Maschinensicherheit in USA

Gesetze und Normen in USA

Im Jahre 1970 erließ der Kongress ein Gesetz mit dem Namen „Occupational Safety and Health Act“ (OSHA). Es hat zur Aufgabe, bestehende Sicherheits- und Gesundheitsgefährdungen am Arbeitsplatz zu reduzieren und existierende Arbeitschutzregelungen ständig zu verbessern. Als verantwortliche und überwachende Behörde wurde die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) eingesetzt.

Die folgenden Inhalte geben einen Überblick über die wesentlichen US-amerikanischen Regelwerke und Normen im Bereich Maschinensicherheit und ersetzt nicht das intensive Studium der jeweiligen Dokumente. Er erhebt weder Anspruch auf Vollständigkeit, noch lässt sich ein Rechtsanspruch ableiten. Die jeweiligen aktuellen regionalen Vorschriften oder maschinenspezifischen Normen sind grundsätzlich zu beachten.

OSHA Verordnungen

Im U.S. Code of Federal Regulations, Title 29, Part 1910, Subpart 0, sind allgemeine und maschinenspezifische Sicherheitsstandards für Maschinen enthalten. Die nachfolgende Liste zeigt einige Beispiele. Ergänzende Informationen sind unter www.osha.gov zu finden.
Auszug aus U.S. Code of Federal Regulations, Title 29, Part 1910, Subpart 0

Dokumentennummer Titel und Inhalt
OSHA 1910.211 Definition
OSHA 1910.212 Allgemeine Anforderungen für alle Maschinen
OSHA 1910.213 Anforderungen an Holzbearbeitungsmaschinen
OSHA 1910.214 Anforderungen an Küfereimaschinen
OSHA 1910.215 Anforderungen an Schleifmaschinen
OSHA 1910.216 Anforderungen an Mühlen und Kalandar in der gummi- und kunststoffverarbeitenden Industrie
OSHA 1910.217

Mechanische Pressen
1910.217(b)(7) Revolution Clutch Controls
1910.217(b)(14) Brake System Monitoring
1910.217(c) Safeguarding the Point of Operation
1910.217(c)(3) Point of Opereation Devices
1910.217(c)(3)(iii) Presence Sensing Devices
1910.217(c)(3)(5) Additional Requirements of Safeguarding
1910.217(e) Inspection, Maintenance and Modification of Presses
1910.217(5)(c) Operation of Power Presses

OSHA 1910.218 Schmiedemaschinen
OSHA 1910.219 Mechanische Kraftübertragungsmaschinen

In den USA existiert keine einheitliche Bundesgesetzgebung, welche die Verantwortlichkeit des Herstellers bzw. Lieferanten regelt. Die US-Bundesstaaten sind jedoch durch OSHA, 1970, Sektion 18 aufgefordert, eigene Arbeitssicherheits- und Gesundheitsprogramme zu entwickeln. Für jedes dieser Programme stellt OSHA auf den Websites www.osha.gov oder www.osha-slc.gov zusätzliche Informationen bereit.

US-Normen ANSI, NFPA, UL (National Consensus Standards)

Zusätzlich zu den OSHA-Standards ist die Behörde OSHA ermächtigt, die Einhaltung von National Consensus Standards zu überwachen und zu erzwingen. Dies sind Normen, Arbeitssicherheits- oder Gesundheitsbestimmungen oder Modifikationen solcher, die

  • von einer national anerkannten Normen-setzenden Organisation (z. B. ANSI, UL) verabschiedet und verbreitet wurden
  • vom Arbeitsministerium (Secretary of Labor) als Norm gekennzeichnet sind
  • in Form von internationalen Normen (IEC, ISO) Themen oder Fachgebiete behandeln, welche nicht von einer amerikanischen Norm abgedeckt sind.


U.S. National Consensus Standards sind also Normen, die ergänzend zu den OSHA Standards gelten. Nachfolgend sind einige solcher Normen gebenden Körperschaften genannt:


Auswahl wichtiger U.S. National Consensus Standards im Bereich Maschinensicherheit:

Standard Titel und Inhalt
ANSI B11.1 Mechanicacl Power Presses - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.2 Hydraulic Power Presses - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.3 Power Press Brakes - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.4 Machine Tools - Schears - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.5 Machine Tools - Iron Workers - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.6 Lathes - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.7 Cold Headers and Cold Formers - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.8 Drilling, Mining and Boring Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.9 Grinding Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.10 Metal Sawing Machines - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.11 Gear-Cutting Machines - Safety Requirements for Construction, Care, Use
ANSI B11.12 Machine Tools - Roll-Forming and Roll-Bending Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.13 Machine Tools - Single- and Multiple-Spindle Automatic Bar and Chucking Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.14 Machine Tools - Coile-Slitting Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.15 Pipe, Tube and Shape-Bending Machines - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.16 Metal Powder Compacting Presses - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.17 Machine Tools - Horizontal Hydraulic Extrusion Presses - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.18 Machine Tools - Machines and Machinery Systems for Processing Strip, Sheet or Plate from Coiled Configuration - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.19 Performed Criteria for the Design, Construction, Care and Operation of Safeguarding when referenced by other B11 Machine Tool Safety Standards
ANSI B11.20 Machine Tools - Manufacturing Systems / Cells - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.21 Machine Tools - Using Lasers for Processing Materials - Safety Requirements for Construction, Care and Use
ANSI B11.TR1 Ergonomic Guidelines for Design, Installation and Use of Machine Tools
ANSI B11.TR2 Mist Control on Machines Using Metal Working Fluids
ANSI B151.27 Safety Requirements for Robots Used with Horizontal Injection Molding Machines
ANSI B56.5 Safety Standards for Guided Industrial Vehicles and Automated Functions of Manned Industrial Vehicles
ANSI R15.06 Safety Requirements for Robots and Robot Systems
ANSI B65.1 Safety Standards for Printing Press Systems
NFPA 70E Electric Safety Requirements for Employee Workplaces
NFPA 79 Electrical Standard for Industrial Machinery
UL 508 Industrial Control Equipment
UL 61496-1 Electro-Sensitive Protective Equipment, Part 1: General Requirements for Design, Construction and Testing of Electrosensitive Protective Devices (ESPDs).
UL 61496-2 Electro-Sensitivev Protective Equipment, Part 2: Particular Requirements for Equipment Using Active Opto-Electronic Protective Devices (AOPDs).

Strategie zur Risikoreduzierung

Im U.S. Code of Federal Regulations, Title 29, Part 1910, Subpart 0 ist sinngemäß gefordert, dass beim Konstruieren der Maschine die möglichen Risiken zu analysieren sind und, wo erforderlich, zusätzliche Schutzeinrichtungen zum Schutz des Bedieners vorzusehen sind.

Der Technical Report ANSI B11.TR3:2000 enthält Vorschläge zur Einschätzung, Bewertung und Reduzierung von Risiken an Werkzeugmaschinen.
OSHA/ANSI sieht folgende hierarchische Vorgehensweise zur Risikoreduzierung vor:

  1. Identifiziere und analysiere das Risiko (siehe ANSI B11.TR3:2000)
  2. Beseitige das Risiko durch konstruktive Maßnahmen
  3. Reduziere das Risiko durch technische Schutzeinrichtungen
  4. Warnsignale und Warnhinweise
  5. Persönliche Schutzausrüstung für das Bedienpersonal
  6. Training des Bedienpersonals


Die internationale Norm ISO 12100 "Sicherheit von Maschinen - Allgemeine Gestaltungsleitsätze - Risikobeurteilung und Risikominderung" ist ähnlich strukturiert. Sie gibt detaillierte Hilfestellung bei der Identifizierung von Gefährdungen, beschreibt die vom Konstrukteur zu betrachtenden Risiken, enthält Gestaltungsleitsätze und eine Methode zur sicheren Konstruktion und Risikominderung. Sie beschreibt außerdem eine iterative Methode zur Risikoanalyse, Risikobeurteilung und Risikominderung zum Erreichen der erforderlichen Maschinensicherheit. Bestehende maschinenspezifische Normen, wie z. B. Typ-C EN Normen, sind vorrangig zu beachten.

Zur Risikobeurteilung ISO 12100

Zuverlässigkeit von Steuerungen (Control Reliability)

OSHA 1910.211
Enthält sinngemäß die folgenden Anforderungen: Ein Steuerungssystem muss so konstruiert sein, dass

  • ein innerhalb des Systems auftretender Fehler das Auslösen des normalen Stoppvorgangs nicht verhindert,
  • ein weiterer Maschinenzyklus nicht ausgeführt werden kann, bevor der Fehler nicht behoben ist und
  • der Fehler durch einen einfachen Test aufgedeckt, oder vom Steuerungssystem angezeigt werden kann.


ANSI B11.19-2003
Abschnitt 3.14 definiert Control Reliability sinngemäß wie folgt:

Control Reliability ist die Fähigkeit der Maschinensteuerung, der Schutzeinrichtung, anderer Steuerungskomponenten und der damit verbundenen Schnittstellen, einen sicheren Zustand herbei zu führen wenn ein Fehler auftritt, der ihre sicherheitsbezogene Funktionen betrifft.
Abschnitt E.6.1 präzisiert weiter:
Kann die wiederholte Ausführung eines Maschinenzyklus

  • beim Auftreten eines schweren mechanischen Fehlers oder
  • bei gleichzeitigem Ausfall von mehreren Komponenten nicht verhindern.

