EN ISO 13849-1 praxisnah für Sondermaschinen und Schaltschrankbau

Teil 3 – EN ISO 13849-1:2023 praxisnah für Sondermaschinen und Schaltschrankbau

Die neue EN ISO 13849-1:2023 ist mehr als ein reines Update. Die Norm wurde grundlegend überarbeitet und folgt stärker dem realen Entwicklungsprozess von Sicherheitsfunktionen. Für Sondermaschinenbau und Schaltschrankplanung ist sie ein zentrales Werkzeug, um Sicherheitsfunktionen normkonform, nachvollziehbar und auditfest umzusetzen.

1. Was EN ISO 13849-1:2023 regelt

Die Norm beschreibt, wie sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen geplant, ausgelegt und bewertet werden. In der Normsprache sind das SRP/CS, Safety Related Parts of Control Systems. Sie gilt technologieunabhängig, also für elektrische, hydraulische, pneumatische oder mechanische Systeme.

Kernpunkte der Norm:

  • Der Prozess führt von der Risikobeurteilung bis zur Validierung.
  • Es werden Anforderungen an Hardware und Software beschrieben.
  • Es wird das Performance Level PL a bis e als Maß für die Zuverlässigkeit der Sicherheitsfunktion verwendet.

Für den Schaltschrankbau bedeutet dies: Jede Sicherheitsfunktion benötigt

  • ein klares Ziel, zum Beispiel Stillsetzen, reduzierte Geschwindigkeit, Zustandsüberwachung
  • eine definierte Struktur mit Sensorik, Logik und Aktoren
  • einen nachweisbaren Performance Level, der zum Risiko passt.

2. Wichtige Neuerungen der Ausgabe 2023

Die Ausgabe 2023 ist die vierte Edition der Norm. Inhalt und Struktur wurden überarbeitet.

Wesentliche Änderungen:

  • stärkere Ausrichtung auf den Entwicklungsprozess von Sicherheitsfunktionen
  • präzisere Anforderungen an Software und Validierung
  • ergänzte Anforderungen zu ergonomischen Aspekten und elektromagnetischer Störfestigkeit
  • Übernahme und Schärfung von Validierungsanforderungen, die zuvor in Teil 2 behandelt wurden
  • zusätzliche Hinweise zur Ermittlung der Parameter in der Risikobeurteilung, insbesondere zur Möglichkeit der Gefährdungsvermeidung

Für den Schaltschrankbau ist wichtig, dass die Norm deutlich konsequenter in Sicherheitsfunktionen und deren Lebenszyklus denkt.

3. Vorgehensmodell in 5 Schritten für den Schaltschrankbau

Die Norm lässt sich als praxisnaher Prozess nutzen.

Schritt 1: Sicherheitsfunktionen ableiten und PLr festlegen
Auf Basis der Risikobeurteilung, zum Beispiel nach EN ISO 12100, werden Sicherheitsfunktionen abgeleitet. Jede Funktion erhält einen geforderten Performance Level PLr.

Die Einstufung erfolgt über drei Parameter:

  • Schwere der möglichen Verletzung S
  • Häufigkeit oder Dauer der Gefährdungsexposition F
  • Möglichkeit der Gefährdungsvermeidung oder -begrenzung P

Die Ausgabe 2023 unterstützt die Einstufung mit konkreten Hilfen, etwa in Anhängen zur Bewertung des Parameters P.

Schritt 2: Struktur der Sicherheitsfunktion festlegen
Es wird die Architektur der Sicherheitsfunktion festgelegt

  • Kategorie B, 1, 2, 3 oder 4
  • ein- oder zweikanalig
  • mit oder ohne Diagnose

Für den Schaltschrank bedeutet dies technische Entscheidungen:

  • Auswahl der Sensoren und Schalter
  • Auswahl von Sicherheits-SPS oder Sicherheitsrelais
  • Auslegung der Lastpfade, zum Beispiel Motor-Schütze, Ventile, Bremsen

Schritt 3: Zuverlässigkeit und Performance Level nachweisen
Die Norm verlangt den Nachweis, dass der erreichte PL größer oder gleich dem geforderten PLr ist.

Für jede Sicherheitsfunktion werden unter anderem betrachtet

  • mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit MTTF
  • Diagnosedeckungsgrad DC
  • Maßnahmen gegen gemeinsame Ursachenfehler CCF

In der Praxis erfolgt die Berechnung meist mit Softwaretools, entweder von Herstellern oder mit spezialisierten PL-Berechnungstools.

Schritt 4: Validierung der Sicherheitsfunktion
Neben der Berechnung wird eine Validierung gefordert. Es ist nachzuweisen, dass die Sicherheitsfunktion:

  • vollständig umgesetzt wurde
  • in allen relevanten Betriebsarten wirksam arbeitet
  • unter realen Bedingungen wie vorgesehen reagiert

Die Ausgabe 2023 stellt klar, dass diese Validierung einen eigenständigen und verpflichtenden Schritt darstellt.

Schritt 5: Dokumentation
Am Ende steht eine nachvollziehbare Dokumentation. Für den Schaltschrankbau umfasst diese typischerweise:

  • eindeutige Kennzeichnung der Sicherheitskreise im Schaltplan
  • Beschreibung der Sicherheitsfunktionen und ihrer Struktur
  • Berechnungsnachweise zum Performance Level
  • Prüf- und Validierungsprotokolle

4. Typische Fehler im Schaltschrankbau zu EN ISO 13849

In Projekten mit Sondermaschinen treten häufig ähnliche Probleme auf.

