EN 13557 Steuerungen und Stellplätze: Normeninterpretation
Normenübersicht: EN 13557 „Krane – Steuerungen und Stellplätze“ ist die von CEN/TC 147 veröffentlichte europäische Kran-Sicherheitsnorm. Sie legt die ergonomischen Anforderungen, die Konfiguration der Sicherheitsfunktionen sowie die Zuverlässigkeitsanforderungen für Kran-Steuerstände (Führerhaus, Bodensteuerstand, Fernsteuerung) fest. Als harmonisierte Norm unter der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ist EN 13557 für alle Kransteuerungen verbindlich, die eine CE-Kennzeichnung tragen müssen.
Die Kransteuerung ist die entscheidende Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine – die Position eines Tasters oder die Rücksetzmethode eines Not-Aus-Schalters kann in einer Notsituation über Leben und Tod entscheiden. EN 13557 strukturiert die Anforderungen an Konstruktion, Montage und Prüfung von Steuerständen entlang einer Drei-Ebenen-Sicherheitsarchitektur: Not-Halt, Schutzeinrichtungen und Steuerungslogik mit Redundanz. Dieser Beitrag erläutert die Sicherheitsphilosophie der Norm Schicht für Schicht.
Not-Halt-Einrichtungen als erste Sicherheitsebene
EN 13557 verlangt, dass jeder Bedienplatz (Führerhaus, Bodensteuerstand, Funksender) mindestens eine Not-Halt-Einrichtung aufweist. Der Not-Aus-Taster muss als roter Pilzkopf (Durchmesser ≥ 40 mm) auf gelbem Hintergrund ausgeführt sein. Nach Betätigung verriegelt er selbsthaltend in der ausgelösten Stellung und darf ausschließlich durch Drehen oder Ziehen manuell zurückgesetzt werden – eine automatische Rücksetzung ist unzulässig. Der elektrische Aufbau des Not-Halt-Stromkreises folgt dem Prinzip der Reihenschaltung von Öffnern: Alle Not-Aus-Öffnerkontakte sind im Sicherheitsrelaiskreis in Reihe geschaltet. Wird ein Taster betätigt, wird die Spule des Hauptschützes abgeschaltet und die Stromversorgung unmittelbar unterbrochen (Stopp-Kategorie 0).
Die Montagehöhe der Not-Halt-Einrichtung ist so zu wählen, dass sie vom Bediener in natürlicher Haltung – stehend oder sitzend – mit der Handfläche erreicht werden kann. Bei Bodensteuerständen muss der Mittelpunkt des Not-Aus-Tasters 900–1100 mm über dem Boden liegen; im Führerhaus wird der Taster auf einer 45°-Schrägfläche in der linken oberen Ecke des Bedienpults angeordnet. Die Schutzart des Not-Aus-Tasters muss mindestens IP65 (Außenbereich) bzw. IP54 (Innenbereich) betragen; Kabeldurchführungen sind mit wasserdichten Kabelverschraubungen abzudichten.
Endschalter und Schutzeinrichtungen als zweite Sicherheitsebene
EN 13557 schreibt vor, dass das Hubwerk mit redundanten Endschaltern für die obere und untere Endlage ausgestattet ist – bestehend aus je einem Verzögerungs-Endschalter und einem Endschalter als zwei unabhängigen Systemen. Beim Ansprechen des Verzögerungs-Endschalters wird die Schnellgangstufe abgeschaltet und automatisch auf Kriechgang umgeschaltet. Löst der Endschalter aus, wird der Hauptstromkreis direkt unterbrochen und verriegelt – die Entriegelung erfolgt über einen Schlüsselschalter oder eine Rückstelltaste in umgekehrter Richtung. Die Einstellwerte von Lastbegrenzer und Lastmomentbegrenzer dürfen das 1,1-fache der Nennlast nicht überschreiten (bei 10 % Überlast wird ein Alarm ausgelöst und die Bewegungen Heben und Wippen in Aufwärtsrichtung abgeschaltet).
Bei Kranen mit mehr als zwei gleichzeitig wirkenden Bewegungen fordert EN 13557 eine Verriegelung in der Steuerungslogik, die gefährliche Bewegungskombinationen unterbindet. Beispielsweise kann bei einem Portalkran das gleichzeitige Fahren der Kranbrücke und der Laufkatze mit hoher Geschwindigkeit zu starken Schwingungen der Gesamtkonstruktion führen – die Steuerung muss daher die gleichzeitige Schnellfahrt begrenzen. Ebenso ist die Kombination von Heben und Wippen (Senken) bei Wippauslegern zu sperren, da sie ein unkontrolliertes Absenken des Auslegers verursachen könnte – dies wird in der SPS programmtechnisch verriegelt.
