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ISO 13849-1:2023 und Leistungsgradanforderungen (PL) für die Sicherheit von Eckverpressmaschinen
Grundlegende Architekturregeln für sicherheitsrelevante Teile von Steuerungssystemen (SRP/CS)
Die Norm ISO 13849-1:2023 legt spezifische Anforderungen für sicherheitsbezogene Teile von Steuerungssystemen (SRP/CS) fest und gruppiert sie in verschiedene Kategorien von B bis 4, abhängig davon, wie gut sie Störungen beherrschen und welche Art von Diagnosefunktionen sie bieten. Bei Eckenpressmaschinen, bei denen die hydraulische Kraft leicht über 500 kN steigen kann, müssen die meisten Installationen die Anforderungen der Kategorie 3 erfüllen. Was bedeutet das konkret? Systeme müssen über redundante Sicherheitspfade verfügen, laufende Eigenüberprüfungen ihrer Leistungsfähigkeit durchführen und mindestens eine MTTFD-Bewertung von 100 Jahren für die Performance-Stufe PLd aufweisen. Die Diagnoseabdeckung muss zudem über 90 % liegen, sodass Störungen an wesentlichen Sicherheitseinrichtungen wie Lichtvorhängen oder Not-Aus-Tastern nahezu augenblicklich erkannt werden. Dies ist von Bedeutung, da gefährliche Neustarts beim Werkzeugwechsel allzu häufig vorkommen und solche Vorfälle weiterhin zu den Hauptursachen schwerer Quetschverletzungen in der Fertigungsindustrie gehören.
Bestimmung der erforderlichen Performance Level (PLr) aus den Daten der Risikobeurteilung
Die erforderliche Performance Level (PLr) wird direkt aus den Daten der Risikobeurteilung gemäß ISO 12100 abgeleitet. Typische Gefährdungsparameter bei Eckverpressmaschinen umfassen:
- Schweregrad (S) : Katastrophal (S2), aufgrund der hohen Amputationswahrscheinlichkeit unter mehrtonnigen Kräften
- Häufigkeit der Aussetzung (F) : Kontinuierlich (F2) in automatisch beschickten Produktionslinien
- Wahrscheinlichkeit der Vermeidung (P) : Gering (P2), aufgrund der begrenzten Reaktionszeit des Bedieners in der Nähe der Gefährdungsstelle
- Eintrittswahrscheinlichkeit der Gefährdung (O) : Hoch (O3), bedingt durch häufige Materialstaus
Bei kritischen Sicherheitsfunktionen wie Zweihandbedienung oder Lichtvorhangschutz sehen wir normalerweise Werte von PLr = d oder e. Nehmen wir beispielsweise PLr = e: Hier werden Komponenten verlangt, bei denen die MTTFD mindestens 30 Jahre beträgt und der DC bei 99 % oder besser liegt, alles geprüft gemäß den Normen von ISO 13849-2. Werden diese Vorgaben in der Praxis korrekt umgesetzt, führt dies zu einer deutlichen Unfallreduktion – etwa 98 % weniger Vorfälle im Vergleich zu PLc-Systemen bei automatisierten Crimpvorgängen. Natürlich geht es bei diesen Werten nicht nur um Mathematik, sondern darum, dass alles zusammen auf dem Fabrikboden ordnungsgemäß funktioniert.
Grundlagen der Risikobeurteilung nach ISO 12100: Identifizierung von Gefährdungen bei Eckcrimpmaschinen
Quantifizierung von Schwere, Häufigkeit und Vermeidbarkeitswahrscheinlichkeit bei Crimpvorgängen mit hoher Kraft
ISO 12100 fordert einen systematischen, beweisbasierten Ansatz zur Quantifizierung dreier zentraler Risikoparameter. Bei Eckcrimpen:
- Schweregrad spiegelt die schwerwiegendsten Verletzungsfolgen wider – Quetschkräfte über 100 kN erfüllen üblicherweise die Kriterien von S2 („schwer“) aufgrund dauerhafter muskuloskelettaler Schäden oder Amputationen.
- Expositionsintensität hängt vom Betriebsmodus ab: F2 („kontinuierlich“) gilt bei vollautomatischer Beschickung; F1 („häufig“) kann gelten, wenn manuelles Be- und Entladen mehrmals pro Schicht erfolgt.
- Vermeidungswahrscheinlichkeit wird mit P2 („niedrig“) bewertet, wenn die Werkzeugschließe Geschwindigkeiten von über 0,5 m/s überschreiten – was zu wenig Zeit für ausweichende Maßnahmen lässt.
Eine genaue Quantifizierung erfordert die Dokumentation der ungünstigsten Verletzungsszenarien, die Messung der Gefährdungsdauer über volle Crimpzyklen hinweg sowie die Überprüfung räumlicher Einschränkungen für den Rückzug des Bedieners. Diese objektive Grundlage stellt sicher, dass das verbleibende Risiko den ALARP-Prinzipien (As Low As Reasonably Practicable) entspricht.
Übersetzung von Gefährdungsszenarien in spezifische Sicherheitsfunktionen (z. B. sicherer Halt nach Kategorie 1)
Gefährdungen, die gemäß ISO 12100 identifiziert wurden, fließen direkt über deren iterativen Risikominderungsansatz in technische Sicherheitsanforderungen ein. Beispiel:
- Unkontrollierte Werkzeugschließerung während der Wartung — Sicherer Halt Kategorie 1 , erfordert überwachte elektromechanische Bremsung (<150 ms Haltezeit) sowie Positionsverifikation.
- Quetschgefahren durch verbleibende Werkzeugträgheit — Sicherer Drehmomentfreigabe (STO) mit Richtungsbewegungsüberwachung.
- Wiederholende Materialbeschickung — Lichtvorhangintegration mit ≤30 mm Auflösung und stummschaltungskompatibler Logik gemäß ISO 13855.
- Eingeklemmte Bauteile eingreifen — Dreipositions-Freigabeschalter , physisch verhindert die Aktivierung, solange nicht die „Freigabe“-Position gehalten wird.
Jede Funktion muss entsprechend der Schwere, Häufigkeit und Vermeidbarkeit des ursprünglichen Gefährdungspotenzials dimensioniert und validiert werden – um sicherzustellen, dass Sicherheitsmaßnahmen gezielt auf konkrete Fehlermodi abzielen, ohne überdimensioniert zu sein.
Sichere Integration von Schutzeinrichtungen in automatisierte Eckpresssysteme
Auswahl und Validierung von Lichtgittern, verriegelten Schutzvorrichtungen und Freigabeeinrichtungen
Die Auswahl der Schutzeinrichtungen muss den architektonischen Regeln und Leistungszielen gemäß ISO 13849-1:2023 entsprechen. Für hochbelastete Eckpressverbindungen:
- Lichtschranken erfordern eine Auflösung ≤14 mm zur Fingerkontrolle und müssen mindestens PLd erreichen, nachgewiesen durch Typ-4-Designvalidierung (IEC 61496-1).
- Verriegelte Schutzeinrichtungen erfordern zweikanalige magnetische Schalter mit Kreuzüberwachung, um Umgehungen zu verhindern, kombiniert mit zwangsgeführten Kontakten gemäß Kategorie 3-Architektur.
- Freigabeeinrichtungen müssen Feder-Rückstellmechanismen enthalten, die einen kontinuierlichen Druck erfordern und eine sicherheitsgerichtete Freigabe im Fehlerfall ermöglichen.
Alle Geräte durchlaufen eine Fehlerinjektionstestung, um eine Diagnoseabdeckung von über 90 % zu bestätigen. Perimeter-Schutzvorrichtungen müssen einer Stoßenergie von 200 J standhalten (gemäß ISO 14120) und eine Not-Halt-Reaktionszeit von weniger als 100 ms unterstützen (ISO 13850). Die Umweltvalidierung – einschließlich Schwingfestigkeit bis zu 15g und IP65-Dichtigkeit gegen metallische Partikeleintritte – ist zwingend erforderlich, um einen zuverlässigen Betrieb in industriellen Crimpu Umgebungen zu gewährleisten.
Stop-Kategorien, Wiederstartlogik und Reaktionszeitvalidierung für dynamische Crimpzyklen
Stop-Kategorien müssen der dynamischen Natur von Crimparten entsprechen. Kategorie 0 (unkontrollierte Abschaltung der Energieversorgung) gilt bei unmittelbar drohenden Kollisionsgefahren, während Kategorie 1 (kontrollierter Halt gefolgt von Abschaltung der Energieversorgung) bei Trägheitsgefahren erforderlich ist, bei denen eine Verzögerungssteuerung notwendig ist. Die Wiederstartlogik muss eine Zwei-Hand-Bestätigung mit asynchroner Aktivierungserkennung vorschreiben, um unbeabsichtigte Neustarts auszuschließen.
Bei der Validierung der Ansprechzeiten müssen alle kleinen Verzögerungen berücksichtigt werden, die sich im Laufe der Zeit summieren. Denken Sie an Dinge wie die Lichtvorhangverarbeitung, die etwa 10 Millisekunden oder weniger benötigt, dann den Sicherheits-PLC-Abtastzyklus mit maximal etwa 15 ms und schließlich das Öffnen des Schützes selbst, das gewöhnlich unter 20 ms liegt. In Situationen mit Hochgeschwindigkeits-Crimpoperationen müssen Hersteller nachweisen, dass ihre gesamte Sicherheitsfunktion innerhalb eines 50-Millisekunden-Fensters funktioniert, gemessen mit einem Oszilloskop. Warum ist das wichtig? Nun, gemäß der Norm EN ISO 13855:2019 wird die Sicherheitsabstandsformel S gleich K multipliziert mit T plus C hier kritisch. Für manuelle Zugangspunkte steht K für 1600 mm pro Sekunde. Die korrekte Berechnung dieser Werte bedeutet, dass Bediener auch bei schnellen, sich wiederholenden Zyklen, die während der gesamten Produktionsläufe auftreten, sicher sind.
Häufig gestellte Fragen
Was ist die ISO 13849-1:2023-Norm?
ISO 13849-1:2023 legt Anforderungen an sicherheitsbezogene Teile von Steuerungssystemen fest und hilft sicherzustellen, dass Maschinen wie Eckverpressmaschinen bestimmte Sicherheitsstandards erfüllen.
Warum ist Diagnoseabdeckung wichtig für Sicherheitsausrüstung?
Hohe Diagnoseabdeckung gewährleistet, dass defekte Sicherheitsausrüstung, wie Not-Aus-Taster, schnell erkannt wird, wodurch gefährliche Maschinenwiederanläufe verhindert werden, die schwere Verletzungen verursachen können.
Wie wird die erforderliche Performance-Stufe bestimmt?
Die erforderliche Performance-Stufe (PLr) wird durch Risikobewertungen bestimmt, bei denen Faktoren wie Schwergrad, Expositionshäufigkeit und Wahrscheinlichkeit der Vermeidung bewertet werden.
Welche kritischen Sicherheitsmerkmale gibt es für Eckverpressmaschinen?
Kritische Sicherheitsmerkmale können Zwei-Hand-Steuerungen, Lichtvorhangschutz und Stop-Kategorien umfassen, die alle darauf ausgelegt sind, Unfälle erheblich zu reduzieren.