Funktionale Sicherheit und schnelle Revalidierung in modularen Fertigungszellen bei häufigen Produktwechseln

Moderne Fertigungsstraßen müssen sich in Rekordzeit an neue Produkte anpassen. Veraltete Sicherheitsarchitekturen führen dabei häufig zu tagelangen Stillständen oder zu unklaren Haftungsrisiken bei Umbauten. Der Fokus der funktionalen Sicherheit verschiebt sich daher vom reinen sicheren Stillstand hin zu einer effizienten, wiederholbaren Wiederinbetriebnahme nach Konfigurationsänderungen. Dieser Artikel fasst die wichtigsten gesetzlichen, normativen und technischen Grundlagen zusammen, die Betreiber modularer, flexibler Fertigungszellen kennen müssen.

Relevanz der neuen EU-Maschinenverordnung 2023/1230

Die Verordnung (EU) 2023/1230 verankert erstmals eine EU-weite Definition der „wesentlichen Veränderung“. Sie tritt am 20. Januar 2027 in verbindlicher Geltung in Kraft und löst die bisherige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ohne Übergangsphase ab.

• Stichtag verbindliche Geltung: 20. Januar 2027 (Quelle S1)
• Artikel zur Definition wesentlicher Veränderung: Artikel 3 Nr. 28, 2023 – erfasst sowohl physische als auch digitale/softwarebasierte Änderungen (Quelle S1)
• Juristisches Fundament: Der Artikel erklärt, warum bereits vorab geplante Konfigurationsspielräume notwendig sind, um Betreiber nicht in die volle Herstellerhaftung zu zwingen (Hinweis aus INFO 1).

Betreiber, die Roboterwerkzeuge, Software oder Schutzbereiche außerhalb der vom Hersteller vorgegebenen Grenzen anpassen und damit neue Gefahren schaffen, gelten rechtlich als Hersteller und müssen die komplette CE-Kennzeichnung neu beantragen.

Was ist eine „wesentliche Veränderung“?

Ein Wechsel von Werkzeugen oder Greifern gilt nicht als wesentliche Veränderung, wenn der Hersteller die betreffenden Werkzeugtypen und Arbeitsbereiche bereits in der Risikobeurteilung sowie in der Betriebsanleitung als bestimmungsgemäße Verwendung bzw. Umrüstung berücksichtigt und validiert hat (FAQ-Antwort, Quelle S1).

Normative Anforderungen an modulare Steuerungssoftware (EN ISO 13849-1:2023)

Die überarbeitete EN ISO 13849-1:2023 stärkt die Anforderungen an sicherheitsbezogene Anwendungssoftware und modulare Steuerungen. Sie schafft Leitplanken für parametrierbare Sicherheitslogik, sodass validierte Softwaremodule bei Werkzeugwechseln nicht jedes Mal komplett neu verifiziert werden müssen.

• Klassifizierungsstufen der Risikominderung (Performance Level): 5 Stufen (PL a bis PL e) nach EN ISO 13849-1 (Jahr 2023, Quelle S2)
• Rückzugsfrist der Vorgängernorm ISO 13849-1:2015: 15. Mai 2027 (Veröffentlichung der Neufassung im EU-Amtsblatt; praktisch überlagert durch MVO-Stichtag) (Jahr 2024, Quelle S2)
• Methodische Vorgehensweise: Ergänzt die Vorgehensweise auf Steuerungsebene und zeigt, welche Normen für modulare Validierungen herangezogen werden müssen (Hinweis aus INFO 1).

Durch den Einsatz standardisierter Sicherheitsmodule und softwareseitiger Parametersätze können Änderungen innerhalb eines vorab nachgewiesenen Sicherheitsfensters bleiben und erfordern lediglich eine programmierte Funktionsprüfung statt einer kompletten Neuausstellung der Konformität.

Adaptive Schutzräume und dynamisches Risikomanagement zur Laufzeit

Statt starrer Schutzzäune setzen moderne Fertigungszellen auf umschaltbare Schutzfelder, 3-D-Sicherheitskameras und dynamisches Risikomanagement (DRM). Sicherheitszonen passen sich situativ den Roboterposen, Geschwindigkeiten und Werkstücken an, anstatt bei jeder Werkstückänderung physisch versetzt zu werden.

• Anwendungsregel für dynamische/autonome Sicherheit: VDE-AR-E 2842-61 (2021) – Rahmenwerk für Spezifikation und Entwurf autonomer Systeme inklusive Laufzeit-Risikomanagement (Quelle S3)
• Technologischer Lösungsansatz: Bietet konkrete Umsetzung für adaptive Sicherheit ohne mechanischen Umbauaufwand (Hinweis aus INFO 1).

