Einführung
Dieser Artikel bietet praktische Hinweise zur sicheren Arbeit mit CNC-Fräsen, CNC-Bearbeitungszentren und hand-/integriert vorgeschobenen Schnitzmaschinen. Er richtet sich an Arbeitgeber und andere Personen, die die Nutzung dieser Maschinen kontrollieren. Auch Maschinenbediener finden diese Informationen hilfreich.
Unfallgeschichte
Die Holzverarbeitungsindustrie weist eine der höchsten Unfallraten auf, die durch den Kontakt mit sich bewegenden Maschinen verursacht werden. Die meisten dieser Unfälle passieren, weil die Hände oder Finger des Bedieners mit den rotierenden Schneidewerkzeugen in Berührung kommen. Analyse der von STYLECNC hat festgestellt, dass die häufigsten Ursachen waren:
1. unzureichendes oder fehlendes Sicherheitspersonal;
2. Unzureichende oder fehlende Schulung des Bedieners.
Schulung und Informationen
Es ist wichtig, dass die Maschine mit den erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen ausgestattet ist und dass die Maschinenbediener in deren Verwendung und in der sicheren Ausführung der von ihnen auszuführenden Arbeiten geschult sind. Die Schulung ist besonders wichtig für diejenigen, die mit Wartung, Einrichtung und Reinigung befasst sind, um sicherzustellen, dass diese Tätigkeiten auf sichere Weise ausgeführt werden. Niemand sollte an einer Holzbearbeitungsmaschine arbeiten dürfen, wenn er nicht seine Kompetenz nachgewiesen hat. Es ist ratsam, dass kompetente Bediener eine schriftliche Genehmigung von einer verantwortlichen Person (Direktor, leitender Angestellter usw.) erhalten. Diese Genehmigung wird dann Teil der Schulungsunterlagen. Jeder, der die Verwendung von Arbeitsmitteln beaufsichtigt, muss ebenfalls eine angemessene Schulung erhalten haben, und sowohl Bediener als auch Vorgesetzte müssen Zugang zu Informationen und gegebenenfalls schriftlichen Anweisungen haben.
Rechtliche Anforderungen
Gesetzliche Anforderungen für den Einsatz dieser Maschinen finden Sie in Sicherer Einsatz von Holzbearbeitungsmaschinen
Maschinen. Vorschriften zur Bereitstellung und Verwendung von Arbeitsmitteln 1998 (PUWER) in Bezug auf Holzbearbeitungsmaschinen. Dieses Dokument enthält praktische Ratschläge zur sicheren Verwendung von Holzbearbeitungsmaschinen und behandelt die Bereitstellung von Informationen und Schulungen sowie Aspekte der Bewachung und Wartung.
Beim Kauf einer neuen Maschine sollte diese mit einer Konformitätserklärung und einer CE-Kennzeichnung versehen sein. Konstrukteure und Hersteller müssen die grundlegenden Sicherheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie und der zugehörigen Vorschriften der Europäischen Freihandelsassoziation (EFTA) erfüllen.
Risikobewertung
Es gibt viele verschiedene Maschinenkonstruktionen mit unterschiedlichen Komplexitätsgraden. Alle Maschinen sollten gemäß den Herstellerspezifikationen installiert und mit den richtigen Serviceleistungen ausgestattet werden. Dazu gehört auch eine ausreichende Absaugung zum Entfernen von Spänen und Staub. Nehmen Sie niemals Änderungen an einer Maschine vor, ohne vorher mit dem Hersteller/Lieferanten Rücksprache gehalten und eine Bestätigung erhalten zu haben, dass die Änderung die Sicherheit/Integrität der Maschine nicht beeinträchtigt. Jede Maschine hat ihre eigenen Merkmale und Konfigurationen, die Sie bei der Identifizierung der Gefahren und der Bewertung der Risiken berücksichtigen sollten. Sie müssen die folgenden Gefahren berücksichtigen:
1. Auswurf des Werkstücks oder Fräsers – stellen Sie vor dem Start sicher, dass diese gesichert sind;
2. Kontakt mit rotierenden Fräsern und automatischen Werkzeugwechslern (sofern vorhanden);
3. Einklemmen und Quetschen durch bewegliche Tische oder Bearbeitungsköpfe;
4. unerwartete Bewegungen oder Anläufe aufgrund von Fehlern im Steuerungssystem;
5. übermäßige Lärmbelästigung;
6. die Entstehung von Staub und Spänen;
7. automatische Handhabungs- und Ladeeinrichtungen (sofern vorhanden);
8. pneumatische und Vakuum-Spannvorrichtungen (sofern vorhanden);
9. sichere Programmierung der Rotations- und Annäherungsgeschwindigkeiten des Schneidwerkzeugs, entsprechend dem zu bearbeitenden Material;
10. Alle neuen Programme sollten bei langsamer Geschwindigkeit getestet werden, um etwaige Fehler auszuschließen und Kollisionen etc. zu vermeiden.
