Punktzug-Regeln

Punktzug-Regeln
Historischer Rückblick aus der Zeit der BGV C1 und SP 25.1/2-1

Punktzug-Regeln haben ich in letzter Zeit sehr verändert. Einmal ist die Globalisierung, dass immer enger Zusammenrücken der Märkte und das Bestreben die Produkte auch in anderen Ländern verkaufen zu können ein Grund für die ständige Forderung die Regeln nach den neu Entwickelten Techniken anzupassen. Auf der anderen Seite ist unser Europa Motor sich immer schneller einem Europaweiten Regelwerk anzupassen.  Selbst die Bezeichnungen der Regelwerke erfahren in immer kürzeren Abständen eine Umbenennung. Deshalb hier schon einmal ein Sorry, wenn die eine oder andere Regel noch mit dem alten Namen beschrieben wird.

Wurden früher Kettenzugsysteme von einem Sachverständigen der Industrie für Krane und Aufzüge untersucht, so werden heute Sachverständige ernannt, die Ihr Fachwissen in der speziellen Bühnentechnik beweisen müssen. Dem entsprechen haben sich die Beanstandungen an vorhandenen Anlagen vermehrt und die pauschale Antwort „der Zug weist doch die DGUV Regel 115-002  vorher BGV C1 und davor VBG 70 auf reicht heute nicht mehr aus. Die DIN 56950 „Maschinentechnische Einrichtungen, sicherheitstechnische Anforderungen“ hat unter anderem auch die Punktzugnorm DIN 56925 ersetzt.
Ein Ganz großer Trugschluss der Zug hat doch die Zulassung, entbindet immer noch nicht, das man selber darauf achten muss, wie der Zug genau eingesetzt wird, denn nicht jede Ausstattung eines Zuges das Lasten über Personen erlaubt, ist auch für Gruppenfahrten geeignet. Deshalb muss man genauer die Lastfälle unterscheiden um die richtige Ausstattung für die gewollte Anwendung auszuwählen. Es gehören Begriffe Lastfallart, Zusatzausrüstung, maximale Störfalltolleranz, SIL oder PL für Performance Level eben auch dazu.

Die BG (Berufsgenossenschaft) hatte für Ihre Regeln zusammen mit wichtigen Vertretern von Institutionen und Herstellern selbst erstellt. Heute arbeitet Sie in entsprechenden Gremien mit und fördert die Erstellung der Regeln durch dritte. Dabei hatte sich aus der Initiative des VPLT die damals aus Hersteller – Bedürfnis heraus, sowie im Hinblick auf die Etablierung der eigenen Schulinstitution (DEA Plus) vorranpreschte und eine Regelwerk veröffentlichte um einen D8 Plus Kettenzug zu etablieren, was eigentlich ein C1 Zug im Strom freien – statischen – Zustand entsprechen würde. Heute werden die notwendigen Informationen die man zum Sicheren Betrieb von Kettenzügen benötigt in der IGVW Schrift  SQP2 zusammengefasst. Der IGVW ist der Dachverband der Branchenverbände DTHG EVVC FAMAB und dem VPLT und wurde auch mit den Sicherheitsingenieur. der Fernsehanstalten sowie den Vertretern der Berufsgenossenschaft überarbeitet.

Ohne Personen unter der Last

Zum Auf- und Abbau von Tragkonstruktionen können vorhandene Einrichtungen mit Hebezeugen nach VBG 8 – neue Bezeichnung BGV D8 genutzt werden. Personen dürfen sich unter den Lasten nicht aufhalten. Ist der Aufenthalt von Personen unter Lasten betriebsmäßig notwendig, sind die Hebezeuge vollständig zu entlasten. Die BGV D8 regelt die Ausführung und Handhabung von Winden Hub und Zuggeräte im industriellen Bereich, bei der keine Person unter der schwebenden Last sich aufhalten darf. Dies entspricht der gängigen Praxis z.B. beim Einsatz eines Groundsupport. Es werden meist BGV D8 Motoren eingesetzt um das Rigg hochzufahren. Dabei wird sichergestellt das sich niemand unter dem schwebenden Rigg aufhält. Erst, wenn die Traversenkonstruktion mit Stahlseilen auf Höhe gehalten wird und die Kette des Hebezeugs (Kettenzug) schlaff durchhängt also vollständig entlastet sind, dürfen Personen wieder unter das Rigg treten. (Dieser Vorgang wird als „Tothängen“ bezeichnet).