Steuerungslogik und Sicherheits-SPS als dritte Sicherheitsebene
EN 13557 verlangt, dass der Steuerstromkreis der Sicherheitsfunktionen (Not-Halt, Endschalter, Überlastschutz) den Performance-Level PLd nach ISO 13849-1 (mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit gefährlicher Ausfälle 10⁻⁶–10⁻⁷ pro Stunde) bzw. den Sicherheits-Integritätslevel SIL2 nach IEC 62061 erreicht. Umgesetzt wird dies durch eine Sicherheits-SPS mit redundanten Eingangsmodulen: Die Signale von Not-Halt und Endschaltern werden gleichzeitig auf zwei getrennte Eingangskanäle geführt; das Signal gilt nur dann als gültig, wenn die Logikergebnisse beider Kanäle übereinstimmen. Bei abweichenden Kanalzuständen (z. B. ein Kanal geschlossen, der andere offen) wird ein Fehlerzustand erkannt, die Sicherheits-SPS gibt ein Abschaltsignal aus und speichert den Fehlercode.
Die im Sicherheitsrelaiskreis eingesetzten Schütze müssen über eine zwangsgeführte Kontaktanordnung verfügen (gemäß Anhang A von IEC 60947-4-1). Selbst wenn die Kontakte durch Überstrom verschweißen, trennt der mechanische Zwangsöffnungshebel die Kontakte zuverlässig – die fatale Ausfallart „kein Abschalten nach Verschweißen“ wird damit ausgeschlossen.
Ergonomische Anforderungen an Bedienelemente
EN 13557 stellt detaillierte ergonomische Anforderungen an die Anordnung und Kennzeichnung von Bedienelementen. Der Abstand zwischen benachbarten Tastern muss mindestens 15 mm (Fingerbedienung) bzw. 25 mm (Bedienung mit Handschuhen) betragen, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Die Taster für Heben und Senken sind vertikal anzuordnen (Heben oben, Senken unten), entsprechend der natürlichen räumlichen Zuordnung des Menschen. Bei Mehrfunktions-Bodensteuerständen sind die Bedienfelder durch Siebdrucklinien oder Farbflächen zu gliedern – der Hubbereich erhält einen gelben oder grünen Rahmen, der Bereich für Kranfahren einen blauen und der Bereich für Katzfahren einen grauen Rahmen.
Der Sender der Fernsteuerung muss mit einem Zustimmtaster (Enabling Switch, umgangssprachlich „Totmannschalter“) ausgestattet sein. Der Bediener hält den Taster beim Führen der Fernsteuerung mit natürlichem Fingerdruck gedrückt. Lässt er los – etwa bei einem Sturz oder Bewusstseinsverlust –, wird der Zustimmtaster geöffnet und sämtliche Funktionsausgänge werden abgeschaltet; der Kran kommt sofort zum Stillstand. Dies ist die letzte personenschützende Barriere gegen ein Weiterlaufen des Krans nach Verlust der Fernsteuerung.
| Sicherheitskategorie | Funktion | Realisierung | Sicherheitsstufe |
|---|---|---|---|
| L1 NOT-HALT | Sofortige Energieabschaltung | Pilztaster rotNCKontakte in Reihe | PLd |
| L2 Endschalter | Wegbegrenzung | Verzögerung+Doppelter EndanschlagRedundanz | PLc |
| L3 Logik | SteuerungRedundanz | Sicherheits-SPSZweikanal | SIL2 |
Häufige Fragen zur Kransteuerung
F: Warum muss der Not-Aus-Taster selbsthaltend ausgeführt sein und darf nicht automatisch zurückfedern?
A: Dafür gibt es zwei Gründe: ① Rückverfolgbarkeit – Ein selbsthaltender Not-Aus-Taster bleibt nach dem Betätigen auch dann in der „gedrückten“ Position, wenn der Bediener den Arbeitsplatz verlassen hat. Das Wartungspersonal kann vor Ort eindeutig erkennen, dass der Not-Aus betätigt wurde, und die Ursache für den Stopp nachvollziehen. ② Schutz vor ungewolltem Wiederanlauf – Ein automatisch zurückfedernder Not-Aus-Taster könnte durch Loslassen oder Vibrationen selbstständig zurückfedern, wodurch der Kran nach einem ungeklärten Stillstand plötzlich wieder unter Spannung gesetzt wird. EN 13557 fordert ausdrücklich, dass das Entriegeln des Not-Aus eine eigenständige, bewusste Handlung des Bedieners erfordert (Drehen oder Ziehen) und nicht mit anderen Bedienvorgängen wie dem Wiedereinschalten gekoppelt sein darf.
