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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Manipulationen an Schutzeinrichtungen erkennen

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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Manipulationen an Schutzeinrichtungen erkennen

Einleitung

Zielgruppe: Auszubildende in Mechatronik, Elektronik, Metalltechnik und Automatisierung.

Dauer: Etwa 60–75 Minuten in kurzen Lerneinheiten.

Lernziel: Du erkennst mögliche Manipulationen an Schutzeinrichtungen, beurteilst Warnsignale und triffst sichere Abbruch- und Meldeentscheidungen.

Wichtig: Alle Anlagen, Signale und Steuerungsaufgaben sind virtuelle Lernmodelle. Du darfst Schutzeinrichtungen niemals eigenständig umgehen, verändern oder zu Prüfzwecken unwirksam machen. Ein Quiz ersetzt weder eine betriebliche Unterweisung noch eine praktische Qualifikation oder die Freigabe durch zuständige Fachpersonen.

Ein kollaborativer Roboter ist nicht automatisch eine sichere Roboteranwendung. Entscheidend ist das gesamte Schutzkonzept.

Ausbildungsfall: Die Montageinsel K-7

Situation: Du bist Auszubildende oder Auszubildender in einem Ausbildungsbetrieb. Ein Roboter positioniert Bauteile für die gemeinsame Montage. Ein automatischer Zuführmechanismus befindet sich hinter einer überwachten Schutztür. Ein Schutzfeld überwacht einen weiteren Gefahrenbereich.

Während der Schicht meldet die Bedienoberfläche eine geschlossene Schutztür, obwohl diese sichtbar offensteht. Gleichzeitig fordert die Produktion eine schnelle Störungsbeseitigung.

Dein Auftrag: Gefährdung erkennen, keinen gefährlichen Eingriff ausführen, die Anlage nach betrieblicher Vorgabe sicher stillsetzen lassen und die Abweichung melden.

Bereich	Schutzfunktion im virtuellen Modell
Zuführung	Überwachte Schutztür
Übergabezone	Überwachtes Schutzfeld
Roboterbewegung	Sicherheitsbezogene Bewegungsüberwachung
Sicherheitssteuerung	Auswertung und Anforderung des sicheren Zustands

Die Anlage K-7 ist erfunden. Die dargestellten Zustände sind didaktisch vereinfacht und keine Vorlage für eine reale Sicherheitssteuerung.

Lerneinheit 1: Kollaboration und Gefahren

Lernzeit: 7 Minuten

Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration können Mensch und Roboter Arbeitsräume gemeinsam nutzen. Die Sicherheit hängt von der konkreten Tätigkeit, dem Werkzeug, dem Werkstück und den wirksamen Schutzmaßnahmen ab.

Typische Gefährdungen sind Kollisionen, Quetschstellen und unvorhergesehene Bewegungen.

Beispiel einer räumlich abgegrenzten Roboteranlage. Nicht jede Roboteranwendung ist für einen gemeinsamen Arbeitsraum ausgelegt.

Merksatz: Kollaboration bedeutet nicht Gefahrlosigkeit.

Videoreflexion: Welche Gefahren entstehen, wenn Menschen Maschinenbereiche betreten und Schutzeinrichtungen unwirksam sind?

DGUV-verlinkter Lehrfilm „Schwarzer Freitag“ zur Sensibilisierung.

Lerneinheit 2: Schutzfunktionen verstehen

Lernzeit: 7 Minuten

Eine Sicherheitsfunktion soll eine festgelegte Risikominderung erreichen. Sicherheitsbezogene Steuerungen können Gefahrenzustände erkennen und geeignete Reaktionen auslösen.

Virtuelle Schutzkette:

Schutzeinrichtung
       ↓
Sicherheitsbezogener Sensor
       ↓
Sicherheitssteuerung
       ↓
Sichere Reaktion
       ↓
Gefährliche Bewegung verhindern

Dies ist ein Funktionsschema, kein elektrischer Schaltplan.

