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Pilz

Das schwäbische Familienunternehmen Pilz macht Roboter zu nahbaren Kollegen.




• Unter den gut 9000 Mitarbeitern im US-Werk Spartanburg des Autobauers BMW wird eine „Miss Charlotte“ genannt. Es handelt sich um einen graublauen, oberschenkeldicken Roboter, in ausgestrecktem Zustand etwa so groß wie ein kleiner Mensch. Mit ihren vielen Achsen verwandelt sich Miss Charlotte bei der Arbeit in einen äußerst beweglichen Arm, an dessen Ende eine kleine Walze montiert ist. Die fährt mit gleichbleibendem Druck und im Tempo eines Menschen am Rand einer Türinnenverkleidung entlang, 30 Sekunden später bestückt Miss Charlotte die nächste Autotür.


Berührung ja, Bedrohung nein: Ein Kraft- und Druckmesssystem sorgt für Arbeitsplätze mit sicherer Mensch-Roboter-Kollaboration. Das heißt: Ein Arbeiter kann durch den Roboter schon mal gedrückt oder gestoßen werden, aber er verletzt sich nicht dabei

Dass die BMW-Werker dem Roboter, der in einer Reihe mit ihnen arbeitet, einen Namen gegeben haben, ist Ausdruck eines tiefgreifenden Wandels: Noch vor wenigen Jahren wurden Roboter in Montagehallen nur geduldet, wenn sie zum Schutz der Menschen hinter Metallgittern ihren Dienst verrichteten. Inzwischen verbreiten sie keine Angst mehr und sind Kollegen geworden. Das ist nicht zuletzt das Verdienst der Firma Pilz, die sich als „Botschafter der Sicherheit“ bezeichnet.

Das schwäbische Familienunternehmen in Ostfildern bei Stuttgart – mehr als 2200 Mitarbeiter, 306 Millionen Euro Umsatz im Jahr 2016, weltweit 40 Tochtergesellschaften, 70 Prozent Exportanteil – zählt zu Deutschlands heimlichen Weltmarktführern. Heimlich auch deshalb, weil Pilz seine Produkte – elektronische Kontroll- und Überwachungsgeräte, Sensoren, Schalter und Steuerungen – ausschließlich an Hersteller und Betreiber von Maschinen und Anlagen verkauft. Das für Laien anschaulichste Pilz-Produkt ist das Sicherheitsschaltgerät PNOZ (Pilz-Not-Aus-Zwangsgeführt), das in einem Schaltschrank verbaut und über jenen berühmten roten Not-Knopf angesteuert wird, der gut sichtbar an unzähligen Industriemaschinen und -anlagen angebracht ist – vom Montageband über Verpackungsmaschinen und Druckerpressen bis zu Achterbahnen, Windrädern und Theaterkulissen.

Das patentierte Gerät, dessen Name weltweit zum Gattungsbegriff geworden ist, kappt im Notfall nicht einfach die Stromzufuhr, sondern stoppt die Maschine so kontrolliert, dass dabei nichts kaputtgeht, keine Last herunterfällt und die Maschine auch schnell wieder anlaufen kann. PNOZ gilt laut Pilz als das weltweit am häufigsten eingesetzte Sicherheitsschaltgerät. Es hat dem Unternehmen – neben Sensoren, Lichtgittern, Laserscannern, Kamera- und Steuerrungssystemen – einen Namen in Sachen Sicherheit gemacht.

1948 als Glasbläserei gegründet, fertigt Pilz zunächst Glasapparate für die Medizintechnik und Quecksilberschaltgeräte. In Zeiten des Wiederaufbaus von Fabriken nach dem Krieg verlegt sich das Unternehmen auf Kontroll- und Überwachungsbauteile für Maschinen – zum Beispiel sogenannte Zweihandbediengeräte für Pressen, die ihren Bediener zwingen, die Hände während der Bewegung der Presse aus der Gefahrenzone zu nehmen.

Peter Pilz, der Sohn des Firmengründers, setzt später immer stärker auf Elektronik und speicherprogrammierbare Maschinensteuerungen, deren Absatz er durch erste Tochtergesellschaften forciert.

