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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Roboterwerkzeuge als Gefahrenquelle beurteilen

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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Roboterwerkzeuge als Gefahrenquelle beurteilen

Zielgruppe: Ausbildung in Mechatronik, Industriemechanik, Elektronik für Automatisierungstechnik und vergleichbaren Berufen.

Lernformat: 6 kurze Lerneinheiten, ein durchgehender Ausbildungsfall, virtuelle Anlage, Signaldiagnose, interaktive Übungen und Transferaufgaben.

Leitfrage: Was passiert, wenn nicht der Roboterarm, sondern Greifer, Werkstück oder Bearbeitungsprozess zur entscheidenden Gefahrenquelle werden?

Einleitung

Ein Cobot ist nicht automatisch eine sichere Maschine. Die Sicherheit entsteht durch die Beurteilung und Absicherung der gesamten Roboteranwendung.

Dazu gehören der Roboterarm, der Greifer, das Werkstück, die Arbeitsumgebung, die Steuerung und alle vorhersehbaren Betriebszustände.

Dein Lernziel: Du erkennst Gefahren, deutest einfache Signalverläufe, begründest sichere Entscheidungen und weißt, wann Du Arbeiten stoppen und Fachpersonal einschalten musst.

Sicherheitsgrenze: Alle Steuerungs- und Diagnoseaufgaben dieses Kurses sind virtuelle Übungen. Der Kurs ersetzt weder eine betriebliche Unterweisung noch praktische Qualifikation, Risikobeurteilung, Validierung oder betriebliche Freigabe. Veränderungen an realen Sicherheitsfunktionen und die Wiederinbetriebnahme bleiben befugtem Fachpersonal vorbehalten.

Bildauftrag: Welche Gefahren könnten entstehen, wenn an diesem Roboter ein scharfkantiges oder schweres Werkstück befestigt wird?

Video: „Mit dem Roboter auf Du und Du“, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung. Beobachte besonders die Schnittstelle zwischen Mensch, Roboter und Arbeitsaufgabe.

Lerneinheit 1: Die virtuelle Ausbildungsanlage

Lernzeit: 5 Minuten

Ausbildungsfall: Blechtransfer mit Vakuumgreifer

Du absolvierst eine Ausbildung in einem metallverarbeitenden Betrieb. An einer Montageinsel transportiert ein kollaborativer Roboter Aluminiumbleche von einer Ablage zu einer Übergabestation.

Fiktive Falldaten:

Bestandteil	Beschreibung
Roboter	Kollaborativer Sechsachsroboter
Werkzeug	Vakuumgreifer mit Saugelementen
Werkstück	Aluminiumblech, etwa 0,8 kg, mit teilweise scharfen Kanten
Prozess	Aufnehmen, Transportieren, Ablegen
Arbeitsbereich	Übergabestation mit zeitweiligem Personenzugang
Überwachung	Sicherheitsgerichtetes Schutzfeld und separate Prozessüberwachung des Vakuums

Störung: Während eines Transports meldet die Prozesssteuerung einen Vakuumverlust. Gleichzeitig nähert sich eine Person dem Übergabebereich.

Deine Aufgabe: Beurteile die Situation, ohne die reale Anlage zu bedienen.

Virtuelle Anlage V1: Anlagenübersicht

Materialzufuhr	Roboter	Übergabe	Person
BLECHABLAGE	ROBOTERARM	ABLEGEPLATZ	BEDIENPERSON
Werkstück bereit	Vakuumgreifer hält Werkstück	Mögliche Quetschstelle	Betritt den überwachten Bereich
Gefahr: scharfe Kante	Gefahr: Vakuumverlust	Gefahr: Einklemmen	Gefahr: Kontakt oder herabfallendes Werkstück

Vereinfachter Ablauf:

BLECHABLAGE → GREIFEN → TRANSPORTIEREN → ABLEGEN → FREIGABE DER ÜBERGABE

Wichtige Frage: Welche Gefahr bleibt bestehen, wenn der Roboter zwar anhält, das Werkstück aber nicht mehr sicher gehalten wird?

Bildauftrag: Kennzeichne gedanklich Greifflächen, mögliche Quetschstellen und die Verbindung zum Roboter.

Basisaufgabe B1: Gefahren finden

Ordne jeder Situation die mögliche Verletzungsart zu.