Schutztür und Verriegelung

Eine bewegliche Schutztür kann mit einer Verriegelungseinrichtung überwacht werden. Die erforderliche Reaktion richtet sich nach der Gefährdungsbeurteilung.

Beispiel einer Schlüsselverriegelung an einer elektrischen Schaltanlage. Das Bild veranschaulicht das Verriegelungsprinzip und zeigt nicht die Türüberwachung der K-7.

Berührungslos wirkende Schutzeinrichtung

Ein Sicherheitslichtvorhang kann das Eindringen in einen Gefahrenbereich erkennen. Seine Eignung und Anordnung müssen zur Gefährdung passen.

Merksatz: Ein angezeigtes Signal allein beweist nicht, dass eine Schutzfunktion tatsächlich wirksam ist.

Lerneinheit 3: Manipulationen erkennen

Lernzeit: 7 Minuten

Manipulation bedeutet das Unwirksammachen oder Umgehen einer Schutzeinrichtung. Ursachen können unter anderem Zeitdruck, schlechte Bedienbarkeit und ungeeignete Schutzkonzepte sein.

Warnzeichen sind widersprüchliche Zustandsanzeigen, auffällige Änderungen an Schutzeinrichtungen oder unerwartete Maschinenbewegungen.

Eine Signalabweichung ist ein Verdachtsmoment, noch kein Beweis für absichtliche Manipulation. Auch Defekte, Anzeigeverzögerungen und andere Fehler sind möglich.

Beobachten – Abstand halten – sicher reagieren – melden.

DGUV: Demonstration des IFA zum Thema Manipulation von Schutzeinrichtungen.

Lerneinheit 4: Konkrete Abbruchkriterien

Lernzeit: 6 Minuten

Wenn ein sicherer Zustand nicht gewährleistet ist, darf die Arbeit nicht fortgesetzt werden.

Beobachtung	Konsequenz
Schutztür offen, Anzeige geschlossen	Arbeit abbrechen, Abstand halten, Abweichung melden
Schutzfeld belegt, Bewegung unerwartet aktiv	Unverzüglich sicherheitsgerecht reagieren und Personen warnen
Schutzbauteil beschädigt oder erkennbar verändert	Nicht weiterbetreiben, keine Eigenreparatur
Ungeklärte Sicherheitsmeldung	Keine erneute Startfreigabe veranlassen
Unerwarteter Wiederanlauf oder Restenergie	Gefahrenbereich meiden, zuständige Fachpersonen einschalten
Druck zur Fortsetzung trotz Sicherheitszweifeln	Gefährliche Tätigkeit ablehnen und eskalieren

Achtung: Ein Not-Halt kann bei akuter Gefahr erforderlich sein. Er ersetzt weder die sichere Energietrennung für Instandhaltungsarbeiten noch die Klärung eines Defekts.

Lerneinheit 5: Virtuelle Anlagen- und Signalanalyse

Lernzeit: 12 Minuten

Du arbeitest ausschließlich mit fiktiven Diagnoseanzeigen.

Legende: Z = Tür geschlossen, O = Tür offen, 1 = Signal aktiv, 0 = Signal inaktiv. Die Bedeutungen gelten nur für dieses Lernmodell.

Virtuelle Anlage A: Schutztürüberwachung

Zeit             t0  t1  t2  t3  t4
Tür beobachtet    Z   Z   O   O   O
Schutzmeldung     1   1   0   1   1
Bewegung          1   1   0   1   1

Basisaufgabe: Markiere den ersten Zeitpunkt, zu dem der beobachtete Türzustand und die Schutzmeldung widersprüchlich sind.

Hilfe 1: Beobachtung

Vergleiche die beiden oberen Signalzeilen.

Hilfe 2: Entscheidung

Bei offener Tür wäre im definierten Modell keine Freigabe gefährlicher Bewegung zulässig.