Personen unter Last – im statischen Zustand

Die Schrift SR2.0 vom VPLT (heute SP P2 von der IGVW) etablierte den Begriff D8 Plus. Dabei handelt es sich um einen Kettenzug der mechanisch die Anforderung der BGV C1 (heute DGUV Regel 115-002) erfüllt aber elektrisch weiterhin im BGV D8 Bereich verweilt. Ziel ist es das Tothängen zu ersparen. Mechanisch trägt der D8 Plus Motor die Last sicher über Publikum. Soll die Last verfahren werden, ist die Fläche unter der Last von den Personen zu räumen. In der Praxis heißt dies einen BGV D8 Motor auf die Hälfte ablasten und eine zweite Bremse einzubauen, wenn kein dynamisch selbsthemmendes Getriebe vorhanden ist. Nach der Benutzung muß der elektrische Steckverbinder abgezogen werden.

Personen unter Last – abhägig von der Lastart

Bei Motoren gemäß ehemaliger BGV C1 bedeutet dies aber nicht automatisch das sich nun immer Personen unter der Last aufhalten dürfen. Hier wird eine weitere Unterteilung in verschiedenen Lastarten notwendig. Diese Übersicht dient dazu den Hintergrund der Gefährdung verursacht durch die Lastart zu vermitteln.

 

Einzellast

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Einzellast

Für das Heben einer Einzellast über Personen sind gegenüber dem Industriekettenzug nach BGV D8 – zusätzliche Grundfunktionen nötig die durch die DIN 56950 „Maschinentechnische Einrichtungen, sicherheitstechnische Anforderungen“ klar definiert werden.
•5.2.6.2 Bei Stahlketten muss sichergestellt sein, dass in jedem Betriebszustand der formschlüssige Eingriff von mindestens drei Kettenglieder in das das Kettenrad (Kettennuss) bestehen bleibt.
•5.2.7 Dynamisch selbsthemmendes Getriebe (Selbsthemmung aus der Bewegung) oder zwei voneinander unabhängige wirkende Sicherungseinrichtungen (z.B. zwei Bremsen).
•7.7.2 Vorsehen von RedundanzBei Einsatz von elektrischen Schaltgeräten (Schütze) sind diese redundant auszuführen und zusätzlich zu überwachen. (z.B. zwangsgeführten Relais)
•7.8 Es wird nach Not-Aus (Energieabschaltung) und Not-Halt (Stillsetzen) unterschieden. Durch Risicobeurteilung wird die Kategorie der Funktionsausführung festgelegt7.7.4.2 Schutz bei Ausfall der Hubbereichsbegrenzung (End und Notendschalter)
•7.7.4.3 Schutz bei Überschreiten der Nennbelastung – 1,2 fachen Wert
•7.7.4.6 Schutz bei Überschreiten der Nenngeschwindigkeit -1,25 Fach
•7.7.4.8 Stillsetzen bei Überfahren von vorgegebenen Zielpunkten
•7.7.4.9 Stillsetzen bei Nichteinhaltung vorgegebenen Bewegungsabläufe
•7.7.5 Einrichtungen zur Prüfung von SicherheitsfunktionenDIN 56925 Abschnitt 8
•Eine Rechner gestützte Steuerung deren Rechner keine Sicherheitsrelevanten Funktionen übernimmt aber eine Anwahl der Motoren vollzieht, muß die Rückmeldung der Anwahl rechnerunabhängig angezeigt werden.
•Der Rechner darf keinen Einfluß auf Totmanschaltung und Sicherheitseinrichtungen haben. Ansonsten müssen sie zweikanalig und nach SIL 3 aufgebaut sein.

