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Maschinen sicher steuern

| Autor/ Redakteur: Pascal Staub-Lang / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Unternehmen aus dem Maschinenbau können im Zuge der CE-Kennzeichnung nach Maschinenrichtlinie Geld und Zeit sparen. Denn immer wieder kommen bei der abschließenden Konformitätsbewertung einer Maschine Zweifel auf, ob bei sicherheitsgerichteten Steuerungen alle Sicherheitsfunktionen der Norm entsprechen; häufig, weil die nötigen Nachweise fehlen. Mit der konsequenten Anwendung der DIN EN ISO 13849-1 gelingt die Nachweisführung zuverlässig. Worauf es bei der Umsetzung ankommt, steht in diesem Beitrag.

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Lange vor der 13849-1 galt die DIN EN 954-1 als Grundlage für die funktionale Sicherheit von Maschinen. Die Norm wies jedoch gegenüber dem heutigen Stand der Technik Lücken auf. So deckte sie beispielsweise die Verwendung elektronischer, programmierbarer Systeme für Sicherheitsfunktionen nicht ab.
Lange vor der 13849-1 galt die DIN EN 954-1 als Grundlage für die funktionale Sicherheit von Maschinen. Die Norm wies jedoch gegenüber dem heutigen Stand der Technik Lücken auf. So deckte sie beispielsweise die Verwendung elektronischer, programmierbarer Systeme für Sicherheitsfunktionen nicht ab.
(Bild: ©WavebreakMediaMicro - stock.adobe.com)

Eine Maschine muss sicher konstruiert sein. Deshalb gilt es, neben systematischen Fehlern auch zufällige Fehler in Sicherheitssteuerungen zu beherrschen. Ein geeigneter Weg dazu ist die Sicherheitsfach-Grundnorm DIN EN ISO 13849-1 „Sicherheit von Maschinen – sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen“. Sie ist die zentrale Norm für die funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen. Die Anwendung stellt für Planer und Konstrukteure jedoch bisweilen eine Herausforderung dar. Wenn Risikobewertung und Nachweisführung während der Planung und der Konstruktion vernachlässigt werden, fällt das unter Umständen erst bei der abschließenden Bewertung der Normkonformität auf. Kann der Hersteller die EG-Konformität seines Produkts dann nicht über die Dokumentation nachweisen, darf er auch kein CE-Kennzeichen anbringen beziehungsweise eine Konformitätserklärung ausstellen. Das bedeutet: Die Maschine kann auf dem europäischen Markt nicht in Verkehr gebracht werden.

Die benötigten Nachweise erst nach der Herstellung zu erbringen, kann schwierig werden: Auch wenn die einzelnen Komponenten für sich genommen sicher sind, können Planungsfehler oder mangelndes Know-how dazu führen, dass ihre Eignung nicht richtig überprüft oder die Anforderungen nicht mit dem tatsächlichen Standard abgeglichen werden. Allzu oft werden die erreichten Performance Level (PL) der Schutzkreise nicht rechnerisch nachgewiesen oder nicht richtig dokumentiert. Bereits bei der Planung einer Maschine hat die Normkonformität deshalb besondere Priorität und muss schon vor der Konstruktionsphase festgelegt werden.

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Fehlende Angaben zur Zuverlässigkeit

Die Norm spielt aber nicht nur bei der Neukonstruktion von Maschinen eine Rolle. Auch beim Umbau bestehender Maschinen und Anlagen muss das Sicherheitskonzept oft angepasst werden. Beim Thema Retrofit muss es Ziel sein, dass die Sicherheitsmaßnahmen dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. Das heißt, die Sicherheitstechnik ist bei Bedarf so nachzurüsten, dass sie die Anforderungen der Betriebssicherheitsverordnung und gegebenenfalls der Maschinenrichtlinie erfüllt. Das betrifft alle Sicherheitsfunktionen und deren sicherheitsbezogene Bauteile (Safety Related Part of Control System; SRP/CS).

Die DIN 13849 enthält dazu zwar Konstruktionsleitsätze, vermeidet allerdings konkrete Vorgaben zur Ausführung der sicheren Steuerung. Die Risikobeurteilung folgt einem probabilistischen Ansatz. Der Planer muss also die Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls der Sicherheitsfunktionen, Bauteile und Schutzkreise berechnen. Der Konstrukteur muss dann die Eignung der geplanten Schutzkreise nachweisen. Zwar erlaubt die Norm, Parameter zur Auslegung zu schätzen. Doch auch dafür sind Richtwerte nötig. Diese Angaben, etwa zur Belastbarkeit von Bauteilen, geben die Zulieferer im Idealfall im Datenblatt, dem Sicherheitshandbuch oder teilweise in den Zertifikaten des Bauteils an.

Bei Sicherheitsbauteilen ist das die Regel. Anders sieht es jedoch bei Standardbauteilen aus. Hier sind valide Angaben und Daten bisweilen schwer zu bekommen. Das wird insbesondere dann problematisch, wenn sie in der Maschinensteuerung eine sicherheitsrelevante Funktion erfüllen. Konstrukteure müssen die relevanten Angaben dann häufig erst bei den Herstellern erfragen und nicht immer bekommen sie die benötigten Auskünfte. Denn die Daten, die zur PL-Berechnung nötig sind, erlauben auch Rückschlüsse auf das Preis-Leistungs-Verhältnis ihres Produkts und ermöglichen so einen direkten Vergleich von Bauteilen verschiedener Hersteller bezüglich Qualität, Ausfallwahrscheinlichkeit und Gebrauchsdauer. Wohl auch deshalb sind Komponentenhersteller bisweilen zurückhaltend bei der Angabe konkreter und valider Zahlen, weil sie Wettbewerbsnachteile fürchten. Im Zweifelsfall muss der Maschinenbauer die nötigen Werte mit großem Aufwand selbst ermitteln. Umso wichtiger ist es, die Auslegung der Sicherheitsfunktionen von vorneherein als feste Komponente des Planungsprozesses zu betrachten.

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