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Funktionale Maschinensicherheit in der Praxis: Der ultimative Guide für Konstrukteure und Betreiber Maschinensteuerungen nach EN ISO 13849 & SISTEMA

Thu, 19 Feb 2026 09:53:20 GMT

In der Maschinentechnik entscheidet die Steuerung oft über den sicheren Betrieb der Maschine. Ein fehlerhaftes Signal, ein unerkannter Sensorausfall oder eine mangelhafte Softwarelogik kann zum gefährlichen Versagen der Betriebseinrichtung führen. Doch wie bestimmt man den erforderlichen Performance Level für eine Schutzeinrichtung, wie modelliert man Sicherheitsfunktionen korrekt in SISTEMA und welche Rolle spielen die Kategorien nach EN ISO 13849-1? In diesem Experten-Beitrag erfahren Sie alles über die normkonforme Auslegung sicherheitsbezogener Steuerungsteile und die praktische Umsetzung im Maschinenbau.

Inhaltsverzeichnis

Funktionale Maschinensicherheit umfasst alle Maßnahmen, die durch sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen (SRP/CS) dafür sorgen, dass eine Maschine bei erkannten Gefahren in einen sicheren Zustand überführt wird. Sie basiert auf dem Grundprinzip der Sicherheitsfunktion: Eine Eingangsinformation (z. B. Schutztürsensor) wird logisch verarbeitet und löst eine sichere Reaktion an der Aktorik aus (z. B. Abschaltung des Antriebs).

Man unterscheidet drei wesentliche Ebenen:

Sensorik: Erfassung des sicherheitsrelevanten Zustands (z. B. Positionsschalter, Lichtvorhänge, Zweihandschaltungen).
Logische Verarbeitung: Auswertung der Eingangssignale in der Sicherheitssteuerung (z. B. Sicherheits-SPS, festverdrahtete Relaislogik).
Aktorik: Ausführung der sicheren Reaktion (z. B. Abschaltung über Sicherheitsschütze, sichere Bremsansteuerung).

Im europäischen Raum wird die funktionale Maschinensicherheit durch folgende zentrale Regelwerke bestimmt:

Maschinenverordnung (EU) 2023/1230: Sie löst die bisherige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ab und definiert die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen für das Inverkehrbringen von Maschinen – einschließlich der Anforderungen an Steuerungen und Sicherheitsfunktionen.
EN ISO 13849-1 und EN ISO 13849-2: Diese harmonisierten Normen konkretisieren die Anforderungen an sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen. Teil 1 beschreibt die Gestaltungsleitsätze, Teil 2 die Validierung.
DIN EN IEC 62061: Sicherheit von Maschinen - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener Steuerungssysteme

In Deutschland ergänzt die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) die Anforderungen auf Betreiberseite, insbesondere hinsichtlich der Bereitstellung sicherer Arbeitsmittel und deren wiederkehrender Prüfung.

Bevor eine Sicherheitsfunktion ausgelegt werden kann, muss über eine Risikobeurteilung nach EN ISO 12100 der erforderliche Performance Level (PLr) bestimmt werden. Der Risikograph nach EN ISO 13849-1 berücksichtigt dabei drei Parameter:

Das Ergebnis ist ein erforderlicher Performance Level von PLr a (geringster Beitrag zur Risikoreduzierung) bis

PLr e (höchster Beitrag). Dieser PLr definiert die Messlatte, die das Steuerungsdesign erreichen muss.

Die EN ISO 13849-1 definiert fünf designierte Architekturen (Kategorien), die das strukturelle Verhalten der Steuerung bei Fehlern beschreiben:

Kategorie B: Grundlegende Sicherheitsprinzipien. Kein Fehlererkennungsmechanismus – ein einzelner Fehler kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Kategorie 1: Wie Kategorie B, jedoch mit bewährten Bauteilen und Sicherheitsprinzipien. Höhere Bauteilzuverlässigkeit, aber weiterhin Einkanal-Architektur.
Kategorie 2: Einkanal-Architektur mit periodischer Testung durch die Steuerung. Fehlererkennung ist möglich, aber nicht bei jedem Anforderungsfall garantiert.
Kategorie 3: Zweikanal-Architektur. Ein einzelner Fehler führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion. Nicht alle Fehler werden erkannt, eine Fehleranhäufung kann zum Ausfall führen.
Kategorie 4: Zweikanal-Architektur mit umfassender Fehlererkennung. Auch eine Fehleranhäufung führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion.