Lösung und begründetes Feedback

Ab t3 besteht eine sicherheitskritische Abweichung. Die Schutztür ist offen, aber Schutzmeldung und Bewegung sind aktiv. Ob Manipulation oder ein Fehler vorliegt, ist nicht geklärt. Richtig ist: Tätigkeit abbrechen, Bereich meiden, zuständige Personen informieren. Kein eigenständiger Funktionstest an der realen Anlage.

Virtuelle Anlage B: Schutzfeld und Bewegung

Im folgenden Modell muss bei belegtem Schutzfeld eine gefährliche Bewegung unterbunden werden.

Zeitpunkt	Schutzfeld	Bewegungszustand
t0	Frei	Aktiv
t1	Belegt	Gestoppt
t2	Belegt	Aktiv
t3	Frei	Gestoppt

Anwendungsaufgabe: Entscheide, welcher Zustand einen Abbruch erfordert und weshalb ein freies Schutzfeld bei t3 noch keine betriebliche Wiederanlauffreigabe bedeutet.

Hilfe 1: Schutzfunktion

Das Schutzfeld dient in diesem Modell dazu, gefährliche Bewegungen bei Personenerkennung zu verhindern.

Hilfe 2: Wiederanlauf

Ein wieder freies Schutzfeld beseitigt nicht automatisch die Ursache einer vorherigen Sicherheitsabweichung.

Lösung und begründetes Feedback

Bei t2 ist die Schutzwirkung im Modell nicht gegeben: Das Schutzfeld ist belegt und die Bewegung aktiv. Sofortiger Abbruch ist erforderlich. Bei t3 bleibt die Störung ungeklärt. Ein Wiederanlauf benötigt die erforderliche fachliche Prüfung und betriebliche Freigabe. Ein bloßer Reset genügt nicht.

Virtuelle Steuerungsaufgabe C: Sicheren Zustand auswählen

Situation: Die Diagnoseoberfläche meldet „Schutztür geschlossen“. Eine Kollegin sieht die Tür offen. Die Ursache ist unbekannt.

Wähle gedanklich eine Steuerungsentscheidung:

Entscheidung	Bewertung
Automatischen Ablauf fortsetzen	Unzulässig
Warnmeldung ignorieren	Unzulässig
Gefährliche Tätigkeit abbrechen und sicheres Stillsetzen gemäß betrieblichem Verfahren veranlassen	Erforderlich
Schutzeinrichtung eigenständig verändern	Unzulässig
Ursache durch befugte Fachpersonen klären lassen	Erforderlich

Feedback zur Steuerungsentscheidung

Eine sichere Entscheidung priorisiert den Schutz von Personen. Ohne geklärte Schutzfunktion dürfen weder Produktionsdruck noch eine grüne Anzeige einen Wiederanlauf rechtfertigen. Du greifst nicht in Steuerung, Sensorik oder Sicherheitsprogramm ein.

Lerneinheit 6: Melden und Eskalieren

Lernzeit: 6 Minuten

Bei einem Verdacht musst Du nicht selbst beweisen, dass eine Manipulation vorliegt.

Sicherer Meldeweg:

Abweichung erkennen
        ↓
Gefährliche Tätigkeit abbrechen
        ↓
Personen warnen und Abstand halten
        ↓
Zuständige Führungskraft informieren
        ↓
Fachliche Prüfung veranlassen
        ↓
Betriebliche Freigabe abwarten

Beispielmeldung:

„An der Montageinsel K-7 steht die Schutztür offen, während die Anzeige geschlossen meldet. Die Schutzfunktion ist nicht verlässlich beurteilbar. Wir haben die Tätigkeit abgebrochen. Bitte die Anlage bis zur fachlichen Klärung nicht erneut freigeben.“

Bei einer akuten Gefahr gelten die betrieblichen Notfallmaßnahmen. Ist die zuständige Person nicht erreichbar oder wird die Gefahr verharmlost, nutze den vorgesehenen weiteren Melde- und Eskalationsweg.

