Kollaborierende Roboter: Arbeitsschutz und Gefährdungsbeurteilung

Die Digitalisierung der Arbeitswelt gilt als eine der großen Herausforderungen für Industriebetriebe in den nächsten Jahren. Das Schlagwort von der Industrie 4.0 macht die Runde. Dabei sollen in neuartigen, vernetzten Produktionssystemen Robotertechnologien eine zentrale Rolle spielen.

Was ist Industrie 4.0?

Schlagwort für die 4. industrielle Revolution: nach Dampfmaschine, Fließband und Elektronik kommt die Digitalisierung der Arbeitswelt. Bisher autarke Systeme (z. B. aus Produktion, Logistik, Energieversorgung, Gebäudemanagement) werden vernetzt und „kommunizieren“ miteinander, z. B. Maschine, Produkt, Lager und Vertrieb.
Kollaborierende Roboter werden laut Prognose immer häufiger eingesetzt werden. Deutschland zeigt nach Südkorea und Japan die höchste Dichte an Industrierobotern. Im deutschen Maschinenbau setzen 53% der Unternehmen bereits Robotertechnik ein. Knapp 2/3 wollen in den kommenden 3 bis 5 Jahren in die Robotertechnik investieren. Damit kommt auf viele betriebliche Arbeitsschützer ein ganz neues Aufgabenfeld zu.

Gefahren und Risiken an Roboterarbeitsplätzen

Die größten und naheliegenden Gefährdungen an Roboterarbeitsplätzen sind mechanischer Art wie Klemmen, Quetschen, Stoßen. Kraft, Druck und Geschwindigkeit einer Maschine können ungleich höher sein als die eines Menschen. Zudem sind die beweglichen Teile, etwa der Greifarm eines Roboters, meist härter als etwa der menschliche Arm. Bei unerwünschten Kontakten wird also in aller Regel der Mensch verletzt werden und weniger der Roboter Schaden nehmen.

Grundsätzlich können Sie zwischen 2 Typen von Robotern unterscheiden. Das wirkt sich auch auf die möglichen Schutzmaßnahmen aus:

1. Kollaborierende Roboter, die mit den sie bedienenden Menschen im selben Arbeitsbereich zusammenarbeiten, aber wo unbeabsichtigte Kontakte unerwünscht sind und für den Menschen gefährlich sein können.
2. Kollaborierende Roboter, die eine Bewegung des Menschen unterstützen (z. B. ein schweres Werkstück anheben) und bei denen der Kontakt zwischen Menschen und Maschine ihrem bestimmungsgemäßen Zweck entspricht

Aus Unfällen mit Robotern lernen

Einige Unfälle mit Robotern haben sich bereits ereignet. Aber insgesamt gesehen sind schwere Unfälle eher selten. Horrorszenarien von amoklaufenden Maschinenmenschen aus Science-Fiction-Filmen haben mit dem Arbeitsalltag von kollaborierenden Robotern nicht viel zu tun.

Beim Einrichten einer Maschine im VW-Werk Baunatal wurde im Juli 2015 ein Mitarbeiter von einem Roboter tödlich verletzt. Der Montageroboter hatte den 22-jährigen Techniker gegen eine Metallplatte gedrückt. Der Roboter befand sich in einem Metallkäfig, im Normalbetrieb bestand keine Gefahr. Doch zum Einrichten einer neuen Produktionslinie zur Fertigung von Elektromotoren musste der Mitarbeiter des damit beauftragten Dienstleisters in den Käfig steigen. Ein 2. Mitarbeiter setzte den Roboter in Gang.

Die BG Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse berichtete 2014 über einen weiteren Fall: Eine automatische Fertigungsmaschine im Heizkraftwerk Aschaffenburg zeigte einen Fehler an. Der Bediener stoppte die Maschine, öffnete die Schutztür und beseitigte die Störung. In dem Moment setzte sich der kollaborierende Roboter innerhalb der Maschine unerwartet in Bewegung, obwohl die Schutztür noch geöffnet war, und verletzte den Mitarbeiter am Kopf. Die Unfallanalyse ergab, dass eine Sicherheitsfunktion außer Kraft gesetzt war.

