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Sichere schwerkraftbelastete Achsen Sichere schwerkraftbelastete Achsen konstruieren

Autor / Redakteur: Heinrich Mödden, Martin Kohnle, Rüdiger Knorpp, Jürgen Geissler, Peter Steger* / Jan Vollmuth

Dieses Dokument gibt einen Leitfaden für die Konstruktion schwerkraftbelasteter Achsen. Die Risikobeurteilung und beispielhaften Konstruktionslösungen wurden während der ISO-Normungsarbeiten der ISO 16090-1 diskutiert.

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Bei schwerkraftbelasteten Achsen sind gefahrbringende Bewegungen infolge der Schwerkraft zu berücksichtigen. Deutlich werden diese Gefährdungen etwa bei Knickarmrobotern.
Bei schwerkraftbelasteten Achsen sind gefahrbringende Bewegungen infolge der Schwerkraft zu berücksichtigen. Deutlich werden diese Gefährdungen etwa bei Knickarmrobotern.
(Bild: Igus)

Eine der konstruktiven Maßnahmen zur Risikoreduzierung von Maschinen ist die Anwendung des grundlegenden Sicherheitsprinzips der Energietrennung aller Komponenten der Maschine, um einen sicheren „Stopp-Zustand“ zu gewährleisten bzw. einen unerwarteten Anlauf zu verhindern. Abhängig von den verwendeten technischen Mitteln der zu stoppenden gefahrbringenden Bewegung können verschiedene Maßnahmen zur Energietrennung angewendet werden, wie z.B.: Abschaltung der Maschine von allen Stromversorgungen, Verriegelung der Trenneinheiten in der Trennstellung, Ableitung oder Speicherung von Energie, die eine Gefahr darstellen kann.

Gefahr durch Schwerkraft

Bei horizontalen Bewegungen in der automatischen Produktion kann davon ausgegangen werden, dass keine durch Schwerkraft ausgelöste gefahrbringende Bewegung im energielosen Zustand auftreten kann.

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Jedoch sind bei schwerkraftbelasteten Achsen gefahrbringende Bewegungen infolge der Schwerkraft zu berücksichtigen. Für diese vertikalen oder schräggestellten Achsen wird nachfolgend die Abkürzung GLA (gravity loaded axis) verwendet. Bei GLA kann gespeicherte Energie in Form von potentieller Energie nicht abgeschaltet werden. Besonders deutlich werden diese Gefährdungen z. B. bei Ladersystemen, bei Knickarmrobotern oder im Arbeitsraum von Werkzeugmaschinen.

Risiko minimieren bei Stromausfall

Als Teil der Risikominderung werden Bremsen, die auch als Klemmung ausgelegt sein können, und Gewichtsausgleichssysteme in den Werkzeugmaschinen eingesetzt. Ergänzend dazu wirken steuerungstechnische Maßnahmen. Im Falle eines Ausfalls der Energieversorgung kann eine Risikominimierung nicht durch steuerungstechnische Risikominimierungsmaßnahmen (SRP/CS – Sicherheitsfunktionen) erreicht werden. Im energielosen Zustand sind Bremsen oder Gewichtsausgleichssysteme, physische Schutzvorrichtungen und Informationen für den Benutzer verfügbar.

Seminartipp

Das Seminar "Grundlagenwissen Maschinenrichtlinie“ gibt Herstellern wie Betreibern das nötige Basiswissen über die aktuellen Entwicklungen und Anforderungen in der Produktsicherheit.

GLA können gefahrbringende Bewegungen erzeugen, wenn die vorhandenen Brems-/Klemmeinrichtungen und/oder Gewichtsausgleichsysteme keinen ausreichenden Schutz gegen unbeabsichtigtes Absinken durch Schwerkraft bieten. So führt z.B. mechanischer Verschleiß oder Verschmutzung dazu, dass das Bremsmoment bzw. die Bremskraft den erforderlichen Nennwert unterschritten wird. Ein gefährliches Absinken der GLA kann die Folge sein.

Leifaden für Maschinenhersteller

Wichtig ist, dass für die Risikominderung im energielosen Zustand das Verhalten des Benutzers und dessen Ausbildungsniveau von wesentlicher Bedeutung ist. Hierfür sind korrekte Benutzerinformationen unerlässlich. So kann die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Gefährdung gesenkt und in manchen Fällen kann auch der Schweregrad einer Verletzung reduziert werden.