Neben der Kategorie fließen der mittlere gefährliche Ausfallzeitwert der Bauteile ( MTTFd ), der durchschnittliche diagnostische Deckungsgrad ( DCavg ) und die Maßnahmen gegen Ausfälle gemeinsamer Ursache ( CCF ) in die Bewertung des erreichten Performance Levels (PL) ein.

Das Software-Tool SISTEMA (Safety Integrity Software Tool for the Evaluation of Machine Applications), entwickelt vom Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA), ist das Standardwerkzeug zur rechnerischen Verifikation des erreichten Performance Levels. Es ermöglicht:

Die strukturierte Modellierung von Sicherheitsfunktionen mit Subsystemen, Kanälen und Blöcken.
Die Berechnung des PFHd-Werts (Probability of dangerous Failure per Hour) und den Abgleich mit dem erforderlichen PLr.
Die Berücksichtigung von Herstellerdaten aus SISTEMA-Bibliotheken, die viele namhafte Komponentenhersteller bereitstellen.
Die automatische Dokumentation der Ergebnisse für die technische Dokumentation und CE-Konformitätsbewertung.

Ein typischer SISTEMA-Workflow umfasst: Projekt anlegen, Sicherheitsfunktionen definieren, Subsysteme mit Kategorie und Kennwerten zuweisen, Blöcke mit konkreten Bauteilwerten füllen und abschließend den erreichten PL mit dem geforderten PLr vergleichen.

Unvollständige Risikobeurteilung: Sicherheitsfunktionen werden definiert, ohne alle relevanten Gefährdungen nach EN ISO 12100 systematisch identifiziert zu haben.
Falsche Kategorienwahl: Eine Kategorie-3-Architektur wird angenommen, obwohl die Testung des zweiten Kanals konstruktiv nicht gegeben ist.
Fehlende oder falsche Bauteilkennwerte: MTTFd- und B10d-Werte werden falsch angenommen statt aus Herstellerdatenblättern oder SISTEMA-Bibliotheken übernommen.
Mangelhafte Implementierung: Die Steuerung wird rechnerisch in SISTEMA erstellt, aber die praktische Verifizierung/Prüfung bei der Erstinbetriebnahme unterbleibt.

Funktionale Maschinensicherheit ist weit mehr als nur das Verbauen eines Not-Halt-Tasters. Sie erfordert ein tiefes Verständnis der Steuerungsarchitekturen, eine präzise quantitative Bewertung z.B. mit SISTEMA und eine lückenlose Validierung nach EN ISO 13849.

Wer hier investiert, schützt nicht nur seine Bediener und Instandhaltungskräfte, sondern sichert auch die CE-Konformität seiner Maschinen und minimiert die Haftungsrisiken für das Unternehmen.

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Explosionsschutz (ATEX): Der ultimative Guide für Betreiber und Hersteller

Fri, 23 Jan 2026 11:08:14 GMT

In Industrien, in denen brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube verarbeitet werden, gehört der Explosionsschutz zur Königsdisziplin der Anlagensicherheit. Ein Funke oder eine heiße Oberfläche kann hier katastrophale Folgen haben. Doch wie unterscheidet man zwischen ATEX-Produkt- und Betriebsrichtlinien, wie werden Zonen korrekt eingeteilt und welche Rolle spielt das Explosionsschutzdokument? In diesem Experten-Beitrag erfahren Sie alles über die Richtlinien 2014/34/EU und 1999/92/EG sowie die praktische Umsetzung im Betrieb.

