Schwerpunktthema August 2020: Mensch und Roboter

Den „etwas anderen“ Kollegen sicher integrieren

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Die Entwicklung der Industrierobotik kann als Erfolgsgeschichte gesehen werden – auch aus Sicht des Arbeitsschutzes. Er muss aber mit der Weiterentwicklung der Technologie Schritt halten.

Die Verkaufszahlen von Industrierobotern steigen seit Jahren. Was die Hersteller von Automationsanlagen freut, stellt Arbeitsschützer vor immer neue Herausforderungen. Auf der einen Seite wird der Roboter in der Produktion als Rationalisierungsinstrument kritisch beäugt, auf der anderen Seite übernehmen Roboter Aufgaben, die die Menschen entlasten.

Ein Blick auf die von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung jährlich veröffentlichten Unfallzahlen zeigt: Industrieroboter-anlagen sind im Vergleich zu anderen Maschinen relativ sicher – so ereigneten sich im Jahr 2018 bundesweit und branchenübergreifend 169 meldepflichtige Arbeitsunfälle an Industrierobotern im Vergleich zu 35.732 Arbeitsunfällen an stationären Maschinen insgesamt. Denn zum einen führt der Rückzug von Personen von den Gefahren des Fertigungsprozesses zu geringeren Risiken. Diese Risiken entstehen zum Beispiel durch Schweißfunken oder herausspritzendes flüssiges Metall. Zum anderen wurde der Aufschwung der Industrierobotik bereits durch ein fundiertes Regelwerk begleitet.

Regeln und Normen für den Umgang mit Robotern

Dieses Regelwerk ist die Basis für die Arbeitssicherheit. Eines der ersten umfassenden Technischen Regelwerke für Industrieroboteranlagen, die VDI-Richtlinie 2853, wurde in den 1980er-Jahren unter Federführung von Fachleuten der damaligen Süddeutschen Eisen- und Stahl-Berufsgenossenschaft und des Fachausschusses Eisen und Metall II der Zentralstelle für Unfallverhütung (heute DGUV) entwickelt. Die Grundzüge dieser Schrift finden sich nach wie vor in den weltweit geltenden Normen für Industrieroboter.

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Industrieroboteranlage

Die wichtigsten sind die EN ISO 10218-1 für den „reinen“ Industrieroboter und die EN ISO 10218-2 für die sogenannte Roboterintegration, das heißt die Roboteranlage. Diese harmonisierten Normen sind im Amtsblatt der EU unter der EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gelistet und erfüllen damit die sogenannte Vermutungswirkung. Das bedeutet, dass für nach diesen Normen gebaute Maschinen und Anlagen auch die Einhaltung der EG-Richtlinien angenommen wird. Für erstmals in Verkehr gebrachte Industrieroboteranlagen müssen vom Hersteller folgende Unterlagen bereitgestellt werden:

  • EG-Konformitätserklärung mit CE-Zeichen auf der Maschine
  • Betriebsanleitung
  • Risikobeurteilung (Auslieferung nach Vereinbarung)
  • Technische Dokumentation (Auslieferung nach Vereinbarung)

Vom Gesetzgeber ist vorgesehen, dass der Hersteller die Risikobeurteilung nicht mit der Anlage ausliefern, sondern nur zur Kontrolle für Behörden vorhalten muss. Möchte der zukünftige Betreiber die Risikobeurteilung erhalten, sollte er das im Lastenheft festhalten. Gleiches gilt für die Technische Dokumentation. Wer sich einen ersten Überblick über die Sicherheitsanforderungen verschaffen möchte, kann die DGUV Information 209-074 „Industrieroboter“ bei der BGHM oder der DGUV bestellen.

Unfallgefahren und Schutzmaßnahmen

Der bekannteste Industrieroboter ist der Knickarmroboter. Er hat eine serielle Kinematik, also eine Aneinanderreihung von Roboterachsen, und meistens sechs rotatorische Achsen. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Bauarten, zum Beispiel Scara-Roboter, Portalroboter oder Deltaroboter mit einer Stabkinematik. Alle diese Industrieroboter und -anlagen einschließlich deren Werkzeuge bringen eine Vielzahl von mechanischen Gefährdungen mit sich – etwa Quetsch- und Schergefahren.

Roboteranlagen müssen daher mit Schutzeinrichtungen umgeben sein, zum Beispiel mit Schutzzäunen, oder Gefahrenbereiche müssen mit Laserscannern oder Lichtvorhängen abgesichert werden. Eine Ausnahme bilden Arbeits-plätze mit kollaborierenden Robotern, die speziell für die Mensch-Roboter-Kollaboration konzipiert sind. Hinzu kommen Gefährdungen aufgrund des technischen Prozesses (Schweißen, Lasern), welche zusätzliche Schutzeinrichtungen erfordern können, wie beispielsweise Blendschutz, Absaugung an der Entstehungsstelle und Persönliche Schutzausrüstung.

Mehr als drei Viertel aller schweren Arbeitsunfälle an Industrieroboteranlagen ereignen sich bei der Störungsbeseitigung. Meist geht dem Unfall eine Produktionsstörung voraus, etwa durch verklemmte Teile oder verschmutzte Sensoren. Die Beschäftigten versuchen dann mitunter, den Gefahrenbereich bei nicht vorschriftsmäßig stillgesetzter Anlage zu betreten, um die Störung zu beheben. Teilweise erleichtern unzureichend ausgeführte Schutzeinrichtungen den Zugang. Häufiger kommt es auch zum Außerkraftsetzen von Schutzeinrichtungen (Manipulation).

