Back to top

Funktionale Sicherheit, warum sie wichtig ist und wie Sie sie mit SafeMotion™ erreichen

10 Nov 2021
Kollmorgen Experten

Funktionale Sicherheit

Maschinenbauingenieure wissen, dass sie strenge Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen, um Arbeitsunfällen vorzubeugen. Wenn sie Maschinen für den EU-Markt bauen, sollten sie wissen, dass die rechtlichen Rahmenbedingungen in Europa fortschrittlicher sind als in den meisten anderen Regionen, mit neueren und strengeren Anforderungen an Sicherheitsdesign und Tests.  

Auch viele Hersteller außerhalb der EU übernehmen vergleichbare Sicherheitsmerkmale, auch wenn es in ihrem Land keine spezifischen Vorschriften gibt. Früher oder später müssen alle Maschinenhersteller funktionale Sicherheitsmerkmale anbieten, um nicht den Anschluss zu verlieren. Sehen wir uns an, was das bedeutet.  

Wie ist Sicherheit definiert?

In seiner einfachsten Form bedeutet das Wort „Sicherheit“ den Schutz vor Schaden oder die Minimierung von Schadensrisiken, indem bekannte Gefahren unter Kontrolle gehalten werden. Aber was bedeutet der Begriff in einer Produktionsumgebung? Fügen Sie einen Wortbestandteil hinzu – „Maschinensicherheit“ – und er bedeutet, dass Gefahren beim Betrieb einer Maschine beseitigt oder kontrolliert werden, die andernfalls zu Verletzungen führen könnten, zum Beispiel durch unbeabsichtigten Kontakt mit einem beweglichen Teil.  

Der einfachste Ansatz für die Maschinensicherheit ist die Installation von Trennwänden oder Absperrungen, die räumlich zwischen Bedienpersonal und der Bewegung der Maschine stehen. Da dies umständlich ist und die Kontrolle durch Mitarbeiter behindert, wählen die Maschinenbauer oft den etwas ausgeklügelteren Ansatz, die Maschine unter unsicheren Bedingungen durch den Einsatz von Lichtvorhängen, Notsteuerungen, Sicherheitsmatten oder anderen Vorrichtungen abzuschalten.  

Dieses plötzliche Abschalten kann jedoch manchmal zu unvorhersehbaren Kettenreaktionen führen, die das Personal gefährden. Und obwohl ein gut durchdachtes Maschinensicherheitssystem dieses Risiko minimieren sollte, gibt es ein weitaus größeres Problem:  

Jede Abschaltung bedeutet einen Stillstand der Produktivität

Es geht nicht nur um einen gelegentlichen Sicherheitsvorfall hier und da. Häufig können Vorgänge wie Reinigung, Wartung, Einstellungen und sogar Umrüstungen effizienter durchgeführt werden, wenn die Maschine läuft – vielleicht mit geringerer Geschwindigkeit – und nicht etwa komplett abgeschaltet wird.  

Die Bediener wissen das, und unter realen Bedingungen sind sie oft versucht, herkömmliche Maschinensicherheitseinrichtungen wie Schranken und Abschaltvorrichtungen zu deaktivieren oder zu umgehen. Das liegt in der menschlichen Natur – es ist derselbe Impuls, der Autofahrer dazu verleitet, über gelbe oder sogar rote Ampeln zu rasen, weil sie sich nicht verspäten wollen.

Das heißt, gut durchdachte Maschinensicherheit kann gesetzliche Anforderungen erfüllen. Aber sie garantiert nicht zwangsläufig die Sicherheit des Bedienpersonals und trägt auch nicht zur Maximierung der Unternehmensproduktivität bei.  

