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Maschinen sicher steuern

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Die Norm ist klar und verständlich

Die aktuelle Fassung der DIN EN ISO 13849-1 ist seit dem 1. Juli 2016 gültig und ersetzt die Vorgängerversion aus dem Jahr 2008. Die ursprüngliche Fassung hatte noch Fragen bei der Anwendung aufgeworfen. Das Normungskomitee hat deshalb die Gliederung und die Struktur überarbeitet sowie Begriffe eindeutiger definiert. Auch die aktuelle Ausgabe ist nach der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG harmonisiert. Bei Maschinen, die nach den Vorgaben und Gestaltungsleitsätzen der Norm entwickelt, konstruiert und gebaut werden, greift daher die Vermutungswirkung. Das bedeutet, dass sie dem aktuellen Stand der Technik entsprechen und damit sicher sind.

Das sind die wichtigsten Neuerungen:

  • Risikobewertung: Der Risikograph berücksichtigt jetzt auch die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Fehlerereignisses. Das hat Auswirkungen auf die Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr). Wird die Eintrittswahrscheinlichkeit als „niedrig“ eingeschätzt, setzt das den PLr um eine Stufe herab. Das heißt, die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Komponenten sinken. Für die Eintrittswahrscheinlichkeit relevant sind unter anderem die Möglichkeit menschlichen Versagens und die Validität der Zuverlässigkeitskennwerte.
  • Schutzkreise der Kategorie 2: Die Anforderungen an die Testrate, die die Logikeinheit eines Funktionskanals der Kategorie 2 überwacht und dazu den Datenfluss analysiert (Sensor, Logikeinheit, Aktor), wurden angepasst. Die Kategorien klassifizieren sicherheitsbezogene Teile einer Steuerung (SRP/CS) in Bezug auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Fehler und ihr Verhalten im Fehlerfall, basierend auf der Zuverlässigkeit und/oder der strukturellen Anordnung der Teile. In Kategorie 2 wird die Ausführung der Sicherheitsfunktion in regelmäßigen Abständen, in der Regel durch technische Einrichtungen selbsttätig, überprüft.
  • Abschätzung des PL: Häufig sind keine anwendungsspezifischen Zuverlässigkeitsdaten für mechanische, hydraulische oder pneumatische Bauteile (oder Bauteile, die eine Mischung von Technologien enthalten) vorhanden. Das Verfahren zur Abschätzung des PL wurde deshalb insofern vereinfacht, als dass die MTTFd (Mean Time to Dangerous Failure; mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall) nicht mehr berechnet werden muss. Die nötige Zuverlässigkeit der Sicherheitsfunktion kann nun mithilfe des zugehörigen PFHd-Wertes (Probability of Dangerous Failure per Hour) geschätzt werden.
  • Hydraulische Bauteile mit Sicherheitsfunktion: Die Kennwerte zur Abschätzung der MTTFd wurden praxisnah angepasst. Bei der Vorgängernorm spielte es bei hydraulischen Bauteilen, die in einer Sicherheitsfunktion eingesetzt werden, keine Rolle, wie oft sie pro Zeiteinheit beansprucht werden. Nun fließt die Anzahl der Betätigungen (sogenannte Number of Operations; nop) bei der Abschätzung von MTTFd- Werten für einzelne Bauteile in die Berechnungen ein und legt typische, praxisnahe Werte für die MTTFd fest.
  • Diagnosedeckungsgrad (DC): Die kombinierte Betrachtung der Redundanzpfade hat sich als nicht zielführend erwiesen. Der DC muss nun für jeden Abschaltpfad separat abgeschätzt werden. Der DC ergibt sich aus der Summe aller erkannten gefahrbringenden Ausfälle im Verhältnis zur Gesamtzahl aller gefahrbringenden Ausfälle. Der durchschnittliche DC (DCavg) wird auch zur vereinfachten Berechnung des PL verwendet.

