11 Rechtliche Randbedingungen der Maschinenkonstruktion Flashcards
Richtlinien
o Verbindliche Regelungen für den gemeinsamen Binnenmarkt
o Werden von Mitgliedsstaaten in nationale Gesetze überführt
- CE-Richtlinie
- Maschinenrichtlinie
CE-Richtlinien
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
Maschinenrichtlinie (MRL)
Eine Richtlinie im Kanon mit den CE-Richtlinien
Überführt in deutsches Recht im Rahmen des Produktsicherheitsgesetztes
Gesetze
o Müssen in vollem Umfang eingehalten werden
o Generell kein vertraglicher Ausschluss möglich
o Strafrechtliche Folgen bei Zuwiderhandlung
Technische Normen
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
Harmonisierte Normen
o Sind in allen Mitgliedsstaaten als gültige Norm veröffentlicht
o Sind konform zu den entsprechenden Richtlinien
o Bei Befolgung gilt das Prinzip der „Konformitätsvermutung“
Das EU-Produkthaftungsgesetz
- 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)
Das EU-Produkthaftungsgesetz - Kernpunkte
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
Verpflichtungshierarchie sicherheitsrelevanter Verordnungen
- Produkthaftungsgesetz
- EU-Maschinenrichtlinie
- Anhang I der EU-Maschinenrichtlinie
- Sicherheitsgrundnormen
- Sicherheitsgruppennormen
- Fachnormen
- Nationale Fachnormen
Produkthaftungsgesetz
Grundlage aller Geräte- und Maschinensicherheitsrichtlinien
Greift erst im Produkthaftungsfall
EU-Maschinenrichtlinie
Die Richtlinie muss ohne vertragliche Ausnahmemöglichkeiten eingehalten werden
Anhang I der EU-Maschinenrichtlinie
Verbindliche Einhaltung aller zutreffenden grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen
Sciherheitsgrundnormen
Einhaltung aller harmonisierten Normen empfohlen, um Richtlinien korrekt zu interpretieren
Sicherheitsgruppennormen
Einhaltung aller harmonisierten Normen empfohlen, da Vermutungswirkung für Sicherheitsaspekte
Fachnormen
Einhaltung im ungeregelten Bereich empfohlen, im geregelten Bereich zwingend
Nationale Fachnormen
Anwendung möglich
Der “New Approach” bei der Maschinenrichtlinie
- 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
Die EG-Maschinenrichtlinie: Gültigkeitsbereich
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
Maschine
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
Vollständige Maschinen
- 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
Unvollständige Maschinen
- 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
Anlage
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
Prinzipieller Ablauf einer Risikobeurteilung (5)
- Grenzen der Maschine festlegen
- Identifizierung der Gefährdungen
- Risikoeinschätzung (Schadensausmaß, Eintrittswahrscheinlichkeit)
- Risikobewertung
-
Entscheidung: Ausreichende Sicherheit?
-> Ja: Ende
-> Nein: Risikominderung und Start von Schritt 1
Risikobeurteilung (6)
- 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
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
Konformitätsbewertungsverfahren (3)
- Interne Feritungskontrolle
- EG-Baumusterprüfverfahren
- Umfassende Qualitätssicherung
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
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
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
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
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
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
Sicherheitsstufen (Abnehmende Priorität)
- Unmittelbare Sicherheit
- Mittelbare Sicherheit
- Hinweisende Sicherheit
Unmittelbare Sicherheit - Maßnahmen zur Erreichung
Beseitigung/Minimierung der Gefahren
Gefährdung ist von vornherein und aus sich heraus ausgeschlossen
Aus Sicht der MRL grundsätzlich anzustreben
Mittelbare Sicherheit - Maßnahmen zur Erreichung (2)
Schutzmaßnahmen gegen nicht zu beseitigende Gefahren
Isolierung der Gefahr
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
Unfall
Räumliches und zeitliches Zusammentreffen von Personen mit gefahrbringenden Bewegungen der Gefahrstellen
Unfall - Direkte Folgen (3)
- Abdrängen oder Wegschieben des Körpers
- Elastische oder plastische Körperverformungen
- Eindringen von Gegenständen in den Körper
Mögliche Gefahrenstellen
Stoßstellen
Quetschstellen
Scherstellen
Schneidstellen
Stichstellen
Reibstellen
Fangstellen
Einzugstellen
Auflaufstellen
Absturzstellen
Einteilung von Gefahren nach der Auftretenswahrscheinlichkeit
- Deterministische Gefahren
- Stochastische Gefahren
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
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
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
Risikobewertung mittels Risikozahl
Risikozahl (R) = Schadensmaß (S) * Eintrittswahrscheinlichkeit (E)
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
Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen stochastische Gefährdungen
- Safe-Life-Prinzip
- Fail-Safe-Prinzip
- Prinzip der Redundanz
Sicherheitsgerechte Konstruktion - Maßnahmen gegen stochastische Gefährdungen: Safe-Life-Prinzip
Überdimensionierung
Angemessene Werkstoffwahl
Intelligente Konstruktion -> Optimale Belastung der Bauteile
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
Prinzip der Redundanz (5 Arten)
- Parallelredundanz
- Serienredundanz
- “Kalte” Redundanz
- Auswahlredundanz
- Mittelwertredundanz
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
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)
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, …
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
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
Steuerungstechnische Integration von Schutzeinrichtungen
Integration der Schalter, Zuhaltungen etc. in die Maschinensteuerung
Auslösung von Funktionsunterbrechungen o.ä.
Steuerungstechnische Integration von Schutzeinrichtungen - Unterschiedliche Notfallreaktionen der Maschine
Not-Halt:
Abschaltung der gefahrbringenden Funktion (z.B. Vorschub anhalten)
Not-Aus:
Maschine wird energiefrei geschaltet
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
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
Bestimmung des erreichten Performance Levels - Zu berücksichtigende Faktoren (7)
- MTTFd (Mean Time To Failure): Mittlere Zeit bis zu einem gefahrbringenden Ausfall
- DC (Diagnostic Coverage): Diagnosedeckungsgrad -> Anteil gefährlicher Fehler, die die Steuerung selbst erkennt (z.B. Plausibilitätsprüfung von Öffner- und Schließerkontakten)
- CCF (Common Cause Failure): Ausfall aufgrund gemeinsamer Fehler (z.B. Nutzung gleicher Signalleitungen)
- Struktur: Maßnahmen gegen systematische Fehler (z.B. Energieausfall)
- Verhalten bei Bedienfehlern
- Sicherheitsrelevante Software(bausteine)
- Funktionsfähigkeit unter vorhersehbaren Umweltbedingungen
Wirkungsgrad
Verhältnis zwischen abgegebener und eingesetzter Leistung
-> Nutzen und Aufwand müssen energetisch messbar sein
Energieeffizienz
Verhältnis zwischen definiertem Nutzen und eingesetzter Leistung
-> Nutzen muss nicht energetisch messbar sein (z.B. Reinigungsleistung einer Waschmaschine)
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
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
Deterministische Gefährdungen - Beispiele (Drehmaschine)
- Rotierende Hauptspindel
- Bewegte Werkzeugwechsler
- Angetriebene Werkzeuge
- Werkzeugrevolver
Stochastische Gefährdungen - Beispiele (Drehmaschine)
Werksstückseitige weggeschleuderte
- Werkstücke
- Werkstückbrüche
- Spannfutter
Werkzeugseitig weggeschleuderte
- Werkzeuge
- Späne
