zu manipulieren ist. Kommt es trotz bester Konstruktion der Anlage weiterhin zu Manipulationen der Verriegelungseinrichtungen, fordert die Norm den Maschinenbauer beziehungsweise Anwender zu besonderen Maßnahmen auf.
Ein Beispiel: Um den 'Schlüsselbundanhänger' (Bild 3) unwirksam zu machen, werden von der Norm Verriegelungen mit Betätigern gefordert, die eine mittlere (10 bis 1000) beziehungsweise hohe (über 1000) Codierungsstufe aufweisen. Somit ist eine Manipulation mit dem Standardbetätiger ausgeschlossen. Die Verriegelungsschalter der neuen Generation arbeiten oftmals mit individuell codierten RFID-Betätigern.
Um den Maschinenbauer bei der Beurteilung des Manipulationsanreizes nicht alleine zu lassen, bietet die Norm den Anhang H. Darin enthalten ist eine Tabelle, die den Konstrukteur oder Betreiber dabei unterstützt, gegebenenfalls vorhandene Manipulationsanreize aufzudecken und zu bewerten. Weitere Hilfestellung bei der Arbeit gegen Manipulation von Schutzeinrichtungen bietet das Institut für Arbeitsschutz auf ihrer Homepage mit dem Informationsblatt 0252 (Manipulation von Schutzeinrichtungen an Maschinen) sowie unter der Webadresse www.stopp-manipulation.org.
Die Fehlerbetrachtung
Die ISO 14119 widmet Fehlern und der Fehlerbetrachtung ein ganzes Kapitel. Ein Aspekt, der in diesem Kontext wichtig ist: Der Betätiger war schon immer ein Teil des Schalters und somit auch ein Teil der Sicherheitsfunktion. Die alten Sicherheitskategorien der EN954-1 forderten bereits eine 1-Fehlersicherheit. Dennoch wurde der Betätigerbruch regelmäßig vernachlässigt. Die ISO 14119 legt den Finger in diese Wunde und weist nochmal deutlich auf einen möglichen Betätigerbruch hin.
Der strukturelle Aufbau von Sicherheitsfunktionen wird auch in der neuen Norm immer noch in Kategorien eingestuft. Soll nun eine Sicherheitsfunktion nach Kat 3 oder 4 gelöst werden, ist eine 1-Fehlertoleranz notwendig – inklusive des Betätigers. Natürlich ist es gestattet, einen Fehlerausschluss vorzunehmen, der zu begründen und zu dokumentieren ist und nach den Regeln der ISO 13849-1 erfolgen muss. Hilft das nicht, sind notfalls zwei separate Schalter einzusetzen. Alternativ können moderne Verriegelungsschalter zum Einsatz kommen wie zum Beispiel berührungslose Sensoren mit RFID-Technik, Zuhaltungen mit zusätzlichem RFID-Betätiger oder Zuhaltungen, die nur einen RFID-basierenden Betätiger haben und somit schon den PL e erfüllen (Bild 4).
Einzelne Fehler in der Sicherheitsfunktion werden aber erst erkannt, wenn die Sicherheitsfunktion auch abgerufen wird. Wird eine Wartungsklappe nie oder nur selten betätigt, werden einzelne Fehler dort auch nie oder nur selten erkannt. Um mögliche Fehler an selten betätigten Schutzeinrichtungen aufzudecken, gibt die Norm Testzyklen vor, mit denen Schutzeinrichtungen zu überprüfen sind. Je nach gefordertem PL sind diese monatlich beziehungsweise jährlich durchzuführen.
Ein Punkt, den die ISO 14119 allerdings offen lässt, ist die Reihenschaltung von potenzialfreien Kontakten. Die Norm zeigt auf, dass bei der Reihenschaltung von Öffnerkontakten beziehungsweise der Parallelschaltung von Schließerkontakten mögliche Fehler verdeckt werden können. Man spricht dabei von Fehlermaskierung. Um dem entgegenzuwirken, ist der Diagnosedeckungsgrad (DC) entsprechend zu wählen. Welchen DC der Maschinen- oder Steuerungsbauer bei der Berechnung anzusetzen hat, wird allerdings nicht genannt. Viele Hersteller von Verriegelungseinrichtungen empfehlen einen DC von 60 % bei maximal drei in Reihe geschalteten Sensoren. Zu prüfen ist, ob das für den jeweiligen Anwendungsfall auch zutreffend ist.
In diesem Zusammenhang ist der technische Report (TR) ISO TR 24119 als Ergänzung zu der ISO 14119 zu sehen, der sich aktuell in der Endphase der Genehmigung befindet. Zum einen erklärt er, wie Fehler auf unterschiedliche Arten maskiert werden können. Zum anderen – und das ist viel wichtiger – gibt er dem Maschinen- und Steuerungsbauer anhand verschiedener Tabellen Auskunft darüber, welchen DC-Wert er für seine Applikation zu wählen hat. Für verschiedene Verkabelungs- und Diagnosemaßnahmen stehen unterschiedliche Tabellen zur Verfügung. Eine konservative Lösung ist die Tabelle (oben) auf mit der vereinfachten Methode. Somit stehen dem Maschinenbauer verlässliche und gültige Vorgaben zur Verfügung.
Ein Wermutstropfen bleibt: Die DIN EN ISO 14119 hat zwar Schlüsseltransfersysteme erwähnt, die zur Absicherung von trennenden Schutzeinrichtungen Verwendung finden, allerdings jedoch unvollständig. Nicht alle Komponenten von Schlüsseltransfersystemen werden betrachtet und es bleiben Fragen offen – zum Beispiel, ob nun die Codierungsstufe sich auf den Betätiger, den Schlüssel oder gar beides bezieht? Der Grund dafür könnte sein, dass der Einsatzbereich von Schlüsseltransfersystemen weit vielfältiger ist, als nur die Überwachung von trennenden Schutzeinrichtungen. Eine Infobroschüre der DGUV sowie eine spezielle Norm zu diesem Thema sind bereits in Arbeit.
Abschließend lässt sich sagen, dass die DIN EN ISO 14119 in Verbindung mit dem (hoffentlich) in Kürze erscheinenden ISO TR 24119 zur Klärung vieler offener Fragen beiträgt.
Autor:
Christof Dörge ist Commercial Engineer Safety Solution bei Rockwell Automation.
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