Besonderheiten bei der Planung und Realisierung der Technischen Ausrüstung der Klappbrücke über die Peene in Loitz 1
Die neuen EG-Richtlinien im Stahlwasserbau: Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Risikobeurteilung 2
Gliederung: 1. Vorstellung der Dr. Roschig Hydraulik GmbH 2. Einleitung 3. Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG 4. Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau 5. Fazit 3
Dr. Roschig Hydraulik GmbH Das Ingenieurbüro für Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Ingenieurleistungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik 4
Dr. Roschig Hydraulik GmbH Firmensitz: 18184 Roggentin / Rostock; gegründet 1991 Mitarbeiteranzahl: 5 Projektingenieure (Maschinenbau / Elektrotechnik) Leistungsspektrum: PLANUNG UND REALISIERUNG von Antriebslösungen Projektierung / Projektmanagement Technische Diagnostik / Technische Dokumentation Schaltschrank- und Aggregatebau Wartung / Vorbeugende Instandhaltung Forschung und Entwicklung / Schulung 5
Einleitung: Das Investitionsvorhaben: Ziel: Die optimale technische Lösung (= Kundenzufriedenheit) als Ergebnis des Zusammenwirkens aller Anforderungen aus: - Nutzung und Ökologie - Gestaltung und Konstruktion - Bautechnologie und Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung der Vorstellungen und Wünsche des Bauherren und der GESETZLICHEN, bautechnischen und architektonischen Möglichkeiten 6
EG-Richtlinien im Stahlwasserbau Welche Gesetze betreffen die Maschinentechnik? 7
Einleitung: Normen und Richtlinien Norm Stand der Technik Richtlinie Gesetz 8
Einleitung: Normen und Richtlinien EG-Richtlinie Nationales Recht (Gesetz) Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV) Umwelthaftungsrichtlinie 2004/35/EG Umweltschadensgesetz (USchadG) 9
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG (Anwendung seit dem 29.12.2009 gesetzlich verbindlich!) Ziel: Schutz von Mensch, Maschine und Umwelt Umsetzung: CE-Kennzeichnung zum Nachweis einer sicheren Maschine 10
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Was ist NEU an der EG-MRL 2006? IM GRUNDE NICHTS NEUES! Aber eine Vielzahl von Änderungen im Detail und in der DOKUMENTATION! Neue Normen! Eine umfassende Dokumentationspflicht Der probabilistische Ansatz bei der Beurteilung sicherheitsgerichteter Steuerungssysteme Der quantitative Nachweis des erreichten Sicherheitsniveaus Die Einbauerklärung für unvollständige Maschinen (z. B.: Hydraulikaggregate) Die Montageanleitung für unvollständige Maschinen 11
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Zwei wichtige, verbindliche Normen: EN ISO 12100:2010 (A-Norm) Grundbegriffe, Leitsätze, Methodik Leitsätze zur Risikobeurteilung und minderung EN ISO 13849-1 (Harmonisierte B1-Norm mit Vermutungswirkung) Sicherheit von Maschinen- Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze 12
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Zwei wichtige, verbindliche Normen: Alt: Neu: EN ISO 12100-1 EN ISO 12100-2 EN ISO 14121 EN ISO 12100:2010 EN 954-1 (verlor am 31.12.2011 ihre Vermutungswirkung!) EN ISO 13849-1 13
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: START Festlegung der Grenzen der Maschine Iterativer Prozess der Risikobeurteilung und minderung nach EN ISO 12100:2010 Ja Identifizierung der Gefährdungen Risikoeinschätzung Risikobewertung Wurde das Risiko hinreichend gemindert? Nein Kann die Gefährdung beseitigt werden? Nein Kann das Risiko durch die Konstruktion gemindert werden? Nein Kann das Risiko durch Schutzeinrichtungen gemindert werden? Nein Können die Grenzen neu festgelegt werden? Ja Ja Ja Ja Nein ENDE Schritt 1 Risikominderung durch Inhärent sicher Konstruktion Schritt 2 Risikominderung durch Technische Schutzmaßnahmen Schritt 3 Risikoanalyse Risikobeurteilung Iterativer Prozess zur Gestaltung der sicherheitsbezogenen Teile der Steuerung (SRP/CS) Risikominderung durch Benutzerinformation Nein Ja Wurde die Risikominderung erreicht? Nein Wurde die Risikominderung erreicht? Nein Wurde die Risikominderung erreicht? Wurden neue Gefährdungen erzeugt? Ja Ja Ja Ja Nein Hängt die Schutzmaßnahme von einer Steuerung ab? 14 Nein