Streckenlast an zwei Zügen

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Streckenlast an zwei Zügen

Eine Weiterführende Gefährdung bei Streckenlast an zwei Zügen ist bei Sicht kontrollierten Fahrten nicht zu erwarten. Beobachtet man den Ausfall eines Zuges, so ist der zweite Zug manuell still zu setzten, ohne das durch die Zeitverzögerung des Stillsetzen eine Gefährdung ausgehen würde. Dies verhält sich natürlich anders, wenn diese Fahrten evtl. unbeobachtet über eine Ablaufsteuerung vollzogen werden. Hierbei kann es vorkommen, das ein Stillstand eines Kettenzuges und das Weiterfahren des anderen Kettenzuges, die Last vollständig nur noch von einem Kettenzug alleine aufgenommen wird. Dies kann ein Überlasten dieses Punktes bedeuten und stellt somit eine Gefährdung dar. Folglich muss sichergestellt werden das bei Ausfall eines Zuges der andre Zug ebenfalls stillgelegt wird. Man spricht hierbei von einer Asynchronen Gruppenabschaltung, wenn ein Fehler eines Zuges die an der Fahrt beteiligten Züge ebenfalls stilllegt. So wird nach bei dieser Lastart bei szenischen Bewegungen eine Asynchrone Punktzuggruppenfahrt mit Gruppenabschaltung gemäß DIN 56950 7.6.3.1.2 gefordert.

Grundsätzlich kann man hier erwähnen das allgemeingültig auch andere Maßnahmen zur Unfallvermeidung in Betracht kommen können. Ist z.B. jeder der Motore, Traverse und Hängepunkte für die Gesamtlast ausgelegt, so muss keine Zusatzausstattung vorhanden sein, da auch bei Ausfall eines Motors die Last in jeder Position sicher befestigt ist.

Streckenlast an mehr als zwei Zügen

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Streckenlast an mehr als zwei Zügen

Sind an einer starren Last mehr als zwei Kettenzüge beteiligt, so kann bei einem Ausfall von einem Kettenzug innerhalb kürzester Zeit eine Überlastung in dem bewegten Objekt auftreten, da die Kräfte nun nur noch von den verbleibenden Hebezeuge getragen wird. Somit können unzulässige Zustände auftreten. Eine Gefährdung liegt vor. Um dies zu verhindern wird selbst bei einer beobachteten Fahrt eine Asynchrone Punktzuggruppenfahrt mit Gruppenabschaltung gefordert. Hier reicht die Asynchrone Punktzuggruppenfahrt aus, da bei Überlastung eines weiteren Zuges die Gruppe sofort stillgelegt wird. Man geht davon aus das der Bediener eine schlaffe Kette erkennt und ein Nothalt auslöst. Bei einer Szenischen Bewegung, bei der eine ständige Beobachtung nicht sichergestellt werden kann, ist es nötig das eine synchrone Gruppenfunktion aktiviert wird. Denn ein Abdriften eines Kettenzuges kann hierbei so lange andauern, das unzulässige Werte auftreten können. Deshalb muss sichergestellt sein das alle Züge im „Gleichtakt“ laufen. Falls eine vorher definierte Toleranz überschritten wird, muss der Bewegungsvorgang abgebrochen werden.

Aus der Geschichte heraus wurde eine alternative Möglichkeit zugelassen. Anstatt der Synchronen Gruppenfahrt wird auch die Kombination von Asynchroner Gruppenfahrt, Reset über Synchronpunkt und Unterlastabschaltung Schlaffkette) gefordert. Unter Reset über Synchronpunkt versteht man das die Gruppe in einen Endschalter hineinfährt um dann den Weggeben neu zu kalibrieren. Diese Vorgehensweise ist nur firmenbezogen aus der Geschichte und den damaligen technischen Möglichkeiten zu verstehen um eine Gruppenabweichung so gering wie möglich zu halten.

Biegemoment freie Last

Die Biegemoment freie Last ist einfacher als die voran gegangene Lastart zu handhaben. Deshalb darf eine programmierte nicht ständig kontrollierte Bewegung auch mit einer Asynchroner Gruppenfahrt und Reset über Synchronpunkt verfahren werden.

Flächenlast an drei Zügen

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Flächenlast an drei Zügen

Das Verhalten einer Flächenlast an drei Zügen entspricht dem einer Streckenlast an drei Zügen, da bei Ausfall eines Zuges eine Überlastung der übrigen Hängepunkte und Hebezeuge auftreten kann.

Flächenlast an mehr als drei Zügen

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Flächenlasten an mehr als drei Zügen

Bei der Flächenlast an mehr als drei Zügen kann kein Bediener mehr aufgrund seiner Beobachtungsgabe zuverlässig eine Fehlbelastung erkennen. Gerade wenn die Kettenzüge nicht an Ihr Lastlimit betrieben werden, können Sie die Arbeit eines defekten Zuges mit übernehmen. Dabei kann aber eine unzulässige Durchbiegung des gehobenen Objektes auftreten, das eine Gefährdung darstellen kann. Deshalb kann hier bei einer beobachten Fahrt neben der synchronen Gruppenfahrt alternativ eine Unterlasterkennung mit synchroner Gruppenfahrt angewendet werden, die den Defekt an die Gruppe weiterleiten kann und die Bewegung anhält. Bei szenischen Bewegungen ist hier eine Synchrone Fahrt unabdingbar.

Geführte Lasten

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Geführte Lasten

Bei geführten Lasten ist das Problem ein Verkanten in der Führung. Das Objekt bleibt stecken, der Kettenzug gibt immer weiter Kettenweg frei. Im ungünstigsten Moment wird die Last frei und fällt zunächst im freien Fall. Eine extreme Gefährdung ist dann gegeben. Um dies zu erkennen ist eine Schlaffkettenerkennung notwendig. Ansonsten verhält sich die Last wie eine Streckenlast an mehr als zwei Zügen.

Punktzug Planung

Um die passende Kettenzug-Anlage herauszusuchen, sind neben den Anwendungs- bedingten Voraussetzung wie Geschwindigkeiten, Lastaufnahme und Hubhöhe, Normal oder Kletterbetrieb, die im Umfeld des Einsatzortes anliegenden Rahmenbedingungen und natürlich die soeben aufgeführten Lastfälle zu beachten.

BGV C1 Motore mit Frequenzumformer für Synchronfahrt erforderlich
So reichen BGV C1 Motore mit asynchroner Gruppenabschaltung
So reichen BGV C1 Motore mit asynchroner Gruppenabschaltung

Aber eine Sorgfältige Planung und die Übersicht zum Ganzen kann dabei erheblich Kosten und Aufwand einsparen helfen. Ist z.B. ein Videowürfel von 5,5 Tonnen zu heben, so ist der erste Gedanke meist „Flächenlast an mehr als drei Zügen“ (6 Stück Eintonner). Es wird nach Durchführungsanweisung für szenische Fahrten eine Synchronfahrt mit Gruppenabschaltung benötigt. Würde man dagegen den Würfel an drei Punkten befestigen und an jedem dieser Hängepunkte eine Ausgleichswaage anbringen, die Wegeschwankungen von zwei Kettenzügen ausgleichen kann, so handelt es sich jetzt um den Lastfall „Flächenlast an drei Zügen kombiniert mit Streckenlast an zwei Zügen“. Jetzt wird nur noch die Zusatzausstattung Asynchronfahrt mit Gruppenabschaltung, Reset über Synchronpunkt und Schlafseilerkennung benötigt, was bis zu 1/3 die Kosten senken kann.