Symbolbild einer Wartungssicherung. Freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern und Restenergien beherrschen sind Aufgaben entsprechend den festgelegten betrieblichen Verfahren und Zuständigkeiten.

Transferfall: Produktionsdruck gegen Sicherheit

Lernzeit: 5 Minuten

Eine vorgesetzte Person sagt: „Die Anlage muss heute noch produzieren. Vielleicht zeigt der Sensor nur falsch an.“

Transferaufgabe: Formuliere eine angemessene Antwort, die die gefährliche Fortsetzung ablehnt, aber konstruktiv bleibt.

Hilfe 1

Trenne Beobachtung, Gefahr und notwendige nächste Maßnahme.

Hilfe 2

Eine Vermutung über die Fehlerursache ersetzt keine fachliche Sicherheitsprüfung.

Musterlösung mit Feedback

„Die Schutzmeldung widerspricht dem sichtbaren Türzustand. Deshalb können wir die Anlage nicht sicher weiterbetreiben. Wir melden die Abweichung und warten auf die fachliche Klärung sowie die betriebliche Freigabe.“

Diese Antwort ist angemessen, weil sie eine überprüfbare Beobachtung nennt, keine Manipulation unterstellt und die Sicherheit nicht dem Produktionsziel unterordnet.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist bei einer widersprüchlichen Schutzmeldung richtig? (Arbeit abbrechen und Abweichung melden) (!Produktion ohne Prüfung fortsetzen) (!Anzeige ignorieren) (!Schutzfunktion eigenständig verändern)

Wann ist eine kollaborative Roboteranwendung sicher? (Wenn das gesamte Schutzkonzept für die konkrete Anwendung geeignet und wirksam ist) (!Wenn der Roboter klein ist) (!Wenn er langsam aussieht) (!Wenn kein Schutzzaun vorhanden ist)

Welche Aufgabe hat eine Schutztürüberwachung? (Den relevanten Schutztürzustand sicherheitsbezogen erfassen) (!Ausschließlich Produktionszahlen zählen) (!Die Geschwindigkeit beliebig erhöhen) (!Eine Unterweisung ersetzen)

Was bedeutet eine unerwartet aktive Bewegung bei belegtem Schutzfeld im definierten Lernmodell? (Eine sicherheitskritische Abweichung) (!Eine bestätigte Freigabe) (!Einen normalen Wartungsschritt) (!Einen Beweis für sichere Kollaboration)

Was beweist eine widersprüchliche Signalanzeige? (Dass eine Abweichung besteht und die Ursache geprüft werden muss) (!Dass sicher eine absichtliche Manipulation vorliegt) (!Dass die Anlage gefahrlos ist) (!Dass die Schutzfunktion zuverlässig arbeitet)

Warum ersetzt ein Not-Halt keine Wartungssicherung? (Weil gefährliche Energien und unbeabsichtigtes Wiedereinschalten gesondert beherrscht werden müssen) (!Weil ein Not-Halt nur eine Anzeige ist) (!Weil Wartung immer bei laufender Maschine stattfindet) (!Weil Restenergien grundsätzlich ungefährlich sind)

Was ist vor einem Wiederanlauf nach ungeklärter Sicherheitsabweichung notwendig? (Fachliche Klärung und erforderliche betriebliche Freigabe) (!Ein einfacher Reset ohne Prüfung) (!Eine mündliche Vermutung) (!Ein abgeschlossener Online-Test)

Welche Rolle spielt eine grüne Bedienanzeige? (Sie ersetzt keinen unabhängigen Nachweis der Schutzwirkung) (!Sie garantiert stets die volle Sicherheit) (!Sie erlaubt das Übergehen einer Schutztür) (!Sie ersetzt die Gefährdungsbeurteilung)

