Dossier Maschinensicherheit 2022

Sichere Maschinen konstruieren

Wie man Gefährdungen feststellt

Um Gefahren an einer Maschine so früh wie möglich festzustellen, muss die Beurteilung der oben genannten Risiken ein Teil des Konstruktionsprozesses werden. Zwar steht die offizielle und protokollierte Risikobeurteilung am Ende der Konstruktionsphase und kurz vor der Markteinführung des Geräts. Jedoch ist die Beurteilung der Maschinensicherheit schon lange vorher möglich. Die heute verfügbaren Simulationsprogramme und das schnelle 3D-Druck-Prototyping machen es bereits in der Planungsphase möglich, potentielle Gefahren zu erkennen. Die Beurteilung der Maschinensicherheit ist damit eine Aufgabe für alle Beteiligten.

Eine Maschine soll einen bestimmten Zweck erfüllen, und dieser Zweck bringt häufig Gefährdungen mit sich, die nicht zu vermeiden sind. Ein Hammer beispielsweise dient dazu, einen harten Schlag auszuführen – demzufolge kann man sich mit diesem Werkzeug natürlich verletzen. Würde man nun den Hammer aus Schaumstoff fertigen, wäre das Verletzungsrisiko zwar ausgeschlossen, das Werkzeug hätte aber seine Funktion verloren. Ähnliches gilt für Maschinen und Anlagen aller Art: Bei allem Wunsch nach maximaler Maschinensicherheit darf der eigentliche Zweck der Maschine nicht in Frage gestellt werden.

Podcast Maschinensicherheit

Die 5 häufigsten Fehler bei der Risikobeurteilung

Aufgabe der Risikobeurteilung ist nun, einen Kompromiss zwischen der Funktion und Aufgabe der Maschine und einer ausreichenden Maschinensicherheit herzustellen. Das Ziel der Risikobeurteilung ist deshalb nicht das Ausschließen sämtlicher noch so geringer Gefahren, sondern das Senken der Risiken auf ein akzeptables Niveau.

Die fünf Phasen der Maschinensicherheit

1. Phase: Die Grenzen der Maschine feststellen

Bevor ein Safety-Konzept und eine Risikobeurteilung vorgenommen werden kann, müssen alle technischen Grenzen der Maschine bekannt sein. Das beginnt mit den Eckdaten im Ruhezustand: Das Gewicht, die Maße, die Spannungsversorgung und die Betriebsstoffe der Maschine. Je nach eingesetzten Betriebsstoffen schreiben deren Hersteller bereits den Umgang damit vor, was bei der Entwicklung des Safety-Konzepts hilfreich sein kann.

Neben den Grunddaten für die Maschine sind ihre Werte im Betrieb zu ermitteln. Dazu gehören unter anderem die Schall-, Abgas- und Strahlungsemissionen, Schwingungen, die Arbeitsgeschwindigkeit, wirkende Kräfte und Bewegungsrichtungen. Diese Werte müssen in der Regel als IST-Werte vor der Beurteilung der Maschinensicherheit angenommen werden. Ein Eingriff in die technischen Möglichkeiten der Maschine ist bei allem Wunsch nach dem optimalen Safety-Konzept in der Regel nicht wirtschaftlich sinnvoll.

2. Phase: Mögliche Gefährdungen feststellen

Von einer Maschine kann im Ruhezustand bereits eine Gefahr ausgehen, beispielsweise durch spitze Kanten oder offen zugängliche Stromleitungen. Die meisten Gefahren gehen von der Maschine jedoch in der Regel im Betrieb aus: Produktionsmaschinen führen Bewegungen mit großer Kraft aus, die gefährlich werden können, Zerspanungsmaschinen produzieren umherfliegende Späne und ähnliches.

3. Phase: Mögliche Gefährdungen einschätzen

Manche Gefahren einer Maschine geschehen nur bei Vorsatz und grober Fahrlässigkeit. Eine Safety-Konzept muss jedoch eine „vernünftigerweise anzunehmende Fehlbedienung“ in ihre Überlegungen zur Maschinensicherheit mit einbeziehen. Je höher eine Gefahr eingeschätzt wird, desto mehr verschiebt sich deren Abmilderung in Richtung funktionale Sicherheit.

