11 Rechtliche Randbedingungen der Maschinenkonstruktion Flashcards
1
Q
Richtlinien
A
o Verbindliche Regelungen für den gemeinsamen Binnenmarkt
o Werden von Mitgliedsstaaten in nationale Gesetze überführt
- CE-Richtlinie
- Maschinenrichtlinie
2
Q
CE-Richtlinien
A
Mindestanforderungen an die sicherheits-, gesundheits-, und umweltschutzbezogenen Eigenschaften von Produkten
Kein Kriterium der Produktqualität
Verbindliche Richtlinien innerhalb der EU 28
Beispiele für weitere CE-Richtlinien:
Persönliche Schutzausrüstung
Medizinprodukte
Seilbahnen
Aufzüge
Bauprodukte
Ökodesign
3
Q
Maschinenrichtlinie (MRL)
A
Eine Richtlinie im Kanon mit den CE-Richtlinien
Überführt in deutsches Recht im Rahmen des Produktsicherheitsgesetztes
4
Q
Gesetze
A
o Müssen in vollem Umfang eingehalten werden
o Generell kein vertraglicher Ausschluss möglich
o Strafrechtliche Folgen bei Zuwiderhandlung
5
Q
Technische Normen
A
o Repräsentieren den (Mindest-)Stand der Technik
o Anwendung grundsätzlich empfohlen, aber nicht zwingend
o Falls die Norm in einer Richtlinie vorgeschrieben ist, muss sie zwingend eingehalten werden
6
Q
Harmonisierte Normen
A
o Sind in allen Mitgliedsstaaten als gültige Norm veröffentlicht
o Sind konform zu den entsprechenden Richtlinien
o Bei Befolgung gilt das Prinzip der „Konformitätsvermutung“
7
Q
Das EU-Produkthaftungsgesetz
A
- Vereinheitlichung der Rechtsvorschriften über die Haftung des Herstellers für Schäden, die durch fehlerhafte Produkte verursacht wurden
- Ausschluss oder Herabsetzung generell nicht möglich (auch nicht per Vertrag)
8
Q
Das EU-Produkthaftungsgesetz - Kernpunkte
A
o Regelung von Schadensersatzzahlungen
o Verschuldungsunabhängige Haftung sobald ein fehlerhaftes Produkt einen Schaden verursacht (keine Fahrlässigkeit notwendig)
o Geschädigter muss den ursächlichen Zusammenhang zwischen Schaden und Fehler am Produkt beweisen
o Hersteller muss Entlastungsbeweis führen (Beweisumkehr)
o Ansprüche verjähren drei Jahre nach Eintritt eines Schadens
o Ersatzansprüche erlöschen generell zehn Jahre nach Auslieferung der Maschine
9
Q
Verpflichtungshierarchie sicherheitsrelevanter Verordnungen
A
- Produkthaftungsgesetz
- EU-Maschinenrichtlinie
- Anhang I der EU-Maschinenrichtlinie
- Sicherheitsgrundnormen
- Sicherheitsgruppennormen
- Fachnormen
- Nationale Fachnormen
10
Q
Produkthaftungsgesetz
A
Grundlage aller Geräte- und Maschinensicherheitsrichtlinien
Greift erst im Produkthaftungsfall
11
Q
EU-Maschinenrichtlinie
A
Die Richtlinie muss ohne vertragliche Ausnahmemöglichkeiten eingehalten werden
12
Q
Anhang I der EU-Maschinenrichtlinie
A
Verbindliche Einhaltung aller zutreffenden grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen
13
Q
Sciherheitsgrundnormen
A
Einhaltung aller harmonisierten Normen empfohlen, um Richtlinien korrekt zu interpretieren
14
Q
Sicherheitsgruppennormen
A
Einhaltung aller harmonisierten Normen empfohlen, da Vermutungswirkung für Sicherheitsaspekte
15
Q
Fachnormen
A
Einhaltung im ungeregelten Bereich empfohlen, im geregelten Bereich zwingend
16
Q
Nationale Fachnormen
A
Anwendung möglich
17
Q
Der “New Approach” bei der Maschinenrichtlinie
A
- Verbindliche Formulierung grundlegender Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen
- Konkrete Umsetzung dieser Sollvorgaben bleibt der Industrie vorbehalten
- Keine Detailregelung, wie ein Produkt mindestens auszusehen hat
- Hierarchische Ordnung der Richtlinien und Normen (tieferstehende Richtlinie detailliert höherstehende)
- Werden alle harmonisierten Normen eines Bereichs eingehalten, darf der Hersteller davon ausgehen, dass das Produkt konform zu den Anforderungen der grundlegenden Richtlinien ist (Konformitätsvermutung)
- Kontrolle durch Rechtsorgane erst nachträglich möglich, da Hersteller sebst beurteilt, ob sein Produkt rechtskonform ist
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Q
