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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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