Situation	Mögliche Folge
Werkstück löst sich vom Greifer	Herabfallen und Verletzung
Hand zwischen Greifer und Ablage	Quetschung
Kontakt mit scharfer Blechkante	Schnittverletzung
Roboter bewegt Werkstück gegen feste Einrichtung	Einklemmung oder Stoß

Gestufte Hilfen:

Hilfe 1: Betrachte nicht nur die Bewegung des Roboters.

Hilfe 2: Untersuche Geometrie, Masse, Greifkraft und Bewegungsraum.

Hilfe 3: Frage bei jedem Teil: Was passiert bei Kontakt, unerwarteter Bewegung oder Energieverlust?

Feedback: Eine vollständige Gefahrenbetrachtung berücksichtigt auch das bewegte Werkstück und das Werkzeug. Eine sichere Roboterbewegung allein schließt Schnitt-, Quetsch- oder Absturzgefahren nicht aus.

Lerneinheit 2: Greifer und Werkstück beurteilen

Lernzeit: 5 Minuten

Warum das Werkzeug kritisch sein kann

Der Endeffektor ist das Werkzeug am Ende des Roboterarms. Das kann beispielsweise ein Vakuumgreifer, ein mechanischer Greifer, ein Schraubwerkzeug oder ein Schweißwerkzeug sein.

Bei der Risikobeurteilung sind insbesondere die Form der Kontaktflächen, Klemm- und Scherstellen, die Haltung des Werkstücks und mögliche Energieverluste zu berücksichtigen.

Vergleichsauftrag: Untersuche, welche Gefahren durch Greifmechanismus und gegriffenen Gegenstand entstehen könnten.

Das Foto zeigt einen 3D-gedruckten Greifer mit fehlerhaften Verzahnungen. Welche zusätzlichen Fehlerarten müssen bei einem industriellen Werkzeug berücksichtigt werden?

Gefahrenmatrix der Roboteranwendung

Gefahrenquelle	Beispiel	Ansatz zur Risikominderung
Greiferfinger	Quetschstelle	Geeignete Greifergeometrie und abgesicherte Bewegung
Werkstückkante	Schnittverletzung	Entgraten, Abrunden oder Kontakt verhindern
Werkstückmasse	Herabfallendes Teil	Geeignetes und bewertetes Halte- und Rückhaltekonzept
Vakuumversorgung	Unbeabsichtigte Freigabe	Haltefunktion und Fehlerverhalten beurteilen
Prozesswerkzeug	Hitze, Späne oder Strahlung	Prozessbezogene Schutzeinrichtungen
Roboterbewegung	Stoßen oder Einklemmen	Geeignete sicherheitsbezogene Schutzfunktion

Merksatz: Kraftbegrenzung am Roboterarm beseitigt keine scharfe Werkstückkante.

Anwendungsaufgabe A1: Werkzeugwechsel

Der bisherige weiche Greifer wird durch einen mechanischen Greifer mit harten Greifbacken ersetzt.

Entscheide, ob die vorhandene Risikobeurteilung unverändert ausreicht.

Hilfe 1: Welche neuen Kontaktstellen entstehen?

Hilfe 2: Untersuche Greifkraft, Konturen, Bewegungen und Fehlerverhalten.

Hilfe 3: Welche Person muss die Änderung sicherheitstechnisch bewerten?

Feedback: Die Änderung erfordert eine erneute Betrachtung der betroffenen Gefährdungen und Schutzmaßnahmen. Die bisherige Sicherheitsbewertung kann nicht ungeprüft übernommen werden. Die zuständigen Fachpersonen müssen erforderliche Prüfungen, Dokumentation und Freigaben festlegen.

Lerneinheit 3: Funktionale Maschinensicherheit

Lernzeit: 6 Minuten

Vom Sensor zur sicheren Reaktion

Funktionale Sicherheit bedeutet, dass sicherheitsbezogene Funktionen bei bestimmten gefährlichen Situationen die erforderliche Risikominderung bewirken und dafür mit nachgewiesener Zuverlässigkeit ausgelegt sind.

Vereinfachtes Funktionsmodell:

Sichere Erfassung	Sichere Logik	Sichere Reaktion
Sicherheits-Laserscanner	Sicherheitssteuerung	Sicherheitsbezogene Antriebsfunktion
Schutzfeld belegt	Schutzanforderung verarbeiten	Gefahrbringende Bewegung stoppen

Achtung: Ein normaler Sensor zur Vakuumüberwachung ist nicht allein deshalb sicherheitsgerichtet, weil sein Signal in einer Steuerung erscheint. Für eine Sicherheitsfunktion müssen alle erforderlichen Teile der Signalkette geeignet ausgelegt, bewertet und validiert sein.

