Einbindung und Validierung von Sicherheitsfunktionen (SRASW): Funktionale Sicherheit in Theorie und Praxis beispielhaft erklärt

Von Marco Wiechetek-Linné

Dieses Buch widmet sich der funktionalen Sicherheit im Maschinenbau und legt einen besonderen Schwerpunkt auf die praktische Anwendung der Normen DIN EN ISO 13849-1 und DIN EN ISO 13849-2. Es bietet dem Leser einen fundierten Leitfaden für das Maschinenbau-Design, bezüglich des Aufbaus von Sicherheitsfunktionen. Der Leser wird durch die grundlegenden Prinzipien der funktionalen Sicherheit geführt und erhält detaillierte Einblicke in die Anwendung relevanter Normen im Bereich des Maschinenbaus.
Das Buch beginnt mit einer Einführung in die Grundlagen der funktionalen Sicherheit, erläutert die Bedeutung von Sicherheitsfunktionen und führt den Leser durch die rechtlichen Rahmenbedingungen und Normen, insbesondere die DIN EN ISO 13849-1 und DIN EN ISO 13849-2. Es behandelt den gesamten Prozess des Maschinenbau-Designs mit einem Fokus auf dem Aufbau von Sicherheitsfunktionen gemäß den genannten Normen. Es wird ein praxisnahes Beispiel präsentiert, um dem Leser dabei zu helfen, die Konzepte in praktischer Anwendungen zu verstehen. Das Buch bietet auch Hilfestellung zur Durchführung von Risikobewertungen, Umsetzung und Validierung sicherheitsrelevanter Steuerungssysteme und geht über die bloße Vermittlung von Informationen hinaus. Es hebt sich durch die Bereitstellung zusätzlicher Materialien wie Übungen, Aufgaben, Fallstudien und Zusatzdokumente ab. Diese ergänzenden Ressourcen dienen dazu, das Verständnis der Leser zu vertiefen und das Lernen durch praktische Anwendungen zu fördern. Diese Ressourcen fördern nicht nur ein tiefgehendes Verständnis, sondern ermöglichen es den Lesern auch, das erworbene Wissen aktiv anzuwenden. Diese ganzheitliche Herangehensweise macht ein Fachbuch zu einem effektiven Werkzeug für anspruchsvolles und praxisnahes Lernen. Zusammenfassend bietet das Buch einen praxisnahen Leitfaden für diejenigen, die im Maschinenbau mit funktionaler Sicherheit arbeiten. Es vermittelt nicht nur Wissen über Normen, sondern befähigt die Leser auch, dieses Wissen erfolgreich in ihrer täglichen Arbeit anzuwenden.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: tredition
• Erscheinungsdatum: 24. Juli 2023
• ISBN: 9783347986459

Buchvorschau

1 Geltungsbereich Verordnung (EU) 2023/1230

Jede Maschine oder technische Anlage birgt ein gewisses Gefahrenpotential in sich. Dies beginnt bereits bei der Herstellung und erstreckt sich bis hin zum Betrieb. Daher müssen Maschinen, die in der europäischen Union (EU) in Verkehr gebracht und vermarktet werden, gewissen Anforderungen und Sicherheitsstandards entsprechen. Um einen EU-weit einheitlichen Standard für Maschinen zu gewährleisten, wurde daher die Maschinenrichtlinie 2006/ 42/EG eingeführt. Dieser Standard sollte festlegen, wie Maschinen hinsichtlich ihrer Konstruktion und Gestaltung der Sicherheit auszuführen sind. Diese Festlegung bildete die Grundlage für einen EU-weiten Handel von Maschinen mit einheitlichem Sicherheitsniveau. Da sich allerdings bei Anwendung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Mängel und Unstimmigkeiten an Produkten zeigten, wurde diese am 14. Juni 2023 in die Verordnung (EU) 2023/1230 überführt. Diese Verordnung ist ab dem 14. Januar 2027 in allen ihren Teilen verbindlich und gilt unmittelbar in jedem Mitgliedsstaat der Europäischen Union.¹

Unter die Verordnung (EU) 2023/1230 fallen unter anderem die mechanische, elektrische und funktionale Sicherheit, Konformitätsbewertungsverfahren mit Risikobeurteilung sowie die Erstellung einer technischen Dokumentation und Betriebsanleitung für die Nutzer, welche nach Verordnung (EU) 2023/1230 erstmalig auch digital zulässig ist. Neu hinzugekommen sind ebenfalls Aspekte der eingesetzten Software, welche Sicherheitsfunktionen gewährleistet und nach Verordnung (EU) 2023/1230 als Sicherheitsbauteil anzusehen sind.

