Besondere Gefährdungen

Zu den Aufgaben des Konstrukteurs bzw. Sicherheitsingenieurs gehört auch die Berücksichtigung des besonderen Gefährdungspotenzials durch Roboter und deren Betrachtung im Rahmen der Risikobeurteilung. Schließlich war es nicht ohne Grund so, dass die Arbeitsbereiche von Mensch und Roboter jahrzehntelang strikt getrennt werden mussten. Hilfreich sind in diesem Zusammenhang die Gefährdungslisten im Anhang A der ISO10218-1 und ISO10218-2, die speziell auf die Gefährdungen von Robotern und in Roboterzellen eingehen.

Konkret besteht das Gefährdungspotenzial u.a. darin, dass Roboter Bewegungen mit hoher Energie und Reichweite ausführen und dass ihr Verfahrweg nur schwer vorhersehbar ist. Unter Umständen muss auch damit gerechnet werden, dass mehrere Roboter in einem gemeinsamen Betriebsraum arbeiten. Deshalb muss der Kollaborationsraum eindeutig festgelegt werden und jede Bedienperson in diesem Raum, d.h. im Arbeitsbereich des Roboters, muss ein eigenes Steuerungselement mit sich führen. Ebenfalls vorgeschrieben ist der Einsatz einer sicheren Software zur Achs- und Raumbegrenzung, die in der Regel vom Hersteller des Roboters bereitgestellt wird.

Möglichkeiten zur Gestaltung des kollaborierenden Betriebes

Die ISO/TS stellt vier Möglichkeiten in den Mittelpunkt, wie die Kollaboration zwischen dem Bediener und dem Roboter realisiert werden kann. Zu diesen gehören die Handführung des Roboters (Bewegung des Roboterarms durch menschliche Krafteinwirkung), die Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung (Verringerung Geschwindigkeit durch Abstand), der sicherheitsbewertete überwachte Halt (Stoppkategorie 2, Wiederanlauf beim Verlassen vom Kollaborationsraum) und die Leistungs- und Kraftbegrenzung (Risikominderung durch reduzierte Kräfte). Fast alle diese Methoden bedingen eine steuerungstechnische Realisierung, sodass zusätzliche Sicherheitsfunktionen zu bewerten sind.

Leistungs- und Kraftbegrenzung

Die wesentliche Gefährdung bei der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ist der unbeabsichtigte Kontakt von beiden. Bei der Leistungs- und Kraftbegrenzung sollen daher die resultierenden Folgen eines solchen Kontakts reduziert werden. Kann es im Kollaborationsraum zu einem Kontakt kommen, sind auf die einzelnen Körperteile bezogene Belastungsgrenzwerte zu beachten. Das kann durch passive Schutzmaßnahmen geschehen, z.B. durch Schaumstoffpolster, eine Vergrößerung der Kontaktfläche oder eine Begrenzung der bewegten Massen. Oder aber der Konstrukteur der kollaborativen Roboterzelle beugt aktiv, per Steuerungstechnik, vor – z.B. durch eine Begrenzung von Kraft oder Drehmoment oder durch die Integration von Sensorik, die den Bediener detektiert.

Sichere Überwachung

Somit müssen beim kollaborierenden Betrieb von Roboterzellen verschiedene Sicherheitsfunktionen realisiert werden. Je nach gewählter Realisierung des kollaborierenden Betriebs sind z.B. Drehmoment, Kraft, Geschwindigkeit oder Position der Roboterachse sicherheitsgerichtet zu überwachen. Auch Betriebsartenwahl- und Zustimmungsschalter gehören in der Regel zur sicherheitsbezogenen Ausstattung. Die entsprechenden Produkte bzw. Systemlösungen sind – z.B. im Schmersal-Programm – verfügbar und in solchen Anwendungen bewährt.

Verifizierung und Validierung

Gemäß ISO/ TS15066 muss das Ergebnis der Gestaltung einer kollaborativen Roboterzelle abschließend verifiziert und validiert werden. Dieser Schritt ist aufgrund des hohen Gefahrenpotenzials in Robotersystem elementar, um die Sicherheit abschließend zu bestätigen und die Konformität nach Maschinenrichtlinie zu erreichen. Hierbei – und auch bei den vorgelagerten Arbeitsschritten, wie Konformitätsbewertung, Risikobeurteilung, Kraft- und Druckmessung – kann der Anwender die qualifizierten Dienstleistungen des Tec.nicum von Schmersal in Anspruch nehmen.

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