Ziel dieses Dokuments ist es, einen Leitfaden für Maschinenhersteller nach dem „Stand der Technik“ für die Konstruktion von GLA zu geben. Die Risikobeurteilung und die beispielhaften Konstruktionslösungen wurden während der ISO-Normungsarbeiten der ISO 16090-1 diskutiert, die Ergebnisse sind allgemein für alle Arten von Maschinen anwendbar.

Risikobeurteilung für die ISO 16090-1

In den folgenden Abschnitten wird zunächst, die für die ISO 16090-1 durchgeführte Risikobeurteilung vorgestellt. Danach werden der „Stand der Technik“ und technische Lösungsmöglichkeiten zur Risikominderung aufgezeigt, wobei auch eine leicht lesbare Tabellendarstellung am Ende des Dokuments verwendet werden kann. Dieses sich im Anhang befindliche Tabellenformat wurde von den Autoren bei den ISO-Normungsarbeiten bevorzugt, um eine übersichtliche Darstellung zu erreichen, wie dies für die Konstruktionsabteilungen der Maschinenhersteller notwendig ist. Je nach technischer Anwendung und dem jeweils zu mindernden Risiko sind unterschiedliche technische Maßnahmen geeignet, um eine unerwartete Bewegung einer GLA zu verhindern.

Am Ende werden zur Verdeutlichung einige Beispiele von bereits im Markt vorhandenen konstruktiven Lösungen vorgestellt. Die vorgestellten Absicherungsmaßnahmen sind unter anderem in Anhängen von Sicherheitsnormen für Werkzeugmaschinen wie der ISO 16090-1 beschrieben.

1. Risikobeurteilung und Sicherheitsfunktionen

1.1 Risikobeurteilung für die GLA

In der ISO 16090-1 sind im Anhang G die verschiedenen Fälle von GLAs beschrieben. Diese Anhänge können für die Risikobeurteilung einer GLA hinzugezogen werden. Sie unterstützen den Konstrukteur, die „geeignete Lösung“ für die notwendige Risikominderung zu finden. Die Tabellen in ISO 16090-1 Anhang G (siehe Tabellen am Ende dieses Dokuments oder in der Bildergalerie) decken neben der bestimmungsgemäßen Verwendung der Maschinen auch die Tätigkeiten bei Wartung, Reinigung und Reparatur der Maschinen ab. Das Risiko durch schwerkraftbelastete Achsen hängt direkt von der Maschinenkonstruktion und der jeweiligen Tätigkeit ab, so dass sich unterschiedliche Bedingungen abhängig von Betriebsart und Gefährdungssituation/Tätigkeit für die Sicherheit des Bedienungspersonals ergeben. Diese Unterscheidungen sind in den Tabellen G1 und G2 (siehe Ende des Dokuments oder Bildergalerie) wie folgt dargestellt:

  • Gefährdungssituationen G1.1/G1.2 in allen Betriebsarten außer Wartung:
    Entscheidend für Gefährdungssituation ist die Art des Zugangs zur GLA. Ist für die Ausübung der vorgesehenen Tätigkeit d.h. für die bestimmungsgemäße Verwendung der Maschine nur ein Eingriff mit den oberen Extremitäten notwendig, sind geringere Anforderungen erforderlich als wenn bei bestimmungsgemäßen Tätigkeiten ein Ganzkörperzugang notwendig ist.
  • Wartung in G1.3/G1.4:
    Während der Wartung und Reinigung ist keine Energieversorgung vorhanden, so dass die Sicherheitsfunktionen (SF) der Steuerung nicht verfügbar sind. Die Sicherheit des Wartungspersonals wird während der Wartung durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, wie z.B. durch Unterbauen der GLA oder gleichwertige Maßnahmen, erreicht. Dies ist bei der Spalteneinteilung der Tabellen G1.3/G1.4. dargestellt.
    Nicht immer ist ein Unterbauen der GLA die beste technische Lösung, weil dies z.B. aufgrund von Platzmangel unmöglich ist. In diesem Fall muss die mechanische Fixierung der Position der GLA anderweitig gewährleistet sein. Falls vom Hersteller der Maschine keine spezielle Ausrüstung vorgesehen ist, sind Angaben über die richtige Abstützung zu machen (siehe Tabelle G.2 Situation G1.3 und G1.4).