Wichtige Schutzprinzipien

Schutzprinzip	Kernidee	Grenze
Sicherheitsbewerteter überwachter Halt	Stillstand bei vorgesehener menschlicher Interaktion	Weitere Gefahren können fortbestehen
Handführung	Bewegung durch befugte Person unter definierten Bedingungen	Zusätzliche Gefahren durch Werkzeug und Werkstück
Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung	Abstand und Bewegung sicherheitsgerichtet überwachen	Schutzabstände, Nachlauf und Erkennung müssen passen
Leistungs- und Kraftbegrenzung	Kontaktbeanspruchung innerhalb bewerteter Grenzen halten	Scharfe Kanten und Quetschstellen können ungeeignet sein

Welche dieser Lösungen ausreichend ist, ergibt sich aus der konkreten Risikobeurteilung und der Validierung der Roboteranwendung.

Bildauftrag: Warum ist die Bauart eines Cobots kein alleiniger Sicherheitsnachweis für die vollständige Anwendung?

Video: SICK nanoScan3 – Beispiel für Sicherheits-Laserscanner. Das Video zeigt eine Anwendung im Bereich mobiler Robotik. Übertrage nur das Grundprinzip der Schutzfelderkennung auf den Ausbildungsfall. Die Eignung für eine konkrete Roboterzelle muss separat beurteilt werden.

Steuerungsaufgabe S1: Sicher oder nur gemeldet?

Ordne die Signale gedanklich nach ihrer Funktion.

Modelliertes Signal	Bedeutung	Einordnung
SF_FELD_FREI	Sicherheitsgerichtet erfasster Schutzfeldzustand	Sicherheit
SF_STILLSTAND	Sicherheitsgerichtet bestätigter Stillstand	Sicherheit
P_VAKUUM_OK	Gewöhnliche Rückmeldung des Vakuumsensors	Prozess
P_WERKSTUECK_DA	Gewöhnliche Werkstückerkennung	Prozess
P_ZYKLUS_ENDE	Bearbeitungszyklus abgeschlossen	Prozess

Hilfe 1: Ein Signal kann technisch wichtig sein, ohne sicherheitsgerichtet zu sein.

Hilfe 2: Prüfe die gesamte Kette aus Sensor, Logik und Aktor.

Feedback: Prozesssignale unterstützen den Ablauf, sind aber ohne entsprechende sicherheitstechnische Auslegung kein Ersatz für Sicherheitsfunktionen.

Lerneinheit 4: Virtuelle Signaldiagnose

Lernzeit: 8 Minuten

Die folgenden Signalverläufe sind didaktische Modelle. Signalnamen, Zustandsfolgen und Zeiten sind erfunden, nicht aus einer realen Steuerung übernommen und nicht zur Parametrierung einer Maschine geeignet.

Diagnosefall D1: Schutzfeld und Vakuumverlust

Signaldefinition: 1 bedeutet aktiv beziehungsweise bestätigt. 0 bedeutet inaktiv beziehungsweise nicht bestätigt.

Signal	t0	t1	t2	t3
SF_FELD_FREI	1	0	0	1
SF_BEWEGUNG_FREI	1	0	0	0
SF_STILLSTAND	0	0	1	1
P_VAKUUM_OK	1	1	0	0
P_RESET	0	0	0	0

Lies den Verlauf:

t0: Roboter bewegt ein Werkstück.

t1: Schutzfeld wird belegt, eine sicherheitsbezogene Stoppanforderung liegt vor.

t2: Stillstand ist bestätigt, gleichzeitig wird Vakuumverlust gemeldet.

t3: Das Schutzfeld ist wieder frei, aber die Bewegungsfreigabe bleibt gesperrt.

Diagnosefragen:

Zu welchem Zeitpunkt wird die Schutzanforderung ausgelöst?
Wann ist der Stillstand bestätigt?
Warum darf aus dem freien Schutzfeld bei t3 keine Startfreigabe abgeleitet werden?
Welche weitere Gefährdung kann trotz bestätigten Stillstands bestehen?

Gestufte Hilfen:

Hilfe 1: Vergleiche t1 und t2.

Hilfe 2: Eine Stoppanforderung bedeutet nicht, dass die Bewegung bereits beendet ist.

