Funktionale Sicherheit in der Messtechnik: SIL- und PL-konforme Sensorlösungen von Octogon

In modernen industriellen Anlagen und Maschinen steht der Schutz von Mensch, Maschine und Umwelt an erster Stelle. Die Maschinenrichtlinie fordert für sicherheitskritische Anwendungen verlässliche Nachweise über die Ausfallsicherheit des Gesamtsystems. Sensoren wie Kraftmessbolzen, Wägezellen und Drehmomentaufnehmer sind dabei oft das erste und wichtigste Glied in der Sicherheitskette.

Octogon entwickelt und fertigt messtechnische Komponenten, die speziell für den Einsatz in Systemen mit hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit gemäß EN IEC 61508 (SIL) und EN ISO 13849-1 (PL) ausgelegt sind.

Die Sicherheitsstandards: SIL und PL im Überblick

Abhängig von der Branche und der Risikobewertung einer Anlage greifen unterschiedliche Normen, die letztendlich dasselbe Ziel verfolgen: die Reduzierung des Risikos eines gefährlichen Maschinenausfalls auf ein akzeptables Minimum.

• SIL (Safety Integrity Level): Definiert nach EN IEC 61508. Relevant für die Prozessindustrie und komplexe elektronische Systeme. Gliedert sich in die Stufen SIL 1 bis SIL 4.

• PL (Performance Level): Definiert nach EN ISO 13849-1. Der Standard im klassischen Maschinen- und Anlagenbau. Gliedert sich in die Stufen PL a bis PL e.

Für anspruchsvolle Anwendungen in der Hebetechnik oder Bühnentechnik sind Vorgaben wie SIL 3 oder PL e heute branchenüblicher Standard. Um diese Systemvorgaben zu erfüllen, müssen die eingesetzten Sensoren entsprechende Architekturen und Zuverlässigkeitskennzahlen aufweisen.

Technische Umsetzung: Redundanz und CCF-Vermeidung

Ein einzelner, einkanaliger Sensor kann höchste Sicherheitsstufen systembedingt nicht erfüllen. Octogon setzt daher für sicherheitsgerichtete Anwendungen auf konsequente Zweikanaligkeit (1oo2-Architektur) und umfassende Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlern gemeinsamer Ursache (Common Cause Failures, CCF).

Unsere Sicherheitsarchitektur für Kraftmessbolzen und Sensoren umfasst:

1. Echte mechanische und elektrische Redundanz

Der Verformungskörper des Sensors wird mit zwei völlig unabhängigen Dehnungsmessstreifen-Brücken (DMS) appliziert. Beide Messkreise erfassen die gleiche physikalische Kraft, arbeiten aber galvanisch getrennt voneinander. Fällt ein Messkreis aus oder liefert unplausible Werte, erkennt das übergeordnete Sicherheitssystem die Diskrepanz sofort und leitet den sicheren Zustand ein.

2. Getrennte Signalwege und Anschlüsse

Um Übersprecheffekte und gemeinsame Ausfallursachen (z. B. einen einzelnen Kabelbruch, der beide Signale kappt) zu verhindern, werden die internen Verdrahtungen physisch getrennt geführt. Der Anschluss erfolgt über separate Kabelausgänge oder isolierte Mehrfach-Steckverbinder.

3. Diagnosefähigkeit und Signalvielfalt

Die Sicherheit einer Steuerung hängt von ihrer Fähigkeit ab, Sensorfehler zu erkennen (Diagnosedeckungsgrad / DC). Wir unterstützen dies durch unterschiedliche Signalkonfigurationen:

• Invertierte Analogsignale: Kanal A liefert beispielsweise $4 \dots 20\text{ mA}$, während Kanal B gegenläufig $20 \dots 4\text{ mA}$ ausgibt. Eine simple Addition der Werte in der Steuerung muss stets $24\text{ mA}$ ergeben – Abweichungen deuten sofort auf einen Fehler hin.

• Digitale Sicherheitsprotokolle: Voll integrierte Elektroniken mit Protokollen wie CANopen Safety oder PROFIsafe, welche Laufzeiten, Datenintegrität (CRC) und Telegrammverluste zyklisch überwachen.

Dokumentation ist Teil des Produkts

Ein redundanter Sensor ist ohne die passenden statistischen Nachweise für die Zertifizierung der Anlage nutzlos. Die funktionale Sicherheit erfordert eine lückenlose Dokumentation.

Octogon unterstützt Maschinenbauer und Systemintegratoren nicht nur mit der Hardware, sondern liefert die essenziellen Daten für die Sistema-Berechnung (oder vergleichbare Tools):

Kennzahl	Bedeutung für die Anlagenzertifizierung
$\text{MTTF}_d$	Mean Time To dangerous Failure – Die mittlere Zeit bis zu einem gefahrbringenden Ausfall der Sensorik.
B10d	(Bei elektromechanischen Komponenten) – Anzahl der Schaltzyklen, bis 10 % der Bauteile gefährlich ausfallen.
DC	Diagnostic Coverage – Der Diagnosedeckungsgrad unserer integrierten Elektronikkomponenten.
FMEA	Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse zur Identifikation und Bewertung potenzieller Schwachstellen im Design.

Typische Anwendungsgebiete

SIL- und PL-konforme Sensoren von Octogon kommen überall dort zum Einsatz, wo das Versagen der Mechanik Menschenleben gefährden oder immense Sachschäden verursachen könnte:

• Hebetechnik und Kranbau: Überlastsicherungen und Lastmomentbegrenzungen (LMB) bei Mobil-, Turmdreh- und Hallenkranen.

• Bühnentechnik: Seilkraftüberwachung über Zuschauer- und Akteursbereichen (Rigging).

• Automated Guided Vehicles (AGV) & Robotik: Sichere Kraft- und Momentenüberwachung in der Mensch-Roboter-Kollaboration.

• Pressen und Umformtechnik: Absicherung von Schließkräften im schweren Maschinenbau.

Sichere Maschinen beginnen bei sicheren Sensoren.

Planen Sie eine Anlage nach EN ISO 13849 oder EN IEC 61508? Kontaktieren Sie die Experten von Octogon. Wir begleiten Sie von der Risikoanalyse über das Sensordesign bis hin zur Bereitstellung der zertifizierungsrelevanten Zuverlässigkeitsdaten.