Sicherheitssysteme sind aktive oder passive Anlagenkomponenten, die technische Anlagen für den Menschen sicher machen sollen.
Von Maschinen, Anlagen und allen anderen technischen Einrichtungen gehen Gefahren für den Menschen aus. Dabei sind oft nicht nur die Betreiber, sondern auch Wartungspersonal oder Unbeteiligte direkt oder indirekt gefährdet. Dabei hängt die Gefährdung sowohl von der Art und Funktionsweise der Maschine oder Anlage, als auch von dem Verhalten der Person ab. Zu den besonders gefährlichen Maschinen gehören beispielsweise Sägen oder Pressen, an denen sich eine Person schwerwiegend verletzen kann. Um den Menschen vor allen Gefahren zu schützen, dürfen derartige gefahrvolle Maschinen oder Einrichtungen nur mit geeigneten Schutzeinrichtungen betrieben oder gewartet werden. Oftmals schützt man Personen durch ein Schutzgitter, das jeglichen Zugang verwehrt. Derartige Gitter (oder Zäune) helfen nur während der Betriebsphase der Maschine. Doch während die Maschine mit Material versorgt wird, diese justiert oder gereinigt wird, kommt der Mensch mit gefährlichen Stellen in Berührung. Hier muss man sich stets darauf verlassen können, dass die Maschine u. a. nicht unerwartet anläuft und damit zu einer möglichen Verletzung der Person führt.
In der Regel werden Maschinen oder Anlagen mit elektrischen oder elektronischen Systemen gesteuert. Diese Systeme sind letztlich dafür verantwortlich, dass der Mensch keine Gefahr eingeht. An die Systeme werden daher gewisse Anforderungen gestellt, die sich aus dem Risiko ergeben, das für die involvierte Person besteht.
Um die Gefahren einer Maschine oder Anlage einstufen zu können, wird eine Risikoanalyse durchgeführt und zur Beurteilung des Risikos wird seit mehreren Jahrzehnten der Risikograph angewendet.
Risikobeurteilung „Der Hersteller ist verpflichtet, eine Risikoanalyse vorzunehmen, um alle mit der Maschine verbundenen Gefahren zu ermitteln. Er muss die Maschine dann unter Berücksichtigung seiner Analyse entwerfen und bauen.“ (EG-Richtlinie 2006/42/EG (Maschinenrichtlinie), Anhang I) „Risikobeurteilung ist eine Folge von logischen Schritten, welche die systematische Untersuchung von Gefährdungen erlauben, die von Maschinen ausgehen.“. Die EN ISO 14121 schreibt die in folgendem Bild dargestellte Vorgehensweise für eine Risikobeurteilung vor (Die DIN EN ISO 14121-1 ist zum März 2011 zurückgezogen worden. Der „praktische Leitfaden und Verfahrensbeispiele“ in Teil 2 (ISO/TR 14121-2:2012) behielt weiterhin seine Gültigkeit) Folgendes Diagramm ist Inhalt der EN ISO 14121, nicht jedoch der Nachfolgernorm EN ISO 12100:
Flussdiagramm zur Risikobeurteilung
Der Prozess zur Reduzierung des Risikos ist so oft zu durchlaufen, bis das Schutzziel erreicht und das Gerät oder die Maschine sicher ist. Im Einzelnen sind die folgenden Einzelschritte zu durchlaufen: Bestimmung der Grenzen Identifizierung der Gefährdung Risikoabschätzung Risikobewertung Dokumentation
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Vorgehensweisen bei der Risikoanalyse: Deduktives Verfahren Induktives Verfahren
Bei der deduktiven Analyse wird ein Schlussergebnis angenommen und die Ereignisse gesucht, die dieses Schlussereignis eintreten lassen. Bei der induktiven Analyse wird der Ausfall eines Elementes angenommen und das Schlussereignis ermittelt.
Risikographen Entwicklung Bis zum Ende der 1970er-Jahre gab es für jede Maschine oder Anlage spezifische Sicherheitsmaßnahmen, die zur Erhöhung der Sicherheit empfohlen oder vorgeschrieben waren. Dabei gab es kaum einen Zusammenhang zwischen der verwendeten Technik, dem tatsächlichen Risiko und der möglichen Gefährdung. Erst zu Beginn der Achtzigerjahre etablierte sich eine einheitliche Sichtweise, die auch in anderen Bereichen Anwendung findet (siehe Risikomatrix). Mit dem Produkthaftungsgesetz (1990) wurden die Anforderung an die Risikobetrachtungen größer und so wurden die Verfahren zum Beispiel für den Bereich der Sicherheitssysteme in Normen festgelegt.
