Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EU, Teil 2 Überwachungsfunktionen im Komplettantrieb für Geschwindigkeit und Position

Wichtig in der Praxis sind Überwachungsfunktionen für Geschwindigkeit und Position. Und: Neben zahlreichen in der Maschinenrichtlinie 2006/42/EU gelisteten Sicherheitsfunktionen kann der Anwender auch selbst welche spezifizieren. Dabei muss der sichere Zustand eindeutig definiert sein.

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Wenn Sicherheitsfunktionen gleich im Antrieb integriert sind, wirkt sich das unmittelbar auf die Kosten einer Anlage oder Maschine aus. Die Sicherheitsfunktion Safe Torque Off (STO) ist häufig schon Standard. Weitere Funktionen sind Safe Operating Stop und Safe Stop. Für die Realisierung der sicheren Überwachungsfunktionen für Geschwindigkeit und Position müssen zusätzlich die erforderlichen Geber zur Erfassung berücksichtig werden.

Die eingesetzten Geber müssen den selben Sicherheitsintegritätslevel und/ oder Performance Level erfüllen wie die sichere Überwachungsfunktion selbst, da der Geber ein Teil der Sicherheitskette ist. Aus diesem Grund streben immer mehr Hersteller von Gebern die Zertifizierung ihrer Geber nach SIL 2 oder SIL 3 an.

Die EN 61800-5-2 listet eine Anzahl von sicheren Überwachungsfunktionen auf, für die es in der Industrie eine häufige Anwendung gibt. Die Liste der Norm ist nicht vollständig. Sicherheitsfunktionen, welche in der Industrie benötigt werden und hier nicht gelistet sind, können vom Anwender selbst spezifiziert werden. Wichtig für jede selbstspezifizierte Sicherheitsfunktion ist es, dass die Eigenschaften eindeutig beschrieben werden und der sichere Zustand bei Anforderung und im Fehlerfall eindeutig definiert ist.

Sicherheit beim Einrichten von Robotern

Eine häufig verwendete Sicherheitsfunktion in der Industrie ist die “Safely-limited speed” (SLS). Diese Sicherheitsfunktion wird häufig für den „Einrichtbetrieb“ bei Robotern verwendet. Die Eigenschaft dieser Sicherheitsfunktion ist die Überwachung der Geschwindigkeit hinsichtlich der Nichtüberschreitung einer spezifizierten oberen Grenze. Die Realisierung dieser Sicherheitsfunktion erfolgt in der Regel durch eine parametrierbare integrierte sichere Überwachungsfunktion in Kombination mit einen oder zwei sicheren Gebern zur Geschwindigkeitserfassung. Im Fehlerfall wird entweder die Sicherheitsfunktion SOS oder STO ausgeführt, um den sicheren Zustand herbeizuführen.

Weitere in der EN 61800-5-2 genannte verwendete Sicherheitsfunktionen sind unter anderem:

• SLP (Safely-limited position),
• SLI (Safely-limited increment),
• SDI (Safe direction),
• SBC (Safe brake control) und
• SSM (Safe speed monitoring).

Um die Konformität zur neuen Maschinenrichtlinie sicher zu stellen müssen neben dem Produktstandard auch die harmonisierten Standards für die Maschinensicherheit EN ISO 13849-1 und/ oder EN 62061 sowie EN 60204-1 und weitere in Abhängigkeit der Anwendung berücksichtigt werden. Neben der Benennung von Sicherheitsfunktionen werden in der EN 61800-5-2 auch Aspekte der systematischen Integrität z.B. die Anwendung von Maßnahmen zur Fehlervermeidung und Aspekte der Sicherheitsintegrität wie z. B. die Berücksichtigung von Maßnahmen zur Erkennung und Kontrollierung von gefährlichen Fehlern genannt.

Für die Erreichung der erforderlichen systematischen Integrität definiert die EN 61800-5-2 Anforderungen zum Management der Funktionalen Sicherheit, für die Beurteilung der Funktionalen Sicherheit sowie an die Dokumentation bezüglich aller Lebenszyklusphasen einer Produktentwicklung. Systematische Fehler, die während der Entwicklung übersehen werden, können die Konsequenzen von kostspieligen Änderungen sowie einer verspäteten Markteinführung nach sich ziehen. Daher ist eine detaillierte Dokumentation jeder Entwicklungsphase erforderlich, um eine Reproduzierbarkeit des Entwicklungsprozesses zu erreichen. Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlern müssen während jeder Lebenszyklusphase angewendet werden. Die anzuwendenden Maßnahmen sind abhängig vom angestrebten Sicherheitsintegritätslevel.

Prooftest erkennt Ausfälle

Des Weiteren fordert die EN 61800-5-2 die Bestimmung der gefährlichen Versagensrate pro Stunde (PFH). Der erforderliche Wert für die PFH hängt wiederum vom angestrebten Sicherheitsintegritätslevel ab und muss für die gesamte Sicherheitsfunktion eingehalten werden. Aufgrund der Tatsache, dass die integrierte Sicherheitsfunktion im Antrieb nur ein Teil der Sicherheitskette darstellt, sollte der PFH Wert ausreichend kleiner sein als der durch Sicherheitsintegritätslevel definierte Wert.

Die PFH ist hauptsächlich abhängig von der gewählten Hardwarearchitektur, der abgeschätzten Ausfallrate, die Anfälligkeit bezüglich Fehler gemeinsamer Ursache sowie dem Diagnosedeckungsgrad der implementierten Tests zur Fehlererkennung. Auch das gewählte Intervall für den „Prooftest“, der unternommen werden muss, um Fehler zu erkennen, welche nicht durch die interne Diagnose erkannt werden, hat einen beträchtlichen Einfluss auf die PFH. Der Prooftest dient der Erkennung von Ausfällen, welche nicht durch die interne Diagnose erkannt werden. Diese Ausfälle gehen direkt in die PFH ein. Da die Durchführung eines Prooftests für prorgrammierbare elektronische Komponenten sich durchaus schwierig gestalten kann, wird empfohlen ein Prooftestinterval von 20 Jahren anzustreben, so dass innerhalb der Lebenszeit (Missiontime) des Produktes kein Prooftest erforderlich ist.

Ferner muss in Abhängigkeit der beabsichtigten Anwendung entsprechend EN 61800-5-2 die integrierte Sicherheitstechnik mit erhöhten EMV -rüfschärfegraden getestet werden. Für den Einsatz in Anwendungen die unter die Maschinenrichtlinie fallen müssen daher als Minimum die erhöhten Prüfschärfegrade entsprechend Annex E der EN 62061 angewendet werden.

*Dipl.-Ing. Thomas Steffens, Product Manager, Electro-sensitive protective equipment/Safety related Drive systems, TÜV Rheinland Industrie Service

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