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Iterativer Prozess der Risikobeurteilung nach EN ISO 12100:2010 Festlegung der Grenzen der Maschine Identifizierung der Gefährdungen Risikoanalyse Risikoeinschätzung Risikobewertung Risikobeurteilung Wurde das Risiko hinreichend vermindert? Ja ENDE Nein 15
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Iterativer Prozess der Risikobeurteilung und minderung nach EN ISO 12100:2010 Die Beseitigung oder Minderung der Gefährdung im Prozess der Risikominderung erfolgt in einer 3-Schritt-Methode: 1. Inhärent sichere Konstruktion 2. Technische Schutzmaßnahmen 3. Benutzerinformationen Wird im Prozess der Risikominderung eine Schutzmaßnahme erforderlich, die über sicherheitsrelevante Bauteile einer Steuerung realisiert wird, so ist die SICHERHEITSFUNKTION der Steuerung zu bestimmen (= quantitativer Nachweis der Funktionalen Sicherheit nach EN ISO 13849-1)! 16
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Identifizieren der notwendigen Sicherheitsfunktionen Festlegung der Eigenschaften jeder Sicherheitsfunktion Iterativer Prozess der Gestaltung der sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen (SRP/CS) nach EN ISO 13849-1 Bestimmen des erforderlichen Performance Levels PLr Gestaltung und technische Realisierung der Sicherheitsfunktion Ermittlung des Performance Levels PL der sicherheitsbezogenen Teile Verifikation des PL für die Sicherheitsfunktion: Ist PL PLr? Nein Für jede Sicherheitsfunktion Ja Validierung: Sind alle Anforderungen erreicht? Nein Ja Sind alle Sicherheitsfunktionen analysiert worden? Nein 17 Ja
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 1: Identifikation der notwendigen Sicherheitsfunktionen und Festlegen der Eigenschaften jeder Sicherheitsfunktion Eine Sicherheitsfunktion ist eine Funktion, die von einem sicherheitsbezogenen Steuerungssystem zur Risikominderung mit dem Ziel ausgeführt wird, unter Berücksichtigung eines festgelegten gefährlichen Vorgangs einen sicheren Anlagenzustand zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Sicherheitsfunktion wird über den Safety Integrity Level (SIL nach EN IEC 62061) oder über den Performance Level (PL nach EN ISO 13849) eingestuft. 18
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 2: Bestimmen des erforderlichen Performance Levels PLr Der Beitrag zur Risikominderung, den Zuverlässigkeit und Struktur der Steuerung leisten, kann variieren und wird in Stufen (PLr a bis e ) eingeteilt. S = Schwere der Verletzung F = Häufigkeit / Aufenthaltsdauer P = Möglichkeit zur Vermeidung Risikograph nach EN ISO 13849-1 zur Ermittlung des PLr 19
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 2: Bestimmen des erforderlichen Performance Levels PLr S = Schwere der Verletzung F = Häufigkeit / Aufenthaltsdauer P = Möglichkeit zur Vermeidung Risikograph nach EN ISO 13849-1 zur Ermittlung des PLr = Ergebnis der Leistungsphase 3 (Entwurfsplanung) der HOAI ; Teil 4 Fachplanung, Abschnitt 2 Technische Ausrüstung ; Besondere Leistung 20
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 3: Gestaltung und technische Realisierung der Sicherheitsfunktionen; einschließlich Ermittlung des Performance Levels PL I (Eingang) L (Logik) O (Ausgang) Teilsystem oder SRP/CS Teilsystem oder SRP/CS Teilsystem oder SRP/CS Sensoren Auswerteeinheit Aktoren Aufbau einer Sicherheitsfunktion (SF) = Schwerpunkt der Leistungsphase 5 (Ausführungsplanung) mit quantitativem Nachweis der Funktionalen Sicherheit nach EN ISO 13849-1 21