Die EG-Maschinenrichtlinie: Gültigkeitsbereich
A
o Maschinen sowie Anlagen
o Unvollständige Maschinen
o Auswechselbare Ausrüstungen
o Lastaufnahmemittel, Ketten, Seile, Gurte
o Abnehmbare Gelenkwellen
o Sicherheitsbauteile
o Bewegliche (fahrbare) Maschinen
o Einrichtung zum Fortbewegen oder Heben von Personen
19
Q
Maschine
A
Eine mit einem anderen Antriebssystem als der unmittelbar eingesetzten menschlichen oder tierischen Kraft ausgestattete oder dafür vorgesehene Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für eine bestimmte Anwendung zusammengefügt sind
20
Q
Vollständige Maschinen
A
- Sind einbaufertige Maschinen, die erst nach ihrer Anbringung oder Installation funktionsfähig sind
- Sind an sich funktionsfähige Maschinen, denen lediglich Teile zum Verbinden mit einer Energie- oder Antriebsquelle fehlen
- Müssen alle Anforderungen an den Sicherheits- und Gesundheitsschutz aus Anhang I erfüllen
- Müssen ggf. auch mit anderen Richtlinien konform sein
- Müssen über eine Konformitätserklärung verfügen
- Müssen ein CE-Kennzeichen erhalten
21
Q
Unvollständige Maschinen
A
- Sind eine Gesamtheit, die fast eine Maschine bilden
- Erfüllen für sich genommen keine bestimmte Funktion
- Sind dafür vorgesehen, mit anderen (unvollständigen) Maschinen zusammengeführt oder in diese eingebaut zu werden
- Müssen eine Montageanleitung enthalten
- Müssen eine Einbauerklärung enthalten
- Dürfen Sicherheitsmängel aufweisen, wenn diese kenntlich gemacht werden
- Dürfen kein CE-Kennzeichen und keine Konformitätserklärung erhalten
22
Q
Anlage
A
o Eine Gesamtheit von Maschinen oder von unvollständigen Maschinen, die, damit sie zusammenwirken, so angeordnet sind und betätigt werden, dass sie als Gesamtheit funktionieren
o Sicherheits- und produktionstechnischer Zusammenhang
23
Q
Prinzipieller Ablauf einer Risikobeurteilung (5)
A
- Grenzen der Maschine festlegen
- Identifizierung der Gefährdungen
- Risikoeinschätzung (Schadensausmaß, Eintrittswahrscheinlichkeit)
- Risikobewertung
-
Entscheidung: Ausreichende Sicherheit?
-> Ja: Ende
-> Nein: Risikominderung und Start von Schritt 1
24
Q
Risikobeurteilung (6)
A
- Für jede Lebensphase sind alle Gefährdungen zu ermitteln
- Vorhersehbare Fehlanwendung muss bedacht werden
- Berücksichtigung der Nutzergruppe notwendig
- Qualitative Betrachtung der Eintrittswahrscheinlichkeit und des Schadensausmaßes in der Regel ausreichend (deterministische Betrachtung)
- Zusätzliche quantitative Betrachtungen für die Sicherheitstechnik
- Auf Restgefahren muss in der Anleitung hingewiesen werden
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Technische Unterlagen
**Gewährleistung der Nachvollziehbarkeit der Übereinstimmung der Maschine mit den Anforderungen der MRL**
o Aufbewahrungsfristen beim Hersteller
Nach MRL: 10 Jahre
Nach Haftungsrecht: 30 Jahre
26
Konformitätsbewertungsverfahren (3)
- Interne Feritungskontrolle
- EG-Baumusterprüfverfahren
- Umfassende Qualitätssicherung
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Konformitätsbewertungsverfahren und Anwendbarkeit - **Interne Fertigungskontrolle**
Gilt für **normale Maschinen und Maschinen mit erhöhtem Gefährdungspotenzial, die nach harmonisierten Normen gefertigt wurden**
Erstellung technischer Unterlagen für Einzelmaschine oder Baumuster
Kein qualifiziertes QS-System notwendig
Keine externe Prüfstelle notwendig
28
Konformitätsbewertungsverfahren und Anwendbarkeit - **EG-Baumusterprüfverfahren**
Gilt für **sämtliche Maschinen mit erhöhtem Gefährtungspotenzial**
MRL-Konformität für Baumuster durch externe Prüfstelle bestätigt
Gemeinsame Verantwortung von Hersteller u. Prüfstelle
Regelmäßige Überprüfung der Baumusterprüfung
29
Konformitätsbewertungsverfahren und Anwendbarkeit - **Umfassende Qualitätssicherung**
Gilt für **sämtliche Maschinen mit erhöhtem Gefährdungspotenzial**
