So gelingt Funktionale Sicherheit beim Retrofit von Bestands-Maschinen

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Retrofit von alten Maschinen und Funktionale Sicherheit, das muss kein teurer Widerspruch sein.

• 3 Ansätze für Funktionale Sicherheit beim Retrofit

• Der ganzheitliche Blick auf den löst kostspielige Probleme

• Praktisches Beispiel für den Transfer

Retrofit oder Neuanschaffung einer Maschine: Viele Unternehmen stehen vor dieser Entscheidung. Die sich stets verändernden Anforderungen des Marktes machen Modernisierungen und Anpassungen alter Anlagen notwendig. Doch die sind nicht immer ohne Weiteres umzusetzen und zudem kostenintensiv. Auch die Funktionale Sicherheit darf nicht aus dem Auge verloren werden – verändert sich die bestimmungsgemäße Verwendung wesentlich, wird ein neues Konformitätsverfahren notwendig.

Autor: Johannes Spatz, Niederlassungsleiter Augsburg bei der CE-CON GmbH

Es ist sinnvoll, nicht jede Maschine einzeln zu betrachten, sondern ein Konzept für die Gesamtheit von Maschinen zu entwickeln und die zugehörige Sicherheitssteuerung übergeordnet anzuordnen. So können Änderungen effizient und vor allem günstiger realisiert werden.

Digitalisierung und funktionale Sicherheit von Bestands-Maschinen

Auch im Zeitalter der Digitalisierung ist die Industrie noch geprägt von alten Maschinen und Anlagen. Neue Produktanforderungen und -varianten seitens der Kunden oder die Vorgaben des Betreibers, Prozessoptimierungen mit weniger Stillständen oder andere Stückzahlen, lassen sich mit diesen aber nicht mehr ohne Weiteres umsetzen. Diese Notwendigkeit der Modernisierung und Anpassung von Maschinen sind kein seltenes Szenario. Unternehmen stellt sich dann die Frage, ob man die alten Anlagen einem Retrofit unterziehen sollte oder neue Maschinen anschafft.

Ob ein Retrofit sinnvoll oder eine Neuinvestition nötig ist, muss immer im Einzelfall durch eine Wirtschaftlichkeitsrechnung betrachtet werden. Ein Neukauf kann teuer werden. Weitere Faktoren stellen Produktionskapazität, Platz oder Kenntnisse der Bediener dar.

Die Aufrüstung und Erneuerung der Bestandsmaschine kann ausreichen, um die neuen Anforderungen abzudecken - oft ist ihre Optimierung einfacher und günstiger als ein Neukauf. Denn die alten Maschinen laufen zuverlässig. Ihre Modernisierung verbessert die Ressourceneffizienz, die Qualität der Produktion und verlängert die Lebensdauer. Daraus resultieren sinkende Kosten. Mitarbeiterroutine spielt hier ebenfalls eine große Rolle: die Angestellten kennen die Maschine bereits und müssen nicht neu eingelernt werden.

Maschinensicherheit und andere Herausforderungen des Retrofit

Retrofits verändern in der Regel die Leistung einer Maschine und zählen oft zu den wesentlichen Veränderungen: Dabei werden die Grenzen der Maschine wie die produzierte Stückzahl, die Geschwindigkeit einzelner Komponenten und insgesamt die definierte, bestimmungsgemäße Verwendung verändert. Das macht ein neues Konformitätsverfahren und die Neuausstellung des CE-Kennzeichens erforderlich.

Unternehmen brauchen bei einer internen Durchführung eines Retrofits das Knowhow, um das Engineering und die Konstruktion leisten zu können und Ressourcen, um die Pläne auch umzusetzen. Die Kalkulation muss so ausfallen, dass die Kosten für Planung, Umsetzung und Material niedriger ausfallen als die für eine Neubeschaffung.

Unternehmen versuchen oft, jede Maschine einzeln auf aktuellen Stand der Technik zu bringen, was eine hohe Investition in die Maschinensicherheit mit sich bringt. Ein einzelner Retrofit kann ohne Weiteres in die Zehntausende gehen – mehrere Maschinen hintereinander aufzurüsten wird so zu einer riesigen Investition. Der ganzheitliche Ansatz wird außer Acht gelassen.

Oft sind Maschinen nach einem Retrofit nicht mehr sicher, weil das Schutzkonzept falsch ist oder nicht mehr ausreicht. Es besteht die Gefahr, dass der Blick für den Materialfluss innerhalb der Produktion verloren geht und Schutzeinrichtungen diesen hemmen. Werden diese Einrichtungen demontiert, wird die Maschine in der Folge unsicher. Fehler können hier schnell schwerwiegende Folgen haben, wenn deswegen Menschen in Gefahr gebracht werden. Um an die Bediener übergeben zu werden, muss ein Prozess der Risikobeurteilung durchlaufen werden. Außerdem wird von Betreiberseite die Gefährdungsbeurteilung notwendig, um zu prüfen, ob der Arbeitsschutz gewährleistet ist.

3 Ansätze zur Funktionalen Sicherheit beim Retrofit

Bei der Modernisierung von Maschinen stellt neben der Reparatur oder dem Austausch von Verschleißkomponenten, die Erneuerung der Steuerung mit all ihren Sensoren, Logikeinheiten und Aktoren eine große Herausforderung dar.

Dafür gibt es 3 Ansätze.

1. Der Austausch beschränkt sich auf Einzelkomponenten wie Motoren oder Spindeln. Diese Änderungen lassen sich in der Regel ohne großen Aufwand durchführen.

2. Die Steuerung wird komplett getauscht. Dieser Ansatz geht mit höheren Kosten einher. Die Maschine kann damit aber auf den aktuellen Stand der Technik der Sicherheitsanforderungen gebracht werden. 