Offenbar hatte der Hersteller während der Inbetriebnahme einen Sicherheitskreis überbrückt und diese Brücke war in der Klemmleiste verblieben.

In beiden Beispielen passierte das Unglück bei Tätigkeiten außerhalb der laufenden Maschinenroutine. Das ist nicht roboterspezifisch: Oft sind es Wartungs-, Reparatur- oder Reinigungsaufgaben, die zu gefährlichen Situationen mit Maschinen und Anlagen führen.
Fazit: Bei jeder Wartung, jeder Reparatur und jedem sicherheitsrelevanten Eingriff in Steuerungstechniken müssen Sie einen umfassenden Check sämtlicher Sicherheitsfunktionen durchführen bzw. veranlassen.

So machen Sie kollaborierende Roboter und ihre Arbeitsplätze sicherer

Früher galt das Schutzprinzip, dass Mitarbeiter einem Roboter nicht nahe kommen dürfen. Daher waren Roboter stets auf die eine oder andere Weise “hinter Gittern” oder eingezäunt. Diese strikte Trennung verhindert jedoch eine effiziente Zusammenarbeit.
Denn für z. B. feinmotorische Aufgaben oder solche, die flexibel auf unpräzise Situationen reagieren müssen, ist der Mensch unverzichtbar. Daher geht der Trend in den letzten Jahren zu Lösungen, die ohne trennende Schutzeinrichtungen auskommen.
Dabei ist ein Rest-Risiko für Kollisionen nie ganz auszuschalten. Die Experten des Instituts für Arbeitsschutz (IFA) der DGUV sprechen von einem “tolerierbaren Verletzungsniveau”. Das ist weniger makaber, als es klingt. Denn auch an den meisten anderen Arbeitsmitteln können sich Mitarbeiter aus unterschiedlichen Gründen verletzen.

Als Fachkraft für Arbeitssicherheit müssen Sie dafür sorgen, dass die Risiken durch eine Kollision von Mensch und Maschine minimiert werden. Technische Lösungen dazu sind eine sichere Überwachung, Sensorik und Steuerung, z. B. Sensoren zur Arbeitsraumüberwachung und zur Kollisions- und Annäherungsdetektion.

So wie sich die Technik weiter entwickelt, müssen Sie auch die technischen Schutzmaßnahmen und Sicherheitskonzepte ständig anpassen. Bewährt haben sich Sensoren, die einen festgelegten Mindestabstand von Mensch und Maschine überwachen. Wird dieser unterschritten, stoppt die Maschine.

Relevant für viele Arbeitsplätze mit kollaborierenden Robotern sind folgende Schutzprinzipien:

• Der kollaborierende Roboter wird durch im Boden eingelassene Drucksensoren gestoppt, wenn eine Person den Schutzbereich betritt.
• Der zu sichernde Bereich um einen kollaborierenden Roboter wird mit Kameras und Projektoren überwacht. Diese erzeugen einen sichtbaren Schutzraum um den Roboter und folgen jeder seiner Bewegungen. Sobald ein Projektionsstrahl unterbrochen wird, werden Warnsignale ausgelöst und der Roboter stoppt.

6 Grundsätze für sichere Arbeitsplätze mit kollaborierenden Robotern

1. Sicherheitsmaßnahmen in der Konstruktion haben stets Vorrang vor Maßnahmen, die erst vor Ort beim Betreiber umgesetzt werden.
2. Der Konstrukteur muss Gefährdungen, die weder durch Konstruktion noch durch Schutzeinrichtungen zu beseitigen sind, als Restriken in der Betriebsanleitung/Technischen Dokumentation nennen.
3. Diese Restrisiken müssen für den Beschäftigten sicher erkennbar sein -z. B. durch Kennzeichnung, Warnhinweise, optische oder akustische Warnrichtungen.
4. Die Kräfte zu begrenzen, die beim ungewollten Kontakt zwischen Roboter und Mensch wirken, kann die Gefährdung verringern, darf aber nicht die einzige Schutzmaßnahme sein.
5. Sensorische Systeme müssen dasselbe Niveau an Sicherheit gewährleisten wie physische Schutzbarrieren.
6. Sie dürfen Roboter (wie jede andere Maschine) nie ohne umfassende und systematische Gefährdungsbeurteilung einsetzen.

