Arbeitssicherheit in der Robotik

Schmersal ermöglicht eine friedliche Koexistenz

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Es geht auch ohne Schutzzaun: Immer häufiger arbeiten Roboter buchstäblich Hand in Hand mit dem Werker. Was ist dabei aus sicherheitstechnischer Perspektive zu beachten? Ulrich Bernhardt, Vertriebsleiter Steuerungen der Schmersal Gruppe, gibt Auskunft.

Irene Knap, Redaktion KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Für einen Hersteller von Sicherheitsschaltsystemen müsste der Trend zu koexistierenden und kollaborierenden Robotern eigentlich zu einem Absatzrückgang bei den elektromechanischen Sicherheitsschaltgeräten führen, weil weniger Roboter ihre Arbeit hinter Schutzzäunen verrichten. Ist das so?

Ulrich Bernhardt: Glücklicherweise nicht. Die Roboter, die mit dem Werker zusammenarbeiten – zum Beispiel bei Montageaufgaben –, erschließen neue Anwendungsbereiche, die der Robotik bisher verschlossen waren. Die Mensch-Roboter-Kollaboration geht also nicht zu Lasten der klassischen Robotik. Und laut Prognose der IFR (International Federation of Robotics) wird der Bestand an Industrierobotern allein in den kommenden beiden Jahren um mehr als 30 Prozent auf etwas mehr als drei Millionen steigen. Wir bewegen uns also weiterhin in einem Markt mit starkem Wachstum.

KEM Konstruktion: Wenn wir zunächst über Lösungen für den klassischen Schutzzaun sprechen: Welche Sicherheitssysteme bieten Sie den Herstellern, Integratoren und Anwendern von Robotern?

Ulrich Bernhardt: Für die Robotik haben wir Sicherheitsschaltgeräte mit Zusatzfunktionen wie Flucht- und Notentriegelung im Programm. Sie ermöglichen es beispielsweise im Gefahrenbereich eingeschlossenen Personen, die Schutztür von innen intuitiv zu öffnen. Oder sie erlauben den Zutritt zum Gefahrenbereich der Anlage. Auf der Steuerungsebene bieten wir der Robotik mit dem „Safety Controller“ eine nicht neue, aber nach wie vor wegweisende Lösung. Sie wird von vielen Roboterherstellern eingesetzt und wurde jeweils individuell für deren spezifische Anforderungen entwickelt. Der Safety Controller gibt dem Roboter eine definierbare dreidimensionale Arbeitszone vor und registriert sicher, wenn dieser Bereich verlassen wird. Zugleich überwacht er sicher die resultierende Geschwindigkeit in Richtung der Begrenzung. Der Roboter darf nur so schnell sein, dass er abbremsen kann, ohne den erlaubten Bewegungsraum zu verlassen. Damit entsteht auf der Steuerungsebene ein virtueller Schutzzaun, und der physikalische Schutzzaun dient dann nur noch dazu, ein Eindringen von Menschen oder auch Flurförderzeugen in den Sicherheitsbereich zu verhindern. Der Sicherheitsbereich kann also schlanker und kleiner dimensioniert werden. Zugleich schafft diese Sicherheitssteuerung die Voraussetzung für die Koexistenz von Mensch und Roboter ohne Schutzzaun.

KEM Konstruktion: Können Sie das bitte näher erklären?

Bernhardt: Im Safety Controller sind Bereiche hinterlegt, in denen sich der Roboterarm bewegen darf – und solche, die er nicht erreichen darf. Das können zum Beispiel Übergabeplätze sein oder Bereiche, in denen der Werker Montageaufgaben ausführt. Somit ist die Voraussetzung für die Zusammenarbeit ohne trennenden Schutzzaun – bei klar abgegrenzten Arbeitsbereichen – geschaffen. Man spricht dann von Koexistenz.

KEM Konstruktion: Sie sprechen von Koexistenz statt von Kollaboration – warum?

Bernhardt: Die C-Norm für Roboter DIN EN ISO 10281 unterscheidet vier Arten der Mensch-Roboter-Kooperation. In drei Arten sind Mensch und Roboter nicht gleichzeitig im selben Arbeitsbereich tätig, so dass eine wirkliche Kollaboration – sprich Zusammenarbeit – eigentlich nicht gegeben ist. Hier spricht man dann von Koexistenz. Kollaboration bedeutet: Mensch und Roboter arbeiten unmittelbar und gleichzeitig zusammen.

