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Moder­ni­sie­rung einer Draht­zieh­ma­schine

Beispielhafte Verbesserung der Sicherheit an Maschinen und Anlagen
Moder­ni­sie­rung einer Draht­zieh­ma­schine

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In einem Mitglieds­un­ter­neh­men der Holz- und Metall-Berufsgenossenschaft wurde unter beglei­ten­der Bera­tung durch das Kompe­tenz­zen­trum Werk­zeug­ma­schi­nen und Ferti­gungs­sys­teme der Präven­ti­ons­ab­tei­lung eine Draht­zieh­ma­schine gene­ral­über­holt und mit einer moder­nen SPS-Steuerung ausge­rüs­tet, sowie der mecha­ni­sche Teil umfang­reich instand­ge­setzt.

Dipl.-Ing. Kars­ten Preiß

Die zentra­len Fragen, die sich im Vorfeld und im Laufe des Projek­tes stell­ten, bezo­gen sich auf die Inte­gra­tion der Steue­rung in das bestehende vorhan­dene hohe Schutz­ni­veau und die Beur­tei­lung der Umbau­maß­nah­men im Hinblick auf eine wesent­li­che Verän­de­rung der Maschine.
Die 10-zügige Gera­de­aus­draht­zieh­ma­schine wurde im Jahr 1978 gebaut. Die Maschine sollte nach dem Umbau weiter­hin in ihrem defi­nier­ten Anwen­dungs­be­reich einge­setzt werden. Auf Grund von steue­rungs­tech­ni­schen und mecha­ni­schen Proble­men während des Betriebs stand aus folgen­den Grün­den eine drin­gende Gene­ral­über­ho­lung bzw. Moder­ni­sie­rung an:
  • Träg­heit und Fehler­häu­fig­keit der konven­tio­nel­len (alten) Steue­rung,
  • Antriebe der Draht­trom­meln (bzw. Spulen) liefen nicht mehr synchron,
  • dadurch bedingt erfolgte ein häufi­ges Reißen des Drah­tes mit Material- und Quali­täts­ver­lus­ten,
  • unge­wollte Still­stands­zei­ten und erhöh­ter Instandhaltungs- bzw. Rüst­auf­wand, ein erhöh­tes Gefähr­dungs­po­ten­zial für den Bedie­ner und Instand­hal­ter auf Grund von unvor­her­seh­ba­ren Draht­brü­chen bzw. Störun­gen.
Mit der alten Moto­ren­steue­rung mittels Thyris­tor ließ sich eine einwand­freie Synchro­ni­sie­rung der Antriebs­mo­to­ren der zehn Draht­trom­meln (Spulen) nicht mehr reali­sie­ren. Die neue Moto­ren­steue­rung erfolgt mittels Umrich­ter und lässt nun wieder eine Synchro­ni­sie­rung der Antriebs­mo­to­ren zu.
Bei der Durch­füh­rung des Projek­tes erga­ben sich Fragen, die mit dem beauf­trag­ten Fach­un­ter­neh­men, einem Anla­gen­bauer, erör­tert und disku­tiert wurden:
  • 1. Wie wird die Einbin­dung der vorhan­de­nen sicher­heits­re­le­van­ten Steuerungs- und Maschi­nen­ele­mente in die neue SPS-Steuerung reali­siert?
  • 2. Führen die Moder­ni­sie­rungs­maß­nah­men zu einer wesent­li­chen Verän­de­rung der Maschine im Sinne des Geräte- und Produkt­si­cher­heits­ge­set­zes?
  • 3. Muss eine Risi­ko­be­ur­tei­lung nach EG-Maschinen-Richtlinie mit nach­fol­gen­der CE-Kennzeichnung durch­ge­führt werden?
Das Ablauf­schema gemäß vorste­hen­der Grafik 1 diente zur Bewer­tung der Moder­ni­sie­rungs­maß­nah­men im Rahmen­des Sicherheits- und Bedien­kon­zep­tes.
