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Industrieroboter in der Fertigung

Einsatz von Industrierobotern in der Fertigung
Sicherheitsanforderungen frühzeitig berücksichtigen

Industrieroboter in der Fertigung
© Nataliya Hora - stock.adobe.com
Andreas Otto
Indus­trier­o­bot­er sind wichtige Helfer, die den Men­schen schwere oder gefährliche Tätigkeit­en abnehmen. Allerd­ings müssen die Mitar­bei­t­en­den auch wirkungsvoll vor den Gefährdun­gen geschützt wer­den, die von den „Blechkol­le­gen“ aus­ge­hen. Dabei sind einige geset­zliche Vor­gaben zu beachten.

Im deutschen ver­ar­bei­t­en­den Gewerbe kom­men auf 10.000 Beschäftigte fast 350 Indus­trier­o­bot­er. Damit liegt Deutsch­land weltweit hin­ter Sin­ga­pur, Süd­ko­rea und Japan auf dem vierten Platz. Die meis­ten in der Bun­desre­pub­lik instal­lierten Indus­trier­o­bot­er ver­richt­en ihre Arbeit in der Auto­mo­bilin­dus­trie. Das Ein­satzge­bi­et gestal­tet sich hier vielfältig: Schweißen, Kleben, Nieten, Mon­tieren, Lack­ieren, Ver­pack­en und Palet­tieren sind nur ein paar Beispiele. Die Flex­i­bil­ität dieser „Alleskön­ner“ darf hin­sichtlich der mit ihrer Nutzung ver­bun­de­nen Gefahren­si­t­u­a­tio­nen nicht unter­schätzt wer­den. Indus­trier­o­bot­er weisen kom­plexe Bewe­gungsabläufe auf, die in Kom­bi­na­tion mit unter­schiedlichen Geschwindigkeit­en für den Werk­er ohne fundiertes App­lika­tion­swis­sen nicht vorherse­hbar sind. Daher ist es plau­si­bel, dass sie oft­mals hin­ter einem Schutz­za­un platziert wer­den. Doch welche sicher­heit­srel­e­van­ten Anforderun­gen sind bei ein­er Robot­er­an­wen­dung zu berücksichtigen?

Bereitstellung von Einbauerklärung und Montageanleitung

Aus Sicht der Maschi­nen­richtlin­ie 2006/42/EG han­delt es sich bei Indus­trier­o­bot­ern ohne End­ef­fek­tor und App­lika­tion­spro­gramm um unvoll­ständi­ge Maschi­nen gemäß Artikel 1 g) der Richtlin­ie. Das bedeutet, dass die Robot­er fast ein­er Mas­chine entsprechen und für sich genom­men ihre bes­timmte Anwen­dung nicht erfüllen. Die unvoll­ständi­gen Maschi­nen wer­den eben­falls von der Maschi­nen­richtlin­ie 2006/42/EG erfasst und bedin­gen im Hin­blick auf die Bere­it­stel­lung auf dem Markt nahezu die gle­ichen Anforderun­gen wie das Kon­for­mitäts­be­w­er­tungsver­fahren für „voll­ständi­ge“ Maschi­nen. Welche tech­nis­chen Unter­la­gen generell für unvoll­ständi­ge Maschi­nen zu erstellen sind, wer­den im Artikel VII b) der Maschi­nen­richtlin­ie aufge­lis­tet. Anhand dieser Doku­mente muss es nachvol­lziehbar sein, welche Anforderun­gen der Richtlin­ie einge­hal­ten und umge­set­zt wurden.

Die Ansprüche an die tech­nis­chen Unter­la­gen für „voll­ständi­ge“ Maschi­nen erweisen sich als ähn­lich. Als Unter­schied sei her­aus­gestellt, dass für unvoll­ständi­ge Maschi­nen statt ein­er Kon­for­mität­serk­lärung eine Ein­bauerk­lärung und anstelle ein­er Betrieb­san­leitung eine Mon­tagean­leitung zur Ver­fü­gung zu stellen ist.

Damit ein als unvoll­ständi­ge Mas­chine deklar­i­ert­er Indus­trier­o­bot­er recht­skon­form betrieben wer­den kann, muss er sich­er in ein­er App­lika­tion instal­liert wer­den. Der Robot­er wird also für eine spezielle Anwen­dung mit dem notwendi­gen End­ef­fek­tor und App­lika­tion­spro­gramm verse­hen und dann beispiel­sweise in ein­er Robot­erzelle platziert (Abb. 1).

