Maschinenbauer müssen vor dem In-Verkehr-Bringen einer Maschine sicherstellen, dass sie alle geltenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen erfüllen. Dabei stellt die in Kraft getretene Maschinenrichtlinie 2006/42/EG neue Anforderungen an die Konstruktion und die damit einhergehende Auswahl bei sicherheitsgerichteten Komponenten. Alle Hersteller, die vollständige und unvollständige Maschinen innerhalb der Europäischen Union in Verkehr bringen, müssen sich an die Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der neuen Richtlinie halten. Der Kunde kann die Abnahme einer nicht gesetzeskonformen Maschine verweigern – aufwendige Nachrüstmaßnahmen könnten anfallen und im Fall eines Unglücks wären weitere erhebliche Konsequenzen zu erwarten. Eine wesentliche Forderung der neuen Richtlinie ist die Risikobeurteilung, die einen systematischen Unterschied zwischen den Begriffen Gefährdung und Risiko berücksichtigt. Ihr liegen inzwischen harmonisierte Normen zugrunde, welche die Begriffe sowie die konstruktiven Details und Systematiken beschreiben. Zum Beispiel beschreibt die DINENISO12100-1 denkbare Gefahren und systematische Prozesse zur Risikobeurteilung an Maschinen. Dabei ist jeder Lebenszyklus einer Maschine separat zu betrachten. Vorhersehbarer Fehlgebrauch muss explizit dokumentiert sein.
Streng und probabilistisch
Grundsätzlich sollen die Normen als Auslegungshilfe verstanden werden. Die Anwendung einer im Amtsblatt der EU als innerhalb der Maschinenrichtlinie harmonisierten Norm erlaubt die sogenannte Vermutungswirkung. Der Anwender darf davon ausgehen, dass damit die gesetzlichen Forderungen eingehalten werden. Aber gerade hier entsteht mit der Verlängerung der Vermutungswirkung für die EN 954-1 ein neues Problem. Ursprünglich sollte die Norm im Dezember 2009 auslaufen. Die Nachfolgenorm DIN EN ISO 13849-1 berücksichtigt sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen auch unter elektrischen, elektronischen, programmierbar elektronischen, mechanischen, pneumatischen und hydraulischen Sicherheitsaspekten. Sie ist bereits seit einigen Jahren als Nachfolgenorm definiert, hat aber noch nicht in allen Betrieben Berücksichtigung bei der Auslegung neuer Maschinen gefunden. Sicherlich liegt das auch an der insgesamt neuen, probabilistischen Betrachtungsweise. Dabei wird der betrachteten Eintrittswahrscheinlichkeit einer Gefährdung und der Schwere einer möglichen Verletzung jetzt die Versagenswahrscheinlichkeit der eingesetzten sicherheitstechnischen Komponenten gegenübergestellt. Dies soll sowohl der Produktqualität als auch dem Alterungsprozess von Komponenten und Baugruppen Rechnung tragen.Grundlage ist zunächst die Bestimmung des Performance Levels PLr– wobei r für required (erforderlich) steht. Die Ermittlung erfolgt ähnlich dem Risikographen aus der EN 954-1, wo noch fünf Steuerungskategorien B, 1, 2, 3 und 4 bestimmt wurden. Nun wird differenzierter gegliedert und für jede Maschinenlebensphase gesondert. Zu betrachten sind die Schwere der möglichen Verletzung, die Häufigkeit und/oder Aufenthaltsdauer im Gefährdungsbereich sowie die Möglichkeiten zur Gefährdungsvermeidung. Sehr ungenau ist die Formulierung der Häufigkeit: selten bis öfter (F1) und häufig bis dauernd (F2). Präzisiert wird dies aber durch die Hinweise, dass regelmäßige Tätigkeiten, wie das zyklische Bestücken oder Beseitigen häufiger Fehlerzustände zur Wahl von F2 führen sollten. Der BGIA-Report 2/2008 gibt hier die Empfehlung, F2 ab einem Eingriff pro Stunde zu wählen. Bei der Möglichkeit der Vermeidung von Gefährdungen gibt die EN 13849-1 weitere Hilfestellungen in Anhang A. Unter anderem inwiefern die Gefahr erkannt werden kann, ob eine ausreichend schnelle Reaktion möglich ist oder inwieweit die gefährdete Person selbst Einfluss auf das Auslösen der Gefahr hat, zum Beispiel mittels Zustimmtaster. Da in der Praxis Vieles subjektiv betrachtet wird, sind eine saubere Dokumentation und das Vier-Augen-Prinzip bei der Einschätzung unerlässlich.
Lange Verkettungen entflechten
Ist der erforderliche Performance Level PLrbestimmt, bedarf es eines rechnerischen Nachweises, dass die gewählte Steuerung ebenfalls den geforderten Performance Level erreicht. Dabei hilft die kostenlose Software SISTEMA (Sicherheit von Steuerungen an Maschinen) des Instituts für Arbeitsschutz IFA. Das Tool ermöglicht eine systematische Berechnung und Dokumentation der Risikoparameter von sicherheitsrelevanten Maschinenbaugruppen und -komponenten, unabhängig vom Hersteller. Die erforderlichen Sicherheitskenngrößen für unterschiedliche Komponenten können dort hinterlegt oder aus einer Bibliothek heruntergeladen werden.Der Performance Level wird auf der Basis der Auftretenswahrscheinlichkeit eines gefährlichen Vorfalls pro Stunde berechnet (PFH). Liegt der PFH-Wert nicht vor, erfolgt die Berechnung auf Grundlage der Kategorie (Architektur), des Erwartungswertes MTTF d (Mean Time to dangerous Failure), des mittleren Diagnosedeckungsgrades DCavgsowie der Ausfälle gemeinsamer Ursache CCF (Common Cause Failure). Alternativ bietet die EN 13849-1 eine vereinfachte PL-Bestimmung bei der Verkettung von Subsystemen wie Lichtvorhang, Sicherheitsschaltgerät oder Pneumatikventil an. Da das schwächste Glied der Kette den PL des Gesamtsystems bestimmt, kann es leicht zur Abstufung des Gesamt-PL kommen, wenn eine bestimmte Anzahl von Subsystemen überschritten wird. Das passiert vor allem dann, wenn logische Verknüpfungen von Sicherheitsschaltgeräten zu einer entsprechend langen Kette führen. In diesem Fall lässt sich die Problematik durch Verwendung von Sicherheitskleinsteuerungen entschärfen, zum Beispiel samos oder samosPRO von Wieland Electric. Sie können bis zu 96 sichere Eingänge und 48 sichere Ausgänge der Kategorie 4 gleichzeitig verarbeiten, was die Zahl separater Sicherheitsschaltgeräte deutlich verringert. Die EN 13849-1 verlangt in jedem Fall eine Betrachtung des CCF zur Ermittlung von Ausfällen aufgrund gemeinsamer Ursachen. Ziel ist, den systematischen Ausfall mehrerer Komponenten aufgrund einer gemeinsamen Ursache zu minimieren. Die Norm zieht hierfür eine Punktetabelle heran und bewertet definierte Maßnahmen. Von 100 möglichen Punkten müssen 65 zur Erfüllung der Norm erreicht werden. Wenn zum Beispiel Fehlerzustände durch Blitzschlag oder Überspannung mit dem Einsatz entsprechender Schutzmaßnahmen verhindert werden, gibt es dafür 15 Punkte. Weitere Kriterien, die in dieser Punktetabelle Berücksichtigung finden, sind eine entsprechende Verdrahtung der Sicherheitskreise, Filtermedien für Druckluftsysteme oder die Qualifikation der Konstrukteure.
Märchen von der allgemeinen Vorschrift
Die Auswahl der richtigen Komponenten für ein Sicherheitskonzept ist grundsätzlich individuell zu betrachten. Es gibt keine allgemeine Vorschrift, nach der bei bestimmter Normenlage eine Sicherheitsteuerung zum Einsatz kommen sollte. Diese Behauptung ist ein weit verbreitetes Märchen. Die Konzeption der gesamten Struktur hängt von den spezifischen Anforderungen ab, die an die Maschine gestellt werden. Der Blick richtet sich dabei besonders auf die Wirtschaftlichkeit – unter der Voraussetzung der normgerechten Sicherheit. Grundsätzlich bleibt eine strikte Trennung zwischen Steuerungsfunktionen und sicherheitsgerichteten Funktionen empfehlenswert. Dies erleichtert die Dokumentation gerade dann, wenn die Steuerungssysteme vom Endkunden des Maschinenbauers vorgegeben werden. Außerdem ist die leichte Lesbarkeit einer Sicherheitsapplikation bei der Validierung zusätzlicher Sicherheitsfunktionen unerlässlich. Je nach Komplexität der Applikation und der Anforderungen an die Signalisierung und Visualisierung ist das entsprechende System auszuwählen. Während für kleinere Applikationen meist einzelne Sicherheitsschaltgeräte sinnvoll sind, steigert sich der Aufwand bei entsprechend umfangreicheren Sicherheitsfunktionen – insbesondere wenn komplexe logische Verknüpfungen gewünscht werden. Wirtschaftlicher ist dann zum Beispiel das modulare, parametrierbare und softwarefreie System samos oder die modulare, frei programmierbare Sicherheitskleinsteuerung samosPRO. Diagnosefunktionen können mittels Gateways mit allen gängigen Feldbussen realisiert werden – auch Fernwartung und -programmierung sind möglich.
Fazit
Gerade Hilfestellungen wie Software Tools oder Beratung machen die Umsetzung der EN 13849-1 mit vertretbarem Aufwand möglich, auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Trotz Verlängerung der EN 954-1 empfiehlt sich in jedem Fall eine zeitnahe Umstellung auf die EN 13849-1. Das sollte alleine durch den Druck der Endkunden passieren – diese erwarten zukunftsfähige Maschinen. Zudem ist die Rechtssicherheit fraglich, wenn zum Beispiel ein Richter das ursprünglich geplante Gültigkeitsende der EN 954-1 sowie die Existenz der neuen EN 13849-1 als schriftlichen Beleg für technisch überholte Inhalte werten könnte. Schließlich wird die Maschinenrichtlinie inhaltlich nur durch die EN 13849-1 erfüllt, nicht durch die EN 954-1.☐
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