KANBrief 4/10

Sichere Arbeitsplätze mit kollaborierenden Robotern – Von der Forschung zur Normung

Wenn Menschen und Roboter am Arbeitsplatz eng zusammenarbeiten, können Kollisionsrisiken nicht völlig ausgeschlossen werden. Dabei ist wichtig, dass Beschäftigte keinem ernsten Verletzungsrisiko ausgesetzt sind. Da die Normen für Industrieroboter zurzeit keine ausreichenden Anforderungen zur Verfügung stellen, haben das IFA und der FA MFS eine Handlungshilfe mit umfassenden Anforderungen erarbeitet. Deren Inhalte werden auch in die Normungsarbeit eingebracht.

Im Bereich der Industrieroboter wurden die Teile 1 und 2 der Norm ISO 10218 (Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen) in den letzten Jahren überarbeitet und neu geordnet. Dabei wurde das neue Anwendungsfeld der kollaborierenden Roboter geschaffen. Darunter versteht man komplexe Maschinen, die Hand in Hand mit Personen zusammenarbeiten und diese in einem gemeinsamen Arbeitsprozess unterstützen und entlasten. Dabei kann es aufgrund der hohen räumlichen Nähe zu einem direkten Kontakt zwischen Roboter und Person kommen. Ein ganz wesentlicher Baustein solch eines Arbeitsplatzes ist die sichere Steuerung des Roboters, die alle Bewegungen gezielt überwacht. Eine zu hohe Geschwindigkeit oder ausgeübte Kraft führt zum sofortigen Stillsetzen.

Wenn ein Arbeitsplatz mit einem kollaborierenden Roboter eingerichtet werden soll, muss der Hersteller eine Risikobeurteilung auf der Basis der gesetzlichen Grundlagen – Maschinenrichtlinie, Normen für Industrieroboter, usw. – vornehmen. Hierin müssen jetzt auch Verletzungsrisiken durch Kollisionen im kollaborierenden Betrieb einbezogen werden. In den Normen werden jedoch bis heute keine ausreichenden sicherheitstechnischen Anforderungen und Prüfverfahren für eine Bewertung dieser Risiken aufgeführt.

Auf Initiative des Fachausschusses Maschinenbau, Fertigungssysteme und Stahlbau hat das IFA in einem Entwicklungsprojekt technologische, medizinisch-biomechanische, ergonomische und arbeitsorganisatorische Anforderungen zur Ergänzung und Präzisierung der Normen erarbeitet und in einer Handlungshilfe zusammengefasst. Insbesondere die medizinisch- biomechanischen Anforderungen müssen Beanspruchungseffekte durch Kollision so begrenzen, dass nur eine geringe, tolerable Körperbeanspruchung auftreten kann. Diese Körperbeanspruchung hat die Berufsgenossenschaft Metall Nord Süd als zuständiger Unfallversicherungsträger so festgelegt, dass Kollisionen nicht zu einem tieferen Durchdringen der Haut und des darunter liegenden Gewebes mit blutenden Wunden sowie zu Frakturen oder anderweitigen Schäden des Muskel-Skelett-Systems führen dürfen.

Die Schwere einer Körperbeanspruchung kann durch verschiedene zusammenhängende Kriterien abgebildet werden. Für alle Bereiche eines einfachen Körpermodells wurden Grenzwerte für die Beanspruchungskriterien „Stoßkraft“, „Klemm-/Quetschkraft“ und „Druck/Flächenpressung“ festgelegt. Das IFA hat dazu aus der Literatur Daten zu Beanspruchungen und Verletzungen durch äußere mechanische Belastungen recherchiert. Aus diesen Daten wurden für alle Körperbereiche die medizinisch-biomechanischen Grenzwerte für die einzuhaltende Beanspruchung ermittelt und durch verschiedene Kontrollversuche im Labor punktuell überprüft.

Die Ergebnisse des Projektes wurden in einer Handlungshilfe zusammengefasst (BG/BGIA-Empfehlungen für die Gefährdungsbeurteilung nach Maschinenrichtlinie – Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern, www.dguv.de/ifa). Darin werden auch umfangreiche Hilfen für ihre Anwendung in der betrieblichen Praxis gegeben. Mit diesen Empfehlungen können Arbeitsplätze mit kollaborierenden Robotern so eingerichtet werden, dass die unter Umständen durch Kollision auftretenden Beanspruchungen der Personen in einem tolerablen Bereich gehalten werden.

Die weitere Forschung zielt darauf ab, die Grenzwerte zu validieren und geeignete Verfahren zur Überprüfung der Anforderungswerte zu entwickeln. Ein wichtiger nächster Schritt ist die Bestimmung von Druckschmerzschwellen, mit denen die Grenzwerte besser festgelegt werden können. Kooperationspartner des IFA und der DGUV sind bisher die Universitätsmedizin der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und das Fraunhofer IFF in Magdeburg. Die Ziele und Ergebnisse der Untersuchungen und Entwicklungen werden ständig an der betrieblichen Praxis orientiert bewertet. Die ermittelten Grenzwerte fließen in die ISO/TS 15066 (Robots and robotic devices – Industrial collaborative workspace) ein. Die Inhalte dieses Dokuments sollen innerhalb der nächsten drei Jahre in Teil 2 der ISO 10218 übernommen werden.

Hans Jürgen Ottersbach
hans-juergen.ottersbach@dguv.de

Dr. Michael Huelke
michael.huelke@dguv.de