Erodiermaschinen

Sicherheitskonzept und Sicherheitsanforderungen bei Bau und Ausrüstung

Erodiermaschine; © Sorapol Ujjin/123RF.com

Erodiermaschinen kommen dort zum Einsatz, wo komplexe Bauteile mit einer hohen Genauigkeit benötigt werden, beispielsweise im Werkzeug- oder Formenbau. Der Erodierprozess bringt jedoch verschiedene Gefährdungen mit sich. Nur mit einem geeigneten Sicherheitskonzept und verschiedenen Sicherheitsfunktionen kann er sicher und gesund gestaltet werden.

Beim Erodieren wird ein elektrisch leitendes Werkstück in einer nicht leitenden Flüssigkeit, einem sogenannten Dielektrikum, bearbeitet. Zwischen dem Werkstück und dem ebenfalls leitenden Werkzeug liegt eine elektrische Spannung an. Dadurch kommt es zu Entladungen, bei denen ein Funke das Material am Werkstück aufschmelzt und abträgt. Dieser Prozess wird Funkenerosion genannt.

Es gibt Senk- und Drahterodiermaschinen. Die Anforderungen für die Sicherheit beim Bau solcher Maschinen sind in der Norm DIN EN ISO 28881:2014-01 definiert. Betreibern von Altmaschinen gibt sie eine Orientierung, um einen eventuellen Nachrüstbedarf nach Betriebssicherheitsverordnung zu prüfen. Die Norm ist unter dem Dach der Maschinenrichtlinie harmonisiert und wird zurzeit überarbeitet.

Messtechnische Überwachung des Erodierprozesses

Ölbasierte Dielektrika sind brennbar. Durch die Entladungen werden sie aufgeheizt, wodurch sich an der Oberfläche ein Öldampf-Luftgemisch bildet. Damit keine Brandgefahr entsteht, sind Maßnahmen zu ergreifen. Bei der Auswahl des Dielektrikums ist daher auf den Flammpunkt zu achten: Je höher er ist, desto sicherer ist der Umgang mit dem Dielektrikum. Nach DIN EN ISO 28881 darf er nicht weniger als 60 Grad Celsius betragen, ein Flammpunkt von mehr als 70 Grad Celsius wird empfohlen.

Insbesondere ölbasierte Dielektrika beeinflussen die Qualität des Bearbeitungsprozesses: Da bei der Funkenentladung Temperaturen von 8.000 bis 12.000 Grad Celsius entstehen, müssen sie die Elektrode und das Werkstück ausreichend kühlen, damit eine Überhitzung vermieden wird. Die beim Abtragungsprozess entstehenden Metalldämpfe können nur dann soweit wie möglich in der Flüssigkeit kondensieren, wenn das Dielektrikum die Erodierzone ausreichend überdeckt.

Sinkt der Flüssigkeitsspiegel des Bades ab, gelangt die Entladungsstrecke an die Oberfläche des Erodierbades und das Öldampf-Luftgemisch kann sich entzünden. Der Prozess muss daher immer mindestens 40 Millimeter unterhalb der Oberfläche des Erodierbades stattfinden, bei hohen elektrischen Strömen während der Schruppbearbeitung sollten 100 Millimeter Abstand eingehalten werden. Deswegen muss der Flüssigkeitsspiegel des Erodierbades von der Maschinensteuerung durchgängig überwacht werden. Wird er unterschritten, ist der Erodierprozess stillzusetzen.

Damit es in Dielektrika, die heutzutage in der Regel einen Flammpunkt von mehr als 70 Grad Celsius haben, nicht zu einer Überhitzung kommt, muss die Temperatur der Flüssigkeit ebenfalls durchgängig von der Maschinensteuerung überwacht werden. Werden 45 Grad Celsius überschritten (Hinweis: in der überarbeiteten Fassung der Norm sind 50 Grad Celsius vorgesehen), muss der Erodierprozess ebenfalls stillgesetzt werden.

Wegen des potenziellen Brandrisikos beim Einsatz von ölbasierten Dielektrika muss eine Erodiermaschine zudem mit einer Einrichtung zur Branderkennung ausgerüstet sein. Im Brandfall muss die Maschinensteuerung die Energieversorgung sowie das Rauchabzugssystem abschalten und dies durch optische und akustische Signale anzeigen.

Verschiedene Betriebsarten für die Sicherheit

Arbeitsbereiche, in denen elektrische Energie als Werkzeug eingesetzt wird, müssen durch eine Kombination aus feststehenden und verriegelten trennenden Schutzeinrichtungen gegen zufälliges oder unbeabsichtigtes Berühren gesichert sein. Insbesondere bei Drahterodiermaschinen ist zu beachten, dass der Draht auf seiner ganzen Länge, einschließlich des auf Spulen für Vorrat und Abfall aufgewickelten Teils, unter Spannung steht und gesichert sein muss.

Um dem hohen Risiko einer elektrischen Gefährdung gerecht zu werden, sind für das Einrichten des Erodierprozesses in der Norm DIN EN ISO 28881 entsprechende Betriebsarten vorgesehen. In der Betriebsart „Einrichten“ sind die elektrischen Spannungen von berührbaren Teilen auf unter/kleiner als 25 Volt effektive Wechselspannung oder 60 Volt oberschwingungsfreie Gleichspannung begrenzt.

Zum Einstellen der Entladungsenergie ist die Betriebsart „Funken-erosion-Einstellbetrieb“ vorgesehen. Hierbei darf die verriegelte trennende Schutzeinrichtung zum Arbeitsbereich hin für maximal 2 Minuten geöffnet sein. Hinweis: Zukünftig dürfen es bis zu 5 Minuten sein, damit Beschäftigte beim Einstellen des Prozesses mit weniger Zeitdruck und dadurch mit geringerer psychischer Belastung arbeiten können. Ist die Schutzeinrichtung nach Ablauf der Zeitvorgabe noch geöffnet, muss die Maschinensteuerung den Erodierprozess stillsetzen.

Der Arbeitsbereich ist zudem vorzugsweise vom Hersteller mit dem Warnzeichen W012 „Warnung vor elektrischer Spannung“ nach DIN EN ISO 7010 zu kennzeichnen. In der zukünftigen Fassung kommt eine zusätzliche Betriebsart „Service“ für Wartungsarbeiten hinzu.

Erik Sebastian, BGHM

Gut zu wissen

Lesen Sie in der kommenden Ausgabe der BGHM-Aktuell einen ergänzenden Artikel zum Thema Erodiermaschinen, unter anderem zum Betrieb, zu Gefahrstoffen und zu Altmaschinen. Sie finden den Artikel „Erodiermaschinen – Beim Betreiben den Arbeitsschutz im Blick“ jetzt schon auf bghm-aktuell.de