Vorgehen Anhand des zu erwartenden Risikos einer Maschine oder Anlage erstellte man genaue technische oder organisatorische Forderungen, die eine einheitliche Reduzierung der Gefahr bewirkten.
Das Risiko (R) ergibt sich dabei durch eine Wahrscheinlichkeitsaussage, die die zu erwartende Häufigkeit (H) des Eintritts eines Schadens und das zu erwartende Schadensausmaß (S) nach der folgenden Berechnung berücksichtigt:
Eine der prinzipiellen Methoden, unabhängig vom Maschinentyp, eine geeignete Maßnahme zur Einhaltung der Sicherheit zu finden, besteht darin, das Risiko mittels des Risikographen zu beurteilen.
EN 954-1 Risikograph (zurückgezogen) Der im Bild dargestellte Risikograph stammt aus der zurückgezogenen Norm EN 954-1 und beurteilt das Risiko nach mehreren Kriterien: S (severity): Schwere der Verletzung F (frequency): Häufigkeit des Aufenthalts P (probability): Möglichkeit der Abwendbarkeit
Risikograph nach EN 954
Je nachdem, welche Verletzungen unterstellt werden können, wie oft der Mensch der Gefahr ausgesetzt ist und ob man der Gefahr eventuell entkommen kann, wird die Höhe des Risikos eingestuft. Zur Risikobeurteilung wird die Maschine ohne Schutzeinrichtungen betrachtet. Man beginnt dann am Startpunkt, danach wird festgestellt, welches Verletzungsrisiko vorliegt. Wenn die möglichen Verletzungen geringfügig sind, so wird der Weg S1 eingeschlagen (geringfügige Verletzungen sind reversible Verletzungen, wie beispielsweise kleine Schnittwunden oder Quetschungen). Wenn die Verletzungen dagegen schwerwiegend sind, so muss der Weg S2 gewählt werden (schwerwiegende Verletzungen sind irreversible Verletzungen, die bleibende Schäden hinterlassen; eingeschlossen ist hier auch der Todesfall). Im nächsten Schritt gilt es zu bewerten, wie oft der gefährliche Zustand auftritt, oder wie oft man diesem ausgesetzt ist. Im Falle von F1 kommt der Zustand eher selten vor (z. B. bei einer Wartung, die alle 3 Monate stattfindet). Im Falle, dass die Gefährdung oft oder regelmäßig auftritt, wird F2 gewählt (z. B. eine Person muss sich regelmäßig in die Gefahrenzone begeben). Zum Schluss ist noch die Möglichkeit zu bewerten, ob man die Gefahr erkennen und ihr damit eventuell entkommen kann. Wenn man der Gefahr entkommen kann, so wird P1 angenommen (z. B. eine Maschine läuft langsam an und anfangs sind kaum Gefährdungen möglich). Wenn aber ein Entkommen nahezu ausgeschlossen ist, so muss P2 gewählt werden (z. B. wenn eine Person ein Werkstück in eine Presse legt und diese sich plötzlich schließt).
Ein Beispiel soll die Risikobeurteilung darstellen: An einer Maschine muss eine Person ein Werkzeug wechseln. Wenn die Maschine anläuft, so kann sich die Person schwer verletzen. Nach dem Risikographen ergibt sich folgende Einstufung: S2: Schwerwiegende Verletzung (z. B. Verlust eines Fingers) F2: Der Werkzeugwechsel wird mehrmals in der Stunde durchgeführt P1: Da die Maschine langsam anläuft, kann man der Gefahr entkommen
Nach dem Risikographen der Norm ergibt sich damit eine Einstufung nach Kategorie 3. Der dicke schwarze Punkt sagt aus, dass dieses die bevorzugte Einstufung darstellt. Man kann freilich auch eine Technik wählen, die der Kategorie 4 entspricht (dicker weißer Punkt). Es ist allerdings auch möglich, eine Technik der Kategorie 2 zu wählen, allerdings sind dann zusätzliche organisatorische Maßnahmen notwendig. Um die Maschine (ohne organisatorische Maßnahmen) richtig auszurüsten, ist nach der soeben dargestellten Beurteilung eine Technik zu verwenden, die der Kategorie 3 entspricht. Sie reduziert das Risiko so weit, dass alle Gefahren auf ein erträgliches Maß gebracht werden.