Welche Maßnahme kann Manipulationsanreize verringern? (Ein geeigneteres und besser bedienbares Schutzkonzept) (!Das Abschalten aller Warnungen) (!Das Tolerieren gefährlicher Abkürzungen) (!Das Verbergen von Störungen)

Was machst Du bei Produktionsdruck trotz ungeklärter Gefahr? (Gefährliche Arbeit ablehnen und den vorgesehenen Eskalationsweg nutzen) (!Schweigen und weiterarbeiten) (!Schutzbauteile eigenständig ändern) (!Ohne Prüfung einen Neustart auslösen)

Memory

Schutztür	Trennende Schutzeinrichtung
Lichtvorhang	Berührungslose Zugangserkennung
Sicherheitssteuerung	Sicherheitsbezogene Signalauswertung
Diskrepanz	Widersprüchliche Zustände
Not-Halt	Stillsetzen im Notfall
Eskalation	Weiterleitung einer Sicherheitsmeldung
Wartungssicherung	Schutz vor unerwarteter Energiezufuhr
Validierung	Nachweis der Anforderungserfüllung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Schutztürüberwachung	Zugangssicherung
Lichtvorhang	Schutzfelderkennung
Diagnoseabweichung	Sicherheitsverdacht
Fachprüfung	Ursachenklärung
Freigabeverfahren	Wiederanlaufentscheidung

Kreuzworträtsel

Schutztuer	Welche bewegliche Einrichtung verschließt einen Maschinenzugang?
Kollision	Wie nennt man das unbeabsichtigte Zusammenstoßen von Körpern oder Gegenständen?
Sensor	Welches Bauteil erfasst einen physikalischen Zustand?
Meldung	Wie nennt man die Weitergabe einer beobachteten Sicherheitsabweichung?
Abbruch	Wie heißt das Beenden einer gefährlichen Tätigkeit?
Freigabe	Wie heißt die erforderliche betriebliche Erlaubnis zur Wiederaufnahme des Betriebs?

LearningApps

Die Suche führt zu verfügbaren LearningApps. Einzelne Treffer sind nicht automatisch fachlich oder rechtlich geprüft.

Lückentext

Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration teilen Menschen und Roboter gegebenenfalls einen gemeinsamen

.

Eine technische Maßnahme zur Sicherung eines gefährlichen Zugangs ist die

.

Das Unwirksammachen einer Schutzeinrichtung wird als

bezeichnet.

Ein nicht übereinstimmender Zustand zweier Anzeigen ist eine

.

Eine gefährliche Tätigkeit muss bei ungeklärtem Sicherheitsrisiko

werden.

Ein Not-Halt ersetzt keine sichere

.

Eine Sicherheitsabweichung ist unverzüglich zu

.

Die Ursache einer Störung muss fachlich

werden.

Ein automatischer Wiederanlauf ohne erforderliche Prüfung und Freigabe ist

.

Ein Online-Quiz ersetzt keine betriebliche

.

Offene Aufgaben

Leicht

Gefahrenerkennung: Zeichne die Gefahrenbereiche der virtuellen Montageinsel K-7.
Schutzeinrichtung: Erstelle eine Bildkarte mit drei Arten von Schutzeinrichtungen und ihren Aufgaben.
Signalverlauf: Kennzeichne die widersprüchlichen Zustände in der virtuellen Anlage A.
Sicherheitsmeldung: Schreibe eine kurze sachliche Meldung für den Ausbildungsbetrieb.

Standard

Gefährdungsbeurteilung: Vergleiche zwei Betriebszustände der Anlage und erläutere ihre unterschiedlichen Risiken.
Funktionale Sicherheit: Gestalte ein einfaches Schaubild vom Sensor bis zur sicheren Reaktion.
Fehlerdiagnose: Untersuche die virtuelle Anlage B und begründe, wann die Tätigkeit abgebrochen werden muss.
Kommunikation im Betrieb: Führe ein Rollenspiel zwischen Auszubildenden und Schichtleitung bei Produktionsdruck durch.