Praktische Umsetzung: Modularisierung der Sicherheitsfunktionen

Der Schlüssel zu einer schnellen Wiederinbetriebnahme liegt in der strukturierten Modularisierung der Sicherheitsfunktionen. Werden flexible Produktionszellen ohne vordefiniertes Sicherheitskonzept modifiziert, droht eine gravierende regulatorische Falle: Nach der europäischen Maschinenverordnung gilt jede vom Hersteller nicht vorhergesehene physische oder digitale Modifikation, die neue Risiken erzeugt, als „wesentliche Veränderung“. Damit wird der Betreiber unvermittelt zum Hersteller mit der Pflicht zur vollständigen Neuzertifizierung samt CE-Kennzeichnung.

Um diesen Engineering-Aufwand zu umgehen, müssen Zellenintegratoren künftige Rüstzustände, Greifertypen und Schutzzonenkonfigurationen bereits in der initialen Risikobeurteilung antizipieren und modular abbilden. Technologisch stützt sich dieser Wandel auf moderne Steuerungsnormen wie die EN ISO 13849-1:2023, die einen klaren Rahmen für modulare Anwendungssoftware und softwarebasierte Parametrierung vorgibt. Anstelle starrer Lichtschranken erfassen dynamische 3-D-Sicherheitssensoren das Umfeld, während Konzepte des dynamischen Risikomanagements (wie in der VDE-AR-E 2842-61 skizziert) die Schutzfelder während der Roboterbewegung in Echtzeit adaptieren. So lässt sich die Sicherheitslogik per validiertem Rezeptwechsel mit dem neuen Fertigungsauftrag laden – sicher, gesetzeskonform und ohne tagelangen Stillstand.

Risiken und Gegenmaßnahmen

Bei der flexiblen Umkonfiguration modularer Zellen müssen zwei zentrale Risiken beachtet werden:

• Ungewollte Herstellerverantwortung: Wird eine Zelle flexibel umkonfiguriert, ohne dass der ursprüngliche Zellenbauer diese Varianten in der Betriebsanleitung und Risikobeurteilung vorgesehen hat, droht eine juristische Einstufung als wesentliche Veränderung nach EU 2023/1230 – mit voller Pflicht zur Neuzertifizierung (Quelle INFO 1).
• Erhöhte Cyber-Risiken: Dynamische Revalidierung erfordert digitale Schnittstellen und Remote-Parametrierung; nach MVO Anhang III und IEC 62443 gefährdet unzureichende IT-Sicherheit unmittelbar die funktionale Sicherheit (Security for Safety) (Quelle INFO 1).

Gegenmaßnahmen umfassen die frühzeitige Integration von IT-Sicherheitskonzepten (z. B. IEC 62443) und die Dokumentation aller möglichen Konfigurationsvarianten im Rahmen der initialen Risikobeurteilung.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wann gilt ein Werkzeug- oder Greiferwechsel als wesentliche Veränderung?

Ein Wechsel gilt dann nicht als wesentliche Veränderung, wenn der Hersteller der Zelle diese Werkzeugtypen und Arbeitsbereiche bereits in der Risikobeurteilung sowie der Betriebsanleitung als bestimmungsgemäße Verwendung bzw. Umrüstung berücksichtigt und validiert hat (Quelle S1).

Wie lässt sich die funktionale Sicherheit ohne wiederholte CE-Neuzertifizierung modularisieren?

Durch standardisierte Sicherheitsmodule und softwareseitige Parametersätze gemäß EN ISO 13849-1:2023; Veränderungen bewegen sich dann innerhalb eines vorab nachgewiesenen Sicherheitsfensters und erfordern lediglich eine programmierte Funktionsprüfung statt einer Neuausstellung der Konformität (Quellen S2, S4).

Fazit

Die Kombination aus der neuen EU-Maschinenverordnung 2023/1230, der überarbeiteten EN ISO 13849-1:2023 und dynamischen Risikomanagement-Ansätzen wie VDE-AR-E 2842-61 bildet das Fundament für sichere, flexible Fertigungszellen. Durch vorausschauende Modularisierung der Sicherheitsfunktionen, die bereits in der initialen Risikobeurteilung definierten Konfigurationsspielräume, können Unternehmen Produktwechsel in Rekordzeit realisieren, ohne in die volle Herstellerhaftung zu geraten oder umfangreiche CE-Neuzertifizierungen zu benötigen. Gleichzeitig müssen Cyber-Risiken und die Dokumentation aller Varianten konsequent adressiert werden, um die funktionale Sicherheit langfristig zu gewährleisten.