Hilfe 3: Betrachte bei t2 zusätzlich P_VAKUUM_OK.

Begründetes Feedback: Bei t1 beginnt die Stoppreaktion. Erst bei t2 ist der Stillstand im Modell bestätigt. Der Vakuumverlust kann das Werkstück gefährden. Bei t3 reicht ein freies Schutzfeld nicht zum Wiederanlauf: Fehlerursache, Werkstückzustand, sichere Wiederanlaufbedingungen und Freigabe müssen geklärt sein.

Diagnosefall D2: Fehler trotz freiem Schutzfeld

Signal	Zustand
SF_FELD_FREI	1
P_VAKUUM_OK	0
SF_STILLSTAND	0
P_STOERUNG	1

Virtuelle Entscheidung: Das Schutzfeld ist frei. Der Vakuumsensor meldet einen Fehler. Stillstand ist nicht bestätigt.

Welche Handlung ist sicherheitsorientiert?

A: Prozess fortsetzen, weil das Schutzfeld frei ist.

B: Werkstück von Hand während der möglichen Bewegung sichern.

C: Betrieb gemäß betrieblicher Störungsregel sicher stoppen lassen, nicht eingreifen, Gefahrenbereich sichern und zuständige Fachkraft informieren.

Richtige Entscheidung: C

Feedback: Ein freies Schutzfeld beweist weder einen sicheren Greifzustand noch einen Stillstand. Die konkrete Fehlerreaktion der Anlage muss aus ihrer dokumentierten Risikobeurteilung und Sicherheitsauslegung hervorgehen. Auszubildende dürfen keine Sicherheitsfunktionen überbrücken oder eigenständig wieder freigeben.

Diagnosefall D3: Plausibilitätsprüfung

Im virtuellen Modell erscheinen gleichzeitig:

Anzeige	Wert
Schutzfeld belegt	JA
Sichere Bewegungsfreigabe	JA
Roboter fährt	JA
Diagnosemeldung	Sicherheitskanal unplausibel

Auftrag: Markiere den Zustand als nicht plausibel und entscheide, wie Du eskalierst.

Hilfe 1: Stimmen Erfassung und Bewegungsfreigabe zusammen?

Hilfe 2: Kann eine Fehlermeldung allein eine sichere Funktion bestätigen?

Feedback: Der widersprüchliche Zustand ist sicherheitskritisch. Die Anlage darf nicht aufgrund einer vermuteten harmlosen Sensorstörung weiterbetrieben werden. Betrieb nach betrieblichem Verfahren stoppen und sichern lassen, Fehler melden, dokumentieren und die Prüfung durch befugte Fachpersonen veranlassen.

Lerneinheit 5: Gefahren wirksam reduzieren

Lernzeit: 5 Minuten

Die richtige Reihenfolge

Bei der Risikominderung gilt grundsätzlich folgende Rangfolge:

Gefahren konstruktiv vermeiden: Beispielsweise Werkstückkanten entschärfen und Quetschstellen vermeiden.
Technische Schutzmaßnahmen: Beispielsweise geeignete sichere Überwachung, Abdeckungen oder Rückhalteeinrichtungen.
Information und organisatorische Maßnahmen: Beispielsweise Unterweisung, Zuständigkeiten und sichere Störungsabläufe.

Organisatorische Maßnahmen ersetzen technisch notwendige Schutzmaßnahmen nicht.

Bildfrage: Welche Schutzmaßnahmen könnten bei einer Änderung von Werkzeug oder Werkstück erneut bewertet werden müssen?

Transferaufgabe T1: Scharfkantiges Werkstück

Eine neue Blechvariante besitzt eine scharfe Kante. Die Roboterkraftbegrenzung bleibt unverändert.

Frage: Ist der kollaborierende Betrieb damit weiterhin als sicher nachgewiesen?

Hilfe 1: Ein Kontakt ist mehr als die Einwirkung einer Gesamt-Kraft.

Hilfe 2: Kleine Kontaktflächen können hohe örtliche Belastungen verursachen.

Hilfe 3: Bewerte Werkstückgeometrie, Kontaktorte und Schutzkonzept neu.

Feedback: Nein, ein ausreichender Sicherheitsnachweis liegt durch die unveränderte Kraftbegrenzung nicht automatisch vor. Die neue Werkstückgeometrie kann das Verletzungsrisiko wesentlich verändern. Die zuständigen Fachpersonen müssen die Risikobeurteilung und erforderlichen Schutzmaßnahmen prüfen.