Schwer

Maschinensicherheit: Entwickle für die fiktive K-7 ein Konzept, das die Ursachen von Manipulationsanreizen reduziert.
Mensch-Roboter-Kollaboration: Erstelle ein kurzes Erklärvideo über Risiken von Werkzeug, Werkstück und gemeinsamem Arbeitsraum.
Sicherheitskultur: Entwirf einen anonymisierten Interviewleitfaden über betriebliche Meldewege und den Umgang mit Sicherheitsbedenken.
Sicherheitsmanagement: Entwickle eine Freigabe- und Eskalationsmatrix für einen fiktiven Störungsfall, ohne technische Schutzfunktionen zu verändern.

Lernkontrolle

Situationsanalyse: Begründe, warum eine scheinbar korrekte Bedienanzeige keinen sicheren Betrieb nachweist.
Transfer: Übertrage die Abbruchkriterien der K-7 auf eine andere Maschine mit Zugangssicherung.
Fehlerbewertung: Erkläre, warum aus einer Signalabweichung nicht unmittelbar auf die Ursache geschlossen werden kann.
Entscheidungskompetenz: Entwickle einen sicheren Handlungsweg, wenn eine Führungskraft trotz offener Sicherheitsfrage die Fortsetzung verlangt.
Prävention: Zeige, wie verbesserte Bedienbarkeit Manipulationsanreize verringern kann.
Wiederanlauf: Begründe, weshalb ein Reset keine fachliche Prüfung und betriebliche Freigabe ersetzt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis sollst Du:

Sicherheitsrelevante Gefährdungen der virtuellen Anlage erkennen und erläutern.
Widersprüchliche Zustands- und Signalverläufe richtig interpretieren.
Konkrete Abbruchkriterien benennen und nachvollziehbar begründen.
Geeignete Melde- und Eskalationswege aufzeigen.
Sichere Maßnahmen von unzulässigen Eingriffen unterscheiden.
Eine begründete Wiederanlaufentscheidung im Fallbeispiel erläutern.
Eine Transferaufgabe auf eine andere fiktive Maschine anwenden.

Bewertung: Besonders wichtig sind sichere Entscheidungen und nachvollziehbare Begründungen. Die theoretische Leistung ist kein Nachweis der praktischen Befähigung zur Arbeit an realen Sicherheitssteuerungen.

OERs zum Thema

Wikipedia: Mensch-Roboter-Kollaboration

Wikipedia: Funktionale Sicherheit

Fachlich geprüfte Quellen

DGUV/IFA: Manipulation von Schutzeinrichtungen verhindern – Ursachen, Prävention und Lernmedien.
DGUV Information 210-007 – Unterweisungshilfe, 2025.
DGUV FBHM-022 – Verhindern, Erschweren, Erkennen.
IFA: Kollaborierende Roboter – Risiken und Schutzmaßnahmen.
Betriebssicherheitsverordnung § 6 – Schutzmaßnahmen bei der Verwendung von Arbeitsmitteln.
ISO 14119:2024 – Verriegelungseinrichtungen und Minimierung von Manipulationsmöglichkeiten.
ISO 13849-1:2023 – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen.
ISO 10218-2:2025 – Sicherheit von Roboteranwendungen und Roboterzellen.
ISO 12100:2010 – Risikobeurteilung und Risikominderung.

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Mediennachweise und Nutzungsrechte

Medium	Urheber / Lizenz
Kollaborativer Roboter Sawyer	HAHN Group, CC BY-SA 4.0
Roboterarbeitsbereich	PEO ACWA, CC BY 2.0
Schlüsselverriegelung	Wtshymanski, CC BY-SA 4.0
Lichtvorhang	PetjaTouru, CC BY-SA 3.0
Not-Halt-Betätiger	Flygklubben, CC BY-SA 4.0
Wartungssicherung	Maheshkumar23, CC BY-SA 4.0

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