3. Es werden neue Funktionen integriert, was oft tiefe Eingriffe in die Steuerung bedeutet. Während die Steuerungen moderner Maschinen auf diese Anpassungen ausgelegt sind, bedeutet dies im Falle älterer Maschinen eine wesentliche Veränderung. Entsprechend muss das gesamte Schutzkonzept überarbeitet und das Konformitätsverfahren erneut durchlaufen werden.

Hier muss zum einen die Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) beachtet werden, die die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Steuerungen fordert, sowie die in der Maschinenrichtlinie harmonisierte Norm DIN EN ISO 13849-1 und 13849-2 zur funktionalen Sicherheit. Sie regelt die Gestaltung und Integration sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen und die Integrität einer Sicherheitsfunktion, das Performance Level einer Maschine. Im Rahmen des Konformitätsbewertungsverfahren werden Sicherheitsfunktionen samt steuerungstechnische Maßnahmen identifiziert und validiert, sodass das festgelegte Sicherheitslevel PLr erreicht wird.

Kann die Steuerung nicht verändert werden, müssen bei einem Retrofit Sicherheitseinrichtungen hinzugefügt werden. Oft werden zum Beispiel trennende oder bewegliche Schutzmaßnahmen oder konstruktive, mechanische und steuerungstechnische Maßnahmen notwendig.

Ganzheitliches Sicherheitskonzept für die gesamte Produktionslinie

Statt einzelne Maschinen kostenintensiv aufzurüsten, bietet es sich an, die gesamte Produktionslinie durch ein ganzheitliches Konzept zu optimieren. Bei der Erstellung eines solchen Schutzkonzeptes ist es wichtig, die Umgebung des Betreibers und die damit verbundenen Anforderungen an die Materialversorgung, Fertigungsbeobachtung und Variantenvielfalt zu beachten, denn nur so kann eine sichere und ressourceneffiziente Maschine hergestellt werden. Einfache und günstige Schutzeinrichtungen können dabei maschinenübergreifend eingesetzt werden. So werden ein durch den CE-Prozess zertifizierter, sicherer Betrieb und ein durchgängig sicheres Umfeld für die Bediener möglich.

Gerade, wenn neue Funktionen in der Steuerung hinzukommen, bietet es sich an, die sicherheitsbezogenen Teile der Steuerung durch ein übergeordnetes System umzusetzen. So können jene Steuerungsteile, die den Funktionen und Prozesse der Maschine dienen, weiterhin beibehalten werden. Nur die Teile, die zum sicherheitstechnischen Stillsetzten aller gefahrbringenden Bewegungen und Funktionen führen, werden sicherheitstechnisch angepasst und auf den Stand der Technik gebracht. Die CE-CON GmbH aus Bremen unterstützt dabei, durch einen automatisierten CE-Prozess den sicheren Betrieb von Maschinen nach dem Retrofit zu gewährleisten.

Beispiel Gesamtschutzkonzept und Funktionale Sicherheit

Eine Palettieranlage besteht aus einem Einlaufband, das verpackte Waren in Kartons in die Anlage bringt, Transportbändern, der Palettenzuführung und Robotern, die die ankommende Ware auf Paletten stellen. Eine Verpackungsmaschine foliert die Paletten und Auslaufbänder transportieren die fertige Palette ab. Alle beteiligten Maschinen sind Altbestände.

Ein Gesamtschutzkonzept mit der übergeordneten Sicherheitssteuerung sieht Folgendes vor:

Das Schutzkonzept beinhaltet Schutzzäune um die gesamte Anlage, die so gestaltet sind, dass die Einsicht in die Anlage jederzeit möglich ist. Für bestimmte Lebensphasen der Maschine und wiederkehrende Tätigkeiten gibt es folgende Zugänge:

• Eine Schutztür an der Palettenzuführung, um die Maschine mit neuen, leeren Paletten zu füllen.

• Ein Sicherheitslichtgitter für einen Zugang in die Roboteranlage. Falls Kartone herausfallen, können diese dann wieder sicher auf die Paletten ablegt werden.

• Eine Schutztür an der Foliermaschine für den Folienpatronenwechsel.

• Ein Sicherheitslichtgitter am Palettenauslauf, so dass die Paletten über ein Muting-System herausgefördert werden können und verhindert wird, dass jemand die Anlage betritt.

Das Schutzkonzept gewährleistet die geringstmögliche Stillstandszeit durch einen Eingriff in die Maschine in Fehlersituationen oder Einrichtvorgängen, da er schnell durch die Zugänge möglich ist. 

Die übergeordnete Sicherheitssteuerung überwacht die Sicherheitslichtgitter, Not-Halt-Tasten und Sicherheitszuhaltungen und wertet sie aus. Sie kann das sicherheitsgerichtete Stillsetzen aller gefahrbringenden Bewegungen und Funktionen einleiten und komplett unabhängig von der Prozesssteuerung realisiert werden. Dafür wird die Abschaltstruktur der relevanten Antriebe mit der übergeordneten Sicherheitssteuerung verbunden. So erspart man sich einen kompletten Retrofit der Steuerung der Einzelmaschinen.

Fazit

Viele Unternehmen stehen vor einer folgenschweren Entscheidung: Retrofit oder Neukauf einer Maschine? Bei der Modernisierung besteht die Möglichkeit, die gesamte Fertigungskette mit einem ganzheitlichen Konzept zu optimieren und die Sicherheitssteuerung, die hohen Schutzanforderungen nachkommen muss, übergeordnet anzuordnen. So ist eine sichere Produktion möglich und das Unternehmen spart durch das übergeordnete Schutzkonzept Zeit und Geld.

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