F: Worin unterscheidet sich eine Sicherheits-SPS von einer Standard-SPS? Kann eine einzige SPS die gesamte Steuerung übernehmen?
A: Eine Vermischung ist nicht zulässig. Eine Sicherheits-SPS (z. B. Siemens F-CPU oder Pilz PSS-Serie) verfügt über zwei unabhängige Prozessoren, deren Rechenergebnisse wechselseitig verglichen werden. Der Selbsttestzyklus beträgt ≤10 ms, die Fehlerreaktionszeit ≤100 ms. Eine Standard-SPS (z. B. Siemens S7-1200 Standard) arbeitet mit einer Einprozessor-Architektur und besitzt keine hardwarebasierte Redundanz zur Selbstüberwachung. EN 13557 schreibt vor, dass Sicherheitsfunktionen der Kategorie PLd/SIL2 ausschließlich über eine Sicherheits-SPS realisiert werden dürfen. Nicht sicherheitsrelevante Funktionen wie Beleuchtung oder Belüftung können über eine Standard-SPS abgewickelt werden. Üblich ist die Aufteilung: Sicherheits-SPS für den Sicherheitskreis, Standard-SPS für die Prozesssteuerung. Der Datenaustausch zwischen beiden erfolgt über sichere Kommunikationsprotokolle wie PROFIsafe oder CIP Safety.
F: Ist eine Funkfernsteuerung genauso sicher wie ein kabelgebundenes Hängetaster-Panel?
A: Aus Sicht der EN 13557 sind beide Lösungen gleichwertig, sofern sie dieselbe Sicherheitsstufe erreichen – der Realisierungsweg ist jedoch unterschiedlich. Beim kabelgebundenen Hängetaster-Panel ist das Not-Aus-Signal über eine physische Kabelverbindung direkt mit dem Sicherheitsrelais verbunden. Der Signalpfad besteht aus metallischen Leitern; die vorherrschende Ausfallart ist ein Drahtbruch, der zuverlässig erkannt werden kann. Bei der Funkfernsteuerung wird das Not-Aus-Signal per Funk übertragen – der Signalweg durchläuft fünf Stufen: Kodierung, Modulation, Sendung, Dekodierung und Demodulation. Ein Fehler in jeder dieser Stufen kann zum Verlust des Not-Aus-Befehls führen. Deshalb fordert EN 13557 für die Sicherheitskommunikation von Funkfernsteuerungen mindestens SIL2 bzw. PLd – das System muss über redundante Kommunikationskanäle und eine zyklische „Heartbeat“-Selbstüberwachung verfügen (Sender und Empfänger tauschen alle 50 ms ein Statusprüfsignal aus; bleibt die Bestätigung 200 ms aus, wird eine Zwangsabschaltung ausgelöst).
F: Welche Prüfungen sind bei der regelmäßigen Inspektion der Steuerung durchzuführen?
A: Die von EN 13557 geforderten Prüfungen umfassen: ① Monatlich – Manuelle Einzelprüfung aller Not-Aus-Taster (Betätigen und Bestätigen, dass das Hauptschütz abfällt; Entriegeln und Bestätigen, dass die Anlage wieder einschaltbar ist). Die Ergebnisse jedes Not-Aus-Tasters sind zu dokumentieren. ② Vierteljährlich – Prüfung aller Endschalter, einschließlich Verzögerungs-Endschalter und Endschalter. Mit einem Multimeter wird die Widerstandsänderung der Schaltkontakte geprüft (Kontakt geschlossen ≤0,5 Ω, geöffnet ≥1 MΩ). ③ Jährlich – Vollständiger Funktionstest aller Sicherheitsfunktionen, einschließlich der Kalibrierung der Überlastsicherung mit Prüfgewichten (Abweichung ≤±5 %), dem Abgleich der berechneten und gemessenen Werte des Lastmomentbegrenzers sowie einem Fehlerinjektionstest der Sicherheits-SPS (simulierte Eingangsstörung zur Überprüfung, ob die SPS den Fehler korrekt erkennt und sicher abschaltet). ④ Alle 5 Jahre – Austausch aller Not-Aus-Taster und Sicherheitsrelais als vorbeugende Maßnahme, unabhängig von ihrem aktuellen Zustand.