Qualifiziertes QS-System beim Hersteller (Bestätigung durch externe Stelle)
Regelmäßige Audits zur Prüfung des QS-Systems
Regelmäßige Neubewertung des QS-Systems
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EG-Maschinenrichtlinie: Verantwortlichkeiten innerhalb eines Unternehmens - Zuständigkeit der Geschäftsführung (5)
Unterzeichnung der Konformitätserklärung (Prokura), kann auch delegiert werden
Organisations- und Überwachungspflichten
Zurverfügungstellen von benötigten Mitteln
Haftung
Qualitätssicherung
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Verantwortlichkeiten und mögliche Fehler im Produktlebenszyklus
**Planung, Konzeption, Konstruktion**
- Konstruktionsfehler: Bei Serien alle Produkte betroffen
**Herstellung**
- Herstellungsfehler: Bei Serien ggf. einzelne Produkte betroffen
**Inbetriebnahme und Betrieb**
- Instruktionsfehler: Hersteller informiert Betreiber
- Produktbeobachtungsfehler: Bewährung des Produktes über den gesamten Lebensdauerzyklus überprüfen
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Gründe für Arbeitsunfälle an Werkzeugmaschinen (5)
o **Materialfehler**
o **Konstruktionsmängel**
o **Ungeeignete Schutzeinrichtungen**, die zu Manipulation oder zum Umgehen verleiten, z.B. durch:
Falsches Sicherheitskonzept
Schlechte Sicherheitsverhältnisse
Mangelnde ergonomische Gestaltung oder erschwerte Bedienung der Maschine
o **Bequemlichkeit oder fehlende Einsicht des Benutzers**
o **Organisatorische Gründe**
Fehlende Einweisung in die Bedienung
Falsche Gefahrenermittlung und Risikobewertung
Falsche Nutzung von Sicherheitseinrichtungen
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Sicherheitsstufen (Abnehmende Priorität)
- Unmittelbare Sicherheit
- Mittelbare Sicherheit
- Hinweisende Sicherheit
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Unmittelbare Sicherheit - Maßnahmen zur Erreichung
Beseitigung/Minimierung der Gefahren
Gefährdung ist von vornherein und aus sich heraus ausgeschlossen
Aus Sicht der MRL grundsätzlich anzustreben
35
Mittelbare Sicherheit - Maßnahmen zur Erreichung (2)
Schutzmaßnahmen gegen nicht zu beseitigende Gefahren
Isolierung der Gefahr
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Hinweisende Sicherheit - Maßnahmen zur Erreichung
Hinweis auf Restgefahren, Spezialausbildung, Sicherheitsausrüstung
Erhöhte Verantwortung des Bedieners für seine Sicherheit
Nur als zusätzliche Maßnahme bzw. bei nicht Anwendbarkeit der anderen Maßnahmen anzuwenden
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Unfall
Räumliches und zeitliches Zusammentreffen von Personen mit gefahrbringenden Bewegungen der Gefahrstellen
38
Unfall - Direkte Folgen (3)
1. Abdrängen oder Wegschieben des Körpers
2. Elastische oder plastische Körperverformungen
3. Eindringen von Gegenständen in den Körper
39
Mögliche Gefahrenstellen
Stoßstellen
Quetschstellen
Scherstellen
Schneidstellen
Stichstellen
Reibstellen
Fangstellen
Einzugstellen
Auflaufstellen
Absturzstellen
40
Einteilung von Gefahren nach der Auftretenswahrscheinlichkeit
- Deterministische Gefahren
- Stochastische Gefahren
41
Deterministische Gefahren
Zeitunabhängige Wahrscheinlichkeit
Höhere Eintrittswahrscheinlichkeit als bei stochastischen Gefahren
Durch Funktion und Aufbau der Maschine bedingt und ggf. unvermeidbar
Vorhersehbar -> ggf. durch konstruktive Maßnahmen zu beheben
42
Stochastische Gefahren
Zeitabhängige Wahrscheinlichkeit
Plötzliches/Überraschendes Auftreten
Vorhersage nur bedingt mit statistischen Methoden möglich
Meist unvermeidbar
Analyse von Ursache und Wirkung zur Einleitung von Gegenmaßnahmen
43
Risikobeurteilung - Vorgehen (4)
**Risikoanalyse**
1. Grenzen der Maschine festlegen
2. Identifizierung von Gefährdungen
3. Risikoeinschätzen
**Risiko bewerten**
-> Frage: Wurde das Risiko hinreichen vermindert?
