Sicherheitsvorrichtungen im Maschinenbau

Arbeitsunfälle im Umgang mit Maschinen lassen sich nie vollständig ausschließen – aber durch passende Maßnahmen deutlich verringern. Schutzeinrichtungen an Maschinen und Anlagen verhindern den Zugang zu gefährlichen Bewegungen oder Bereichen. Sie schützen nicht nur vor direkten Gefährdungen, sondern erschweren auch Manipulationen und erhöhen so die Betriebssicherheit. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG sowie Normen wie DIN EN ISO 12100 und DIN EN ISO 14119 empfehlen den Einsatz solcher Sicherheitsvorrichtungen bereits in der Konstruktion. In diesem Artikel erhalten Sie einen kompakten Überblick über verschiedene Arten von Schutzeinrichtungen und erfahren, welche Lösungen sich für Ihre Anwendungen eignen.

Sicherheitseinrichtungen an Maschinen

Das oberste Ziel von Schutzvorrichtungen an Maschinen ist der Schutz des Menschen vor Gefahren. Besonders in der Industrie spielen Schutz- und Sicherheitsvorrichtungen eine zentrale Rolle, um Arbeitsunfälle zu vermeiden und gesetzliche Anforderungen zu erfüllen. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG verpflichtet Hersteller dazu, Maschinen so zu konstruieren, dass Risiken minimiert werden und erforderliche Schutzmaßnahmen integriert sind. Weitere Informationen hierzu finden Sie auch in unserem Artikel über Sicherheitsstandards im Maschinenbau.

Dabei sind Schutzvorrichtungen nicht als Option, sondern als integraler Bestandteil des konstruktiven Maschinenkonzepts zu verstehen. Sie müssen nach dem Prinzip der integrierten Sicherheit konstruiert werden, d.h. technische Schutzmaßnahmen sind der nachträglichen Risikominderung durch steuerungsseitige Eingriffe, Gefahrenhinweise, persönliche Schutzausrüstung oder andere Maßnahmen, die vom Bediener selbst zu treffen sind, vorzuziehen.

Arten von Sicherheitsvorrichtungen

Grundlegend unterscheidet man zwischen trennenden Schutzeinrichtungen und nichttrennenden Schutzeinrichtungen. Die Auswahl der geeigneten Schutzart hängt von der Gefährdungsanalyse, der Häufigkeit des Eingriffs sowie den ergonomischen Anforderungen an die Bedienung ab.

Trennende Schutzeinrichtungen

Gemäß Maschinenrichtlinie ist eine trennende Schutzeinrichtung ein Maschinenteil, das durch eine physische Barriere für Schutz sorgt. Sie verhindert, dass Personen in den Gefahrenbereich einer Maschine oder Anlage gelangen können.

Trennende Schutzeinrichtungen werden unterteilt in:

• Feststehende trennende Schutzeinrichtungen
• Bewegliche trennende Schutzeinrichtungen

Eine feststehende trennende Schutzeinrichtung ist z.B. ein Maschinenschutzgitter oder Schutzzaun in der Industrie. Feststehend bedeutet, dass die Schutzeinrichtung fest mit der Maschine verbunden ist. Dabei ist wichtig, dass die Schutzeinrichtung die Maschine nicht in ihrer Arbeit beeinträchtigt, da sie auch während der Produktion fester Maschinenbestandteil bleibt. Um die Schutzeinrichtung optisch abzugrenzen, wird diese in der Regel mit einem farbigen Anstrich versehen. Außerdem muss die Schutzeinrichtung aus einem robusten Material gefertigt sein.

Zu einer feststehenden Schutzeinrichtung gibt es keinen Zugang, es ist daher sorgfältig abzuwägen, ob und in welcher Häufigkeit Zutritt zum Gefahrenbereich notwendig ist. Muss der Zugang nicht regelmäßig erfolgen, darf laut DIN 14120 eine feststehende trennende Schutzeinrichtung verwendet werden. Diese darf, um Manipulation zu verhindern, lediglich mit Spezialwerkzeug während des Produktionsstillstands entfernbar sein.