Roboter: Warum die CE-Kennzeichnung nicht genügt

Für den Hersteller eines Roboters gelten die EU-Richtlinien wie Maschinenrichtlinie, Niederspannungsrichtlinie und die Richtlinie über die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Richtlinie). Danach muss ein Robotersystem – wie jede andere Maschine auch – ein Bewertungsverfahren durchlaufen.
Das wird in einer Risikobeurteilung überprüft, in der Technischen Dokumentation festgehalten, in einer Konformitätserklärung bestätigt und vom Hersteller mit dem CE-Kennzeichen ausgewiesen.
Industrieroboter, die als sogenannte “unvollständige Maschinen” im Sinne der Maschinenrichtlinie gelten, tragen zwar kein CE-Zeichen. Aber auch für sie muss eine technische Dokumentation vorliegen. Als Betreiber erhalten Sie also Montageanleitung, Einbauerklärung und die Dokumentation der Risikobeurteilung inklusive Schaltplänen, Normen und Unterlagen zu technischen Prüfungen.
Wer eine unvollständige Maschine zusammen mit anderen Komponenten zu einem funktionsfähigen System zusammensetzt, muss ein Konformitätsbewertungsverfahren gemäß Maschinenrichtlinie durchführen und ist auch für die CE-Kennzeichnung verantwortlich. Das ist in vielen Fällen der Betreiber.

Die beiden Teile der DIN EN ISO 10218 konkretisieren die Anforderungen der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG:

• DIN EN ISO 10218-1:2012-06 “Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen – Teil 1: Roboter”
• DIN EN ISO 10218-2:2012-06 “Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen – Teil 2: Robotersystem und Integration”

Diese Norm ist auch für Arbeitsschützer lesenswert, denn sie beschreibt

• die grundlegenden Gefährdungen beim Arbeiten mit Robotern,
• die Anforderungen an eine inhärent sichere Konstruktion der Roboter,
• die Anforderungen an die Benutzerinformationen sowie
• mit welchen Schutzmaßnahmen die Risiken beseitigt oder minimiert werden können.

Als Arbeitsschützer wissen Sie jedoch, dass damit in Sachen Sicherheit noch nicht alles getan ist: Zur Risikobeurteilung des Roboterherstellers muss selbstverständlich stets Ihre Gefährdungsbeurteilung als Roboterbestreiber am vorgesehenen Arbeitsplatz im Betrieb kommen.

So gehen Sie bei der Gefährdungsbeurteilung vor

Entscheidend für eine Gefährdungsbeurteilung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern sind biomechanische Grenzwerte. Mit ihrer Hilfe sollen Sie die Verletzungsschwere bei ungewollten Kollisionen zwischen Mensch und Maschine bewerten können.
Das IFA-Institut hat ein spezielles Labor eingerichtet, in dem Schmerzempfinden und Schmerzschwellen des Menschen bei mechanischer Stoßbelastung gemessen werden. Die Ethikkommission hat dem zugestimmt. Daraus sollen Grenzwerte für medizinische und biomechanische Anforderungen an kollaborierende Roboter zum Schutz vor Verletzungsrisiken abgeleitet werden. Weitere spezielle Anforderungen an kollaborierende Robotersysteme werden derzeit in der Norm ISO DTS 15066 “Sicherheit kollaborierender Roboter” erarbeitet.

Früher publizierte Grenzwerte, wie eine Leistung von 80 W oder eine Kraft von 150 N, werden heute als überholt angesehen. Statt pauschaler Vorgaben betrachtet man biomechanisch-medizinische Grenzwerte heute differenziert nach Körperregionen.