Standard für funktionale Sicherheit

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. Weil die Norm also nicht mehr zeitgemäß war, wurden neue, dem Stand der Technik angemessene Normen formuliert. Im Bereich der Maschinensicherheit ist dabei, neben der ISO 13849-1, vor allem die DIN EN/IEC 62061 zu nennen.

Beide Normen sind gleichermaßen dazu geeignet, festzustellen, welche Maßnahmen nötig und geeignet sind, um Sicherheitsrisiken zu reduzieren. Die Bewertung der Risiken erfolgt in beiden Fällen anhand eines Risikographen. Auch die IEC 62061 hat 2016 eine Novellierung erfahren und ist mit der europäischen Maschinenrichtlinie harmonisiert.

Ein paritätisches ISO-IEC-Steuerkomitee sollte bis Ende 2019 beide Normen zusammenführen. Bislang stehen sie jedoch weiterhin gleichberechtigt nebeneinander. Konstrukteure haben damit in jedem Einzelfall die Wahl, nach welchen Leitsätzen sie die Risikobewertung durchführen und ihre Sicherheitsfunktionen nachweisen wollen. Je nach Aufgabenstellung können beide Normen Vor- und Nachteile haben. Diese sollten sorgfältig abgewogen werden – auch dahingehend, wie gut Planer, Konstrukteure und Dokumentationsbevollmächtigte die Vorgaben kennen und beherrschen. Entscheidend ist auch, dass nur eine Norm verwendet wird und keinesfalls beide. Denn werden die Anforderungen und Konstruktionsleitsätze vermischt, dann wird die Konformitätsbewertung unnötig kompliziert.

Functional-Safety-Experten unterstützen die Unternehmen bei der Auswahl und klären sie zu Fragen bei der Anwendung auf. Die Sachverständigen kennen die neuen Normen, ihre Änderungen, Anforderungen und Auswirkungen auf die Risikobewertung und die Gestaltung der sicherheitsbezogenen Bauteile.

DIN EN ISO 13849-1 ist sicher, flexibler und effizienter

Die aktuelle DIN EN ISO 13849-1 bietet gegenüber den alten Normen zahlreiche Vorteile. Planer und Konstrukteure sind jetzt flexibler bei der Entwicklung der Steuerungsarchitektur wie auch bei der Wahl der Komponenten. Hersteller von Maschinen sparen damit Kosten durch bessere Auswahl- und Vergleichsmöglichkeiten.

Die Berechenbarkeit der gewählten Lösung verschafft den Herstellern Gewissheit darüber, dass der erforderliche Sicherheitslevel eingehalten wird. Die Betreiber erhalten klare Vorgaben, wie sie das Sicherheitsniveau über die vorgesehene Lebensdauer der Maschine erhalten. Weil die Zeiten bis zum gefährlichen Ausfall von Teilen gut abgeschätzt werden können, kann man auch die Instandhaltung besser planen. Eine korrekte Nachweisführung gibt Herstellern außerdem Rechtssicherheit im Schadens- und Gewährleistungsfall.

Dazu muss die Risikobeurteilung den ganzen Entwicklungsprozess, von der Planung bis zur Inbetriebnahme, begleiten. Die Risikobewertung ist ein iterativer Prozess. Das heißt, das Sicherheitskonzept muss fortlaufend aktualisiert werden. Um den Überblick über alle Teilprozesse zu behalten und diese gegebenenfalls zu optimieren, ist ein Functional Management System (FMS) hilfreich. Unabhängige Experten, wie zum Beispiel vom TÜV Süd, unterstützen Unternehmen beim Nachweis der Normkonformität wie auch bei der Auswahl eines passenden FMS.

* Pascal Staub-Lang M.Sc. ist Leiter des Kompetenzzentrums Maschinensicherheit bei der TÜV Süd Industrie Service GmbH in 66386 St. Ingbert

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