1.2 Sicherheitsfunktionen für die GLA

Die für die GLA zur Risikominderung eingesetzten Sicherheitsfunktionen (SF) der Steuerung nach ISO 13849-1 wirken bei intakter Energieversorgung. Diese SF sind im Anhang J, Tabelle J.3 der EN ISO 16090-1 mit dem erforderlichen Performance Level definiert.

Es muss klargestellt werden, dass es nicht möglich ist, eine Sicherheitsfunktion (SF) für GLA im ausgeschalteten Zustand der Maschine bereitzustellen. Bei ausgeschalteter Maschine, bei Störung/Ausfall der Energieversorgung oder im energielosen Zustand sorgt ein mechanisches Bremssystem wie z.B. Bremse, Klemmung, Gewichtsausgleich dafür, dass sich eine GLA nicht absenkt. Unterliegt das mechanische Bremssystem einem Verschleiß, der zum Verlust der Sicherheit führen kann, muss es in periodischen Abständen (zyklische Prüfung) getestet werden. Die Testung des Bremssystems ist eine Diagnosefunktion und keine Sicherheitsfunktion nach ISO 13849-1. Dadurch wird die einwandfreie Funktion des mechanischen Bremssystems geprüft.

Beispielsweise wird für eine „sichere“ Stoppfunktion einer GLA, bei der sich nur die oberen Gliedmaßen unter der GLA befinden, der „Performance Level c“ gefordert. Dabei können mindestens zwei verschiedenen Ausführungen realisiert werden:

  • 1. Das System wird zum Beispiel durch das Öffnen einer verriegelten trennenden Schutzeinrichtung zum Stillstand gebracht und die GLA wird dann durch ein Brems-/Haltesystem im energielosen Zustand in Position gehalten, oder
  • 2. Das System wird durch eine Steuerung mit integrierter Sicherheitstechnik mit einem sicher überwachten Betriebshalt (SOS nach IEC 61800-5-2) in Position gehalten (Stopp der Kategorie 2 nach IEC 60204-1 Abschnitt 9.2.2).

Weitere Beispiele für Sicherheitsfunktionen wie Verhinderung des unerwarteten Anlaufs finden sich in Tab. J.3 der ISO 16090-1.

2. Konstruktion des Bremssystems

Die Autoren haben viele verschiedene Brems-/Haltesysteme für GLAs in Betracht gezogen, die verschiedenen Konstruktionslösungen sind in Tabelle G.1 der ISO DIS 16090-1:2020 Spalte 1 von V1 bis V7 zusammengestellt und in den Tabellen am Ende des Dokuments auszugsweise wiedergegeben.

Beim Einsatz von zweikanaligen Systemen muss jedes dieser Systeme für sich allein in der Lage sein, die Last zu halten. Wenn ein Fehlerausschluss von u.U. gefährlichen Komponentenausfällen vom Konstrukteur begründet wird, kann der zyklische Test für diese Komponenten entfallen. Bei reibungsbehafteten Systemen ist die Sauberkeit der beteiligten Komponenten für die ordnungsgemäße Funktion entscheidend.

Der Stand der Technik für Werkzeugmaschinen ist:

  • Ein- oder zweikanalige Systeme, die auf mechanischen Bremsen basieren (siehe V1 bis V3 der Tabelle G.1). Bremsen können intern oder extern eingebaut sein. Anstatt Bremsen können Klemmungen eingesetzt werden, beide müssen auch dynamischen Lastfällen (Bremsen oder Klemmen aus der Bewegung heraus) standhalten. Um unnötigen Verschleiß der Bremsen zu vermeiden, ist es vorteilhaft die Achsen mit einem Stopp der Kategorie 1 oder 2 entsprechend IEC 60204-1, Abschnitt 9.2.2 zu konfigurieren. Um den auftretenden statischen und dynamischen Belastungen standzuhalten, müssen Teile der mechanischen Kraftübertragung von GLA mit doppelter Gewichtsbelastung ausgelegt werden. Hierzu zählen die Komponenten des Antriebsstrangs und die mechanische Befestigung der Bremse. Bremsen, für die ein Fehlerausschluss vorliegt und nicht getestet werden, müssen ebenfalls mit doppelter Gewichtsbelastung ausgelegt sein. Bei verschleißbehafteten Bremsen, die einer Testung nach Kapitel 3.1 unterliegen, ist eine Auslegung mit doppelter Gewichtskraft nicht notwendig.
  • Hybridsysteme, bei denen eine mechanische Bremse mit Gewichtsausgleichssystemen (siehe V4 bis V6 der Tabelle G.1) gekoppelt wird. In diesem Fall unterscheiden die Autoren zwischen:
    i) rein mechanischen Ausgleichssystemen, wobei Ausgleichsmassen mit dem GLA verbunden sind, und

