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Punktzüge im Regelwerk


Die BGV C1 (Unfall Verhütungs-Vorschrift für Veranstaltungs- und Produktionsstätten für szenische Darstellung) ist als Ausgangspunkt zu verstehen, aus der alle weiteren Normen heraus gefordert werden. Für die Durchführung ist die Schrift SP 25.1/2-1 maßgebend:


Prüfungen im Umbruch

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 BGV C1 (Früher eben VBG 70) auf" reicht heute nicht mehr aus. Vielmehr sind dem heutigen Sachverständigen die Branchenbegriffe Lastfallart, Zusatzausrüstung, maximale Störfalltolleranz, SIL oder PL bekannt.

Die DIN 56950 "Maschinentechnische Einrichtungen, sicherheitstechnische Anforderungen" hat unter anderem auch die Punktzugnorm DIN 56925 ersetzt.


EN 954


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

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.

Kategorie

nach EN 954


Anforderungsklasse

nach DIN 19250

(wurde zum 01.08.2004 zurückgezogen)


SIL

nach DIN VDE 0801

(DIN wurde zum 01.08.2004 zurückgezogen)


B


1


-


2


2/3


1


3


4


2


4


5/6


3


-


7/8


4


Kategorie


Verhalten bei Auftreten von Fehler


Es kommt zur Anwendung


B


Basis Verlust der Sicherheitsfunktion


Keine besonderen Maßnahmen angewendet


1


Verlust der Sicherheitsfunktion


Bewährte Bauteile und Prinzipen


2


Verlust der Sicherheitsfunktion nur zwischen den Prüfungen möglich. Der Verlust der Sicherheitsfunktion wird bei Prüfung erkannt.


Sicherheitsfunktionen müssen beim Anlaufen und periodisch im Betrieb überprüft werden.


3


Ein einzelner Fehler darf nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.

Eine Anhäufung von Fehlern kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen



z.B. zwangsgeführte Relais oder Überwachung von redundanten elektrischen Ausgängen.


4


Ein einzelner Fehler darf nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen und das er bei der nächsten Anforderung erkannt wird oder wenn dies nicht möglich, eine Anhäufung von Fehlern darf nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.


Anwendung von Diversität und spezielle Prüfverfahren.



Identifizierung der Gefährdung

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




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

EN 418 Sicherheit von Maschinen Not-Aus Einrichtungen

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.

Beispiel entnommen aus BIA Report Kategorie 4

Eine Steuerung wird entsprechend dem Kosten - Nutzen - Verhältnis auf die verschiedenen Lastfälle und Fahrmodi hin entwickelt.

Werden dabei von rechnergestützten Steuerungen sicherheitsrelevante Funktionen nach DIN 56950 Absatz 7.9.3 übernommen ist Risikograph Din EN 61508 anzuwenden und zweikanalige Systeme mit mindesten SIL 3 anzuwenden und Maßnahmen zur Fehlerbeherschung entsprechend DIN EN 60204-1 (VDE 0113 Teil 1) DIN 0801, VDE 0113 Teil 1 und VDE 0116 zu treffen.

(Die DIN 19250 als auch die VDE 0801 sind zum 01.08.2004 zurückgezogen worden, dafür sind nun die EN 954-1 mit den Performance Level Kurz PL und in Analogie in der IEC 61508 der Savety Integrity Level kurz SIL ausschlaggebend)


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.


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


Steuerung

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.

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.


BGV C1 Motore mit Frequenzumformer für Synchronfahrt erforderlich


So reichen BGV C1 Motore mit asynchroner Gruppenabschaltung


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.

Geführte Last

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.

Flächenlast 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.

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

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.

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.

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.

Einzellast

Bei Motoren gemäß 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.

Die zugehörige Erläuterung zur BGV C1 erlaubt zum Auf- und Abbau von Tragkonstruktionen vorhandene Einrichtungen mit Hebezeugen nach VBG 8 - neue Bezeichnung BGV D8. 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)

Die Schrift SR2.0 vom VPLT etablierte den Begriff D8 Plus. Dabei handelt es sich um einen Kettenzug der mechanisch die Anforderung der BGV C1 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.


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

a = keine speziellem Sicherheitsanforderung

b = ein einzelnes E/E/PES ist nicht ausreichend

1,2,3,4 = Sicherheits-Integritätslevel (SIL)

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