Cluster Mechatronik & Automation

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30.01.2020

Die Physik entscheidet über das richtige Fehlermodell

Zuverlässigkeit mechanischer Sicherheitseinrichtungen bewerten

Zufälliger oder systematischer Fehler? Das ist die Frage bei der Bewertung der Zuverlässigkeit mechanischer Sicherheitseinrichtungen. Oft wählen Planer, Konstrukteure und Hersteller von Anlagen probabilistische Bewertungsmodelle wie den Sicherheits-Integritätslevel (SIL). Doch diese Extrapolation des Ansatzes ist nicht zulässig: Bei mechanischen Bauteilen treten ausschließlich systematische Fehler auf, die vermieden werden können.

Probabilistische Bewertungsmodelle wurden entwickelt, um zufällige Fehler zu quantifizieren und damit beherrschbar zu machen. Zufällige Fehler resultieren aus den physikalischen Eigenschaften von elektrischen, elektronischen und programmierbar elektronischen Bauteilen (EIE/PE-Systemen). Dies betrifft insbesondere Transistoren, Halbleiter, Platinen und andere Komponenten der Stromkreise, die digitale Schaltprozesse ausführen. Zufällige Fehler können bei diesen Bauteilen zum Ausfall führen. In der Praxis wird das in einem technischen Konzept der Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigt

 

 Auch bedingt durch den vermehrten Einsatz von (semi-) quantitativen systematischen Sicherheitsbetrachtungen in den Unternehmen ist die Annahme weit verbreitet, dass beim Design und bei der Bewertung der technischen Sicherheitsmaßnahmen auch mechanische Komponenten wie Sicherheitsventile in die Berechnungen einfließen müssen. Dahinter steht meist die Frage, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Bauteil in einem definierten Zeitraum bei Anforderung der Sicherheitsfunktion nicht reagiert, sprich: defekt ist. Die häufig anzutreffende, hybride Bauweise (z.B. elektronische Ansteuerungen von Absperrarmaturen) hat dazu beigetragen, den Blickwinkel auf die mechanischen Sicherheitseinrichtungen zu verändern und Missverständnisse zu verstärken.


Auf der Suche nach Antworten werden bei mechanischen Komponenten bisweilen Annahmen gemacht, die auf Betriebserfahrungen beruhen. Oder vom Komponentenhersteller werden „SIL-äquivalente“ Kennwerte gefordert. Dieser Ansatz verkennt, dass SIL-Betrachtungen ausschließlich auf Systeme aus elektrischen, elektronischen und programmierbar elektronischen Bauteilen (E/E/PE-Systeme) angewendet werden können und ist zudem riskant: Er impliziert, dass mechanische Bauteile früher oder später zufällig versagen.


Mechanik überlässt nichts dem Zufall


Doch das ist nicht der Fall. Rein mechanisch belastete Bauteile einer Komponente können exakt berechnet, dimensioniert, ausgelegt und mit gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Sorgfältig produziert und verarbeitet versagen diese Bauteile nicht zufällig, sondern ermüden präzise vorhersehbar am Ende ihrer Entwurfslebensdauer oder nach einer bestimmen Anzahl an Lastwechseln.


Im Umkehrschluss bedeutet dies: Spricht ein Sicherheitsventil im Anforderungsfall nicht an, ist das stets auf systematische Fehler zurückzuführen: Ist beispielsweise Korrosion ausschlaggebend für die Fehlfunktion, dann wurde schon in der Entwicklungsphase das falsche Material ausgewählt. Oder ist die Dichtfläche vom Betriebsmedium verklebt, vielleicht sogar die Eintrittsöffnung teilweise oder ganz durch Ablagerungen verstopft, dann wurden die Wartungsintervalle zur Reinigung des Bauteils zu lang gewählt oder bereits ein Fehler beim Design gemacht. Denn Ablagerungen lassen sich grundsätzlich auch während des Betriebs durch kontinuierliche Spülung des Anschlussstutzens vermeiden. Diese und andere systematische Fehler sind – im Unterschied zu zufälligen Fehlern – stets vermeidbar.

 

Die Autoren:


Rainer Semmler,
Process Safety Management, TÜV SÜD Chemie Service &
Christian Eberle, Leiter Kompetenzzentrum Funktionale Sicherheit, TÜV SÜD Industrie Service

 

Mehr Informationen unter:
www.tuevsued.com/is-fusi

TÜV SÜD Chemie Service GmbH
Industriepark Höchst,
Geb. B 598
65926 Frankfurt am Main
Telefon: 0151 21406933
Fax: 069 305-17382
rainer.semmler@tuev-sued.de

TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Niederlassung Regensburg
Friedenstraße 6
93051 Regensburg
Telefon: 0941 9910-402
Fax: 0941 9910-470
christian.eberle@tuev-sued.de


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