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Sicherheit von Maschinensteuerungen nachweisen CE-Konformität standardisieren

30.08.2018

Maschinenbauer und Anlagenplaner haben mit der DIN EN ISO 13849 ein effektives Instrument, um die funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen nachzuweisen und zufällige Fehler zu beherrschen. Damit die Normkonformität einfach bewertet werden kann, ist eine lückenlose Nachweisführung grundlegend. So vermeiden Hersteller auch unnötige Kosten.

Um eine neue Maschine auf dem europäischen Binnenmarkt vertreiben zu können, muss ihr der Hersteller das CE-Kennzeichen ausstellen. Damit versichert er, dass die Maschine gemäß der europäischen Maschinenrichtlinie konstruiert und nach dem Stand der Technik sicher ist. Das Bewertungsverfahren zur Feststellung der Normkonformität ist daher von besonderer Bedeutung. Zentrale Anforderungen und Vorgaben formuliert unter anderem die DIN EN ISO 13849 „Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen“. Dennoch wirft die Norm in der Praxis regelmäßig Fragen auf. Selbst wenn bei der Konstruktion betriebsbewährte Bauteile verwendet wurden, die den Sicherheitsanforderungen entsprechen, können Zweifel daran bestehen, ob die Sicherheitsfunktionen insgesamt normkonform sind. Denn die rechnerischen Anforderungen an Komponenten, Schutzfunktionen und -kreise müssen ebenso nachgewiesen werden, wir die tatsächliche Eignung.

Parallel zur Risikobeurteilung muss deshalb die Nachweisführung von Beginn der Planung und über den gesamten Konstruktionsprozess gepflegt und aktuell gehalten werden. Das betrifft neben Planern, Entwicklern und Konstrukteuren auch die Dokumentationsbevollmächtigten. Fehler, die die in dieser Phase gemacht werden, werden häufig erst beim abschließenden Bewertungsverfahren entdeckt. Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Performance Level nachträglich nachzuweisen, ist jedoch aufwändig und oft genug dann gar nicht mehr möglich.

Daten müssen vollständig sein

Die ISO 13849 ist die meistangewandte Norm, wenn sicherheitsgerichtete Komponenten bei Maschinen zum Einsatz kommen. Maschinen, die nach den Vorgaben und Gestaltungsleitsätzen der Norm entwickelt, konstruiert und gebaut werden, entsprechen – gemäß Vermutungswirkung – dem Stand der Technik. Hersteller können damit ein CE-Kennzeichen ausstellen und die Maschine in Verkehr bringen. Als Sicherheitsfachgrundnorm (B-Norm) enthält sie zwar konkrete Konstruktionsleitsätze, macht jedoch keine ausdrücklichen Vorgaben zur Ausführung einer sicheren Steuerung. Die Eignung der geplanten Schutzkreise muss der Konstrukteur selbst nachweisen. Der rechnerische Nachweis basiert dabei auf Wahrscheinlichkeitswerten. Dazu muss der Planer die Möglichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls von Komponenten, Bauteilen und Schutzkreisen auf der Basis von Zuverlässigkeitskennwerten abschätzen.

Daten zu Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Festigkeitswerten sind mitunter schwer zu bekommen. Bei ausgewiesenen Sicherheitsbauteilen ist die Datengrundlage zwar gut. Alle entscheidenden Informationen dazu finden sich in der Regel in den Handbüchern, Datenblättern oder Gebrauchsanweisungen. Für Standardbauteile gilt das jedoch nicht immer. Das führt dazu, dass Konstrukteure die entsprechenden Kennwerte beim Hersteller erfragen oder sogar durch langwierige und aufwändige Testreihen außerhalb der Schutzkreise selbst ermitteln müssen.

Verfahren praxisnah angepasst

Aufgrund des Arbeitsaufwandes, der sich ergeben kann, wenn Maschinenbauer Zuverlässigkeitswerte selbst ermitteln müssen, wurden die Verfahren zur Abschätzung des Performance Level (PL), im Zuge einer Novellierung 2016, vereinfacht. In der aktuellen Fassung der Norm wurden außerdem die Kennwerte zur Abschätzung der MTTFD (Mean Time to Dangerous Failure = mittlere Zeit bis zum gefährlichen Ausfall) bei hydraulischen Bauteilen, die eine Sicherheitsfunktion übernehmen, praxisnah angepasst.

Der Risikograph, der bei der Risikobewertung herangezogen wird, wurde um den Faktor der Eintrittswahrscheinlichkeit erweitert. Der erforderliche Performance Level (PLr) kann, wenn die Eintrittswahrscheinlichkeit als niedrig eingeschätzt wird, um eine Stufe herabgesetzt werden. Neben weiteren Änderungen, mit denen die Norm methodisch auf den neuesten Stand gebracht wurde, wurden insbesondere auch die Gliederung und Struktur angepasst, um die Lesbarkeit und Verständlichkeit zu verbessern.

Vorteile für alle Beteiligten

Richtig umgesetzt bringt die Norm Herstellern zahlreiche Vorteile. Vorrangig verschafft sie Gewissheit bezüglich des Sicherheitsniveaus einer Maschinensteuerung. Das ist nicht nur die Grundlage für das Bewertungsverfahren. Der spätere Betreiber erhält konkrete Vorgaben, wann Komponenten ausgetauscht werden müssen, um das Sicherheitsniveau aufrechtzuerhalten. Weil Sicherheitsfunktionen objektiv verglichen werden können, kann der Hersteller Komponenten besser nach ihrem Einsatzzweck auswählen und die einzelnen Teile im System aufeinander abstimmen. Das hilft auch, Kosten zu senken. Planer sind durch die Vergleichsmöglichkeit flexibler bei der Wahl der steuerungstechnischen Lösung.

Für eine erfolgreiche und gewinnbringende Anwendung ist es wichtig, dass sich die Verantwortlichen konsequent an die Vorgaben halten. Neben der Risikobeurteilung ist die Nachweisführung dabei ein wesentlicher Aspekt. Alle Beteiligten müssen sich von Beginn an der Bedeutung der Konformitätsnachweise bewusst sein. Denn nur mit lückenlosen Nachweisen erhalten Hersteller Rechtssicherheit und können ein gültiges CE-Kennzeichen ausstellen.

TÜV Süd empfiehlt die Verwendung eines Systems mit Functional Safety Management (FSM). Dieses standardisiert den Prozess der Konformitätsbewertung im Unternehmen, sodass Zweifel der Vergangenheit angehören. Bei der Implementierung eines FSM-Systems können sich Unternehmen von den unabhängigen Experten des TÜV Süd Industrie Service unterstützen lassen. Auch bei Auswahl der richtigen Norm und deren Anwendung bis hin zum Konformitätsbewertungsverfahren können die Sachverständigen mit ihrer Expertise weiterhelfen. Im Zweifel sollten sich Unternehmen rechtzeitig über die Möglichkeiten informieren, um die Norm einfach und sicher anzuwenden.

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