Als er 1975 bei einem Flugzeugabsturz ums Leben kommt, führt seine Frau das Lebenswerk ihres Mannes fort. Zunächst stellt Renate Pilz einen Manager ein, 1994 übernimmt sie selbst die Geschäftsführung, die sie Anfang dieses Jahres an ihre Tochter und ihren Sohn übergeben hat. Unter der Leitung der Senior-Chefin steigt die Mitarbeiterzahl der Pilz GmbH & Co. KG von 400 auf 2200; sie ist es, die dafür sorgt, dass Pilz fast 20 Prozent seines Umsatzes in Forschung und Entwicklung investiert und sich eine eigene „Denkfabrik“ für die smarte Produktion leistet.

So ist Pilz auch schon länger an den Robotern dran. Geschätzte 1,8 Millionen standen 2016 weltweit in den Fabriken (etwa 200 000 hierzulande), in zwei Jahren sollen es schon drei Millionen sein, und Deutschland ist der fünftgrößte Roboter-Markt der Welt. Die meisten von ihnen sind noch klassische Industrieroboter, die ihr Werk mit enormer Kraft und hohem Tempo in Schutzkäfigen verrichten. Doch mittlerweile kommen immer häufiger Leichtbauroboter mit geringerer Traglast und menschlichem Bewegungstempo zum Einsatz, die sich ohne Schutzzäune Arbeitsbereiche mit den Beschäftigten teilen. Die am weitesten fortgeschrittenen sogenannten kollaborativen Roboter (Cobots) erlernen sogar Bewegungen, die man ihnen zeigt. „Früher galt es, Mensch und Maschine möglichst sicher zu trennen“, sagt Pilz’ oberster Innovationsmanager Klaus Stark. „Jetzt wird das Prinzip auf den Kopf gestellt: Mensch und Maschine arbeiten am selben Ort und zur selben Zeit wie Kollegen zusammen.“

Das Potenzial für diese Mensch-Roboter-Kollaboration gilt als riesig – in der Pflege, beim Putzen im Haushalt, im Operationssaal, zunächst aber vor allem bei der Automatisierung einfacher Montagearbeiten. „Die niedrigen Einstiegspreise und das große Medieninteresse an der Technologie lösten einen regelrechten Hype aus“, schrieb das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) 2016 in einer Studie über die „ersten Erfahrungen von Anwenderunternehmen“ mit Cobots und bilanzierte: „Die neue Technologie funktioniert! Doch sind die neuen Roboter wirklich sicher?“

Ein Jahr zuvor hatte ein solcher im Kasseler Volkswagenwerk einen jungen Arbeiter getötet; beim Einrichten des Roboters wurde er von dessen Arm erfasst und gegen eine Metallplatte gedrückt. Der Fall sorgte weltweit für Schlagzeilen und nährte Ängste, dass diese Maschinen nicht nur Jobs gefährden, sondern überdies eine tödliche Gefahr bei der Arbeit darstellen könnten. Allerdings handelte es sich um einen klassischen Industrieroboter im Sicherheitskäfig.

 


Grenzenlose Bewegungsfreiheit: Im Entwicklungs-Labor für SafetyEye wird getestet, wie man Roboter-Arbeitsplätze ohne trennende Zäune oder Gitter einrichten kann. Die neue Technik dient der Überwachung von Räumen. Unten und oben rechts: Michael Weinmann, Manager Robot Safety in der Abteilung Customer Support – umzingelt von Markierungen für Roboterpositionen

Tatsächlich sinken in Deutschland seit mehr als zwei Jahrzehnten die Arbeitsunfälle, ebenso die Zahl der tödlichen Arbeitsunfälle; im Jahr 2016 waren es 424. Nach Erhebungen der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung ereigneten sich 2015 bundesweit 183 meldepflichtige Arbeitsunfälle an Robotern und 304, wenn man roboterähnliche Anlagen hinzurechnet. Es sind kleine Zahlen, gemessen an den knapp 44 000 Unfällen beim Bedienen von Maschinen, und winzige Zahlen im Vergleich zu den rund 877 000 Arbeitsunfällen insgesamt.

Einen Anteil an dieser Entwicklung darf sich auch Pilz mit seinen Produkten zugute halten: Dazu zählen Trittmatten, die erkennen, wenn sich ein Mensch nähert, und den Roboter dann verlangsamen oder stoppen; taktile Häute, welche die Roboterarme wie Winterkleidung umhüllen und seine Bewegungen bei menschlicher Annäherung steuern; Schutztüren, die nur denen Zugang gewähren, die sich mit einer Chipkarte identifizieren. Außerdem jede Menge Sensoren aus dem Baukasten, Kamerasysteme zur dreidimensionalen Raumüberwachung und Laserscanner, die Strahlengitter um die Roboter spannen und ihn lahmlegen, sobald die Strahlen unterbrochen werden.