Lerneinheit 6: Sicher entscheiden und eskalieren

Lernzeit: 4 Minuten

Handlungsregel bei Unsicherheit

STOPP – ABSTAND – MELDEN – PRÜFEN LASSEN – FREIGABE ABWARTEN

Symbol: Not-Halt. Ein Not-Halt ist eine ergänzende Schutzmaßnahme und ersetzt weder konstruktive Sicherheit noch andere erforderliche Schutzeinrichtungen.

Bei akuter Gefahr ist die dafür vorgesehene Not-Halt-Einrichtung entsprechend der Unterweisung zu betätigen. Anschließend sind mögliche Restgefahren wie herabfallende Werkstücke oder gespeicherte Energie zu beachten.

Wichtig: Das Entriegeln eines Not-Halt-Geräts oder die Quittierung einer Störung darf nicht selbsttätig einen gefährlichen Wiederanlauf auslösen.

Eskalationskarte

Beobachtung	Sichere Reaktion
Werkstück sitzt schief	Nicht eingreifen; Störung melden
Greifer verliert Haltekraft	Betrieb nach festgelegtem Verfahren stoppen lassen und Gefahrenbereich meiden
Sicherheitsmeldung ist widersprüchlich	Nicht überbrücken; Fachkraft informieren
Schutzmaßnahme wurde verändert	Keine ungeprüfte Wiederinbetriebnahme
Person möglicherweise gefährdet	Warnen und vorgesehene Notfallmaßnahmen auslösen

Drei Leistungsstufen

Stufe	Deine Kompetenz	Beispiel
Basis	Gefahr erkennen	Quetschstelle am Greifer benennen
Anwendung	Signal und Entscheidung verknüpfen	Vakuumverlust bei belegtem Schutzfeld deuten
Transfer	Schutzkonzept begründet hinterfragen	Werkzeugwechsel und neue Gefährdungen bewerten

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was gehört zur Risikobeurteilung einer Roboteranwendung? (Roboter Werkzeug Werkstück und Arbeitsumgebung) (!Nur der Roboterarm) (!Nur die Robotersteuerung) (!Nur die Geschwindigkeit)

Welche Gefahr kann von einem scharfkantigen Aluminiumblech ausgehen? (Schnittverletzung) (!Nur eine elektrische Gefährdung) (!Nur eine Lärmbelastung) (!Keine Gefahr bei geringer Geschwindigkeit)

Was bedeutet ein bestätigter sicherer Stillstand für ein gehaltenes Werkstück? (Eine Gefahr durch Verlust der Haltekraft kann bestehen bleiben) (!Das Werkstück kann nicht herabfallen) (!Alle Prozessgefahren sind beseitigt) (!Die Anlage darf immer neu starten)

Was ist bei einem gewöhnlichen Vakuumsensorsignal zu beachten? (Es ist ohne weiteren Nachweis kein Sicherheitssignal) (!Es ersetzt alle Schutzmaßnahmen) (!Es erlaubt automatisch den Wiederanlauf) (!Es beweist die Ungefährlichkeit des Werkstücks)

Welche Baugruppe verarbeitet sicherheitsgerichtete Eingangssignale in einer entsprechenden Sicherheitsarchitektur? (Sicherheitssteuerung) (!Gewöhnlicher Betriebsstundenzähler) (!Mechanisches Typenschild) (!Werkstückablage)

Was ist nach einem sicherheitsrelevanten Werkzeugwechsel erforderlich? (Die Auswirkungen auf Risikobeurteilung und Schutzmaßnahmen prüfen) (!Nur die Taktzeit erhöhen) (!Die alten Sicherheitseinstellungen ungeprüft übernehmen) (!Die Sicherheitsüberwachung abschalten)

Was folgt aus einem wieder freien Schutzfeld nach einer Störung? (Weitere Wiederanlaufbedingungen müssen geprüft werden) (!Der Roboter muss sofort starten) (!Ein Vakuumfehler ist automatisch beseitigt) (!Eine Unterweisung ist nicht mehr nötig)

Was ist bei einer widersprüchlichen Sicherheitsmeldung die richtige Reaktion? (Betrieb nach Vorgabe stoppen lassen und Fachkraft informieren) (!Die Meldung dauerhaft unterdrücken) (!Den Roboter schneller fahren lassen) (!Die Schutzfunktion überbrücken)

Welche Norm behandelt die Integration industrieller Roboteranwendungen und Roboterzellen in der Fassung von 2025? (ISO 10218 Teil 2) (!ISO 9001) (!ISO 14001) (!ISO 50001)

Was gilt nach erfolgreichem Abschluss dieses Quiz? (Die praktische Qualifikation und betriebliche Freigabe bleiben erforderlich) (!Die Anlage darf ohne weitere Prüfung verändert werden) (!Eine betriebliche Unterweisung ist überflüssig) (!Eine Risikobeurteilung ist nicht mehr nötig)

Feedback zum Quiz: Eine sichere Entscheidung berücksichtigt die vollständige Gefährdungssituation. Besonders wichtig sind das Erkennen von Restgefahren, die Unterscheidung zwischen Prozess- und Sicherheitssignalen und das Vermeiden eines ungeprüften Wiederanlaufs.

Memory

Finde die passenden Begriffspaare.

Endeffektor	Werkzeug am Roboterarm
Quetschstelle	Gefährlicher Zwischenraum
Schutzfeld	Sicherheitsgerichtet überwachter Bereich
Prozesssignal	Betriebliche Zustandsmeldung
Sicherer Stillstand	Sicherheitsgerichtet bestätigte Bewegungslosigkeit
Risikobeurteilung	Systematische Gefährdungsanalyse
Eskalation	Weitergabe an zuständige Fachperson

Drag and Drop

Ordne die Gefährdungen, Signale und Reaktionen richtig zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Schnittgefahr	Scharfkantiges Werkstück
Quetschgefahr	Hand zwischen Greifer und Ablage
Absturzgefahr	Verlust der Haltekraft
Sicherheitssignal	Überwachter Schutzfeldzustand
Prozesssignal	Gewöhnliche Vakuumrückmeldung
Eskalation	Zuständige Fachkraft informieren
Wiederanlaufprüfung	Fehlerursache und Freigabebedingungen klären

Feedback: Entscheidend ist die Unterscheidung von Gefahrenquelle, möglicher Verletzung und geeigneter Reaktion. Ein Prozesssignal wird nicht allein durch seine Bedeutung für den Betrieb zu einer Sicherheitsfunktion.

Kreuzworträtsel

Greifer	Wie heißt ein Werkzeug, das Werkstücke festhält?
Werkstück	Wie nennt man das vom Roboter bearbeitete oder bewegte Teil?
Quetschung	Welche Verletzung kann beim Einklemmen entstehen?
Schutzfeld	Wie heißt der sicherheitsgerichtet überwachte Bereich?
Stillstand	Welcher Zustand bedeutet das Ende einer Bewegung?
Eskalation	Wie bezeichnet man die Weitergabe eines Problems an zuständige Stellen?

LearningApps

Ergänzende Übungssuche zum Kursthema. Die Suchansicht ist kein einzeln geprüftes Lernmodul.

Lückentext

Ein kollaborativer Roboter wird häufig als

bezeichnet.

Zum vollständigen Robotersystem gehört auch der

als Werkzeug.

Im Ausbildungsfall transportiert der Roboter ein

zur Übergabe.

Das Werkstück wird durch einen

gehalten.

Bei unzureichender Haltekraft kann das Werkstück

und Personen verletzen.

Eine scharfe Blechkante kann eine

verursachen.

Die sicherheitsgerichtete Erfassung eines Schutzfeldes ist Teil einer möglichen

der Anlage.

Ein gewöhnlicher Vakuumsensor liefert zunächst ein

an die Steuerung.

Nach einem Schutzstopp müssen mögliche

berücksichtigt werden.

Bei einer unklaren sicherheitskritischen Störung muss die zuständige

informiert werden.

Der sichere Einsatz einer Roboteranwendung setzt eine geeignete

voraus.

Vor einem erneuten Betrieb müssen die vorgesehenen

erfüllt sein.

Offene Aufgaben

Bearbeite zwölf Aufgaben in aufsteigender Schwierigkeit. Arbeite bei Analysen ausschließlich mit virtuellen Anlagen, bereitgestellten Bildern, Unterlagen oder freigegebenen Schulungsmodellen.

Leicht

Gefahrensuche: Untersuche ein Bild eines kollaborativen Roboters und markiere drei mögliche Gefahrenquellen.
Greifervergleich: Zeichne einen mechanischen Greifer und einen Vakuumgreifer. Erkläre zwei Unterschiede bei der Gefährdung.
Werkstückanalyse: Erstelle eine kleine Tabelle zu scharfen Kanten, Masse, Temperatur und Form eines Werkstücks.
Sicherheitsplakat: Gestalte ein Plakat mit dem Leitsatz „Roboter, Werkzeug und Werkstück gemeinsam beurteilen“.

Standard

Gefahrenmatrix: Ergänze den Ausbildungsfall um mindestens fünf Gefahrensituationen und geeignete Ansätze zur Risikominderung.
Signalanalyse: Erstelle ein eigenes Zeitdiagramm mit Schutzfeld, Stoppanforderung, Stillstandsbestätigung und Vakuumstatus. Erkläre die Zustandswechsel.
Störungskarte: Entwickle eine kompakte Entscheidungskarte für den Umgang mit einer sicherheitskritischen Störung.
Erklärvideo: Produziere ein kurzes Erklärvideo zu einer virtuellen Roboteranlage. Zeige, warum eine Prozessmeldung keine validierte Sicherheitsfunktion ersetzt.

Schwer

Fehlerbaum: Entwickle einen Fehlerbaum zum unerwarteten Verlust eines Werkstücks. Unterscheide Ursachen, Folgen und Schutzmaßnahmen.
Virtuelle Anlage: Entwirf ein digitales Anlagenlayout mit Materialzufuhr, Roboter, Greifer, Übergabe und Schutzbereich. Markiere mögliche gefährliche Zustände.
Sicherheitskonzept: Vergleiche zwei Schutzkonzepte für eine kollaborierende Handhabungsaufgabe. Beurteile Grenzen und zusätzliche notwendige Nachweise.
Betriebliches Fachgespräch: Führe mit einer befugten Fachkraft ein Interview über Werkzeugwechsel, Risikobeurteilung, Diagnose und Freigabe. Erstelle eine anonymisierte Auswertung ohne vertrauliche Betriebsdaten.

Lernkontrolle

Diese Aufgaben prüfen Zusammenhänge, Argumentation und die Übertragung auf neue Situationen.

Fallvergleich: Vergleiche die Gefährdungen beim Transport eines weichen Kunststoffteils und einer scharfkantigen Metallplatte. Begründe, weshalb identische Robotereinstellungen nicht dieselbe Sicherheit gewährleisten.
Diagnoseentscheidung: Ein Vakuumsensor meldet einen Fehler, während der Roboter noch nicht sicher im Stillstand ist. Beschreibe die relevanten Restgefahren und einen zulässigen Eskalationsweg.
Schutzkonzeptbewertung: Eine Firma möchte nach Einführung eines Cobots sämtliche Schutzeinrichtungen entfernen. Beurteile diese Idee anhand der gesamten Anwendung und formuliere offene Prüffragen.
Änderungsbewertung: Ein neues Werkstück ist schwerer und besitzt scharfe Kanten. Erläutere, welche Bestandteile der Risikobeurteilung und Sicherheitsvalidierung erneut betrachtet werden müssen.
Signalkettenanalyse: Erkläre anhand eines virtuellen Modells den Unterschied zwischen einem gewöhnlichen Prozesssensor und einer geeigneten sicherheitsgerichteten Signalkette.
Eskalation: Eine beschäftigte Person will eine Fehlermeldung überbrücken, um den Produktionsauftrag abzuschließen. Formuliere eine fachlich begründete Reaktion und einen sicheren nächsten Schritt.

Bewertungsfeedback:

Qualität	Kennzeichen
Noch nicht ausreichend	Betrachtet nur den Roboterarm oder schlägt ein Überbrücken von Schutzmaßnahmen vor
Basis erreicht	Erkennt wichtige Gefahren und verweigert unsichere Eingriffe
Sicher angewendet	Verknüpft Gefahr, Signalzustand, Schutzmaßnahme und Eskalation nachvollziehbar
Transfer erreicht	Erkennt neue Risiken bei geänderten Werkzeugen oder Werkstücken und benennt notwendige fachliche Prüfungen

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis sollst Du folgende Ergebnisse vorlegen:

Gefahrenbild: Kennzeichnung von mindestens fünf möglichen Gefahren an einer Roboteranwendung.
Gefahrenmatrix: Zuordnung von Gefahrenquelle, möglicher Verletzung und Risikominderungsansatz.
Diagnoseprotokoll: Interpretation eines vorgegebenen virtuellen Signalverlaufs mit begründeter Stopp- oder Eskalationsentscheidung.
Änderungsbewertung: Erläuterung, warum ein Werkzeug- oder Werkstückwechsel eine erneute sicherheitstechnische Betrachtung erforderlich machen kann.
Fachgespräch: Erklärung des Unterschieds zwischen einem Prozesssignal und einer validierten Sicherheitsfunktion.
Reflexion: Darstellung der Grenzen der eigenen Zuständigkeit und der Voraussetzungen für eine betriebliche Wiederfreigabe.