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 3: Gestaltung und technische Realisierung der Sicherheitsfunktionen; einschließlich Ermittlung des Performance Levels PL Die SF wird in die Teilsysteme Erfassen (Sensoren), Auswerten (Auswerteeinheit-Logik) und Reagieren (Aktoren) zerlegt. Jedes Teilsystem (SRP/CS) leistet einen Beitrag zur SF und ist eigenständig zu bewerten. Man erhält zunächst die Teilergebnisse (PL). Hierfür gibt es zwei Vorgehensweisen: Bestimmung des PL der SRP/CS durch Abschätzung quantifizierbarer Aspekte (MTTFd- bzw. β10-werte für einzelne Bauteile, DC, CCF, Struktur) und nicht quantifizierbarer Aspekte, die das Verhalten der SRP/CS beeinflussen (Verhalten unter Fehlerbedingungen, sicherheitsbezogene Software, systematische Ausfälle und Umgebungsbedingungen) Verwendung zertifizierter Komponenten - Bereitstellung der notwendigen Kennwerte (PL) durch den Hersteller 22
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 3: Gestaltung und technische Realisierung der Sicherheitsfunktionen; einschließlich Ermittlung des Performance Levels PL PL a b c d MTTF d niedrig MTTF d mittel MTTF d hoch e Cat. B DC kein Cat. 1 DC kein Cat. 2 DC niedrig Cat. 2 DC mittel Cat. 3 DC niedrig Cat. 3 DC mittel Cat. 4 DC hoch Beziehung zwischen den Kategorien, DC, MTTFd jedes Kanals und dem PL nach EN ISO 13849-1 23
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 3: Gestaltung und technische Realisierung der Sicherheitsfunktionen; einschließlich Ermittlung des Performance Levels PL Beispiel für eine komplexe SF bestehend aus den Subsystemen : Sensor, Sicherheits-SPS, Hydraulische Steuerung 24
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 4: Verifikation Dieser Schritt klärt die Frage, inwieweit der erzielte PL jeder einzelnen SF dem geforderten PLr entspricht. Wenn PL PLr erfüllt, dann für Maschinenkonstruktion! 25
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 4: Verifikation Die Beurteilung der Funktionalen Sicherheit ist eine auf Nachweis gestützte Untersuchung. Der gesamte Entwicklungsprozess ist zu dokumentieren. Vom IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) wurde ein Software-Assistent SISTEMA zur Bewertung von sicherheitsbezogenen Maschinensteuerungen entwickelt. 26
Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG: Entwurf und Realisierung von sicherheitsbezogenen Steuerungen: Schritt 5: Validierung Bei der Validierung wird überprüft, ob das sicherheitsbezogene Steuerungsteil die in der Spezifikation beschriebenen Anforderungen erfüllt. Grundlage dafür ist der zu erstellende Sicherheitsplan. Die Verantwortlichkeiten sind zu definieren und zu dokumentieren. Der Inhalt der Dokumentationsliste ist durch die Maschinenrichtlinie vorgegeben. Nach erfolgreicher Validierung kann die EG-Konformitätserklärung bezüglich der risikomindernden Schutzmaßnahme erstellt werden. 27
EG-Richtlinien im Stahlwasserbau Welche Bedeutung hat die neue EG-MRL für die Antriebstechnik im SWB? 28
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Normen, harmonisierte EN-Normen bei der Umsetzung der EG-MRL: Orientierung am Stand der Technik (= Norm)! Die EG-MRL ist Gesetz (9. ProdSV)! Es besteht jedoch keine gesetzliche Verpflichtung, Normen oder harmonisierte Normen einzuhalten! Die Einhaltung einer harmonisierten Norm führt aber zur Entfaltung der Vermutungswirkung (gesetzlich vermuteter Beweis der Konformität). Die harmonisierten EN-Normen Sicherheit von Maschinen sind in 3 Hauptgruppen unterteilt: A-Normen Grundnormen Grundlegende Sicherheitsanforderungen B-Normen Gruppennormen Ausgestaltung von Sicherheitstechnik C-Normen Produktnormen Maschinenspezifische Normen 29
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Normen, harmonisierte EN-Normen bei der Umsetzung der EG-MRL: PROBLEM: Anlagen im Stahlwasserbau Es existiert keine C-Norm für das Produkt Anlagen im Stahlwasserbau. Damit muss auf die Grundnorm EN ISO 12100:2010 und die B-Normen zurückgegriffen werden. A-Normen B-Normen C-Normen EN ISO 12100:2010 EN ISO 13849-1 (ersetzt die EN 954-1) EN ISO 4413 (ersetzt die EN 982) Nicht vorhanden! Der Konstrukteur muss anlagenspezifisch den PLr für jede SF selbst bestimmen (keine Vorgaben aus der C-Norm)! 30
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Normen, harmonisierte EN-Normen bei der Umsetzung der EG-MRL: PROBLEM: Anlagen im Stahlwasserbau SWB SWB SWB Schleusen, Wehre Sicherheitstore, Rechenreinigungsanlagen Talsperren Schiffshebewerke Bewegliche Brücken Hafenanlagen (Fähranleger, Gangway u. a.) Komplexe Gebilde mit anlagenspezifischer Risikobeurteilung! 31