Inhaltsverzeichnis

Explosionsschutz umfasst alle Maßnahmen, die das Entstehen von Explosionen verhindern oder deren Auswirkungen auf ein unbedenkliches Maß beschränken. Er basiert auf dem Prinzip des "Explosionsdreiecks": Damit eine Explosion stattfindet, müssen ein brennbarer Stoff, Sauerstoff und eine Zündquelle gleichzeitig vorhanden sein.

Man unterscheidet drei Stufen:

Primärer Explosionsschutz: Vermeidung der Bildung explosionsfähiger Atmosphäre (z. B. durch Inertisierung oder Lüftung).
Sekundärer Explosionsschutz: Vermeidung wirksamer Zündquellen (z. B. durch Auswahl geeigneter Betriebsmittel).
Tertiärer (konstruktiver) Explosionsschutz: Begrenzung der Auswirkungen einer Explosion auf ein sicheres Maß (z. B. durch Explosionsunterdrückung oder Druckentlastung).

Im europäischen Raum wird der Explosionsschutz durch zwei zentrale ATEX-Richtlinien (frz. Atmosphères Explosibles) geregelt:

Richtlinie 2014/34/EU (ATEX-Produktrichtlinie): Sie richtet sich an Hersteller und regelt das Inverkehrbringen von Geräten und Schutzsystemen, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden.
Richtlinie 1999/92/EG (ATEX-Betriebsrichtlinie): Sie richtet sich an Betreiber und definiert die Mindestanforderungen zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer.

In Deutschland ist dies primär durch die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) sowie das technische Regelwerk (TRGS/TRBS)

Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, müssen in Zonen unterteilt werden. Die Einteilung richtet sich nach der Häufigkeit und Dauer des Auftretens dieser Atmosphäre:

Die Zone bestimmt direkt die Anforderungen an die zu verwendenden Geräte (Gerätekategorien 1, 2 oder 3 bzw. Equipment Protection Level EPL Ga, Gb, Gc).

Um elektrische oder mechanische Geräte in Zonen sicher zu betreiben, kommen verschiedene Zündschutzarten zum Einsatz. Die bekanntesten sind:

Druckfeste Kapselung (ex d): Eine Explosion im Inneren wird nicht nach außen übertragen.
Eigensicherheit (ex i): Strom und Spannung sind so begrenzt, dass kein Funke genügend Energie zur Zündung hat.
Erhöhte Sicherheit (ex e): Zusätzliche Maßnahmen verhindern hohe Temperaturen und Funkenbildung.
Überdruckkapselung (ex p): Eindringen der Atmosphäre wird durch ein Schutzgas unter Überdruck verhindert.

Gemäß §6 der Gefahrstoffverordnung ist jeder Arbeitgeber verpflichtet, ein Explosionsschutzdokument zu erstellen, noch bevor die Arbeit aufgenommen wird. Es muss unter anderem enthalten:

Die Identifizierung und Bewertung der Explosionsrisiken.
Die Einteilung der Bereiche in Zonen.
Die getroffenen technischen und organisatorischen Schutzmaßnahmen.
Ein Konzept für die regelmäßige Prüfung der Anlagen durch "befähigte Personen".

Mangelhafte Instandhaltung: Dichtungen an ex-geschützten Gehäusen werden nach Wartungsarbeiten nicht korrekt ersetzt.
Falsche Kennzeichnung: Einsatz von Geräten der Kategorie 3 (Zone 2) in Bereichen der Zone 1.
Zündquelle "Mensch": Unterschätzung von elektrostatischer Aufladung durch ungeeignete Kleidung oder Werkzeuge.
Fehlende Dokumentation: Das Explosionsschutzdokument wird nicht aktuell gehalten (z. B. nach Umbaumaßnahmen).

Explosionsschutz ist weit mehr als nur das Anbringen von Warnschildern. Er erfordert ein tiefes Verständnis der verarbeiteten Stoffe, eine präzise technische Planung und eine lückenlose Dokumentation.