Bewertungsmaßstab: Fachlich nachvollziehbare Begründungen, vollständige Betrachtung der Gefahrenquellen, sichere Entscheidungen und korrektes Eskalationsverhalten.

Abgrenzung: Dieser Lernnachweis bestätigt ausschließlich den Lernerfolg im Kurs. Er stellt weder eine praktische Qualifikationsbescheinigung noch einen Sicherheitsnachweis oder eine betriebliche Freigabe dar.

OERs zum Thema

Wikipedia

Der Artikel bietet eine Einführung in die Mensch-Roboter-Kollaboration. Einzelne Aussagen über Sicherheit müssen anhand aktueller Fachquellen überprüft werden.

Geprüfte Fachquellen

Die folgenden Quellen dienen zur fachlichen Vertiefung. Vollständige Normtexte können kostenpflichtig oder zugangsbeschränkt sein.

DGUV – FAQ Robotik: Praxisfragen zur vollständigen Roboteranwendung, zu Werkzeugen, PFL, Sicherheitsfunktionen und aktuellen Normen.
DGUV/IFA – Kollaborierende Roboter: Technische Schutzmaßnahmen und Gefährdungsbetrachtung.
DGUV/IFA – Technische Schutzmaßnahmen: Sichere Überwachung und Grenzen von Sensorlösungen.
ISO 10218-1:2025: Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter.
ISO 10218-2:2025: Sicherheitsanforderungen für industrielle Roboteranwendungen und Roboterzellen.
ISO 13849-1:2023: Grundlagen für sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen.
Pilz – Sichere Roboteranwendungen: Betrachtung der Sicherheitsfunktion vom Sensor bis zum Aktor.
SCHUNK – Greifer für Mensch-Roboter-Kollaboration: Greiftechnik und anwendungsbezogene Gefährdungen.

Normenstand: Die ISO 10218-1 und ISO 10218-2 wurden 2025 neu veröffentlicht. Die rechtliche Einordnung und die Anwendung harmonisierter Normen müssen für die jeweilige Anlage und ihren Zeitpunkt geprüft werden. Die europäische Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 gilt im Wesentlichen ab dem 20. Januar 2027. EUR-Lex – Maschinenverordnung

Mediennachweise und Nutzungsrechte

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Mediendatei	Urheber	Lizenz
Schramberg - Sawyer 5.jpg	Jeff Green / Rethink Robotics	CC BY 4.0
Baxter robot's gripper.JPG	Gustavo A. Casañ	CC BY-SA 4.0
Robot sise tutucu Gripper.jpg	Hüseyin ASAN	CC BY-SA 4.0
3D printed robotic gripper.jpg	Simiprof	CC0 1.0
KUKA LBR iiwa.jpg	KUKA Laboratories GmbH	CC BY-SA 3.0
Collaborative Robot Cobot.png	Rlistmedia	CC BY 4.0
OSP Emergency stop.svg	Team445	CC0 1.0

YouTube-Medien:

DGUV – Mit dem Roboter auf Du und Du: Fachvideo zur Zusammenarbeit von Menschen und Robotern.
SICK – nanoScan3 Sicherheits-Laserscanner: Herstellerdemonstration einer Sensorlösung für mobile Anwendungen.

YouTube-Videos werden ausschließlich als externe Inhalte über den jeweiligen Plattformplayer eingebunden. Für sie wird keine freie OER-Nachnutzungslizenz behauptet. Eine Übernahme oder Bearbeitung außerhalb der vorgesehenen Plattformnutzung bedarf einer entsprechenden Rechteprüfung.

Quellen- und Medienprüfung: 7 Wikimedia-Commons-Dateien mit dokumentierter Lizenz, 2 nachgewiesene YouTube-Videos sowie Fachinformationen von DGUV, ISO und Herstellern. Der fiktive Ausbildungsfall und seine Signalverläufe sind eigens erstellte didaktische Modelle und keine Abbildungen einer zugelassenen Anlage.