Zum 01. Juni 2019 ist die neue Version der DIN EN 60204-1 mit dem Titel „Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstungen von Maschinen“ auch für den deutschen Markt in Kraft getreten. Welche Änderungen es gibt und wie diese umgesetzt werden können, wird insbesondere im Hinblick auf die Schaltgerätetechnik erläutert.

Als Teilnorm der EN 60204 „Sicherheit von Maschinen“ regelt die DIN EN 60204-01 (VDE 0113-1) die allgemeinen Festlegungen und Empfehlungen für die Sicherheit, Funktionsfähigkeit und Instandhaltung der elektrischen Ausrüstung von Maschinen. In der sechsten Version, die erst seit kurzem auch in Deutschland in Kraft getreten ist, werden viele grundlegende Sicherheitsanforderungen bezüglich der elektrischen Ausrüstung vertieft, die zusätzlichen Anforderungen bleiben jedoch überschaubar.

Folgende Bereiche werden betrachtet: unerwarteten Anlauf verhindern, Fehlerstromschutz, Ermittlung des Bemessungskurzschlussstromes, Unterscheidung Not-Halt und Not-Aus, Wärmeberechnung, Power-Drive-Systeme, EMV und Umgebungsbedingungen. Einige dieser Anforderungen können durch zusätzliche Dokumentation und Berechnungen erfüllt werden, für andere sind ergänzende Systemkomponenten notwendig.

Neue Methoden zur Bewertung von Sicherheitsfunktionen beschreibt die Norm ISO 13849. Das Seminar „Anwendung der Sicherheitsnorm DIN EN ISO 13849 beim Aufbau von Maschinensteuerungen“ zeigt auf, wie diese Norm einzuhalten ist.

Unerwarteten Anlauf verhindern: Im Kapitel 5 wurden vor allem Einrichtungen zur Unterbrechung der Energiezufuhr zur Verhinderung von unerwartetem Anlauf neu mitaufgenommen. So darf auch die Netztrenneinrichtung diese Funktion übernehmen. Solche Hauptschalter müssen nicht nur die Anforderungen der Produktnorm erfüllen, sondern im speziellen auch die Anforderungen an eine Netztrenneinrichtung nach Kapitel 5.3 der DIN EN 60204-1.

Dazu zählt z. B. die Möglichkeit, dass Wiedereinschalten durch das Abschließen mit einem entsprechend geeigneten Schloss zu verhindern. Sowohl die Nockenschalter T und P, die Lasttrennschalter der Dumeco-Serie aber auch die Lasttrennschalter (P)N1 bis (P)N4 sowie die Leistungsschalter NZM1 bis NZM4 mit entsprechenden Drehgriffen aus dem Schaltgeräteportfolio von Eaton erfüllen diese Anforderungen.

Fehlerstromschutz mit aufgenommen: Im Kapitel 7 „Schutz der Ausrüstung“ wurde das Thema Erdschluss-/ Fehlerstromschutz ergänzt. Waren bisher Fehlerstromschutzeinrichtungen (FI-Schutzschalter) für Steckdosenkreise bis 20 A nur optional, so müssen diese jetzt generell mit FI-Schutzschalter mit einem Bemessungsdifferenzstrom von I∆n ≤ 30mA abgesichert sein (Kapitel 15.1). Für alle sonstigen, fest angeschlossenen Teile bleibt der erhöhte Personen- und Anlagenschutz über FI-Schutzschalter weiterhin optional. FI-Schutzschalter der X-Effect-Serie von Eaton erfüllen alle Anforderungen der aktualisierten Version. Zudem wird von Eaton empfohlen – und in vielen Fällen ist dies bereits vorgeschrieben – Fehlerstromschutzschalter des Typs F und Bfq für Anwendungen mit Frequenzumrichtern einzusetzen. Sie ermöglichen einen sicheren und zuverlässigen Maschinenbetrieb bei einer hohen Verfügbarkeit der Anlage.

Die Maschinensicherheit ist ein wichtiges Thema: Die richtigen Normen müssen berücksichtigt und die Anforderungen der Maschinenrichtlinie müssen eingehalten werden. Der Anwendertreff Maschinensicherheit unterstützt Entwickler und Konstrukteure, die funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten.

Eine der wichtigsten Neuerungen bezüglich der Anlagendokumentation ist die Angabe des Bemessungskurzschlussstroms der gesamten elektrischen Ausrüstung (7.10). Die Norm erlaubt hier mehrere Verfahren zur Bestimmung dieses Wertes. Sowohl die Anwendung von Konstruktionsregeln, als auch Berechnungen oder Typprüfungen sind zugelassen. Häufig empfiehlt sich die Berechnungsmethode, denn dafür existieren einfache Softwarelösungen mit grafischer Oberfläche, welche den Aufwand einer solchen Berechnung reduzieren. Mit der kostenlosen Software X-Spider, die Eaton anbietet, lassen sich die notwendigen Werte für Maschinen- und Niederspannungsnetze zuverlässig ermitteln und dokumentieren.