    ii) hydraulischen Ausgleichssystemen, wobei die Kraftunterstützung durch Druck multipliziert mit der Fläche des Ausgleichszylinders erzeugt wird.
    Die Zuverlässigkeit von mechanischen Ausgleichssystemen basiert auf der korrekten Auslegung mechanischer Komponenten unter Berücksichtigung der beim bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden statischen und dynamischen Lasten. Teile der mechanischen Kraftübertragung sind mit doppelter Gewichtsauskraft auszulegen. Ausgenommen davon sind Komponenten, die einer Testung unterliegen.
    In hydraulischen Gegengewichtssystemen werden Rückschlagventile oder Ventile eingesetzt, um die Last zu halten. Der Hersteller, der hydraulische Systeme (V6 der Tabelle G.1) einsetzt, muss bei Ganzkörperzugang einen Fehlerausschluss gegenüber unerwartetem Anlauf für den Gewichtsausgleich explizit begründen. Hilfreich dabei ist eine FMEA. Ein Beispiel für ein geeignetes hydraulisches Gewichtsausgleichsystem für GLA, bei dem ein Fehlerausschluss für die Hydraulik angewandt werden kann, wird in Kapitel 4.3 dargestellt.
  • Zweikanaliges System mit einer Bremse und einer externen Blockiereinrichtung (siehe V7 der Tabelle G.1.).

3. Weitere konstruktive Maßnahmen

Je nach Auslegung der Bremssysteme gibt es Unterschiede. Die zusätzlichen Maßnahmen werden für die jeweilige Gefährdungssituation im Kapitel 5 (Index „G x.y“) in der Tabelle G.1 beschrieben.

Die Autoren definierten diese Maßnahmen wie z.B.:

  • Bremsentest zur Aufrechterhaltung der Schutzmaßnahmen,
  • Maximierung der Stabilität des Systems während der Wartung oder Reparatur durch Unterbauen oder Fixieren,
  • Benutzerinformationen.

3.1 Bremsentest zum Aufrechterhalten der Schutzmaßnahmen

Durch mechanischen Verschleiß oder Verschmutzung kann z.B. bei einer Bremse das Bremsmoment oder die Bremskraft unter den Nennwert absinken. Mit einer zyklischen Prüfung (Bremsentest) wird dies durch die Steuerung erkannt.

Die Notwendigkeit dieser Diagnosefunktion wird in der Spalte „Anforderung für den zyklischen Test“ berücksichtigt, siehe Tabelle G.1. Der zyklische Test wird mit der Steuerung der Maschine im sicheren Zustand durchgeführt (z.B. bei geschlossenen Maschinentüren, sichere Position der GLA). Die Bremswirkung des Systems wird über die Zeit geprüft. Dabei wird ein Prüfmoment/eine Prüfkraft auf die Bremse, z.B. Motorbremse oder die Klemmung, wie folgt aufgebracht:

  • 1 Motor/1 Bremssystem (oder Klemmvorrichtung):
    Die Bremse oder die Klemmvorrichtung wird durch den elektrischen Antrieb mindestens 1 Sekunde lang mit der 1,3-fachen maximalen Gewichtskraft belastet.
  • 1 Motor/2 Bremssysteme (oder Klemmvorrichtung):
    Die Bremsvorrichtungen werden nacheinander einzeln auf das 1,0-fache der maximalen Gewichtskraft geprüft.
  • System mit 2 Motoren/2 Bremsen (oder Klemmvorrichtung) mechanisch verbunden:
    Die Bremsvorrichtungen sind zusammen auf das 2,0-fache der maximalen Gewichtskraft oder nacheinander auf je das 1,0-fache der maximalen Gewichtskraft zu prüfen.