Risikobeurteilung nach der Drei-Stufen-Methode

Für eine sichere Robot­er­an­wen­dung gilt es in der Risikobeurteilung eine Vielzahl von Fak­toren zu beacht­en. Die Art der App­lika­tion, Zugangsmöglichkeit­en, Betrieb­sarten, Anhal­teweg und ‑zeit des Robot­ers seien als einige Beispiele ange­führt. Let­ztlich bildet die Risikobeurteilung die Grund­lage der risiko­min­dern­den Maß­nah­men. Sie wird nach der Drei-Stufen-Meth­ode durchge­führt. In der ersten Stufe find­et die Prü­fung statt, ob die Gefahren­stellen und das aus ihnen resul­tierende Risiko kon­struk­tiv beseit­igt wer­den kön­nen. Erst danach kom­men die tech­nis­chen Schutz­maß­nah­men zum Ein­satz und abschließend wer­den die Benutzer­hin­weise zu möglichen Restrisiken formuliert.

Im Gegen­satz zu einem kol­la­bori­eren­den Robot­er (Cobot), der sich oft ohne zusät­zliche tren­nende Schutz­maß­nah­men betreiben lässt, gibt es bei ein­er klas­sis­chen Indus­trier­o­bot­er-Anwen­dung immer weit­ere Schutz­maß­nah­men, die den Zugang zum Robot­er ver­hin­dern oder detek­tieren. Eine Aus­nahme stellen dabei bes­timmte Betrieb­sarten, wie der Ein­richt­be­trieb, dar. Hier kann es erforder­lich sein, den Robot­er bei geöffneter Schutztür zu steuern. Ein solch­er Son­der­fall muss eben­so in der Risikobeurteilung betra­chtet und entsprechende Maß­nah­men für den sicheren Ein­richt­be­trieb abgeleit­et wer­den. Als ein geeigneter Ansatz bietet es sich an, dass sich die Betrieb­sart Ein­richt­en lediglich durch geschultes Per­son­al sowie mit reduziert­er Geschwindigkeit und Zus­tim­mung­sein­rich­tung real­isieren lässt.

Verriegelungseinrichtung oder Zugangsabsicherung

Im Automatik­be­trieb wird in den meis­ten Robot­er­ap­p­lika­tio­nen die tren­nende Schutzein­rich­tung ver­wen­det. Welche Beschaf­fen­heit sie erfüllen sollte, ist in der DIN EN ISO 14120 aufge­führt. Die Norm beschäftigt sich mit der Gestal­tung und dem Bau von fest­ste­hen­den und beweglichen tren­nen­den Schutzein­rich­tun­gen. Die bewegliche tren­nende Schutzein­rich­tung wird umgangssprach­lich als Schutztür beze­ich­net. Schutztüren an Robot­er­an­wen­dun­gen erweisen sich nur in Verbindung mit ein­er Ver­riegelung­sein­rich­tung als sin­nvoll. Die Ver­riegelung­sein­rich­tung – auch Sicher­heitss­chal­ter genan­nt – stellt fest, ob die Schutztür geschlossen oder geöffnet ist. Öffnet ein Mitar­beit­er die Schutztür, wird der Robot­er über die vom Her­steller zur Ver­fü­gung gestell­ten Schnittstellen stillge­set­zt. Dieser Vor­gang kann je nach Robot­er­ap­p­lika­tion im Bere­ich von Mil­lisekun­den oder Sekun­den liegen. Sofern die Zutrittszeit des Werk­ers kürz­er als das Stillset­zen der gefahrbrin­gen­den Bewe­gung am Robot­er ist, muss eine zusät­zliche Maß­nahme umge­set­zt wer­den. In diesem Fall fordert die Norm DIN EN ISO 14119 eine Zuhal­tung, also einen Mech­a­nis­mus, der die Schutztür so lange geschlossen hält, bis die gefahrbrin­gende Bewe­gung stoppt.

Wird anstelle ein­er Schutztür eine optoelek­trische Zugangsab­sicherung – beispiel­sweise ein Sicher­heit­slicht­git­ter oder ‑lichtvorhang – instal­liert, erfol­gt die Ermit­tlung des notwendi­gen Sicher­heitsab­stands gemäß DIN EN ISO 13855 wie bei ein­er Schutztür ohne Zuhal­tung. Dazu bedarf es der Ermit­tlung der Nach­laufzeit des gesamten Sys­tems – vom Bedämpfen des Sicher­heit­slicht­git­ters oder ‑vorhangs bis zum Zus­tand, an dem die Roboter­be­we­gun­gen nicht mehr gefährlich sind. Dies wird oft­mals mit dem Still­stand des Robot­ers gle­ichge­set­zt. Eine von geschul­tem Fach­per­son­al durchge­führte Nach­laufzeitmes­sung liefert zuver­läs­sige Werte, mit denen sich der benötigte Sicher­heitsab­stand errech­nen lässt.