Oft befinden sich die Roboter während solcher riskanten Aktionen nur in einer softwaregesteuerten Warteposition. Die hohe Reichweite und die Geschwindigkeit von plötzlich einsetzenden Roboterbewegungen werden dabei meist unterschätzt – mit teils schwerwiegenden Unfallfolgen. In den Unterweisungen ist auf diese besondere Gefährdung hinzuweisen. Ursache von Manipulationen sind oft mangelnde Kenntnisse über die Bedienung und das Anlagenkonzept. Diese gilt es offen anzusprechen und zu beseitigen. Die Fachleute der BGHM und der DGUV können dabei unterstützen.

Auch Sonderbetriebsarten können eine Lösung sein, um beispielsweise bestimmte Prozessschritte beobachten zu können. Roboteranlagen werden in den Betrieben auch immer wieder umgebaut. Damit geht die Frage einher, ob es sich bei einem Umbau um eine sogenannte wesentliche Veränderung handelt, die eine erneute EG-Konformitätsbewertung erfordert. Diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden. Überholen, Instandsetzen, ein Werkzeugwechsel und eine Erhöhung des Schutzniveaus gelten nicht grundsätzlich als wesentliche Änderung. Die Fachleute der Berufsgenossenschaft beraten dazu.

Kollaborierende Robotersysteme

Kollaborierende Robotersysteme stellen ein Bindeglied zwischen rein manuellen Arbeitsplätzen und Vollautomation dar. In einem je nach Kollaborationsart weitestgehend schutzzaunlosen Betrieb kann so der Roboter die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei manuellen Tätigkeiten unterstützen. Er kann beispielsweise besonders unergonomische oder monotone Arbeiten übernehmen, während andere Tätigkeiten an diesem Arbeitsplatz weiterhin manuell ausgeführt werden.

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Mobiler Leichtbauroboter in Kollaboration mit dem Menschen

Von den derzeit bekannten vier Kollaborationsarten bietet die sogenannte Leistungs- und Kraftbegrenzung besonderes Potenzial (sogenannte Leichtbauroboter). Hierbei müssen Kräfte und Drücke des Roboters einschließlich Werkzeug bei Kontakt mit Personen so begrenzt werden, dass es nicht zu Verletzungen kommt. Die biomechanischen Grenzwerte für einen solchen Kontakt waren bisher weitgehend unbekannt. In Forschungsprojekten der DGUV und der BGHM wurden und werden dazu mit Unterstützung von Forschungsinstituten umfangreiche Untersuchungen durchgeführt.

Wesentliche Ergebnisse konnten bereits in die Schriften der DGUV und der BGHM übernommen werden. Die internationale Normung hat diese ebenfalls integriert. Die DGUV Information FBHM 080 „Kollaborierende Robotersysteme“ fasst die wichtigsten Anforderungen für kollaborierende Robotersysteme zusammen. Eine webbasierte Planungshilfe wird aktuell in einem Forschungsprojekt der BGHM entwickelt und unterstützt zukünftig Planerinnen und Planer auf dem Weg zum sicheren kollaborierenden Robotersystem. Die bei der BGHM angesiedelten Prüf- und Zertifizierungsstellen des DGUV Test haben bereits zahlreiche kollaborative Systeme sowie sichere Greifersysteme zertifiziert.

Industrie 4.0: Blick in die Zukunft

Die Robotertechnologie wird auch zukünftig eine Schlüsseltechnologie sein oder sogar zu der Schlüsseltechnologie werden. Schon heute sind Industrieroboter miteinander vernetzt. Ferndiagnosen und kollaborierende Robotersysteme kommen schon seit einigen Jahren mit Erfolg zum Einsatz, ebenso auf mobilen Plattformen montierte Roboter. Sprachbefehle, Gestensteuerung und selbst lernende Robotersysteme werden hinzukommen.

Roboter werden noch mehr als bisher die klassischen Industrieanwendungen verlassen und in andere Branchen vordringen, wie zum Beispiel in die Landwirtschaft, Luft- und Raumfahrt, Gesundheit und Pflege. Aus der Sicht der Arbeitsschützer gilt es, die daraus erwachsenden Anforderungen zu begleiten und neu zu definieren. Das Vorschriften- und Regelwerk muss kontinuierlich den sich ändernden Technologien angepasst werden. Die Sicherheitstechnik von Robotersystemen wird sich ebenfalls weiterentwickeln.

Zu sicheren Arbeitsräumen, welche schon heute die Roboterbewegungen begrenzen können, werden leistungsfähige Kamerasysteme hinzukommen. Durch den Zuwachs an Technologie werden die Steuerungen der Robotersysteme komplexer. Daher bleibt es auch in Zukunft wichtig, Prozesssysteme und Schutzsysteme voneinander zu trennen. Übergeordnete Schutzsysteme, zum Beispiel basierend auf Laserscannern oder Kamerasystemen, können im entscheidenden Moment den Mitarbeiter oder die Mitarbeiterin vor einem Unfall schützen.

Dr. Matthias Umbreit, Erik Sebastian, Volker Bautz, BGHM

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