Da die Testbedingungen der ISO 13849-1 für die Kategorie 2 nicht anwendbar sind, wurden in der ISO 16090-1 in Tabelle G.3 die Zeitintervalle des zyklischen Tests in Abhängigkeit von der Gefährdungsexposition mit 8 h bzw. 48 h festgelegt.

Seminartipp

Neue Methoden zur Bewertung von Sicherheitsfunktionen beschreibt die Norm ISO 13849. Das Seminar „Anwendung der Sicherheitsnorm DIN EN ISO 13849 beim Aufbau von Maschinensteuerungen“ zeigt auf, wie diese Norm einzuhalten ist.

Anforderungen an den zyklischen Test sind in Anhang G der ISO 16090-1 definiert. Die Sicherheit des Benutzers während der Prüfung wird hauptsächlich durch eine sichere GLA-Position oder geschlossene verriegelte trennende Schutzeinrichtungen gewährleistet.

  • Vor dem Test muss die GLA in eine geeignete Position gebracht werden, in der keine Gefahr für den Benutzer besteht, auch wenn der Test nicht bestanden wird. Diese Position muss einen wirksamen Test des Bremssystems ermöglichen. Die GLA muss also frei beweglich sein.
  • Während der Prüfung sollte keine zusätzliche Gefährdung durch eine fehlerhafte Prüfung (Bremse oder Klemmung hält nicht) entstehen.
  • Falls beim Test Fehler festgestellt werden, wird über eine Meldung am Bildschirm der Benutzer über die notwendige Bremsenreparatur informiert. Die Maschine muss in einen sicheren Zustand gebracht werden, bevor ein Zugang zum Gefahrenbereich möglich ist. Der anschließende Betrieb der Maschine darf erst nach einem neuen erfolgreichen Test möglich sein.

3.2 Ergänzende Maßnahmen bei Wartung oder Reparatur

An dieser Stelle sollte nicht vergessen werden, dass das Parken der Achse in der untersten Position die sicherste Maßnahme überhaupt ist, da die Achse nicht unter diese Position fallen kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine GLA während der Wartung mechanisch festzusetzen z.B. durch einen mechanischen Absteckbolzen.

3.3 Benutzerinformationen

Wie alle Berichte der nationalen Unfallversicherungen zeigen, siehe als Beispiel INAIL (2015), werden viele Verletzungen durch das Umgehen von Sicherheitseinrichtungen und/oder den Missbrauch der Maschine durch die Benutzer verursacht. Im Besonderen bei Gefahren im Zusammenhang mit GLA hat der Benutzer eine Schlüsselrolle, um die betriebliche Sicherheit des Systems über die Zeit hinweg aufrechtzuerhalten. Wenn die korrekte Wartung des Systems nicht durchgeführt wird, können Bremssysteme unwirksam werden.

Der Maschinenhersteller muss definieren, wie der normale Betrieb, die Reparatur, die Reinigung und die sichere Durchführung durch den Benutzer erfolgen soll. Dabei ist zu beachten, dass Wartungs-, Reinigungs- und Reparaturarbeiten möglicherweise an oder neben der GLA erfolgen. In der Regel ist eine sichere mechanische Abstützung/Blockierung der schwerkraftbelasteten Achse leicht durchführbar und muss daher aus Sicherheitsgründen vom Benutzer durchgeführt werden.

In der Betriebsanleitung sind Maßnahmen zum Schutz des Benutzers vor einer Gefahr durch Schwerkraft zu beschreiben. Ergänzend werden ein oder mehrere Warnschilder an der Maschine sichtbar angebracht, die auf Gefahren durch GLA und hängende Lasten hinweisen. Als Beispiel: „Nicht unter der vertikalen Achse aufhalten.“

Seminartipp

Das Seminar „Risikobeurteilung und Betriebsanleitung“ hilft bei der Umsetzung der wichtigsten Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.

4. Beispiele existierender Systeme

In diesem Abschnitt werden einige Konstruktionsbeispiele für das GLA-Bremssystem vorgestellt.