Zum strukturellen Aufbau gibt die Norm folgenden Hinweis:
Control Reliability wird nicht durch einfache Redundanz gewährleistet. Es muss eine Überwachung stattfinden um sicherzustellen, dass die Redundanz wirksam bleibt.


ANSI B11.20
Auch in der ANSI B11.20, Abschnitt E.6.13, wird zur Steuerungsstruktur sinngemäß folgendes ausgesagt:

Schutz vor den Folgen des Ausfalls von Steuerungskomponenten sollte nicht allein von einfacher Redundanz abhängen. Ein Ausfall einer Komponente von zwei oder mehreren parallel oder seriell geschalteten Steuerungskomponenten kann bei einfacher, also nicht überwachter Redundanz, unbemerkt bleiben. Der Anschein eines sicheren Betriebs bleibt erhalten. Wenn nun in der Folge ein weiteres Element im anderen, redundanten Schaltkreis ebenfalls ausfällt, kann ein gefahrbringender Zustand eintreten. Eine Überwachung von redundanten Steuerungsstrukturen und die Aufdeckung und die sichere Reaktion auf solche Einzelfehler ist daher zwingend erforderlich.


ANSI / RIA R15.06-1999
Diese ANSI-Norm enthält weitere funktionale Anforderungen zur Control Reliability und auch Aussagen zu Fehlern aufgrund gemeinsamer Ursachen, wie z. B. Überspannung. Anmerkung: Der Begriff „gemeinsam“ bedeutet, dass diese Ursachen gleichzeitig und in gleicher Weise auf die redundant aufgebauten Steuerungskanäle einwirken können.

  • Die Überwachung muss ein Stoppsignal auslösen, wenn ein Fehler erkannt wird
  • Es muss eine Warnung ausgegeben werden, wenn die Gefährdung weiter bestehen bleibt, nachdem die Bewegung zum Stillstand gekommen ist.
  • Nachdem der Fehler erkannt wurde, muss ein sicherer Zustand aufrecht erhalten bleiben, bis der Fehler behoben ist.
  • Fehler mit gemeinsamer Ursache (z. B. Überspannung) müssen berücksichtigt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines solchen Fehlers hoch ist.
  • Ein Einzelfehler sollte zum Zeitpunkts seines Auftretens erkannt werden. Wenn dies nicht praktikabel ist, sollte der Fehler bei der nächsten Inanspruchnahme der Sicherheitsfunktion erkannt werden.



Vergleich der ANSI, IEC/EN-Anforderungen an sicherheitsgerichtete Steuerungen

Es existiert keine exakte Übereinstimmung in der Definition von Funktionaler Sicherheit oder Control Reliability in der US- und IEC/EN-Normenwelt. Relativ nahe an die OSHA/ ANSI Anforderungen kommen die Anforderungen der Kategorie 3 der ISO 13849-1:

  • Die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen und/oder ihre Schutzeinrichtungen als auch ihre Bauteile müssen in Übereinstimmung mit den zutreffenden Normen so gestaltet, gebaut, ausgewählt und kombiniert werden, dass sie den zu erwartenden Einflüssen standhalten können.
  • Bewährte Sicherheitsprinzipien müssen bei der Konstruktion angewendet werden. Sicherheitsbezogene Teile müssen so gestaltet sein, dass:
  • ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt, und
  • wann immer in angemessener Weise durchführbar, der einzelne Fehler erkannt wird


Das Verhalten im Fehlerfall einer sicherheitsgerichteten Steuerung nach Kategorie 3 wird wie folgt spezifiziert:

  • Wenn ein einzelner Fehler auftritt, bleibt die Sicherheitsfunktion immer erhalten.
  • Einige, aber nicht alle Fehler werden erkannt.*
  • Eine Anhäufung unerkannter Fehler kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.*

*) Die Risikobewertung gibt an, ob der volle oder teilweise Verlust der Sicherheitsfunktion(en), der sich aus den Fehlern ergibt, tragbar ist.

Hinweis
Die PC-Software SISTEMA des Instituts für Arbeitsschutz (IFA) dient zur Berechnung und Bewertung der funktionalen Sicherheit von Steuerungssystemen gemäß ISO 13849-1. Sie ist als Freeware kostenlos unter www.dguv.de/ifa/praxishilfen verfügbar.