Funktionale Sicherheit steigert die Produktivität

Fügen wir statt „Maschine“ ein anderes Wort zu „Sicherheit“ hinzu: „Funktionale Sicherheit.“ Dabei handelt es sich um eine Reihe von Normen, die Methoden festlegen, um zufällige und systematische Fehler zu verhindern oder auftretende Fehler unter Kontrolle zu halten. Maschinen, die für den Verkauf in der EU bestimmt sind, müssen funktionale Sicherheitsstandards wie IEC 62061, ISO 13849 und andere Normen erfüllen. Auch in Nordamerika verlangen immer mehr Kunden aus der Produktionsbranche die Einhaltung dieser Normen für funktionale Sicherheit, auch wenn sie nicht gesetzlich gefordert werden.  

Bei funktionaler Sicherheit steht die Bedienersicherheit nach wie vor an erster Stelle, wobei sie Ingenieuren zusätzlich die Möglichkeit bietet, die Produktivität von Maschinen zu maximieren. Indem man für die Sicherheit des Bedieners während des Betriebs sorgt, wird der menschliche Impuls, die Sicherheitsvorrichtungen zu umgehen und über "die rote Ampel zu fahren", stark reduziert. Viele Vorgänge, die früher ein Abschalten und einen Neustart der Maschine erforderten, können jetzt durchgeführt werden, während diese mit reduzierter oder sogar voller Geschwindigkeit weiterläuft.

Mit anderen Worten: Funktionale Sicherheit ist ein Mittel, um Maschinen auch im eingeschalteten Zustand sicher funktionieren zu lassen. Sie ermöglicht Folgendes:

  • Flexible Produktion bei unkomplizierterem Umrüsten
  • Sicherer Zugriff auf bewegliche Geräte bei Betrieb und Wartung
  • Neue Betriebsformen, die Ausfallzeiten reduzieren
  • Die Möglichkeit, den Betrieb innerhalb von Sicherheitsbeschränkungen fortzusetzen, zum Beispiel durch Reduzierung von Geschwindigkeit oder Kraft statt durch Abschaltung von Geräten.

Funktionale Sicherheit stellt einen Paradigmenwechsel dar. Anstatt eine Trennung zwischen dem Bediener und der sich bewegenden Maschine zu erzwingen, ermöglicht es eine sichere Interaktion zwischen beiden und damit eine deutliche Steigerung der Maschinenproduktivität.  

Funktionale Sicherheit ist ein Prozess

Um funktionale Sicherheit zu gewährleisten, müssen Maschinenbauingenieure eine Risikobeurteilung durchführen. Dabei werden die Wahrscheinlichkeit eines Schadens (die Häufigkeit und/oder der Grad der Exposition) und die potenzielle Schwere des Schadens (leicht oder schwer) im Falle eines Vorfalls bestimmt. Diese Beurteilungen bilden zusammen mit einer Analyse der technischen und menschlichen Möglichkeiten zur Vermeidung potenzieller Schäden die Grundlage für die Festlegung von Sicherheitsanforderungen.  

Diese Anforderungen werden im Allgemeinen entweder nach dem Safety Integrity Level (SIL) System gemäß IEC 61508 oder dem Performance Level (PL) System gemäß ISO 13849 kategorisiert. Maschineningenieure oder ihre Berater bestimmen die angemessene SIL- oder PL-Stufe, die erforderlich ist, um das Risiko für alle Sicherheitsfunktionen auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren.

Maschinenbauer, die noch nicht viel Erfahrung auf diesem Gebiet haben, wählen manchmal die höchsten Sicherheitsstufen (SIL3 oder PLe), was jedoch für die meisten Industriemaschinen unnötige Komplexität und Kosten mit sich bringt. Deshalb ist eine präzise Risikobeurteilung so wichtig.  

Sobald SILs oder PLs für jede Sicherheitsfunktion identifiziert wurden, können diese Funktionen so entwickelt und validiert werden, dass sie die vorgesehenen Leistungsmerkmale erreichen. In der EU muss das gesamte System von einer benannten Stelle wie dem TÜV zertifiziert werden. Schließlich sollten Prüfungen der funktionalen Sicherheit durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass in jeder relevanten Phase des Produktlebenszyklus geeignete Sicherheitsmanagementtechniken konsequent und gründlich angewendet werden.  