Für die Beur­tei­lung des Umbaus hinsicht­lich „Wesent­li­che Verän­de­rung“ der Maschine wurden die nach­fol­gen­den Fakto­ren bzw. Merk­male berück­sich­tigt:
  • Die Maschine wird wie bisher ausschließ­lich als Draht­zieh­ma­schine für den Zieh­be­reich von Einlauf­durch­mes­ser 5,5 mm auf Fertig­durch­mes­ser 1 mm verwen­det.
  • Es werden weiter­hin nur Stahl­drähte und NE-Metalldrähte verarbeitet/gezogen.
  • Die Zieh­ge­schwin­dig­keit liegt unver­än­dert bei maxi­mal 24 m/s.
  • Es ergibt sich keine Funk­ti­ons­än­de­rung durch die Instand­set­zung und Gene­ral­über­ho­lung der gesam­ten mecha­ni­schen Maschi­nen­ele­mente wie z.B. Repa­ra­tu­ren und/oder Austausch von Verschleiß­tei­len (Lager, Brems­be­läge, Hydrau­lik­schläu­che, etc.).
Die Einbin­dung der sicher­heits­re­le­van­ten Steue­rungs­ele­mente und schon vor dem Umbau vorhan­dene Schutz­ein­rich­tun­gen in die Maschi­nen­steue­rung sind mit bewähr­ten Bautei­len in Schütz-Relais-Technik ausge­führt (wie z.B. die NOT-Halt-Funktion, der Schlin­gen­fän­ger, die Siche­rung der Draht- Auflauf­sta­tion, die beweg­li­chen Verde­ckun­gen der einzel­nen Zieh­trom­meln mit ihren elek­tro­me­cha­ni­schen Schutz­schal­tern und Verrie­ge­lun­gen).
Der elek­tro­ni­sche Teil der Steue­rung (SPS, Profibus-System) hat keine Sicherheits-verantwortung. Die Ausgänge der SPS werden im Fehler­fall „hardware-mäßig“ (Schütz- Relais­tech­nik­kom­bi­na­tion) wegge­schal­tet.
Ein Öffnen der stel­lungs­über­wach­ten und verrie­gel­ten beweg­li­chen Schutz­git­ter ist im Fehler­fall nur nach gere­gel­tem Halt bzw. bei Still­stand der Maschine möglich.
Im Einricht­be­trieb, d.h. bei geöff­ne­ten Schutz­git­tern, erfolgt das Einzie­hen des Drah­tes im „Schleich­gang“ (redu­zierte Geschwin­dig­keit) und „Tipp­be­trieb“ (Taster/Pedal ohne Selbst­hal­tung). Der Start des Produk­ti­ons­be­trie­bes („Zieh­be­trieb“) ist nur vom Haupt­be­dien­pult aus möglich. Der neu instal­lierte Schalt­schrank mit Steue­rung trägt die CE-Kennzeichnung. Diese wurde auf der Grund­lage der EG-Niederspannungs-Richtlinie sowie der EG-Richtlinie zur elek­tro­ma­gne­ti­schen Verträg­lich­keit ange­bracht und bezieht sich nur auf die neue „elek­tri­sche Ausrüs­tung“ der Maschine. Aus der Einbau­er­klä­rung des Anla­gen­bau­ers geht hervor, dass natio­nale Vorschrif­ten, EN-Normen und VDE-Bestimmungen ange­wen­det wurden.
Folgende Gefähr­dun­gen und vorhan­dene Schutz­ein­rich­tun­gen sind unter ande­rem bei der Gefah­ren­ana­lyse und Risi­ko­ein­schät­zung der Umbau­maß­nah­men berück­sich­tigt worden:
  • Der Wirk­be­reich wird durch stel­lungs­über­wachte und verrie­gelte Verde­ckun­gen (Schutz­git­ter) gesi­chert, z.B. gegen unkon­trol­liert herum­schla­gen­den Draht im Falle eines Draht­bruchs und als Einzug­stel­len­si­che­rung (s. Abb. 6, 7).