Wer hier investiert, schützt nicht nur seine Mitarbeiter, sondern sichert auch seine Sachwerte und die rechtliche Compliance des Unternehmens.

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Safety Integrity Level (SIL): Der ultimative Guide zur Funktionalen Sicherheit

Fri, 09 Jan 2026 09:50:09 GMT

In der modernen Prozessindustrie und im Maschinenbau ist die Beherrschung technischer Risiken nicht nur eine ethische Verpflichtung, sondern eine gesetzliche Notwendigkeit. Das Safety Integrity Level (SIL) ist dabei der zentrale Maßstab. Doch was verbirgt sich hinter den vier Stufen, wie berechnet man die Ausfallwahrscheinlichkeit und warum reicht Technik allein nicht aus? In diesem Experten-Beitrag erfahren Sie alles über die Normen IEC 61508 und IEC 61511 sowie die praktische Umsetzung.

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Das Safety Integrity Level (SIL) ist eine Maßeinheit aus dem Bereich der Funktionalen Sicherheit . Es beschreibt die Zuverlässigkeit von sicherheitsbezogenen Funktionen in elektrischen, elektronischen und programmierbar elektronischen Systemen (E/E/PE). Vereinfacht gesagt: SIL gibt an, wie stark ein Risiko durch ein Sicherheitssystem (z. B. ein Not-Aus-System oder ein Überdruckschutz) reduziert werden muss.

Es gibt vier Stufen, wobei SIL 4 die höchste Stufe der Risikoreduzierung darstellt und SIL 1 die niedrigste Stufe für industrielle Standardanwendungen ist.

Um SIL-konform zu agieren, müssen Unternehmen zwei Hauptregelwerke kennen:

IEC 61508: Die herstellerneutrale "Mutter-Norm". Sie definiert die Anforderungen an Geräte und Komponenten (Sensorik, Logik, Aktorik).
IEC 61511: Die anwendungsspezifische Norm für die Prozessindustrie. Sie richtet sich primär an Planer und Betreiber von Anlagen.

Diese Normen fordern ein systematisches Functional Safety Management (FSM), um sowohl zufällige Hardwareausfälle als auch systematische Fehler zu minimieren.

Die Bestimmung des erforderlichen SIL-Levels erfolgt durch eine Gefährdungsanalyse und Risikobeurteilung . Ein bewährtes Werkzeug hierfür ist der Risikograph . Dabei werden Parameter wie Schadensausmaß, Aufenthaltsdauer, Gefahrenabwehr und Eintrittswahrscheinlichkeit bewertet. Alternativ kommt oft die HAZOP- oder LOPA-Methode (Layer of Protection Analysis) zum Einsatz.

Die technische Verifikation einer Sicherheitsfunktion erfordert die Berechnung spezifischer Kennzahlen:

PFD (Probability of Failure on Demand): Die durchschnittliche Wahrscheinlichkeit, dass ein System im Ernstfall versagt.
PFDavg≈1/2λDU×Ti
SFF (Safe Failure Fraction): Der Anteil der sicheren Ausfälle im Verhältnis zu den Gesamtausfällen.
HFT (Hardware Fault Tolerance): Die Fehlertoleranz des Systems (Redundanz).

Ein SIL-Rating ist ein Prozess, kein einmaliges Zertifikat. Der Sicherheitslebenszyklus umfasst die Analysephase (Gefährdungsanalyse), die Realisierungsphase (Design & Engineering), die Betriebsphase (Wiederholungsprüfungen/Proof Tests) und Modifikationen/Außerinbetriebnahmen.

Fehlendes FSM: Unklare organisatorische Verantwortlichkeiten.
Vernachlässigung der Aktorik: Konzentration nur auf die Sensorik.
Zu lange Prüfintervalle: Erhöhung der PFDavg über zulässige Grenzwerte.
Fehlende oder falsche Nachweisberechnung

Die Beherrschung des Safety Integrity Levels schützt Leben, sichert die Anlagenverfügbarkeit und sorgt für rechtliche Absicherung.

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