Bewegliche trennende Schutzeinrichtungen sind ebenfalls dauerhaft fest mit der Maschine verbunden, erlauben aber regelmäßig Zutritt zum Gefahrenbereich. Zu diesem Zweck werden sie auch von der DIN 14120 empfohlen. Ein spezielles Werkzeug ist für das Öffnen beweglicher trennender Schutzeinrichtungen nicht notwendig. Sie sind in der Regel als Klappen oder Türen realisiert.

Nichttrennende Schutzeinrichtungen

Als nichttrennende Schutzeinrichtung gilt gemäß Maschinenrichtlinie jede Einrichtung ohne Trennfunktion, welche allein das Risiko vermindert oder aber in Verbindung mit einer trennenden Schutzeinrichtung dafür sorgt, dass Personen nicht zum Gefahrenbereich einer Maschine oder Anlage Zutritt erlangen.

Nichttrennende Schutzeinrichtungen werden unterteilt in:

• Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS)
• Durch Berührung wirkende bzw. druckempfindliche Schutzeinrichtungen
• Schutzeinrichtungen mit Ortsanbindung

Die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung erkennt mithilfe von Sensoren, wenn eine Person oder ein Körperteil in den definierten Schutzraum eindringt. Dazu wird kein unmittelbar mechanischer Kontakt benötigt. Ihre Wirkweise basiert auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien. Akustisch wird z.B. über Ultraschall ermittelt, ob sich Personen im Gefahrenbereich bewegen. Beim optischen Prinzip kommen Lichtvorhänge, Digitalkameras o.Ä. zum Einsatz. Für elektrisch leitfähige Objekte kommen induktive Näherungsschalter in Betracht und bei relativ kurzen Abständen empfiehlt sich ein kapazitiver Abstandssensor.

Allen berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen gemein ist, dass sie aus einem Sensor, einer Steuerungs- bzw. Überwachungsfunktion sowie Ausgangsschaltelementen bestehen. Diese Elemente sorgen dafür, dass die Sicherheitsfunktion auslöst, sobald die Steuerungs- bzw. Überwachungsfunktion anspricht. Anforderungen an berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen sind in DIN EN IEC 61496-1 festgeschrieben. Wenn Sie mehr über Sensoren und ihre Bedeutung in der Automatisierungstechnik erfahren möchten, lesen Sie gern auch unseren Artikel Sensorik - Auswahl und Bedeutung für die Automatisierungstechnik.

Druckempfindliche bzw. durch Berührung wirkende Schutzeinrichtungen lösen aufgrund einer elastischen Verformung die Sicherheitsfunktion aus. Realisiert wird das z.B. durch Schaltmatten oder Schaltleisten. Tritt eine Person auf die Matte, erkennen interne Signalgeber die Verformung in einem Hohlkörper, was zur Auslösung führt. Zu beachten ist, dass die entsprechenden Normen Personen erst ab 20 kg Körpergewicht einschließen.

Schutzeinrichtungen mit Ortsbindung sind in den meisten Fällen außerhalb des Gefahrenbereichs anzubringen. Diese Art Schutzeinrichtung wird per Hand oder Fuß ausgelöst, z.B. Zweihandtaster, Fußschalter oder Zweihandschaltungen. Die bedienende Person befindet sich aufgrund der Positionierung der Schutzeinrichtung ebenfalls außerhalb des Gefahrenbereichs. Bei der Zweihandschaltung wird die gefährdende Funktion z.B. nur ausgelöst, wenn die bedienende Person das durch Betätigen von zwei Befehlsgeräten initiiert. An dieser Stelle muss man aber beachten, dass eine Zweihandschaltung nur eine Person schützt. Arbeiteten mehrere Personen an einer Maschine, muss auch für diese Personen jeweils eine Zweihandfunktion eingerichtet werden. Für Zweihandschaltungen gelten folgende Prinzipien:

• Beide Hände werden benutzt.
• Wird ein Bedienteil losgelassen, stoppt auch die gefährdende Funktion.
• Ein versehentliches Betätigen sowie Umgehen sind ausgeschlossen.
• Die Zweihandschaltung ist permanent außerhalb des Gefahrenbereichs.