Die hier dargestellte Einstufung führt zu 4 Kategorien. Hinter jeder dieser Kategorien befindet sich eine technische oder organisatorische Maßnahme, die für die Maschine adäquat ist. Damit erhält man eine genaue Vorgabe von Lösungen, die zu einer anzunehmenden Gefährdung passen. Der Risikograph hat sich in ähnlichen Strukturen in allen internationalen Normen etabliert. Beispielsweise stufen die Normen EN 954-1, IEC 61508 oder ISO 13849 das Risiko genau nach derselben Vorgehensweise ein. Allerdings sind innerhalb der genannten Normen die Einstufungen recht unterschiedlich (Kategorien nach EN 954-1, SIL nach IEC 61508, DAL nach DO-178B und PL nach ISO 13849, SIL steht für Safety Integrity Level, DAL für Design Assurance Level und PL für Performance Level, aus dem Englischen „Leistungsgrad“).
Die Risikobeurteilung nach EN 954-1 führt zu einer Einstufung nach 5 Kategorien. Zur Reduzierung des Risikos einer Maschine oder Anlage sind Techniken einzusetzen, die der geforderten Kategorie entsprechen: B: Basismaßnahmen sind zu berücksichtigen (z. B. Einhaltung von Qualitätskriterien) 1: Bewährte Bauelemente und bewährte Komponenten sind einzusetzen 2: Ein regelmäßiger Test der Sicherheitsfunktion muss durchgeführt werden 3: Die Technik muss fehlertolerant ausgelegt sein (ein Einzelfehler darf nicht zum Versagen führen und muss erkannt werden, d. h. das Wiedereinschalten ist dann nicht möglich) 4: Auch wenn mehrere Fehler in der Technik auftreten, darf die Sicherheitsfunktion nicht versagen
Hinweis: Die Basismaßnahmen sind auch bei den Kategorien 1–4 einzuplanen.
Aus der Einstufung nach EN 954-1 ergeben sich gewisse Sicherheitsstrukturen für die elektrische oder elektronische Steuerung oder Regelung der Maschine oder Anlage.
Die Norm EN 954-1 wurde im September 2009 zurückgezogen. Die zunächst geltende Übergangszeit wurde am letzten Tag, Ende 2009, um zwei Jahre verlängert. im Amtsblatt der Europäischen Union Bis Ende 2011 kann also ein Hersteller noch nach dieser Norm die Annahme der Konformitätsvermutung beantragen; ab 2012 allein nach EN ISO 13849-1.
ISO 13849 Risikograph Die Norm EN ISO 13849 ersetzt die Norm EN 954-1. Auch hier gibt es einen Risikographen, der zur Einstufung des Risikos führt:
Risikograph nach ISO 13849
Bei der Beurteilung wird wie bei der bereits bekannten Norm EN 954-1 vorgegangen. Allerdings führt die Auswertung nicht mehr zu einer Kategorie (wie in der EN 954-1), sondern zu einem PL-Wert (Performance Level). Die Einstufung des PL-Werts geht von a (niedriger Beitrag zur Risikoreduzierung) bis zu e (hoher Beitrag zur Risikoreduzierung). Im Unterschied zu den technischen Anforderungen aus der Norm EN 954-1 lässt die Norm ISO 13849 mehrere Wege zu, einen geforderten PL-Wert zu erreichen. Der Anwender kann daher geeignete Maßnahmen kombinieren, die seinen Vorstellungen am nächsten kommen. Hier können technische Randbedingungen oder Kostengesichtspunkte eine Rolle spielen. Nach wie vor sind festgelegte Sicherheitsstrukturen zu verwenden.
DIN EN 62061 Definition von „Schwere der Verletzung“: 4 Irreversibel: Tod, Verlust eines Auges oder Arms 3 Irreversibel: gebrochene Gliedmaßen, Verlust (eines) mehrerer Finger(s) 2 Reversibel: Behandlung durch einen Mediziner erforderlich 1 Reversibel: erste Hilfe erforderlich Dass schwere Verletzungen nicht wünschenswert sind, sollte jedem klar sein.
Andere Varianten Im Folgenden ist ein einfacher Risikograph gezeigt, wie er u. a. in der EN 60601 (mit Modifikationen in der Bewertung) verwendet wird: mini|500px|Risikograph nach EN 60601
Sicherheitsstrukturen Damit Steuerungen von Maschinen oder Anlagen sicher arbeiten, müssen sie gewissen Anforderungen entsprechen. Hierbei stehen 4 Kenngrößen im Vordergrund, die eine besonders wichtige Rolle bei Bewertung von elektrischen oder elektronischen Sicherheitssystemen spielen: