Betriebsartenwahl nach der aktuellen Sicherheits-EN für Drehmaschinen

  • Das EKS FSA (rechts) für die datentechnische Anbindung an eine Steuerung und EKS Light FSA (links) mit integrierter Auswertung für kleinere, dezentrale Anwendungen.Das EKS FSA (rechts) für die datentechnische Anbindung an eine Steuerung und EKS Light FSA (links) mit integrierter Auswertung für kleinere, dezentrale Anwendungen.
  • Das EKS FSA (rechts) für die datentechnische Anbindung an eine Steuerung und EKS Light FSA (links) mit integrierter Auswertung für kleinere, dezentrale Anwendungen.
  • EKS Light FSA von Euchner eingebaut in einem Bedienpult einer Werkzeugmaschine.

Euchner stellt einen neuen Ansatz zur Anwahl einer Betriebsart bei Drehmaschinen vor. Damit lassen sich die Anforderung aus der neuen Sicherheitsnorm für diese Maschinen problemlos erfüllen.

Die Normierung der Sicherheitstechnik für Drehmaschinen hat sich seit Einführung der EN ISO 23125 (Werkzeugmaschinen - Sicherheit - Drehmaschinen) stark geändert. Sie stellt für alle Typen von Drehmaschinen im Wesentlichen dieselben Anforderungen - das gilt auch in allen anderen Ländern, die diese ISO in ihre nationalen Normen übernommen haben. Zudem ist die EN ISO 23125 in der EU unter der Maschinenrichtlinie gelistet. Dies bedeutet, dass auf eine Konformität mit der Maschinenrichtlinie geschlossen werden darf, sofern alle Anforderungen beachtet und erfüllt wurden.

Vier Maschinentypen
Ganz einheitlich ist die Sicherheitstechnik für die verschiedenen Arten von Drehmaschinen dennoch nicht geworden. Man unterscheidet vier Typen von Maschinen von Bauart 1 bis 4. Bauart 1 sind komplett handgesteuerte Maschinen und besitzen überhaupt keine numerische Steuerung. Die Bauart 2 beschreibt ebenfalls handgesteuerte Drehmaschinen, nun aber mit begrenzten numerischen Steuerungsfähigkeiten. Beide sind bezüglich der Anwahl einer Betriebsart nicht kritisch, denn es ist nur manueller Betrieb bzw. eingeschränkter automatischer Betrieb möglich.
Interessant im Zusammenhang mit einer Betriebsartenanwahl sind insbesondere die Bauarten 3 und 4. Dies sind numerisch gesteuerte Drehmaschinen und Drehzentren bzw. Einzel- oder Multispindel-Drehautomaten. Diese Art von Maschinen wird natürlich vorwiegend im Automatikbetrieb genutzt. Deshalb ist dann ein Einrichtbetrieb laut Tabelle 2 der Norm obligatorisch.

Die Betriebsarten - was steckt dahinter?
Die Betriebsart 0 ist der manuelle und die Betriebsart 1 ist der automatische Betrieb. Bei der Betriebsart 2 handelt es sich um Einrichtbetrieb und bei der vierten definierten Betriebsart handelt es sich um die Betriebsart Service.

Die Betriebsart Einrichten muss bei den Maschinen der Bauart 3 oder 4 immer vorhanden sein. Eine Erklärung zum Einrichtbetrieb selbst ist sicherlich nicht notwendig, denn auch wenn diese Betriebsart noch nicht an allen Maschinen verwirklicht ist, dürfte der Nutzen für den Anwender schon aus der Benennung klar hervorgehen. Ganz neu ist der Servicemode. Dieser ist dazu gedacht, dass das Servicepersonal des Herstellers eine ganz besondere Betriebsart einstellen kann und damit eben auch die unumgänglichen Wartungsarbeiten unter Umständen unter Abschaltung nahezu der gesamten Sicherheitstechnik erledigen kann.

Anwahl der Betriebsarten
In der Tabelle 2 der EN ISO 32125 ist aufgelistet, welche Betriebsarten für die verschiedenen Bauarten verwendet werden müssen bzw. können. Zur Betriebsart 2, dem Einrichtbetrieb und auch zur optionalen Betriebsart Service ist eine Fußnote in dieser Tabelle angeführt, die besagt, dass diese beiden Betriebsarten nur entsprechend ausgebildetem Personal mittels Schlüsselschalter zugänglich sein sollen, wobei der Schlüsselschalter natürlich auch durch entsprechende andere Zugangsmechanismen ersetzt werden kann. Zudem erläutert wird in der Fußnote, dass nicht einfach nur ein einziger Schlüssel eingesteckt werden darf, der für jedermann zugänglich ist, sondern dass es unterschiedliche Schlüssel geben soll, damit entsprechend der Ausbildung des Maschinenbedieners auch nur diejenigen Funktionen zur Verfügung stehen, die der entsprechende Besitzer des Schlüssels nutzen darf.

Eine genauere Erläuterung zu den Bedingungen zur Anwahl der Betriebsart gibt der Abschnitt 5.2.4.1 der Norm. Als erstes wird hier die grundsätzliche Forderung der Maschinenrichtlinie aufgegriffen, wonach die Maschine mit einem in jeder Stellung abschließbaren Steuerungs- und Betriebsartenwahlschalter ausgestattet sein muss. Darüber hinaus wird noch vorgegeben, dass die Betriebsart klar erkennbar sein muss, was sich bei einem Schlüsselschalter natürlich rein aus der Stellung dieses Schalters ergibt. Wenn eine andere Art der Anwahl gewählt wurde, kann diese in einem Display oder an Leuchten angezeigt werden. In den darauf folgenden Abschnitten der Norm werden dann die Anforderungen an den Schutz des Bedieners aufgelistet.