KEM Konstruktion: In Ihrem Beispiel geht es um eine räumliche Trennung des Arbeitsbereichs von Roboter und Werker ohne trennenden Schutzzaun. In anderen Anwendungsfällen nutzen Werker und Roboter den gleichen Arbeitsbereich, aber zu unterschiedlichen Zeiten. Welche Lösungen bieten Sie für diese Art der Koexistenz?

Bernhardt: Hier spricht man von sequentieller Koexistenz, und es kommen zum Beispiel taktile Schutzeinrichtungen wie Sicherheitsschaltmatten zum Einsatz. Sie ermöglichen die Überwachung ganzer Arbeitsbereiche und nicht nur ihrer Zugänge. Zusätzlich gewährleisten sie einen Hintertretschutz: Solange sich ein Bediener im Gefahrenbereich aufhält, kann die Maschine nicht gestartet werden. Die Sicherheits-Schaltmatten detektieren dann einen Menschen im Gefahrenbereich des Roboters, und der Safety Controller stellt sicher, dass sich der Roboter im sicheren Stillstand befindet. Ähnliche Lösungen lassen sich, zum Beispiel an Einlegeplätzen, mit optoelektronischen Schutzeinrichtungen wie Sicherheitslichtvorhängen realisieren.

KEM Konstruktion: Wir gestaltet sich in diesem Fall die Einbindung in die sichere Steuerungstechnik?

Bernhardt: Je nach Komplexität der Sicherheitskreise gibt es unterschiedliche Lösungen für die sichere Signalauswertung. Für kleinere Roboteranlagen bieten sich die multifunktionalen Sicherheitsrelaisbausteine der Protect-SRB-E-Reihe an, die unterschiedliche Anwendungen abdecken und einfach zu konfigurieren sind. Häufiger kommt jedoch die modulare Sicherheitssteuerung Protect PSC1 bei der Absicherung von Roboterarbeitsplätzen zum Einsatz. Sie lässt sich flexibel an den individuellen Anwendungsfall anpassen und ermöglicht die Programmierung komplexerer Sicherheitslösungen.

KEM Konstruktion: Eine Frage zur Normung – hier verfügen Sie über eine hohe Expertise und sind mit Ihrem Geschäftsfeld tec.nicum auch beratend tätig. Was muss der Anwender hier beachten und welche Normen sind für die Projektierung der Maschinensicherheit in der Robotik relevant?

Bernhardt: Als generelle C-Norm für Roboter ist die schon erwähnte DIN EN ISO 10218 zu beachten, die im Abschnitt 5.10 vier Arten der Mensch-Roboter-Kooperation beschreibt. Für kollaborierende Roboter ist außerdem die ISO/TS 15066 relevant. Sie legt die Leistungs- und Kraftbegrenzungen fest. Hier gibt es also klare Regelungen. Komplexer wird es, wenn – was bei Robotern ja häufig der Fall ist – Roboter in bestehende Anlagen integriert werden oder mit einer vorhandenen Maschine kombiniert werden soll. Dann stellt sich die Frage, ob es sich beim Roboter um eine eigenständige Maschine handelt, die sicherheitstechnisch separat zu bewerten ist, oder nicht. In der Vergangenheit wurde viel und kontrovers über dieses Thema diskutiert.

KEM Konstruktion: Wie ist der aktuelle Stand der Diskussion?

Bernhardt: Die Frage ist zunächst, ob man die Altanlage und die neue Automation jeweils getrennt sicherheitstechnisch bewerten kann. Das geht nur dann, wenn die Schnittstellen klar beschrieben werden können. In diesem Fall reicht es aus, für den Roboter eine getrennte Bewertung vorzunehmen – auf Basis der erwähnten C-Norm DIN EN ISO 10218, bei der dann insbesondere deren Teil 2 ‚Robotersysteme und Integration‘ zu berücksichtigen ist. Wenn es keine klar definierten Schnittstellen gibt, muss für die gesamte Anlage eine neue Sicherheitsbetrachtung mit Konformitätsbewertung etc. erfolgen.

KEM Konstruktion: Und zum Abschluss noch einmal zurück zum Thema Koexistenz und Kollaboration: Wie wichtig ist dieses Aufgabenfeld für die Schmersal Gruppe?

Bernhardt: Das ist ein Anwendungsfeld mit kontinuierlich überproportionalem Wachstum, das traditionell zu unseren Kernkompetenzen gehört. Wir befassen uns seit mehr als zwanzig Jahren mit der Mensch-Roboter-Kollaboration und werden auch in Zukunft innovative Lösungen für diesen anspruchsvollen Bereich der Maschinensicherheit entwickeln.

www.schmersal.com

Details zur programmierbaren Sicherheitssteuerungen Protect PSC1 von Schmersal:

hier.pro/14FCL

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