--> Ja: Ergebnisse dokumentieren und Ende
--> Nein:
**Risikominderung**
Risikominderungsmaßnahmen, Risiko erneut bewerten
**Technische Dokumentation**
1. Ergebnisse dokumentieren
44
Risikobewertung mittels Risikozahl
Risikozahl (R) = Schadensmaß (S) * Eintrittswahrscheinlichkeit (E)
45
Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen deterministische Gefährdungen (6)
o Zugänglichkeit der Gefahrenstelle unmöglich machen
o „Lichte Weite“, die den Abmessungen des menschlichen Körpers entspricht oder widerspricht, vermeiden
o Gefährliche Oberflächenstrukturen (Kanten, rauhe oder heiße Oberflächen) vermeiden oder unzugänglich machen
o Einbau von Sicherheitsvorkehrungen (mittelbare Sicherheit)
o Hinweisen auf Gefahren
o Ausbildung des Personals
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Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen stochastische Gefährdungen
- Safe-Life-Prinzip
- Fail-Safe-Prinzip
- Prinzip der Redundanz
47
Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen stochastische Gefährdungen: **Safe-Life-Prinzip**
Überdimensionierung
Angemessene Werkstoffwahl
Intelligente Konstruktion -> Optimale Belastung der Bauteile
48
Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen stochastische Gefährdungen: **Fail-Safe-Prinzip**
Beeinflussung der Folgen nach dem Versagen von Bauteilen
Beim Versagen von Bauteilen/Systemen Reaktion zur richtigen Seite
Passive Methoden:
1. Das System hat ständig Energie zur Verfügung, die im Schadensfall automatisch abgebaut wird (Selbsthilfe)
2. Z.B. Zugbremse, Absturzsicherung
Aktive Methoden
1. Überwachungssysteme, Steuerungen
2. Bauteile innerhalb des Systems müssen nach dem Safe-Life-Prinzip ausgelegt sein
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Prinzip der Redundanz (5 Arten)
- **Parallel**redundanz
- **Serien**redundanz
- **"Kalte"** Redundanz
- **Auswahl**redundanz
- **Mittelwert**redundanz
50
Gefahrenbereiche an Werkzeugmaschinen
**Gefahrenbereich 1. Ordnung**
Bereich radial des Spannfutters (Drehen) oder der Werkzeugaufnahme (Fräsen), umhüllt die Schar möglicher Flugbahnen tangential abgescheuerter Teile
**Gefahrenbereich 2. Ordnung**
Alle weiteren Hüllflächen der Flugbahnen abgeschleuderter Teile, z.B. durch Abprallen der Teile an der Werkzeugmaschinenstruktur
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Schutzeinrichtungen zum Trennen von Bediener und Gefahrenstelle - Arten von Schutzeinrichtungen
**Trennend**
Mechanische Trennung von Gefahrenstelle (z.B. Zäune, Schutzscheiben, Sichtscheiben)
**Verriegelt trennend**
Zusätzlich mit Unterbrechung der Maschinenfunktion beim Öffnen der Schutzeinrichtung (z.B. mech. Schalter, berührungslose Schalter)
**Verriegelt trennend mit Zuhaltung**
Zusätzlich mit Zuhaltung während der Ausführung der Maschinenfunktion (z.B. elektrisch betätigte Riegel)
**Nicht trennend**
Abschaltung der Maschinenfunktion bei Eingriff in den Gefahrenbereich (z.B. Lichtschranken)
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Schutzeinrichtungen zum Trennen von Bediener und Gefahrenstelle - Allgemeine Aspekte bei der Auslegung
**Notwendiger Zugang**
1. Regulärer Betrieb (Bestückung, Werkzeugwechsel, …)
2. Wartung, …
**Eigenschaften/Funktion der Maschine**
1. Notwendige Maschinenfunktion
2. Emissionen (Läm, Schadstoffe, …)
3. Mögliche Fehlfunktionen (weggeschleuderte Bauteile oder Werkzeuge, Spanflug, …)
**Bedienung**
1. Ergonomie
2. Möglichkeiten des Missbrauchs
3. Sicherheitsabstände, …
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Auslegung trennender Schutzeinrichtungen - Zäune und Schutzscheiben
Verhindern Erreichen des Gefahrenbereichs durch Gliedmaßen des Bedieners
_Auslegungskriterien_
1. Schadensausmaß
2. Höhe des Gefahrenbereichs
3. Höhe der Schutzeinrichtung
4. Abstand zum Gefahrenbereich
5. Maschenweite (bei Zäunen)
_Schutzscheiben_
1. Zusätzlicher Schutz vor weggeschleuderten Objekten aus dem Arbeitsraum
2. Zentrales Auslegungskriterium: kinetische Energie des weggeschleuderten Objekts
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Auslegung nicht trennender Schutzeinrichtungen
o Annäherungsgeschwindigkeit des Körperteils (K)
Je nach Annäherungsrichtung, Art der Schutzeinrichtung und Mindestabstand
o Reaktionszeit der Steuerung (t1)
o Nachlaufzeit des mechanischen Systems (t2)
o Mindestabstand zur Gefahrenstelle S = (K*T) + C
C: Funktionsbedingter Mindestabstand falls teilweise Eindringen des Bedieners in den Gefahrenbereich ohne Signalauslösung möglich
o Ausführungsbeispiele:
Zweihandschaltung
Lichtschranke/-vorhang
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Steuerungstechnische Integration von Schutzeinrichtungen
Integration der Schalter, Zuhaltungen etc. in die Maschinensteuerung
Auslösung von Funktionsunterbrechungen o.ä.