Wenn trotzdem Unfälle passieren, dann nicht selten, weil Menschen sie geradezu herausfordern, sagt Klaus Stark. „Die Fantasie reicht nicht aus, um sich vorzustellen, worauf die Leute kommen, um Sicherheitssysteme zu überlisten“ – etwa um ein heruntergefallenes Werkzeug aus dem Sicherheitsbereich zu holen, ein eingeklemmtes Paket auf einem Förderband zu lösen oder um sich ein paar Schritte zu sparen.

Sicher soll Kollege Roboter gerade auch dann sein, wenn es zu Berührungen kommt. Die sind unter bestimmten Bedingungen erlaubt, zum Beispiel bei klassischen Pick-and-Place-Anwendungen – sonst wäre der maschinelle Helfer keine wirkliche Assistenz. Dafür müssen die Roboter, die laut Maschinenrichtlinie als „unvollständige Maschinen“ gelten, zu „vollständigen Maschinen“ gemacht werden, indem ihre Sicherheit vor Ort in den Fabriken bei ihrem konkreten Einsatz begutachtet wird – erst dann können sie die CE-Kennzeichnung der EU erhalten.

Ein eigenes Team von Pilz tourt deshalb durch Werkshallen, um Roboter unterschiedlicher Hersteller sicherer zu machen. Die Ingenieure entschärfen die absehbaren Kollisionen, indem sie Kanten und Ecken an den Greifern abrunden, Polsterungen anbringen oder die Kontaktflächen zwecks Kraftverteilung vergrößern. Zuletzt holen sie aus ihren großen Plastikkoffern ein Kollisionsmessgerät: Mit Federn in zwölf unterschiedlichen Stärken, je nach Körperregion, messen die Gerätesensoren Kraft und Druck, die der Roboter im Kollisionsfall auf den Menschen ausübt. Werden die Schmerzgrenzwerte nicht überschritten, darf ein Arbeiter kontrolliert gestoßen und gequetscht werden, weil er dadurch nicht verletzt wird.

Das funktioniert nach Auskunft von Klaus Stark mit Miss Charlotte in Spartanburg beim Pilz-Kunden BMW und mit mehreren Dutzend Leichtbaurobotern in anderen Werken des Automobilherstellers: In Leipzig tragen sie dickflüssigen Klebstoff auf Frontscheiben auf; in Dingolfing setzen sie kiloschwere Kegelräder in Getriebegehäuse, an denen gleichzeitig Menschen arbeiten – alles auf engstem Raum, alles ohne Schutzzäune.

Allerdings: „Roboter erkennen Menschen nur indirekt – trotz aller Sensoren, Kameras und anderer Hilfsmittel“, gibt Stark zu bedenken. „Sie wissen nicht, ob das, was sie wahrnehmen, ein Kleiderständer, ein Karton, ein Schatten oder eben die Hand oder der Kopf eines Menschen ist.“ Ungelöst sei deshalb die Anfrage eines Sägenherstellers, der sicher sein will, dass ein Finger erkannt wird, bevor er auf das Sägeblatt trifft – „da ist so viel Staub und Dreck im Spiel, dass das technisch derzeit nur sehr aufwendig und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten eigentlich gar nicht zu lösen ist“. Ähnlich kniffelig ist die Anforderung bei gefrorenem Fleisch, das in der Lebensmittelindustrie von Händen in Handschuhen in höchstem Arbeitstempo über die Säge geführt wird.

„Sicherheit wird oft als notwendiges Übel angesehen, als lästiges ‚add-on‘“, sagt Stark. Und ja, Sicherheitstechnik sei nicht unbedingt sexy, Pilz schieße keine Raketen auf den Mond, über die die Welt staune. „Dennoch ist unsere Arbeit für mich zutiefst ethisch, weil wir durch viele kleine und größere Maßnahmen Menschen – und nebenbei auch Investitionen – schützen. Für Ingenieure gibt es wenig, das derart sinnstiftend ist.“ ---