Safety

Funktionale Sicherheit in der Konstruktion garantieren

4. Phase: Geeignete Maßnahmen zur Risikominderung beschreiben

Aufgabe der mit der Risikobeurteilung beauftragten Person ist nun, Vorschläge zum Mindern der festgestellten und eingeschätzten Gefährdungen zu machen. Je detaillierter und besser begründeter die Maßnahmen sind, desto eher kann mit einer Akzeptanz des Safety-Konzepts bei den weiteren Beteiligten gerechnet werden.

5. Phase: Umgesetzte Maßnahmen auf ihre Wirksamkeit kontrollieren

Eine umgesetzte Maßnahme muss ihre Wirksamkeit beweisen. Wenn alle umgesetzten Maßnahmen die Risiken der Maschine hinreichend gemindert haben, hat das Safety-Konzept funktioniert. In der Praxis geschieht dies in drei Stufen:

Funktionale Sicherheit durch dreistufiges Safety-Konzept

Die Grundnorm für Maschinensicherheit ist die DIN ISO 12100. Auf ihr baut die Maschinenrichtlinie auf. Die DIN ISO 12100 beschreibt ein dreistufiges Konzept zum Erreichen der maximalen Maschinensicherheit.

1. Stufe des Safety-Konzepts: Funktionale Sicherheit in der Konstruktion

Als „Funktionale Sicherheit“ wird der Teil des Safety-Konzepts beschrieben, der für den normalen Gebrauch der Maschine gilt. Maschinensicherheit muss daher in erster Linie den Nutzer während seiner ganz normalen Anwendung des Geräts schützen. Sofern wirtschaftlich und ergonomisch möglich, soll deshalb bereits konstruktiv alles dafür getan werden, möglichst viele Gefahren auszuschließen.

2. Stufe vom Safety-Konzept: Abschirmen von Gefahren

Ist aus Gründen von Ergonomie und Wirtschaftlichkeit eine bestimmte, besonders sichere Konstruktion nicht möglich, greift die zweite Stufe. Um auch bei weniger sicheren Lösungen noch die maximale Maschinensicherheit herstellen zu können, muss eine Gefahrenstelle abgeschirmt werden. Dem Konstrukteur stehen hierfür zahlreiche Möglichkeiten offen.

Definition

Was ist eigentlich ein Not-Aus und Not-Halt?

3. Stufe vom Safety-Konzept: Warnung vor Gefahren und Anweisungen ihrer Vermeidung

Erst wenn die Maschinensicherheit nicht durch konstruktive Vorentscheidungen oder Abschirmungen hergestellt werden kann, greift die dritte Stufe des Safety Konzepts. Nicht auszuschließende Gefahren müssen deutlich benannt, beschrieben und einheitlich kommuniziert werden. Je nach Ausmaß der Gefahr genügt deren Beschreibung nicht als Erwähnung oder Warnhinweis in der Betriebsanleitung. Auch an der Maschine selbst muss durch eine einheitliche, nachvollziehbare und deutlich sichtbare Beschilderung eine potentielle Gefahr benannt werden.

Die dritte Stufe vom Safety-Konzept darf jedoch niemals die ersten beiden ersetzen. Es genügt nicht, auf eine Gefahr hinzuweisen um im Sinne der Maschinenrichtline eine funktionale Sicherheit herstellen zu können. Maschinensicherheit bedeutet, dass die Maschine sicher ist - und nicht, dass sie erst durch die Lesekompetenz und die kognitiven Fähigkeiten eines potentiellen Anwenders ein ausreichendes Safety-Konzept erreicht.

Beispiel für das dreistufige Safety-Konzept

Am Beispiel einer Hebebühne soll die Umsetzung der Maschinensicherheit im Sinne von Maschinenrichtlinie und DIN ISO 12100 beschrieben werden. Eine Hebebühne ist ein stationäres Gerät zum Anheben von Lasten. Sie besteht aus einer Plattform oder zwei Trägern, welche eine hohe Last auf eine bestimmte Höhe anheben soll. Dazu stehen verschiedene Konzepte zur Verfügung.

Die Hauptgefahr bei einer Hebebühne besteht darin, dass sie in ihrer Funktion versagt, also die Last schlagartig ablässt. Dies kann bei Hebebühnen geschehen, die mit Umlenkrollen und Seilwinden oder hydraulisch funktionieren. Die Seile können reißen oder die Hydraulik undicht werden. Möchte man die maximale funktionale Sicherheit erreichen, würde sich hier eine Schraubmechanik als Grundkonstruktion anbieten. Bei langen, sich drehenden Gewindestangen ist ein schlagartiges Versagen mit anschließendem Absturz der Hebebühne konstruktiv ausgeschlossen.