Das IFA-Institut hat Kriterien aufgeführt, die bei der Risikoanalyse eines Arbeitsplatzes mit kollaborierenden Robotern zu beachten sind. Orientieren Sie sich bei Ihrer Gefährdungsbeurteilung daran. Demnach sollte Ihre Dokumentation die folgenden Punkte umfassen:

1. Prüfgrundlagen Maschinenrichtlinie, Norm DIN EN 10218 sowie die BG-/BGIA-Empfehlungen zur Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern
2. allgemeine Daten zur Risikoanalyse wie Unternehmen, Prüfer, Kurzbeschreibung des Roboters
3.  Beschreibungen und Spezifikationsdaten
   a. des kollaborierenden Roboters: technische Daten, Zeichnungen, Beschreibung der Schutzeinrichtungen,
   b. der Arbeitsplatzapplikation: räumliche Umgebung, Zugänge, Verkehrswege, Geräte, Ausrüstungen, Werkzeuge,
   c. der Arbeitsaufgabe und der Tätigkeiten des Roboters und des Menschen, inklusive der zeitlichen Abfolge und des Zusammenwirkens,
   d. des Kollaborationsraumes und der Tätigkeiten des Menschen im Kollaborationsraum: geometrische Daten, Distanzmaße Festlegung der Körperbereiche mit Kollisionsrisiko im Kollaborationsraum
4. Zusammenfassung aller relevanten Angaben zu den mit Kollisionsrisiko besetzten Arbeitstätigkeiten (mit den hierfür gültigen Grenzwerten der Verletzungskriterien und orientierenden
   Verformungskonstanten)
5. Überprüfung der zulässigen Verletzungsschwere: Liste mit Kollisionsvorgängen und den Grenzwerten der festgelegten Verletzungskriterien
6. zusammenfassende Prüfprotokolle zu den technologischen, medizinisch-biomechanischen, ergonomischen und arbeitsorganisatorischen Anforderungen
7. Einzelbeurteilungen zu allen Rahmenbedingungen, Spezifikationsdaten und Prüfungen (Messungen, Berechnungen)
8. Gesamtbeurteilung zu den Ergebnissen aller sicherheitstechnischen Teilprüfungen

Check: Sicherheit von Roboter-Arbeitsplätzen

Ob Eigenentwicklung oder Neukauf: Sie müssen für jeden Roboterarbeitsplatz im Unternehmen die Gefährdungen beurteilen. Die folgende Checkliste liefert Ihnen einige grundsätzliche Hinweise, u. a. auf Basis der DGUV-Information 209-074 “Industrieroboter”. Sie kann jedoch angesichts des komplexen Themas auf keinen Fall abschließend sein. Bei allen Punkten, bei denen Sie Nein ankreuzen, sollten S, welcher Handlungsbedarf besteht. Klären Sie für diese Punkte, wer verantwortlich ist und bis wann die Aufgabe gelöst sein muss.

Psychosoziale Gefährdungen in der Mensch-Maschine-Zusammenarbeit

Gerade an Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern sollten Sie die psychischen Aspekte in Ihrer Gefährdungsbeurteilung berücksichtigen. Bedenken Sie, dass trotz aller technischen Schutzeinrichtungen und Sicherheitssteuerungen nicht jeder Mitarbeiter für eine enge Zusammenarbeit mit einem Roboter geeignet sein kann. Denn objektive Sicherheit und gefühlte Sicherheit unterscheiden sich.

Das Empfinden in der engen Zusammenarbeit mit einer Maschine ist individuell unterschiedlich. Es kann z. B. Mitarbeiter geben, die es als sehr unangenehm empfinden, kollaborierende Roboter in der körperlichen Nähe zu haben oder gar (verletzungsfrei) berührt zu werden.