Maßnahmen bei eingeschränktem Bewegungsraum

Neben der Zugangsab­sicherung kommt der Größe der Robot­erzelle eben­falls eine entschei­dende Bedeu­tung zu. In der Prax­is wer­den Robot­erzellen meist lediglich an den erforder­lichen Bewe­gungsablauf der Robot­er­an­wen­dung angepasst und nicht an den möglichen Bewe­gungsra­dius des Robot­ers. Für einen eingeschränk­ten Bewe­gungsraum gilt es daher entsprechende Maß­nah­men zu tre­f­fen. Denn in der Real­ität hat sich gezeigt, dass der Schutz­za­un den Indus­trier­o­bot­er je nach dessen Größe nur bed­ingt aufhal­ten kann. Deshalb sind bei einem eingeschränk­ten Bewe­gungsraum des Robot­ers weit­ere Maß­nah­men zum Schutz von Per­so­n­en, die sich außer­halb der Robot­erzelle befind­en, zu real­isieren. Dabei kann es sich zum Beispiel um mech­a­nis­che Endan­schläge an der Haup­tachse oder eine geeignete Fes­tigkeit des Schutz­za­unes han­deln. Zudem gibt es die Möglichkeit der elek­tro­n­is­chen Ach­sein­schränkung durch eine sicher­heits­gerichtete Robotersteuerung.

Die zuvor genan­nten Sicher­heit­san­forderun­gen wer­den durch prozess­be­d­ingte Gefahren ergänzt, sodass zusät­zliche Schutz­maß­nah­men notwendig sind. Beim Schweißvor­gang kön­nen dies beispiel­sweise der Spritz- und Blend­schutz sowie die Absaugung sein. Erst wenn alle Risiken auf ein vertret­bares Maß reduziert sind und die Wirk­samkeit der Schutz­maß­nah­men im Rah­men der Vali­dierung nachgewiesen ist, kommt der Her­steller der Robot­er­an­wen­dung dem Weg hin zu ein­er richtlin­ienkon­for­men Robot­er­ap­p­lika­tion einen großen Schritt näher. Wie so oft gilt auch hier: Eine frühzeit­ige Berück­sich­ti­gung der Sicher­heit­san­forderun­gen ver­hin­dert nachträglich hohe Kosten.


Maschineninspektion vom Spezialisten

Das deutsche Arbeitss­chutzge­setz verpflichtet Maschi­nen­be­treiber dazu, Maß­nah­men für die Sicher­heit und Gesund­heit ihrer Mitar­bei­t­en­den zu tre­f­fen. Gemäß der gel­tenden Betrieb­ssicher­heitsverord­nung stellt der aktuelle Stand der Tech­nik im Bere­ich funk­tionale Sicher­heit zudem einen wesentlichen Bestandteil der wiederkehren­den Prü­fun­gen dar. Um die Maschi­nen­be­treiber bei der Ein­hal­tung dieser Vor­gaben zu unter­stützen, ver­schaf­fen sich die Mitar­bei­t­en­den des Com­pe­tence Cen­ter Ser­vices von Phoenix Con­tact vor Ort einen Überblick über den Sta­tus Quo.

Im Rah­men der Maschi­nenin­spek­tion analysieren die Safe­ty-Experten den derzeit­i­gen Sicher­heitssta­tus des Maschi­nen­parks oder der einzel­nen Mas­chine. Dies geschieht auf der Grund­lage vorhan­den­er Dat­en und tech­nis­ch­er Unter­la­gen. In einem abschließen­den Inspek­tions­bericht wer­den aufgedeck­te Män­gel pri­or­isiert und entsprechende Lösungsan­sätze beschrieben. Somit bekommt der Betreiber einen sicher­heit­stech­nis­chen Überblick über den gesamten Maschi­nen­park. Als Ser­vi­cepart­ner unter­stützt Phoenix Con­tact seine Kun­den auch bei der anschließen­den Pla­nung und Umset­zung der Maß­nah­men auf dem Weg zu mehr Sicherheit. 

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