Abbildung 1a
Kleine CNC-Fräse mit Überkopf-/C-Rahmen und festem Abstandsschutz. Die Risiken durch Quetsch- oder Einklemmgefahr zwischen festen und beweglichen Maschinenteilen müssen ebenfalls kontrolliert werden.
Abbildung 1b
C-Rahmen-/Auslegerarmmaschine mit druckempfindlichen Stoßfängern.
CNC-Fräsen und CNC-Bearbeitungszentren
CNC-Fräser und CNC-Bearbeitungszentren gibt es in zwei Hauptkategorien:
1. C-Rahmen/Auslegerarm/Überkopf;
2. Portalrahmen (Portalkran/Torpfosten).
C-Gestell/Ausleger/Überkopf
Diese Maschinen, die manchmal auch als Überkopffräsen bezeichnet werden, verfügen über eine ein- oder multifunktionale Kopfeinheit, die auf einem C-Rahmen/Auslegerarm montiert ist, der sich entweder über den Tisch bewegt oder stationär bleibt, während sich der Arbeitstisch darunter bewegt, siehe Abbildungen 1a, b und c.
Abbildung 1c
C-Gestell/Auslegerarmmaschine mit Sicherheitsmatten.
Portalrahmen (Portal/Torpfosten)
Diese Maschinen verfügen über eine ein- oder multifunktionale Kopfeinheit, die auf einem Portalrahmen (Portal/Torpfosten) montiert ist, der sich über den Arbeitstisch bewegen oder stationär bleiben kann, während sich der Arbeitstisch darunter bewegt, siehe Abbildung 2.
Figure 2
Portalmaschine (Portal-/Torpfostenrahmen) mit Teilumhausung und Lichtschranke.
Zu den Anwendungen von CNC-Bearbeitungszentren können Fräsen, vertikales und horizontales Bohren, Nutenschneiden und Formgebung gehören. Diese werden alle von einem Mehrpositions-Werkzeugwechsler bedient, der neben der Kopfeinheit oder am Rahmen der Maschine montiert ist, siehe Abbildung 2. Es ist wichtig, dass das richtige Werkzeug verwendet wird, das für die Maschine und die Anwendung geeignet ist. Werkzeuge sollten außerdem in gutem Zustand gehalten werden.
Die meisten Maschinen arbeiten in 3 Achsen, X und Y (horizontale Bewegung) und Z (vertikale Bewegung). Einige Maschinen können mit vertikalen und horizontalen Rotationsachsen arbeiten (5-Achs-Maschinen) und alle diese Achsen müssen bei der Risikobewertung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig für die Staub- und Spanabsaugung und die Flugbahn der vom Werkstück ausgeworfenen Abfallfragmente.
Sicherung
CNC-Fräser können durch eine Vielzahl von festen Schutzvorrichtungen geschützt werden, aber alle Sicherheitsabstände sollten den Normen entsprechen. Wenn die festen Schutzvorrichtungen vom Benutzer zu Wartungs- oder Reinigungszwecken usw. abmontiert werden müssen, sollten ihre Befestigungssysteme beim Abnehmen der Schutzvorrichtung an der Schutzvorrichtung oder an der Maschine befestigt bleiben, z. B. mit Schrauben ausgestattet sein, die an der Schutzvorrichtung befestigt bleiben.