SafeMotion™ macht funktionale Sicherheit einfacher

Die Umsetzung funktionaler Sicherheit muss nicht übermäßig kompliziert sein. Der fortschrittliche AKD2G-Antrieb von Kollmorgen bietet umfassende, zu 100 % antriebsintegrierte SafeStop-, SafeSpeed- und SafePosition-Optionen – insgesamt 16 Funktionen für funktionale Sicherheit. Dank antriebsintegrierter funktionaler Sicherheit sind keine externen Lösungen mit komplizierten Integrationen zwischen der Steuerung, der sicheren SPS und dem Antrieb erforderlich.  

Lebensmittelverpackungsmaschine Um nur zwei Beispiele zu nennen: Mit der SLS-Funktion (Safe Limited Speed) lässt sich eine Lebensmittelverpackungsmaschine effizienter und gründlicher reinigen, ohne dass die Maschine dafür ausgeschaltet werden muss. Die SDI-Funktion (Safe Direction) kann im Bereich der Metallformung den Durchsatz erhöhen, indem sie gefährliche Bewegungen verhindert, wenn ein Bediener den Lichtvorhang durchbricht, anstatt ein Abschalten der Abkantpresse zu erzwingen.

Sehen Sie sich unsere On-Demand-Websession an, um mehr über die zehn wichtigsten SafeMotion™-Funktionen zu erfahren.  

Neben der Entwicklung von Maschinen können antriebsintegrierte SafeMotion™-Funktionen auch Sicherheitstests erleichtern. Bei einer Maschine, die die Sicherheitsstufe 2 oder höher erreicht, indem ein Bremsmotor zum Halten einer vertikalen Last verwendet wird, muss beispielsweise eine Methode zur Prüfung des elektromechanischen Bremssystems vorhanden sein, um sicherzustellen, dass die Last nicht herunterfällt, wenn die Maschine keinen Strom hat. Die SafeMotion™ SBT-Funktion (Safe Brake Test) beinhaltet diese Testoption, sodass Sie keinen eigenen Prozess mit allen Schaltkreisen, Komponenten, Fehlermeldeverfahren usw., die dazu gehören, entwickeln müssen, um Tests extern durchzuführen. Die gesamte Arbeit wurde bereits für Sie erledigt – direkt auf dem Antrieb.

SafeMotion™ hilft Ihnen, für Komponenten die Funktionen und Bewertungen zu erreichen, die Sie benötigen, um die SIL- oder PL-Stufe zu erfüllen, die Sie im Rahmen Ihres Risikobewertungsprozesses ermittelt haben und in Ihre Maschine integrieren wollen. Und wie immer können Sie sich auf die Co-Engineering-Expertise von Kollmorgen verlassen, wenn es darum geht, alle Ihre Ziele in Bezug auf die Bewegungsleistung zu erreichen, von Spezifikationen für funktionale Sicherheit über Produktqualität und Durchsatz bis hin zur Maschinenbetriebszeit und mehr.  

Sind Sie bereit, alles aus Ihrer Anlage herauszuholen? Wenden Sie sich an uns.

Über den Autor

Kollmorgen Experten

Kollmorgen Experts

Dieses Blogthema wurde in Zusammenarbeit von Motion- und Automationsexperten bei Kollmorgen erstellt, darunter Ingenieure, Customer Service - Mitarbeiter und Applikateure. Gerne helfen wir auch bei Ihrem Projekt.

Kontaktieren Sie uns

Blog Taxonomy Helper

Allgemein
Applikationen
Business
Embedded Motion
Engineering
Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF)
Fieldbus
Food Regulations
Geschichte
Installationshinweise
Interconnectivity
Luftfahrt und Verteidigung
Medical
Oil and Gas
Packaging
Robotics
Technologie
Universitätspartnerschaften