Ergänzende Schutzmaßnahmen

Für den Fall, dass es doch zu einer Notsituation kommt, haben Maschinen und Anlagen mit Gefährdungsquelle eine Not-Halt- bzw. einer Not-Aus-Funktion. Durch Betätigen des Not-Halts werden die Maschinenfunktionen gestoppt, durch Betätigen des Not-Aus wird die Maschine komplett von der elektrischen Energiequelle getrennt. Not-Halt und Not-Aus sind aber keineswegs ein Ersatz für Schutzeinrichtungen, sondern immer nur als ergänzende Maßnahme zu verstehen.

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Sicherheitsvorrichtungen und Normen

Schutzvorrichtungen sind umfassend normiert, so auch in der Maschinenrichtlinie (Richtlinie 2006/42/EG). Darin ist z.B. geregelt, dass sich feststehende trennende Schutzeinrichtungen nur mit Werkzeug lösen und abnehmen lassen sollen oder dass nichttrennende Schutzeinrichtungen so konstruiert sein müssen, dass sie bewegliche Teile nicht in Gang setzen können.

Allgemein lassen sich folgende Anforderungen für Sicherheitseinrichtungen ableiten:

• Robuste Konstruktion, um mechanischen Belastungen standzuhalten.
• Sichere Befestigung, um Manipulation zu verhindern.
• Selbst keine zusätzlichen Gefahren schaffen.
• Ergonomische Gestaltung, keine Einschränkung der Maschinenbedienung.
• Einfache Wartung ohne die Notwendigkeit der Demontage.
• Sichtfreiheit auf den Arbeitsbereich.

Sicherheitsabstände

Für Sicherheitsvorrichtungen gelten definierte Sicherheitsabstände, die in Normen wie der DIN EN ISO 13854 und DIN EN ISO 13855 festgelegt sind. Besonders bei trennenden Schutzeinrichtungen mit Öffnungen ist darauf zu achten, dass der Abstand zum Gefahrenbereich groß genug ist, um ein Eingreifen zu verhindern. Auch die Höhe spielt eine entscheidende Rolle – sie muss so gewählt sein, dass ein Unterkriechen ausgeschlossen wird. In vielen Fällen genügt ein Bodenabstand von bis zu 180 mm zwischen dem Boden und dem unteren Rand der Schutzeinrichtung. Bei ortsbindenden Schutzeinrichtungen – etwa solchen mit flexiblem Kabelanschluss – sind zusätzlich Grenzwerte für die Kabellänge zu beachten, um ein unbeabsichtigtes Mitziehen in den Gefahrenbereich zu vermeiden.

Der erforderliche Sicherheitsabstand lässt sich gemäß DIN EN ISO 13855:2010 nach folgender Formel berechnen:

Herausforderungen und Manipulation von Sicherheitseinrichtungen

Schutzeinrichtungen müssen nach Maschinenrichtlinie so konstruiert werden, dass sie effektiv, manipulationssicher und benutzerfreundlich sind. Dennoch werden sie im Arbeitsalltag mitunter als hinderlich empfunden – etwa aus Gründen der Arbeitserleichterung, zur Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit oder um eine bessere Einsicht in den Prozess zu erhalten. In solchen Fällen besteht die Gefahr, dass Schutzeinrichtungen umgangen oder außer Kraft gesetzt werden. Zur Prävention können manipulationssichere Schrauben und Muttern eingesetzt werden, die nur mit Spezialwerkzeug lösbar sind. Zu diesem Thema können Sie auch unseren Artikel Sicherheitsschrauben / Manipulationssichere Schrauben lesen.

Weitere Maßnahmen, wie verdeckt installierte Verriegelungssysteme oder codierte Sicherheitsschalter, erhöhen zusätzlich die Sicherheit, indem sie Manipulationen physisch erschweren. Auch der Einsatz von nicht zurücksetzbaren Sicherheitssiegeln sowie die Protokollierung von Schutztüröffnungen über das Steuerungssystem (z. B. via SPS) sind bewährte Mittel, um unerlaubte Eingriffe zu erkennen und zu verhindern.

Generell gilt: Eine sorgfältige Integration der Schutzeinrichtungen in den Arbeitsprozess – etwa durch ergonomisches Design oder intelligente Sensorik – trägt entscheidend zur Akzeptanz und zur Manipulationsvermeidung bei.