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Normen, harmonisierte EN-Normen bei der Umsetzung der EG-MRL: PROBLEM: Anlagen im Stahlwasserbau Die dokumentierte Anwendung der harmonisierten Normen im Stahlwasserbau bedeutet stets: Mehraufwand! anlagenspezifisch Losgröße 1! KOSTEN! 32
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Normen, harmonisierte EN-Normen bei der Umsetzung der EG-MRL: PROBLEM: Anlagen im Stahlwasserbau Erster Lösungsversuch: Von der Fachstelle der WSV für Verkehrstechniken in Koblenz liegt seit Dezember 2010 ein Leitfaden zur Maschinensicherheit an Anlagen der WSV vor. Dieser beinhaltet eine Musterrisikobeurteilung und ein Normenverzeichnis. Damit existiert für den Konstrukteur ein grober Forderungskatalog! z. B.: Anforderung an ein hydraulische Subsystem: Beispiel: Sicherheitsbezogene Teile der Steuerung von hydraulischen Systemen müssen mindestens der Kategorie 2 der EN ISO 13849-1 entsprechen! Der PLr für das hydraulische Subsystem ist in der Mehrzahl der Antriebe mit d ausgewiesen! 33
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Auswahl der Komponenten; Zuverlässigkeitskennwerte hydraulischer Komponenten: Für federbelastete Ventile an Zylindern können in der Regel MTTFd-Werte von 150 Jahren angenommen werden. SWB-Zylinder mit angeflanschtem Senkbremsventil (federbelastet) 34
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Auswahl der Komponenten; Zuverlässigkeitskennwerte hydraulischer Komponenten: Für federbelastete Ventile an Zylindern können in der Regel MTTFd-Werte von 150 Jahren angenommen werden. SWB-Zylinder mit angeflanschtem Senkbremsventil (federbelastet) 35
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Auswahl der Komponenten; Zuverlässigkeitskennwerte hydraulischer Komponenten: Komplizierter gestaltet sich die Ermittlung der Kennwerte für die Kombination Hydraulik- Elektrik. Dies betrifft insbesondere elektrisch schaltende Wegeventile, elektromechanische Druckschalter oder Schaltstellungsüberwachungen an Ventilen. Hier besteht Klärungsbedarf hinsichtlich der Norminterpretation! Ventilblock mit elektrisch schaltenden Ventilen auf einem SWB-Zylinder 36
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Problematik: Sicherheit von beweglichen Brücken Klappbrücke in Straßenverkehrslage Klappbrücke in geöffneter Stellung 37
Die Auswirkungen der EG-MRL auf die Antriebstechnik im Stahlwasserbau: Problematik: Sicherheit von beweglichen Brücken SF 1: SF 2: Stillsetzen der Bewegung (Not-Aus; Not-Halt) = Sicherer Halt (Zylinder mit angeflanschtem Senkbremsventil federbelastet) Schwimmstellung in Straßenverkehrslage ( elektrisch ) = aufwendiger Prozess zur Nachweisführung der Funktionalen Sicherheit des hydraulischen Subsystems 38
Fazit: Zusammenfassung: Hohe Verantwortung und Sorgfaltspflicht für Planer, Konstrukteur und Betreiber von Anlagen beim Nachweis der Funktionalen Sicherheit nach EN ISO 13849-1 Hoher Koordinierungsaufwand hinsichtlich frühestmöglicher Abstimmung zwischen der Antriebs- und Steuerungstechnik, dem Anlagenerrichter und dem Betreiber (Sicherheitsfunktionen als Gesamtheit betrachten!) Sicherheit Kosten Verfügbarkeit (Welchen Nutzen bringt eine sichere Brücke, die infolge überzogener Sicherheitstechnik nur noch Störungen liefert?) Risikobeurteilung muss mit Fachkompetenz und gesundem Menschenverstand erstellt werden (Welche Konsequenzen hat ein PLr = e in der Realisierung? ) ACHTUNG: Die Risikobeurteilung unterschreibt der Betreiber (AG)! Je einfacher die eingesetzte Sicherheitstechnik, desto effizienter ist die Sicherheitsfunktion! 39
Fazit: Zusammenfassung: Die Einführung der EG-MRL 2006/42/EG mit Nachweis der Funktionalen Sicherheit nach EN ISO 13849-1 ab dem 01.01.2012 stellt eine anspruchsvolle, aber lösbare Herausforderung für Planer, Konstrukteure, Errichter und Betreiber dar! 40