Lastausgleich
Je größer die Bauhöhe, desto größer ist die Verlagerung des Schwerpunktes bei Gleichlauftoleranzen bzw. unsymmetrischen Lastverteilungen

Auch in diesem Fall spielt die Dynamik eine große Rolle. Sind die Hängepunkte der Dachkonstruktion bereits nah am Limit, so wäre, bei Antrieben ohne Frequenzumrichter der Einsatz von einem System mit selbst hemmenden Getriebe von Vorteil, da die dynamische Belastung von einfallenden Bremsen wesentlich höher ist, als das sanfte auslaufen eines dynamisch selbst hemmenden Getriebes. Dies gilt auch bei Systemen mit Frequenzumformern (FU) wenn z.B. der Notaus gedrückt wird. Meist wird dabei zwar eine Notrampe gefahren aber oft fallen die Bremsen unkontrolliert ein, was zu starken dynamischen Stößen führt, im Gegensatz zu sanft auslaufenden dynamisch selbsthemmenden Getriebe. Muß man dennoch eine starre Flächenlast an mehr als drei Zügen heben, ist besonders die maximale Störfalltoleranz zu beachten. Denn was nutz einem die erfolgreiche Notabschaltung wenn nicht sichergestellt ist das die Antriebe nicht über einen tollerierbaren Weg herausfahren und somit doch die Hängepunkte überlastet werden.

Steuerung

Eine Steuerung wird entsprechend dem Kosten – Nutzen – Verhältnis auf die verschiedenen Lastfälle und Fahrmodi hin entwickelt. Da eine Normgerechte Ausführung erhebliche Kosten verursacht, sollte man folgende Merkmale vorab klären.

IEC 61508-5

Die IEC 61508-5 verwendet einen auf dem Risiko basierenden Ansatz zur Bestimmung der SIL-Anforderungen. Jeder Sicherheitsfunktion wird ein SIL-Level zugewiesen.

SIL-Level
SIL-Level

Risicoparameter der Auswirkung

  • CA geringe und im Regelfall reversible Verletzung
  • CB Schwere irreversible Verletzung einer oder mehrerer Personen oder Tod einer Person
  • CC Tod mehrerer Personen
  • CD katastrophale Auswirkungen

Aufenthaltsdauer

  • FA selten bis öfter
  • FB häufig bis dauernd

Gefahrenabwendung

  • PA möglich
  • PB kaum möglich

Eintrittswarscheinlichkeit

  • W1 sehr gering
  • W2 gering
  • W3 Relativ hoch

EN 954

Risikograph
Risikograph

Der Risicograph dient der Risicoeinschätzung des sicherheitsbezogenen Teils der Steuerung, indem für jede Sicherheitsfunktion der geforderte
PL (Safty-related Performance Level) bestimmt wird.
Auswirkung

  • S1 geringe und im Regelfall reversible Verletzung
  • S2 Schwere irreversible Verletzung einschließlich Tod

Aufenthaltsdauer

  • F1 selten bis öfter
  • F2 häufig bis dauernd

Gefahrenabwendung

  • P1 möglich
  • P2 kaum möglich

EN 954-1 Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen

Kategorien
Kategorien Vers. SIL

Bisher wurden sicherheitsrelevanten Funktionen von Rechnersteuerungen entsprechend der geforderten AK (Anforderungsklasse) ausgeführt. Die Anforderungsklasse ergab sich nach der zwischenzeitlich zurückgezogenen DIN 19250 und führt z. B. im Theater meist zur Einstufung in die AK 5. Daraus ergibt sich z. B. ein Systemdesign in Form einer diversitär redundanten Steuerung nach DIN 0801, so dass mehrere Fehler erkannt werden und somit nicht zum Verlust der sicherheitsrelevanten Funktion führen. In der Realität überprüft ein zweiter Rechner (redundant) den ersten und umgekehrt. Damit der gleiche Programmfehler auf beiden Rechnern sich nicht gleichzeitig auswirkt und somit nicht erkannt wird, soll das zweite überprüfende System unterschiedlich aufgebaut sein und idealer Weise von einem anderen Programmierer programmiert worden sein (diversitär). Jetzt gilt die EN 954. Im BIA Report von 1997 werden die Anforderungsklassen (DIN 19250) den Kategorien (EN 954) und den SIL – Safety Integrity Level (VDE 0801) gegenübergestellt und deren Lösungsansätze aufgezeigt.