Da sich die Steuerungssysteme von Oberfräsen jedoch von manueller Steuerung zu CNC weiterentwickelt haben, ist der Grad der Eingriffe des Bedieners während des Bearbeitungsprozesses gesunken. Durch die Hinzufügung automatischer Lade- und Entladeeinrichtungen und automatischer Werkzeugwechsel ist die Notwendigkeit, sich dem Schneidbereich nähern zu müssen, weiter reduziert worden. Dies hat es den Herstellern ermöglicht, Sicherheitsmethoden anzuwenden, die sich von den engen Schutzvorrichtungen unterscheiden, die traditionell bei älteren, manuell betriebenen Maschinen verwendet wurden.
Bei großen Maschinen ist es üblich, den Zugang zum Schneidbereich während des Bearbeitungsvorgangs durch eine Umhausung zu verhindern (siehe Abbildung 3). Der Zweck der Umhausung besteht darin, Folgendes zu verhindern:
1. Zugang zum Gefahrenbereich;
2. das Auswerfen eines Teils des Werkzeugs;
3. jegliche Quetsch- und Einklemmgefahr zwischen festen und beweglichen Maschinenteilen.
Figure 3
CNC-Bearbeitungszentrum mit Vollumhausung.
Der Zugang zum Gehäuse ist normalerweise erforderlich für:
1. Laden oder Entladen des Werkstücks;
2. Reinigen, Einstellen oder Justieren;
3. Werkzeugwechsel.
Wenn der Zugang zu einem Gehäuse erforderlich ist, sollte dies über eine verriegelte Tür erfolgen, die den Zugang verhindert, während sich die Schneidevorrichtungen und andere gefährliche Teile bewegen. Alle verwendeten Verriegelungen müssen den Normen entsprechen. Zu den Gehäuseanforderungen gehören:
1. Schutz bis mindestens 1.8 m über dem Fußboden gewährleisten;
2. aus schlagfestem Werkstoff hergestellt sein, der in der Lage ist, herausgeschleuderte Werkstücke oder Maschinenbauteile aufzufangen;
3. mit einer akustischen oder optischen Warnung (z. B. einem gelben Licht) vor dem bevorstehenden Start;
4. über eine Not-Aus-Einrichtung (innerhalb des Gehäuses) verfügen, die den Anlauf bei Bedarf stoppt; ■ über eine normgerechte Steuereinrichtung zum Zurücksetzen der Türverriegelung verfügen. Diese sollte sich außerhalb des Gehäuses befinden, jedoch an einer Stelle, die freie Sicht ins Innere ermöglicht. Sie sollte von innerhalb des Gehäuses nicht erreichbar sein;
5. über geräuschdämmende Einrichtungen verfügen, wenn die Maschinen einen Geräuschpegel von mehr als 85 dB(A) erzeugen.
Anstelle einer vollständigen Einhausung können auch andere Schutzmaßnahmen verwendet werden, beispielsweise:
1. Teilabschrankungen, mit oder ohne Lichtschranken/Lichtstrahlen (Bild 2);
2. druckempfindliche Stoßfänger (Abbildung 1b);
3. druckempfindliche Matten (Abbildung 1c).
Die Auswahl der gewählten Schutzmaßnahmen hängt von der Bewertung des Herstellers/Konstrukteurs ab, um sicherzustellen, dass die grundlegenden Sicherheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie und der zugehörigen Vorschriften der Europäischen Freihandelsassoziation (EFTA) eingehalten werden.
Wenn Öffnungen vorhanden sind, sollten Vorhänge verwendet werden, um vor dem Risiko des Herausschleuderns von Werkzeugteilen oder Werkstückteilen zu schützen. Sie sollten daher einen Aufpralltest bestehen, bei dem ein 100 g schweres Projektil mit einer Geschwindigkeit von 70 m/s auftrifft.