Achten Sie bei Begehungen und Gesprächen mit betroffenen Beschäftigten auf die folgenden Aspekte. Ziehen Sie unter Wahrung der Vertraulichkeit ggf. Betriebsarzt und Betriebsrat hinzu:

• Werden Roboter von Ihren Mitarbeitern als Arbeitserleichterung akzeptiert?
• Werden Roboter als Bedrohung für den eigenen Arbeitsplatz empfunden?
• Leiden Mitarbeiter unter Ängsten, die Taktraten und Arbeitsgeschwindigkeiten des Roboters erfüllen zu müssen?
• Werden Kontakte mit Robotern als unangenehm empfunden?
• Führt der Einsatz von Robotern dazu, dass die Arbeitsumgebung gefühlskälter und kommunikativ ärmer wirkt? Leiden die sozialen Kontakte? Wird dies als beklemmend empfunden?

So begegnen Sie Ängsten vor Jobverlust durch Automatisierung

Zweifellos sind Roboter uns in Kraft, Ausdauer, Geschwindigkeit, Präzision, Ermüdungsfreiheit usw. überlegen. Doch falls Ihre Mitarbeiter die Befürchtung äußern, dass der Mensch in der Arbeitswelt zunehmend überflüssig werden könne, begegnen Sie diesem am besten durch Aufzählen der Eigenschaften, in denen Ihre Mitarbeiter einem Roboter voraus sind:

• komplexes Wahrnehmen und soziales Interagieren
• flexibles Reagieren und selbstständiges Handeln
• kreatives Vorgehen und Improvisieren
• emotionale Intelligenz
• Fingerfertigkeit/motorisches Geschick
• Soft Skills wie Einfühlungsvermögen oder Selbstbewusstsein

Wer seinen Arbeitsplatz durch Roboter bedroht sieht, etwa als Packer, in der Logistik oder im Callcenter, sollte sich frühzeitig über Fortbildungsmöglichkeiten informieren, in denen genau die oben genannten Stärken und Fähigkeiten weiterentwickelt werden. Überall, wo soziale und kreative Kompetenzen wichtig sind, ist der Mensch in absehbarer Zukunft nicht durch Maschinen zu ersetzen.

Binden Sie den Betriebsrat ein. Bei der Umgestaltungen von Arbeitsplätzen und Arbeitsabläufen – und das ist beim Einführen von Robotern und Automatisierungslösungen zweifellos der Fall – müssen Sie Ihren Betriebsrat einbeziehen. So verlangen es die §§ 90 und 91 des Betriebsverfassungsgesetzes.

Warum der kollaborierende Roboter dem Arbeitsschutz zugute kommen

Last, but not least können, aus Sicht des Arbeitsschutzes, kollaborierende Roboter positive Effekte haben. Denn Roboterübernehmen Aufgaben bei unwirtlichen Umgebungsbedingungen wie Hitze oder Strahlung,

• erledigen riskante Tätigkeiten wie Inspektionen von Tanks (im laufenden Betrieb), Dekontaminieren, Bomben entschärfen,
• führen gesundheitsschädigende Arbeiten aus, die sonst einen hohen Einsatz an technischen Schutzmaßnahmen und PSA mit sich bringen würden,
• erleichtern körperlich schwere oder ergonomisch ungünstige Aufgaben, indem sie z. B. schwere Metallteile in die richtige Position bringen und nachführen, etwa beim Schweißen von komplexen Rahmenkonstruktionen für Krane,
• übernehmen monotone Aufgaben.

Die Möglichkeiten sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft, denn auch Sensorik und Steuerungsmöglichkeiten werden immer raffinierter. Nach der Sprachsteuerung kommt nun die Augensteuerung.

In ersten Versuchen malen kollaborierende Roboter Bilder allein durch Blickrichtung und Wimpernschlag des steuernden Menschen. Bei solchen Robotermodellen könnte der Pinsel in Kürze durch Werkzeuge oder eine künstliche Hand ersetzt werden.

Ein weiteres Aufgabengebiet von Robotern ist die Assistenz. Sie können die Ergonomie von Arbeitsplätzen deutlich verbessern, indem sie Mitarbeiter mit ihren Kraft, Sensorik und Präzision unterstützen. “Wearable Robots” z. B. sind körpergetragene Hebehilfen (Exoskelette) für das manuelle Bewegen schwerer Lasten. Sie können z. B. bei Kommissionieraufgaben getragen werden und Rückenbelastungen vermindern.