In Betracht zu ziehende Fehler:

  • Kurzschluß, Erdschluß oder geöffneter Stromkreis in einem Leiter, Bauteilen wie Positionsschalter oder Relais
  • Nicht abfallen oder Anziehen von Relais, Motoren
  • Lockerung oder Lageveränderung von Positionsschalter
  • Verlust der Gesamtfunktion (Microcontroller)
  • Mechanisch – Federbruch, Hängenbleiben, lösen von Verbindungen, Temperatur

Identifizierung der Gefährdung

Für ein und dieselbe Maschine kann man je nach betrachteter Funktion und Betriebsart zu unterschiedlichen Risicoeinschätzungen kommen.

  • Fehlerbaumanalyse
  • Ereignisablaufanalyse
  • Ausfalleffektanalyse
  • Checkliste für die Gefährdungsanalyse

Bewährte Bauteile und Prinzipen

Bauteile

Für Elektronik und Rechnertechnik sind derzeit keine sicherheitstechnisch bewährten Bauteile bekannt. Eine Betriebsbewährtheit liegt vor, wenn 10 Systeme in unterschiedlicher Anwendung und 10.0000 Betriebsstunden mit mindesten einem Jahr Betriebsdauer vorlagen und keine bzw. keine Sicherheitsrelevanten Fehler gefunden wurden. Der Nachweis erfolgt durch Dokumentation des Herstellers bzw. des Betreibers. Für höhere Kategorien ist eine entsprechend höhere Betriebsstundenzahl erforderlich.

Prinzipen
  • Sicherheitsrelevante Signale ändern ständig Ihren Zustand. Statischer Zustand folgt Fehlermeldung.
  • Verarbeitung redundanter Signale mit gegensätzlicher Information.
  • Fehleraufdeckung durch Erwartungshaltung. Plausibilitätskontrollen
  • Watchdog
Beispiele für Realisierung von Kategorie 4 entnommen aus BIA Report
Beispiele für Realisierung von Kategorie 4 entnommen aus BIA Report

EN 418 Sicherheit von Maschinen Not-Aus Einrichtungen

Beispiel entnommen aus BIA Report Kategorie 4
Beispiel entnommen aus BIA Report Kategorie 4

Auswahl der richtigen Stop- Kategorie entsprechend der Risikoabschätzung.

  • Stop Kategorie 0: Abtrennen der Energiezufuhr, Mechanisches Auskoppeln oder Bremsen (ungesteuertes Stillsetzen)
  • Stop Kategorie 1: Gesteuertes Stillsetzen und nach Stillstand abtrennen der Energiezufuhr.

Das Befehlsgerät und sein Stellteil müssen dem Prinzip der Zwangsbetätigung arbeiten, z.B. ein Schalter mit Zwangsöffnung. Das Rückstellen des Befehlsgerätes darf nur als Ergebnis einer von Hand ausgeführten Handlung am Befehlsgerät möglich sein. Das Rückstellen des Befehlsgerätes allein darf keinen Wiederanlaufbefehl auslösen. Bei Bruch oder aushängen eines Drahtes oder der Leine muß der Not-Aus Befehl automatisch erzeugt werden.

 

Literaturbezug:

  • IEC 61508 Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme – Beuth Verlag
  • EN 954-1 Sicherheit von Maschinen / Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen – Beuth Verlag
  • EN 292 Sicherheit von Maschinen / Grundbegriffe – Beuth Verlag
  • EN 1050 Sicherheit von Maschinen / Leitsätze zur Risicobeurteilung – Beuth Verlag
  • BIA Report Kategorien für sicherheitsbezogene Steuerungen nach EN 954-1 – unter www.hvbg.de/d/bia/ub/rep/rep02/bia0697.htm