Wenn nur selten Zugang erforderlich ist, z. B. nur für Wartungsarbeiten, kann eine feste Schutzvorrichtung verwendet werden (Abbildung 1a). Voraussetzung hierfür ist, dass die erforderlichen Maßnahmen ergriffen wurden, um ein unbeabsichtigtes Anlaufen während der Arbeit an der Maschine zu verhindern (siehe „Wartung“).
Außerdem muss eine wirksame, in die Maschine integrierte lokale Absaugung (LEV) vorhanden sein, um Staub und Späne zu entfernen.
Bremsung
Für die Werkzeugspindel(n) sollte eine automatische elektrische Bremse vorhanden sein, sodass diese innerhalb von zehn Sekunden zum Stehen kommt.
Werkzeugwechselmechanismus
In manchen Fällen verhindert die Umhausung des Schneidbereichs den Kontakt mit dem Werkzeugwechsler. In anderen Fällen kann ein Werkzeugmagazin vorhanden sein, das vom Bearbeitungsbereich getrennt ist und eine eigene Zugangstür hat. Solche Zugangstüren sollten mit dem Werkzeugwechsler verriegelt sein und, wenn Zugang zu den Fräsern besteht, auch mit ihnen. Beim manuellen Werkzeugwechsel darf keine Gefahr einer Drehung des Werkzeughalters bestehen, während Werkzeuge eingesetzt oder entfernt werden. Verwenden Sie entweder „Totmann-Steuerung“ oder einstufige Hängesteuerungen, um den Werkzeughalter zu indexieren (siehe auch „Moduswahlschalter“).
Wartung
Alle Sicherheitseinrichtungen müssen in regelmäßigen Abständen von einer entsprechend geschulten und kompetenten Person (mit den erforderlichen Fähigkeiten, Kenntnissen und Erfahrungen) überprüft werden. Dabei sind die Nutzungsintensität der Maschine sowie die Empfehlungen des Lieferanten oder Herstellers zu berücksichtigen. Notieren Sie die Einzelheiten aller Wartungs- und Inspektionsprüfungen, insbesondere alle festgestellten Maßnahmen und die Bestätigung, dass diese durchgeführt wurden.
Bei manchen Wartungsarbeiten muss die Maschine möglicherweise sicher isoliert werden, um ein versehentliches Anlaufen zu verhindern. Sichere elektrische Trennung bedeutet, dass die elektrische Energie abgeschaltet wird und geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass sie abgeschaltet bleibt. Ein unbeabsichtigtes Wiedereinschalten muss verhindert werden – beispielsweise durch mechanisches Unterbrechen der Dreiphasenspannung und eine Verriegelungsvorrichtung.
Moduswahlschalter
Wenn Maschinen so konstruiert sind, dass sie während des Einstellens mit deaktivierten beweglichen verriegelten Schutzeinrichtungen und/oder Schutzvorrichtungen betrieben werden, muss ein Betriebsartenwahlschalter vorhanden sein, um zwischen den Betriebsarten „Bearbeiten“ und „Einstellen“ zu wählen. Wenn im Betriebsmodus „Maschineneinstellen“ die beweglichen Schutzeinrichtungen geöffnet und/oder die Schutzvorrichtungen deaktiviert sind, darf jede gefährliche Bewegung nur möglich sein, wenn mehrere Anforderungen erfüllt sind, darunter:
1. Die Spindeldrehung und die Einzelachsenbewegung werden durch ein Totmann-Steuer-/Zustimmungsgerät gesteuert;
2. Die Bewegung einer einzelnen Achse sollte auf eine Geschwindigkeit von 2 m/min oder auf 10 mm-Schritte begrenzt werden.
3. Wenn eine Werkzeugrotation vorgesehen ist, sollte diese auf maximal 300 Umdrehungen/min begrenzt sein und die Werkzeugrotation sollte weniger als 2 Umdrehungen nach dem Loslassen der Totmann-Steuerung stoppen.