Not-Halt und Not-Aus unterscheiden: Die DIN EN 60204-1 unterscheidet im Kapitel 10 zwischen der Betätigung der Netztrenneinrichtung, um ein Not-Halt oder ein Not-Aus, zur Unterbrechung der Energiezufuhr, zu bewirken. Die neue Norm legt nun fest, dass die Unterbrechung der Energiezufuhr durch die Netztrenneinrichtung zur Aktivierung der Stop-Funktion eines Frequenzumrichters als Stopp der Kategorie 0 angesehen werden kann. Sie lässt sich damit dazu verwenden, eine Bewegung während eines Not-Aus zu stoppen.

Zur Unterstützung der Berechnungen und Dokumentationsarbeiten von sicheren Steuerfunktionen nach DIN EN ISO 13849 gibt es das kostenlose PC-Tool SISTEMA. In dem „Intensivtraining SISTEMA“ lernen die Teilnehmer den Umgang mit dem Tool.

Wärmeberechnung: Bei der Anordnung von Schaltgeräten wird jetzt in Kapitel 11 gefordert, eine Wärmeberechnung durchzuführen und eine Wärmebilanz zu erstellen. Ziel ist es, eine Überhitzung während des Betriebes der Maschine zu vermeiden. Ein mögliches Verfahren zur Berechnung ist der Nachweis nach IEC 61439. Während Schaltgerätekombinationen mit einem Anlagennennstrom größer 1.600 A nach IEC 61439 immer geprüft werden müssen, ist für Bemessungsströme InA bis 630 A, wie sie im Maschinenbau häufig vorkommen, eine Berechnung nach Absatz 10.10 der EN 61439-1, dem sogenannten RDF-Verfahren, üblich. Liegt der Bemessungsstrom InA bei unter 1.600 A erfolgt die Berechnung dann nach IEC 60890. Eaton nennt im Produktdatenblatt für alle seine Geräte die jeweiligen Verlustleistungen, sodass sich die Gesamtwärmewirkung ermitteln lässt. Zudem bieten die meisten Gerätehersteller, E-CAD-Anbieter und Schaltschrankhersteller Software-Tools zur Berechnung der Temperatur an. Eaton stellt z. B. mit dem TC-Tool ein Programm für den normenkonformen Nachweis zur Erwärmung in der Schaltanlage nach DIN EN 61439-1 zur Verfügung.

Power-Drive-System prüfen: Neu aufgenommen wurde die Prüfung von Power-Drive-Systemen. Zu überprüfen ist, dass ein Fehler im Feld auch dann zur Abschaltung führt, wenn ein Frequenzumrichter oder ein Servoantrieb im Stromkreis eingebaut ist. Viele Umrichter der neuesten Generation mit internem Überlast- und Kurzschlussschutz können im Fehlerfall den Motor eigenständig abschalten, selbst dann, wenn ein Fehler im Umrichter selbst vorliegt. Verfügt der Umrichter nicht selbst über eine entsprechende Schutzeinrichtung, muss eine externe Schutzeinrichtung diese Aufgabe übernehmen. In diesem Fall ist auch die Schleifenimpedanz zu prüfen, damit sichergestellt ist, dass im Fehlerfall die zugeordnete Schutzeinrichtung wirklich anspricht. Die Frequenzumrichter der Power-XL-Produktlinie von Eaton verfügen über einen normgerechten Schutz. Sie erkennen Fehler wie Erd- oder Kurzschlüsse im Motorstromkreis und schalten diesen dann automatisch ab.

EMV: Eine wichtige Ergänzung der neuen Norm ist, dass EMV-Störfestigkeits- und Emissionstests obligatorisch werden. Darauf kann allerdings verzichtet werden, wenn die verwendeten elektrischen Komponenten bereits die relevanten EMV-Anforderungen erfüllen, was typischerweise durch deren CE-Kennzeichnung belegt ist, und die Installation sowie Verdrahtung dieser Komponenten entsprechenden der Betriebsanleitungen der jeweiligen Hersteller erfolgt ist. Gleiches gilt, falls es keine relevanten EMV-Vorschriften gibt und die Maßnahmen des neuen EMV-Anhangs der Norm angewendet wurden. Neu hinzugenommen wurde ebenfalls die Prüfung der Umgebungsbedingungen. So sind die verbauten Komponenten dahin gehend zu überprüfen, dass sie bezüglich der Vibration-, Stoß- und Schockfestigkeit für die zu erwartenden Belastungen geeignet sind. Auch die Höhenlage des zukünftigen Einsatzortes ist zu beachten.

Das Fazit zur neuen Version der DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1): Wer bisher seine Maschinen und Anlagen normgerecht konstruiert und projektiert hat, wird durch die überarbeitete Version der IEC 60204-1 nicht vor allzu große Herausforderungen gestellt. Bei einem Einsatz normkonformer elektrischer Ausrüstung und Schaltgerätetechnik sowie der Nutzung verfügbarer Projektierungs- und Dokumentationssoftware und -Dokumentation sind die Überarbeitungen innerhalb der Norm für den Anwender gut realisierbar.

Was ist Maschinensicherheit? Definition, Normen & Beispiele

* Dirk Meyer, Manager Special Applications, Eaton

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