Elektronisches Schlüssel­system
Beim Einrichten und im Servicebetrieb sind typischerweise die Schutzeinrichtungen einer Maschine geöffnet. Dies stellt erhöhte Anforderungen an die Anwahl, denn diese Betriebsarten führen zu einer höheren Gefährdung des Bedieners, als ein Betrieb mit geschlossenen Schutzabdeckungen. Aus diesem Grund wird für die Auswahlfunktion der Betriebsart im Abschnitt 5.11 ein Performance Level (PL) nach EN ISO 13849-1 von mindestens c gefordert.

Der PL c wird typischerweise durch einen Aufbau einer Schaltung entsprechend der Kategorie 1, also einkanalig, erreicht. Hierzu sind laut EN ISO 13849-1 sicherheitstechnisch bewährte Prinzipien, wie bspw. das der Zwangsbetätigung zu nutzen.

Für die Umsetzung der Anforderungen aus der neuen Norm bietet das Electronic-Key-System (EKS) von Euchner Abhilfe. Die Ausführung für sicherheitstechnische Applikationen, das EKS FSA, bietet sicherheitstechnische Prinzipien, die durch ein Baumusterprüfzeugnis der Berufsgenossenschaft bestätigt sind.

Das Gerät selbst dient nicht zur Anwahl einer Betriebsart, es erlaubt den Zugang zu einer Betriebsartenanwahl. Dennoch ist ein großer Teil der Sicherheitstechnik bereits integriert.

Lesestation und Transponderchip
Das EKS, welches bis dato vor allem im Automobilbereich zum Einsatz kommt, besteht aus einer Lesestation, in die ein elektronischer Schlüssel in Form eines Chips mit einem Transponder eingesteckt werden kann. Dessen Dateninhalt wird an eine Steuerung mittels Bus oder serieller Schnittstelle übermittelt. Auf dem Schlüssel lassen sich beliebige Daten, die Berechtigungen für einen Benutzer charakterisieren, speichern und in der Steuerung verarbeiten.

Dieses System dient vor allem dazu, Benutzerberechtigungen erkennen zu können. Somit haben wir einen Teil des Auswahlsystems zur Betriebsartenwahl bereits in diesem System, nämlich die Berechtigung eines Anwenders.

Allerdings ist dieses im Sinne der Maschinensicherheit nach EN ISO 13849-1 noch nicht sicher. Es lag jedoch nahe, für das EKS eine zusätzliche Sicherheit in Form eines zweiten Kanals einzubauen. Auf diese Weise ist zwar nicht die Anwahl, sehr wohl aber die Abwahl einer Betriebsart gesichert. Der Unterschied zwischen Anwahl und Abwahl liegt darin, dass zum Anwählen einer Betriebsart das EKS alleine nicht ausreichend ist. Es muss noch ein zweites Element, wie bspw. die Steuerung der Maschine dazu kommen. Zum Abwählen dagegen ist das zweikanalige System EKS FSA schon allein ausreichend.

Einen Mehraufwand für den Einsatz des EKS FSA gibt es typischerweise nicht, da der Steuerung die Wahl einer Betriebsart ohnehin signalisiert werden muss. Nun wird stattdessen die Berechtigung, die auf dem Speicher des EKS FSA hinterlegt ist, mitgeteilt und über die vorhandene Benutzerschnittstelle, also Display und die Tastatur, die tatsächlich gewünschte Betriebsart eingestellt. Somit kann ein Benutzer mit seinem elektronischen Schlüssel an die Anlage gehen, diesen einstecken und sich damit legitimieren. Die Steuerung gibt ihm dann die entsprechend seinem Kenntnisstand hinterlegte Berechtigung für verschiedene Betriebsarten frei und er wählt die jeweils passende aus, ohne dass der Schlüssel noch einmal ausgesteckt oder gar gegen einen zweiten getauscht werden muss. Dies bildet dann den ersten Kanal eines Systems. Der zweite Kanal ist direkt im EKS FSA eingebaut. Somit sind jetzt zwei unabhängige Kanäle vorhanden, die sicherheitstechnisch sehr einfach ausgewertet werden können und es kann damit ein System der Kategorie 3 gebildet werden, mit dem dann der PL c ohne Probleme erreicht wird.

Weitere Einsatzmöglich­keiten
Das EKS FSA kann aber noch mehr leisten, indem es die von der Norm beispielhaft dargestellten organisatorischen Dinge bspw. bezüglich Schulungen eines Mitarbeiters oder ähnlichem, unterstützt. So könnte auf dem Schlüssel auch ein Ablaufdatum für die Gültigkeit des Zugangs hinterlegt werden, so dass eine zugehörige Schulung regelmäßig wiederholt werden müsste, bevor die Berechtigung wieder freigeschaltet wird.

Alles in allem kann mittels eines EKS FSA, gleichgültig ob in der Version EKS Light mit einfachen Ausgängen oder in der Version EKS mit serieller Schnittstelle oder Busanschluss, zum einen die sicherheitstechnische Forderung nach einem PL c aus der EN ISO 23125 erfüllt und zum anderen eine gute organisatorische Unterstützung mit technischen Mitteln erreicht werden.

 

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