Totmann-Steuergeräte und Freigabegeräte für Werkzeug- oder Achsenbewegungen sollten sich auf dem Hauptbedienfeld und/oder auf einer mobilen Steuerung befinden, die über ein festes Kabel oder (sofern vorhanden) drahtlos mit der Maschine verbunden ist.
Handgeführte/integrierte Schnitzmaschinen
Dabei handelt es sich um Überkopf-/C-Rahmenmaschinen mit einer einzigen Werkzeugspindel/einem einzigen Werkstückkopf über einem Tisch. Der Tisch kann sich in bis zu 3 Richtungen (X, Y und Z) bewegen. Die Laufgeschwindigkeiten können zwischen 6000 U/min und 24 000 U/min variieren. Das Werkstück wird der Maschine normalerweise in einer Richtung zugeführt, die der Richtung der Werkzeugspindel entgegengesetzt ist. Dies kann entweder manuell erfolgen, wie bei einigen älteren Maschinen, siehe Abbildung 4, oder mit einem integrierten Werkstückzufuhrsystem, bei dem das Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs mechanisch gehalten und gesteuert wird.
Bewachung der Werkzeuge
Ringschutz
Figure 4
Manuell betriebene Überkopf-/C-Rahmen-Fräse mit Ringschutz und Möglichkeit zum Werkzeugwechsel.
Es sollte ein verstellbarer und selbstschließender Ringschutz angebracht sein, der den Zugang zum Werkzeug von oben und von den Seiten verhindert. Der Ringschutz sollte während der Bearbeitung auf dem Werkstück aufliegen und seine Unterseite sollte parallel zum Tisch bleiben. Er kann entweder aus einem Stück gefertigt sein oder aus einem Druckring in Kombination mit einem umhüllenden Schutz bestehen, der den Werkzeugwechsel ermöglicht, z. B. mittels einer nicht verriegelten Klappabdeckung, die in geschlossener Position manuell verriegelt werden kann, siehe Abbildung 4. Um das Risiko eines Herausschleuderns zu minimieren, sollte der Ringschutz eine Kraft zwischen 50 N und 150 N auf das Werkstück ausüben.
Der Innendurchmesser des Ringschutzes sollte die Montage des Werkzeugs mit dem größten Durchmesser ermöglichen, für den die Maschine ausgelegt ist. Wenn der maximale Durchmesser des Werkzeugs jedoch 80 mm überschreitet, sollten mindestens 2 Ringschutze mit unterschiedlichen Innendurchmessern vorhanden sein. Der Ringschutz sollte über eine Verbindung zur örtlichen Absaugung verfügen und aus einem der folgenden Materialien hergestellt sein:
■ Stahl mit einer Wandstärke von mindestens 1.5 mm;
■ Leichtmetalllegierung mit einer Wandstärke von mindestens 3 mm;
■ Polycarbonat mit einer Wandstärke von mindestens 3 mm;
■ anderes Kunststoffmaterial mit einer Schlagfestigkeit, die mindestens gleich oder besser ist als die von 3 mm starkem Polycarbonat;
■ Gusseisen mit einer Wandstärke von mindestens 5 mm.
Ringschutzhalterung Die Ringschutzhalterung sollte eine automatische Bewegung mit dem Spindelkopf ermöglichen und eine parallele Einstellung der unteren Oberfläche zum Tisch ermöglichen, unabhängig von der Tischposition. Sie sollte außerdem eine Einstellung des Ringschutzes ermöglichen, damit die maximale Werkzeuglänge berücksichtigt werden kann, für die die Maschine ausgelegt ist. Die Einstellung sollte ohne Werkzeug möglich sein.
Bremsung
Für die Werkzeugspindel sollte eine automatische elektrische oder mechanische Bremse vorhanden sein, sodass diese innerhalb von zehn Sekunden zum Stehen kommt.
Werkzeugbau
Alle Oberfräser, die auf einspindeligen hand-/integrierten Schnitzmaschinen mit einem Durchmesser von über 16 mm verwendet werden, müssen über eine Spanbegrenzung verfügen.