4.1 Beispiel eines einkanaligen Systems mit einer mechanischen Bremse

Einkanaliges System mit einer mechanischen Bremse (Tabelle G1/V1).
Einkanaliges System mit einer mechanischen Bremse (Tabelle G1/V1).
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

Dieses System kann nur verwendet werden, wenn keine Ganzkörperexposition unter der GLA für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Maschine erforderlich ist. In der Regel kann z. B. für Einstell- und Reparaturarbeiten ein kurzzeitiger Aufenthalt unter der schwerkraftbelasteten Achse nicht ausgeschlossen werden. Bei begehbaren Gefährdungsbereichen mit geringer Zugangshäufigkeit und kurzer Aufenthaltsdauer kann eine Einzelbremse mit zyklischer Prüfung eine geeignete Konstruktionsmaßnahme darstellen.

4.2 Beispiel eines zweikanaligen Systems mit zwei mechanischen Bremsen

Zweikanaliges System mit zwei mechanischen Bremsen (Tabelle G1/V2).
Zweikanaliges System mit zwei mechanischen Bremsen (Tabelle G1/V2).
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

In dieser Abbildung sind die Teile des Bremssystems zweikanalig. Der erste Kanal stellt die Bremse dar, der zweite Kanal die Bremse / Klemmung, die auf eine Stange wirkt.

Dieses System wird unter anderem für Ganzkörperzugänge in Arbeitsräumen verwendet.

4.3 Gewichtsausgleichssysteme

Einfaches hydraulisches Gewichtsausgleichsystem (Tabelle G1/V5).
Einfaches hydraulisches Gewichtsausgleichsystem (Tabelle G1/V5).
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

Um die dynamischen Fähigkeiten von schwereren Achsen zu verbessern, wird in GLA von Werkzeugmaschinen teilweise ein Gewichtsausgleichsystem verwendet.

Ein Gewichtsausgleichsystem führt zu kleinen Massen, die bewegt werden müssen, so dass kleinere Motoren für die Achsbewegung verwendet werden können und/oder größere Beschleunigungen im Vergleich zu einer GLA ohne Ausgleichssystem erreicht werden.

Mit Blick auf Tabelle G.1. und der Variante V4 bis V6 lassen sich einige einfache Schlussfolgerungen ableiten:

  • Das abgebildete System (V5) kann nur verwendet werden, wenn keine Ganzkörperexposition unter der GLA für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Maschine erforderlich ist. In der Regel kann z. B. für Einstell- und Reparaturarbeiten ein kurzzeitiger Aufenthalt unter der schwerkraftbelasteten Achse nicht ausgeschlossen werden. Bei begehbaren Gefährdungsbereichen mit geringer Zugangshäufigkeit und kurzer Aufenthaltsdauer kann dieses System mit zyklischer Prüfung eine geeignete Konstruktionsmaßnahme sein.
  • Ein mechanisches Gewichtsausgleichsystem ohne Fehlerausschluss (V4) mit zyklischem Test oder hydraulisch Systeme mit Fehlerausschluss (V6) können für einen Ganzkörperzugang in Verbindung mit einer Bremse verwendet werden. Es müssen grundlegende und bewährte Sicherheitsprinzipien in der Mechanik umgesetzt werden.
  • Zyklischer Test für V4 und V5:
    a) Falls ein Fehlerausschluss für den Gewichtsausgleich angenommen werden kann, muss die Bremsvorrichtung mit dem 1,3-fachen des maximalen Gewichtskraft des Gegengewichts belastet werden.
    b) Ohne Fehlerausschluss ist die Kraft des Gewichtsausgleichsystems bei der Festlegung der Prüfkraft während der Testung zu berücksichtigen.

Bei hydraulischen Gewichtsausgleichsystemen ist die Forderung nach Fehlerausschluss gegenüber unerwartetem Anlauf (selbsttätige Veränderung Ausgangschaltstellung ohne Eingangssignal) des Rückschlagventils ein wichtiger zu berücksichtigender Aspekt.

Eine nicht auszuschließende Leckage stellt ein tolerierbares Restrisiko dar. Die resultierende Geschwindigkeit ist extrem gering, dadurch wird ein Ausweichen ermöglicht.

Hydraulisches Gewichtsausgleichsystem kombiniert mit einer Bremse (Tabelle G1/V6).
Hydraulisches Gewichtsausgleichsystem kombiniert mit einer Bremse (Tabelle G1/V6).
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

Die Abbildung zeigt ein zweikanaliges System bestehend aus Gewichtsausgleichssystem mit Fehlerausschluss und Klemmeinheit. Jedes System ist für sich allein in der Lage, die Gewichtskraft zu halten, und wird unter anderem für Ganzkörperzugänge in Arbeitsräumen verwendet.

Erster Kanal: Hydraulisches Gewichtsausgleichsystem mit einem Zylinder, der in der Lage ist, bei geschlossenem Ventil in Sperrstellung das Gewicht der GLA zu tragen. Das Schließen des Ventils wird überwacht. Als Ventil können entsperrbare Rückschlagventile oder Wege-Sitzventile mit gesperrter Ausgangsschaltstellung verwendet werden. Ein Fehlerausschluss gegenüber unerwartetem Anlauf (selbsttätige Veränderung Ausgangsschaltstellung ohne Eingangssignal) ist für das Ventil notwendig.
Zusätzlich sind z.B. die Fehlerausschlüsse für Leitungen (Bersten und Leckage) nach ISO 13849-2:2012 Tabelle C.7 und die Fehlerausschlüsse für hydraulische Verbindungselemente der Tabelle C.9 erforderlich.
Zweiter Kanal: Bremse mit Fehlerausschluss oder Bremse mit zyklischem Test.

5. Zusammenfassung

Die in diesem Artikel vorgestellten Praxisbeispiele von GLA und die konstruktiven Maßnahmen wurden ursprünglich als Teil der Normungsarbeiten des ISO/TC 39/SC 10/WG4 „Sicherheit von Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen, Transfermaschinen“ entwickelt. Die Autoren waren an dieser Norm beteiligt und sind der Meinung, dass diese Ergebnisse in diesem Aufsatz auch für andere Arten von Maschinen übernommen werden können. Als Grundlage für die Diskussion in der Normungsarbeit wurde das Dokument „Fachbereich-Informationsblatt Schwerkraftbelastete Achsen Vertikalachsen Nr. 005 (2012)“ der DGUV herangezogen.

Die hier vorgestellten technischen Lösungen sollen eine objektive Sicht auf den Stand der Technik und konstruktive Lösungen bieten, die zur effektiven Reduzierung des durch GLA bedingten Risikos eingesetzt werden können. Die Autoren ermutigen auch andere Sicherheitsexperten zur Ausarbeitung ähnlicher Anhänge für die C-Typ-Normen im Bereich der Sicherheit von Maschinen.

Referenzen

  • Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, Europäisches Parlament 2006.
  • DGUV Informationsblatt Nr. 005, 2012. Ausgabe 09/2012 Seite 3 / 7, Schwerkraftbelastete Achsen – Vertikalachsen.
  • EN ISO 12100, 2010. Safety of machinery – General principles for design – Risk assessment and risk reduction.
  • INAIL, 2015. 8° Rapporto INAIL sulla sorveglianza del mercato per la direttiva machine, in italian language
  • ISO 13849-1, 2008. Safety of machinery — Safety-related parts of control systems — Part 1: General principles for design. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
  • ISO 13849-2, 2012. Safety of machinery – Safety-related parts of control systems – Part 2: Validation. 2nd Edition. General principles for design, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
  • EN ISO 16090-1, 2018. Machine tools safety — Machining centres, Milling machines, Transfer machines — Part 1: Safety requirements. Aktuell existiert ein Entwurfsdokument ISO DIS 16090-1, 2020, auf das dieser Aufsatz Bezug nimmt.

Auszug aus den Tabellen der ISO DIS 16090-1:2020, Anhang G

Die nachfolgend dargestellten Tabellen entsprechen der aktuellen englischen Entwurfsversion zur Revision der Norm (August 2020).

Table G.1 – Assignment of common braking devices to the individual modes of operation.
Table G.1 – Assignment of common braking devices to the individual modes of operation.
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

Table G.2 – Additional protective measures and instructions for use.
Table G.2 – Additional protective measures and instructions for use.
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

Table G.3 – Brake test intervals.
Table G.3 – Brake test intervals.
(Bild: VDW - Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.)

* Heinrich Mödden, VDW, Frankfurt am Main, Germany; Martin Kohnle, MAG-IAS, Eislingen, Germany; Rüdiger Knorpp, Heller Maschinenfabrik, Nürtingen, Germany; Jürgen Geissler, Deckel Maho Pfronten GmbH, Pfronten, Germany; Peter Steger, Grob-Werke, Mindelheim, Germany

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