  • Der Einlauf- und Auslauf­be­reich des Drah­tes ist durch Schutz­ble­che oder Schutz­git­ter, Käfige (Grenz­tas­ter über­wachte Zugangs­klap­pen und ‑gitter) bzw. durch Führungs­trich­ter und Führungs­rohre entspre­chend gesi­chert.
  • Schlin­gen­bil­dung wird durch einen soge­nann­ten Schlin­gen­fän­ger (Schalt­ge­rät mit zwangs­läu­fi­ger Still­set­zung der Maschine) über­wacht (s. Abb. 4,5 ).
  • Die nach­ge­schal­te­ten Wick­ler, Haspel und Dreh­tel­ler sind durch feste Verde­ckun­gen (Schutz­ble­che, Gitter) gesi­chert und mit leicht erreich­ba­ren Abschalt­vor­rich­tun­gen ausge­stat­tet. Öffnungs­klap­pen zur Draht­ent­nahme sind mittels Grenz­tas­ter stel­lungs­über­wacht und in die gesamte Not-Aus-Schaltung einge­bun­den. Die Schutz­ble­che wirken auch als fangende Schutz­ein­rich­tung der soge­nann­ten Häck­sel­bil­dung (Abtren­nen und Wegflie­gen klei­ner Draht­teil­chen) entge­gen.
Die Bewer­tung des Projek­tes im Hinblick auf „wesent­li­che Verän­de­rung“ ergab, dass die beab­sich­tig­ten Maßnah­men und Umrüs­tun­gen nicht zu einer Ände­rung des defi­nier­ten Anwen­dungs­be­rei­ches (bestim­mungs­ge­mäße Verwen­dung) der Maschine führen.
Die beschrie­be­nen steuerungs- und antriebs­tech­ni­schen Ände­run­gen verur­sa­chen keine Risi­ko­er­hö­hung, sondern wegen der Vermei­dung von Draht­brü­chen und Störun­gen eine Verbes­se­rung der Maschi­nen­si­cher­heit.
Ein neues Sicher­heits­kon­zept war nicht notwen­dig, da die bereits vorhan­de­nen Schutz­ein­rich­tun­gen zur Risi­ko­min­de­rung ausreich­ten. Bezo­gen auf die gesamte Maschine wurden die durch­ge­führ­ten Maßnah­men nicht als „wesent­li­che Verän­de­rung“ gewer­tet. Die moder­ni­sierte Altma­schine muss daher nicht wie eine Neuma­schine behan­delt werden. Eine CE-Kennzeichnung und EG-Konformitätserklärung gemäß EG-Maschinen-Richtlinie sind nicht erfor­der­lich.
Da die EG-Maschinen-Richtlinie nicht ange­wen­det werden musste, erfolgte die Moder­ni­sie­rung der Draht­zieh­ma­schine auf der Grund­lage der Unfall­ver­hü­tungs­vor­schrif­ten VBG 7e „Draht“ und VBG 5 „Kraft­be­trie­bene Arbeits­mit­tel“, sowie der Betriebs­si­cher­heits­ver­ord­nung mit entspre­chen­den TRBS (Tech­ni­sche Regeln Betriebs­si­cher­heit). Ein Sicherheits-Check ergab, dass die Bestim­mun­gen dieser Vorschrif­ten erfüllt waren und ist als Bestand­teil in die Gefähr­dungs­be­ur­tei­lung aufge­nom­men worden. Nach dem Umbau wurden in einem Probe­lauf alle Sicher­heits­funk­tio­nen bzw. Schutz­ein­rich­tun­gen getes­tet. Hier­bei traten keine Bean­stan­dun­gen oder Probleme auf.
Autor
Dipl.-Ing. Kars­ten Preiß
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