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Diese Schraubmechanik ist jedoch nur auf zwei Wegen umsetzbar: Bei einer vertikalen Bauweise müssen tiefe Löcher in den Boden gebohrt werden. Bei einer horizontalen Bauweise ist die Verschraubung mit einer Scherenmechanik verbunden. Beides bringt wieder konstruktive Nachteile mit sich, welche die Umsetzung erschweren. Außerdem ist diese Lösung extrem reparaturanfällig.

Die preiswerteste Lösung sind daher die Hubseile mit Umlenkrollen und hydraulischer Unterstützung. Diese bringen zwar die benannte Gefahr mit sich. Mit einer Absturzbremse werden Folgeschäden aber verhindert. Die Bremse dient damit als Abschirmung einer erkannten und definierten Gefahr. Einhausungen, welche die Hubmechanik gegen Zugriff schützen, gelten ebenfalls dazu.

Damit die Hebebühne aber möglichst niemals ausfällt, ist bei dieser Lösung eine intensive Wartung notwendig. Diese sieht in der Regel eine gründliche und regelmäßige Schmierung vor. Besonders belastete Bauteile wie beispielsweise die Hubseile oder die Umlenkrollen müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Beides muss im Wartungsplan und damit der Dokumentation benannt werden – was schließlich die dritte Stufe vom Safety-Konzept zum Erreichen der rechtskonformen Maschinensicherheit bedient.

Safety

Wie Safety in Zeiten von Industrie 4.0 die Produktivität steigern kann

Wer nimmt Risikobeurteilungen vor?

Die Aufgabe, Risikobeurteilungen vorzunehmen, wird vom Unternehmer zugewiesen. Die ausgewählte Fachkraft muss über die notwendigen Qualifikationen beurteilen. Bei Ingenieuren und Technikern ist die Risikobeurteilung zwar ein Teil der Ausbildung. Es ist dennoch empfohlen, durch entsprechende Lehrgänge die Qualifikation zur Risikobeurteilung und Entwicklung eines Safety-Konzepts zu erwerben. Die Industrie- und Handelskammern bieten zu diesem Zweck den Lehrgang zum „Maschinenbeauftragten“ an. Bei diesem ist jedoch ein akademischer Grad nicht zwingend erforderlich. Auch Facharbeiter können sich zum Maschinenbeauftragten weiter bilden lassen.

Risikobeurteilung

Die Risikobeurteilung als Schnittstelle verstehen

Bei jeder durchgeführten Maßnahme zum Umsetzen des Safety-Konzepts werden wieder neue Normen und Regeln berührt. Es gilt, die Maschinensicherheit nicht nur für den Augenblick der Übergabe, sondern für ihre gesamte Lebensdauer herzustellen.

Rechtskonforme Betriebsanleitungen herstellen

Die Betriebsanleitung ist bis heute in vielen Unternehmen das Stiefkind der Konstruktion. Sie bilden jedoch das letzte Glied in der Maschinensicherheit und sollten daher nicht vernachlässigt werden. Inzwischen gibt es zahlreiche Normen und Regeln für das Erstellen rechtssicherer Betriebsanleitungen. Eine gute Hilfe dazu ist der TEKOM-Leitfaden.

Normen

Neue EN ISO 20607 nennt Gestaltungsgrundsätze für Betriebsanleitungen

In den letzten zwanzig Jahren hat sich das Berufsbild des technischen Redakteurs etabliert. Die speziell geschulten Spezialisten sind mit allen Aspekten von Safety-Konzepten, Maschinensicherheit und funktionale Sicherheit vertraut. Es ist dringend empfohlen, dem Erstellen der rechtskonformen Betriebsanleitung einen großen Stellenwert einzuräumen. Sie verhindert Fehlbedienungen und warnt vor Gefahren. Falls sich im eigenem Unternehmen keine geeigneten Fachkräfte für diese Aufgabe abstellen lassen, sollte sie an geeignete Dienstleister ausgelagert werden. Es ist besser, einem Dienstleister zu vertrauen als aus Unkenntnis eine schlechte und nicht funktionierende Betriebsanleitung zu erstellen. Nur so kann Safety allumfassend gewährleistet sein.

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