  • Vermischte Sicherheits- und Steuerkreise
    Leistungskreise, Sicherheitskreise und Standardsteuerung sind nicht sauber getrennt. Die Folge sind unklare Fehlerreaktionen und schwer nachvollziehbare Schaltungen.
  • Unvollständige Zweikanaligkeit bei hohem PLr
    Es wird ein hoher PLr gefordert, zum Beispiel d oder e, aber nur Teile der Kette sind zweikanalig aufgebaut. Typisch ist eine zweikanalige Erfassung mit nur einem Leistungsschütz im Abschaltpfad.
  • Zu geringe Diagnose
    Rückführkreise, Querschlussüberwachung oder Plausibilitätsprüfungen fehlen. Dadurch sinkt der erreichbare Diagnosedeckungsgrad und damit der Performance Level.
  • Software nicht als Bestandteil der Sicherheitsfunktion behandelt
    Sichere Logikbausteine sind zwar programmiert, aber Versionierung, systematische Prüfung nach Änderungen und nachvollziehbare Freigabe sind nicht geregelt.
  • Lückenhafte Dokumentation
    Schaltpläne und PL-Nachweise liegen verteilt, die Zuordnung von Sicherheitsfunktionen zu Komponenten und Prüfprotokollen ist nicht eindeutig.
  • Beispiel: Schutztür mit PLr d

Beispielanwendung
Eine Schutztür sichert den Zugang zu einer gefährlichen Achse. Die Risikobeurteilung ergibt einen geforderten Performance Level PLr d.

Schritt 1: Sicherheitsfunktion definieren
Sicherheitsfunktion SF1Bei geöffneter Tür müssen alle gefährlichen Bewegungen sicher stillgesetzt sein. Ein Wiederanlauf ist nur bei geschlossener Tür und bewusst eingeleitetem Start zulässig.

Schritt 2: Architektur wählen
Es wird eine zweikanalige Architektur mit Diagnose gewählt, Kategorie 3.

– zweikanaliger Sicherheitstürschalter mit Rückführkontakten
– Sicherheits-SPS mit zweikanaligen Eingängen
– zweikanalige Schützgruppe mit zwangsführenden Kontakten und Rückführung

Schritt 3: Performance Level berechnen
Mit einem PL-Berechnungstool werden erfasst

– Türschalter, Kanal 1 und Kanal 2
– Eingänge in der Sicherheits-SPS
– Schütze K1 und K2

B10d-Werte, Schaltspiele und Diagnosedeckungsgrade werden hinterlegt.
Das Tool berechnet den erreichten Performance Level, zum Beispiel PL d, wenn Architektur und Daten passen.

Schritt 4: Validierung durchführen
Es werden Prüfabläufe definiert

– Tür öffnen während der Bewegung
– Tür schließen, ohne Startbetätigung
– Fehler im Rückführkreis simulieren

Die Ergebnisse werden in einem Validierungsprotokoll dokumentiert.

Schritt 5: Dokumentation im Schaltschrank
Alle Komponenten der SF1 werden im Schaltplan markiert. PL-Berechnung und Validierungsprotokoll werden in der technischen Dokumentation referenziert und der Sicherheitsfunktion zugeordnet.

Damit ist die Umsetzung der Anforderungen aus EN ISO 13849-1 für diese Sicherheitsfunktion nachvollziehbar dargestellt.

6. Beziehung zur EU-Maschinenverordnung 2023/1230

EN ISO 13849-1:2023 ist eine Typ-B-Norm. Sie legt horizontale Anforderungen an sicherheitsbezogene Steuerungsteile fest. Diese Norm wird weiterhin als Grundlage für harmonisierte Normen verwendet, sowohl unter der bisherigen Maschinenrichtlinie als auch künftig unter der EU-Maschinenverordnung 2023/1230.

Wesentliche Punkte für die Praxis:

  • Mit EN ISO 13849-1 wird nachgewiesen, dass Sicherheitsfunktionen die grundlegenden Anforderungen an Steuerungstechnik erfüllen.
  • In Verbindung mit der Maschinenverordnung entsteht eine belastbare Argumentationsbasis gegenüber Kunden, Behörden und benannten Stellen.

7. Konkrete Maßnahmen für das Jahr 2025

  • Normenstand im Unternehmen aktualisieren
    Sicherstellen, dass Konstruktion, Projektierung und Sicherheitstechnik mit der Ausgabe 2023 arbeiten und nicht mit veralteten Fassungen.
  • Standard-Sicherheitsfunktionen nach neuer Struktur erfassen
    Für typische Maschinenfamilien und wiederkehrende Sonderlösungen sollten Standard-Sicherheitsfunktionen definiert werden.
    Zu jeder Funktion gehören:
    – PLr
    – Struktur
    – Komponenten
    – zugehörige Prüf- und Validierungsschritte.
  • Bibliotheken und Funktionsbausteine anpassen
    Bibliotheken in Sicherheits-SPS und Standardschaltpläne sind zu prüfen. Sie sollten zur neuen Normstruktur und den gewählten PL-Konzepten passen.
  • PL-Berechnung und Dokumentation standardisieren
    Es sollte festgelegt werden, welche Tools für PL-Berechnungen eingesetzt werden, wie die Ergebnisse abgelegt werden und wie sie mit Schaltplänen verknüpft sind.
  • Schulung und Arbeitsanweisungen erstellen
    Konstruktion, Projektleitung und Safety-Funktionen benötigen Schulungen zur EN ISO 13849-1:2023.
    Kurze, praxisnahe Arbeitsanweisungen unterstützen den Alltag
    – Definition von Sicherheitsfunktionen
    – Festlegung von PLr
    – Ablauf von Berechnung, Validierung und Dokumentation.

Wenn diese Punkte konsequent umgesetzt werden, wird EN ISO 13849-1:2023 von einem abstrakten Normentext zu einem gut beherrschbaren Werkzeug im Schaltschrankbau und im Sondermaschinenbau.