Im Anhang III der Verordnung (EU) 2023/1230 „Grundlegende Sicherheitsund Gesundheitsschutzanforderungen für Konstruktion und Bau von Maschinen oder dazugehörigen Produkten",² wird dabei noch einmal auf folgende Unterteilung spezifischer eingegangen:

1. Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen

2. Zusätzliche grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen an bestimmte Kategorien von Maschinen und dazugehörigen Produkten

3. Zusätzliche grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen zur Ausschaltung der Risiken, die von der Beweglichkeit von Maschinen oder dazugehörigen Produkten ausgehen

4. Zusätzliche grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen zur Ausschaltung der durch Hebevorgänge bedingten Risiken

5. Zusätzliche grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen an Maschinen oder dazugehörige Produkte, die zum Einsatz unter Tage bestimmt sind

6. Zusätzliche grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen an Maschinen oder dazugehörige Produkte, von denen durch das Heben von Personen besondere Risiken ausgehen.

Generell sind alle Unternehmen von der Verordnung (EU) 2023/1230 betroffen, die mit dem Inverkehrbringen von Maschinen in der EU zu tun haben. Dies betrifft unter anderem also Konstrukteure und Hersteller, Händler, Vermieter und Importeure. Betreiber sind im weiteren Sinne ebenfalls von der Verordnung (EU) 2023/1230 betroffen. Die Richtlinie gilt für Maschinen und dazugehörige Produkte wie z.B. auswechselbare Ausrüstungen, Sicherheitsbauteile, Lastaufnahmemittel, Ketten, Seile und Gurte ebenso wie auch für abnehmbare Gelenkwellen. Darüber hinaus ist sie auch bei „unvollständigen Maschinen" anzuwenden, die für sich genommen noch keine bestimmte Funktion erfüllen. Als Beispiel wären hier Antriebssysteme genannt, die erst durch den Einbau in ein Gerät mit diesem zu einer funktionsfähigen und vollständigen Maschine werden. Die Verordnung (EU) 2023/1230 definiert eine Maschine, bzw. unvollständige Maschine wie auf den folgenden Seiten.

Eine Maschine wird definiert als:

a) „eine mit einem anderen Antriebssystem als der unmittelbar eingesetzten menschlichen oder tierischen Kraft ausgestattete oder dafür vorgesehene Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für eine bestimmte Anwendung zusammengefügt sind;

b) eine Gesamtheit im Sinne des Buchstabens a, der lediglich die Teile fehlen, die sie mit ihrem Einsatzort oder mit ihren Energie- und Antriebsquellen verbinden;

c) eine einbaufertige Gesamtheit im Sinne der Buchstaben a und b, die erst nach Anbringung auf einem Beförderungsmittel oder Installation in einem Gebäude oder Bauwerk funktionsfähig ist;

d) eine Gesamtheit von Maschinen im Sinne der Buchstaben a, b und c oder von unvollständigen Maschinen, die, damit sie zusammenwirken, so angeordnet sind und betätigt werden, dass sie als Gesamtheit funktionieren;

e) eine Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für Hebevorgänge zusammengefügt sind und deren einzige Antriebsquelle die unmittelbar eingesetzte menschliche Kraft ist;

f) eine Gesamtheit im Sinne der Buchstaben a bis e, bei der lediglich das Aufspielen einer für die vom Hersteller vorgesehene bestimmte Anwendung vorgesehenen Software fehlt; "³

„Eine unvollständige Maschine bezeichnet eine Gesamtheit, die noch keine Maschine darstellt, da sie als solche keine bestimmte Anwendung erfüllen kann, und die nur dazu bestimmt ist, in eine Maschine oder in eine andere unvollständige Maschine oder Ausrüstung eingebaut oder mit ihnen zusammengefügt zu werden und so eine Maschine zu bilden;"⁴

Bei Umbauten oder Veränderungen sind ebenfalls die Sicherheitsstandards und Vorgaben aus der Maschinenverordnung 2023/1230 zu erfüllen. Was als eine wesentliche Veränderung zu betrachten gilt, ist ebenfalls in die Maschinenverordnung 2023/1230 übernommen wurden und wird wie folgt spezifiziert:

„wesentliche Veränderung bezeichnet eine vom Hersteller nicht vorgesehene oder geplante physische oder digitale Veränderung einer Maschine oder eines dazugehörigen Produkts nach deren bzw. dessen Inverkehrbringen oder Inbetriebnahme, die die Sicherheit der jeweiligen Maschine oder des dazugehörigen Produkts beeinträchtigt, indem eine neue Gefährdung entsteht oder sich ein bestehendes Risiko erhöht, wodurch es erforderlich wird,

a) die Maschine oder das dazugehörige Produkt um trennende oder nichttrennende Schutzeinrichtungen zu ergänzen, deren Einbindung eine Anpassung des bestehenden Sicherheitssteuerungssystems erforderlich macht, oder

b) zusätzliche Schutzmaßnahmen zur Gewährleistung der Stabilität oder der Festigkeit der jeweiligen Maschine oder des dazugehörigen Produkts zu ergreifen;"⁵

Bildlich dargestellt wird dies in der Abbildung 1 auf der nächsten Seite.

Abbildung 1: Wesentliche Veränderung an Maschinen⁶

Um diese Vorgaben der Verordnung (EU) 2023/1230 umsetzen zu können, wurden in Europa verschiedene harmonisierte Normen eingeführt. Bei diesen harmonisierten Normen handelt es sich um eine nicht verbindliche technische Spezifikation. Diese harmonisierten Normen wurden durch das europäische Komitee für Normung (CEN), das europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) sowie das europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) angenommen. Grundlage war der Auftrag der Kommission nach der Richtlinie 98/34/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. Juni 1998. Das CEN, das CENELEC sowie das ETSI sind maßgebend für das Informationsverfahren auf dem Gebiet der Normen und technischen Vorschriften sowie der Vorschriften für die Dienste der Informationsgesellschaft festgelegten Verfahren.⁷

Die Verordnung (EU) 2023/1230 ist frei verfügbar und kann unter dem nachfolgenden Link kostenlos heruntergeladen werden.

https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=uriserv%3AOJ.L_.2023.165.01.0001.01.ENG&toc=OJ%3AL%3A2023%3A165%3ATOC

1.1 Verordnung (EU) 2023/1230 (Anhang III)

Betrachten wir den Anhang III der Verordnung (EU) 2023/1230, so sollte unser Augenmerk im Bereich des Maschinenbaus besonders auf den ersten Teil „Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen"⁸ fallen. Dieser Teil betrifft grundlegend alle Maschinen unabhängig davon, ob weitere Regellungen zutreffend sind oder nicht. Strukturiert ist der erste Teil in die folgenden sieben Unterpunkte:

1.1 Allgemeines

1.2 Steuerungen und Befehlseinrichtungen

1.3 Schutzmaßnahmen gegen mechanische Gefahren

1.4 Anforderungen an Schutzeinrichtungen

1.5 Risiken durch sonstige Gefährdungen

1.6 Wartung

1.7 Informationen

Der erste Unterpunkt behandelt die Grundsätze für die Integration der Sicherheit; Materialien und Produkte; Beleuchtung; Konstruktion der Maschine im Hinblick auf die Handhabung; Ergonomie; Bedienungsplätze und letztendlich die grundlegenden Anforderungen an eventuell benötigte Sitze. Ein wesentlicher Unterschied zur vorhergehenden Maschinenrichtlinie 2006/42/ EG ist, dass mit Einführung der Verordnung (EU) 2023/1230 erstmalig auch Maßnahmen zum Schutz der eingebundenen Software, speziell zum Schutz gegen Korrumpierung, zu ergreifen sind.

Im zweiten Unterpunkt werden die Grundanforderungen an Steuerungen und Befehlseinrichtungen gestellt. Diese sind unter anderem die Grundanforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Steuerungen; Stellteile; das Ingangsetzen sowie Stillsetzen; die Wahl der Steuerungs- oder Betriebsarten und Anforderungen bei Störung der Energieversorgung oder der Kommunikationsnetzverbindung.

Der dritte Unterpunkt beschäftigt sich mit den grundlegenden Schutzmaßnahmen gegen mechanische Gefährdungen. Diese wären das Risiko des Verlustes der Standsicherheit; Bruchrisiko beim Betrieb; Risiken durch herabfallende oder herausgeschleuderte Gegenstände; Risiken durch Oberflächen, Kanten und Ecken; Risiken durch mehrfach kombinierte Maschinen oder dazugehörige Produkte; Risiken durch Ändern der Verwendungsbedingungen; Risiken durch bewegliche Teile; Wahl der Schutzeinrichtungen gegen Risiken durch bewegliche Teile und dem Risiko unkontrollierter Bewegungen.

Im vierten Unterpunkt werden grundlegende Anforderungen an Schutzeinrichtungen behandelt, wobei zunächst die allgemeinen Anforderungen definiert werden. Im Anschluss sind besondere Anforderungen an trennende Schutzeinrichtungen (feststehende / bewegliche) sowie an nichttrennende Schutzeinrichtungen spezifiziert.

Der fünfte Unterpunkt befasst sich mit den Risiken durch sonstige Gefährdungen. Diese umfassen unter anderem die elektrische Energieversorgung; statische Elektrizität; nichtelektrische Energieversorgung; Montagefehler; extreme Temperaturen; Brand; Explosion; Lärm; Vibration; Strahlung im allgemeinen und Strahlung von außen; Laserstrahlung; Emission gefährlicher Werkstoffe und Substanzen; das Risiko in einer Maschine eingeschlossen zu werden; Ausrutsch-, Stolper- und Sturzrisiko und zuletzt die Gefährdung durch Blitzschlag.

Im sechsten Unterpunkt werden die Anforderungen einer Maschine in Bezug zur Instandhaltung / Wartung näher beschrieben. Diese umfassen unter anderem die Wartung der Maschine oder eines dazugehörigen Produktes; den Zugang zu den Bedienungsständen und den Eingriffspunkten für die Instandhaltung sowie das Trennen von Energiequellen. Eingriffe der Bediener und Reinigung von innen liegenden Teilen sind ebenfalls Bestandteile dieses Unterpunktes.

Der siebte Unterpunkt befasst sich mit den Informationen zur Maschine. Grundlegende Anforderungen der zu beachtenden Informationen und Warnhinweise an der Maschine und dem dazugehörigen Produkt sowie die Warnung vor Restrisiken sind ebenfalls Bestandteil dieses Unterpunktes. Des Weiteren umfasst dieser Punkt die Anforderungen an die Kennzeichnung der Maschine (CE-Kennzeichnung) und die grundlegenden Anforderungen an die zur Maschine gehörenden Betriebsanleitung.

Übungsaufgaben

1.1 Was ist das Ziel der Verordnung (EU) 2023/1230 und warum wurde diese eingeführt?

1.2 Was sind die Unterschiede zwischen einer Maschine und einer unvollständigen Maschine?

1.3 In wie viele Unterkapitel ist der Anhang III der Verordnung (EU) 2023/1230 aufgeteilt und was sind deren Inhalte?

1.4 Was spiegelt der erste Teil, Anhang III der Verordnung (EU) 2023/1230, wieder?

1.5 In welchem Unterpunkt des ersten Teils Anhang III der Verordnung (EU) 2023/1230 werden die Grundanforderungen an Steuerungen und Befehlseinrichtungen beschrieben?

1.6 Ist der Aufbau der Betriebsanleitung einer Maschine ebenfalls Bestandteil der Verordnung (EU) 2023/1230? Wenn ja, was sind die generellen Inhalte, die diese beinhalten soll?

¹Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Artikel 54.

²Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Anhang III.

³Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Artikel 3, Absatz 1.

⁴Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Artikel 3, Absatz 10.

⁵Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Artikel 3, Absatz 16.

⁶Eigene Darstellung nach VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Artikel 3, Absatz 16.

⁷ABI. L 204 1998.

⁸Vgl. VERORDNUNG (EU) 2023/1230 2023, Anhang III.

2 Grundsätze der Maschinensicherheit

Um die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen des Anhangs III der Verordnung (EU) 2023/1230 umsetzen zu können, wurde in Europa ein umfangreiches Normennetzwerk etabliert. Dieses Netzwerk umfasst mehrere Normen unterschiedlicher Wichtung zu verschiedenen Kerngebieten. So befassen sich einige Normen mit der Analyse und Einstufung von Risiken und andere wiederum mit spezifischen Designanforderungen bestimmter Systeme und Komponenten. Im weiteren Verlauf soll der Zusammenhang dieser Hierarchie des europäischen Normenwerkes für Sicherheit von Maschinen näher beschrieben und besonders in Bezug auf die Einbindung und Validierung von Sicherheitsfunktionen (SRASW) näher betrachtet werden.

2.1 Europäisches Normenwerk zur Sicherheit von Maschinen