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Steuerungstechnische Integration von Schutzeinrichtungen - Unterschiedliche Notfallreaktionen der Maschine
**Not-Halt:**
Abschaltung der gefahrbringenden Funktion (z.B. Vorschub anhalten)
**Not-Aus:**
Maschine wird energiefrei geschaltet
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Steuerungstechnische Integration von Schutzeinrichtungen - Auslegung (4)
Ermittlung der Mindestanforderungen -> PLr: Performance level required
Aufbau der Schaltung
Bestimmung des erreichten PL
Ggf. iterative Optimierung der Schaltung
58
Bestimmung des erreichten Performance Levels
Bestimmung der PL der einzelnen Bauteile
1. Für Standardbausteine herstellerseitig verfügbar
2. Berechnung des PL des Gesamtsystems
-> Näherungsformeln, Tabellenwerke, Software
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Bestimmung des erreichten Performance Levels - Zu berücksichtigende Faktoren (7)
1. **MTTFd (Mean Time To Failure)**: Mittlere Zeit bis zu einem gefahrbringenden Ausfall
2. **DC (Diagnostic Coverage)**: Diagnosedeckungsgrad -> Anteil gefährlicher Fehler, die die Steuerung selbst erkennt (z.B. Plausibilitätsprüfung von Öffner- und Schließerkontakten)
3. **CCF (Common Cause Failure)**: Ausfall aufgrund gemeinsamer Fehler (z.B. Nutzung gleicher Signalleitungen)
4. **Struktur**: Maßnahmen gegen systematische Fehler (z.B. Energieausfall)
5. **Verhalten bei Bedienfehlern**
6. **Sicherheitsrelevante Software(bausteine)**
7. **Funktionsfähigkeit unter vorhersehbaren Umweltbedingungen**
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Wirkungsgrad
Verhältnis zwischen abgegebener und eingesetzter Leistung
-> Nutzen und Aufwand müssen energetisch messbar sein
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Energieeffizienz
Verhältnis zwischen definiertem Nutzen und eingesetzter Leistung
-> Nutzen muss nicht energetisch messbar sein (z.B. Reinigungsleistung einer Waschmaschine)
62
Richtlinie 2009/125/EG
„zur Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte“
Auch: ErP- oder Ökodesign-Richtlinie
In nationales Recht umgesetzt im EVGP (Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz)
Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von elektrischen Geräten und Maschinen
Hauptauswirkungen auf die Industrie: Elektromotoren
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Umsetzung der ErP-Richtlinie im Werkzeugmaschinenbau - **Probleme bei der Umsetzung für Werkzeugmaschinen als eigene Produktgruppe**
Große Variantenvielfalt (Art der Maschine, Anwendung)
Stark mittelständisch geprägte Branche
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Deterministische Gefährdungen - Beispiele (Drehmaschine)
- Rotierende Hauptspindel
- Bewegte Werkzeugwechsler
- Angetriebene Werkzeuge
- Werkzeugrevolver
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Stochastische Gefährdungen - Beispiele (Drehmaschine)
**Werksstückseitige weggeschleuderte**
- Werkstücke
- Werkstückbrüche
- Spannfutter
**Werkzeugseitig weggeschleuderte**
- Werkzeuge
- Späne
