Ein explosionsgeschützter kollaborativer Roboter (Cobot) ist ein speziell entwickelter und zertifizierter Cobot für den sicheren Betrieb in Umgebungen mit brennbaren Gasen, Stäuben oder Fasern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Industrie-Cobots verfügen diese Spezialmaschinen über doppelte Explosionsschutzzertifizierungen – sowohl nach nationalen (z. B. chinesischen Ex-Standards) als auch nach internationalen (europäischen ATEX/IECEx-Standards) – und sind nach Schutzart IP68 abgedichtet. Dadurch eignen sie sich für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2. Da Branchen wie die Öl- und Gasindustrie, die chemische Verarbeitung und die Munitionsindustrie gefährliche manuelle Tätigkeiten automatisieren wollen, etablieren sich explosionsgeschützte Cobots als wichtige – und noch weitgehend ungenutzte – Automatisierungskategorie.
Warum benötigt man in Gefahrenbereichen explosionsgeschützte Cobots?
Das Problem: Manuelle Arbeit in Gefahrenzonen
Arbeiter in petrochemischen Anlagen, Raffinerien, Lackierereien und Munitionsfabriken sind täglich explosionsgefährdeten Atmosphären ausgesetzt. Manuelle Tätigkeiten in diesen Umgebungen – darunter Materialtransport, Maschinenbedienung, Oberflächenbeschichtung und Qualitätskontrolle – bergen ein inhärentes Zündrisiko durch elektrische Funken, heiße Oberflächen oder elektrostatische Entladungen.
Herkömmliche Automatisierungslösungen stoßen in diesen Umgebungen an ihre Grenzen. Standardmäßige Industrieroboter sind nicht für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert, und ihre Nachrüstung mit explosionsgeschützten Gehäusen ist komplex, teuer und oft unpraktisch. Daher sind viele gefährliche Aufgaben in explosionsgefährdeten Bereichen weiterhin auf menschliche Arbeitskraft angewiesen.
Die Lösung: Speziell entwickelte explosionsgeschützte Cobots
Explosionsgeschützte Cobots schließen diese Lücke, indem sie den Schutz vor explosionsgefährdeten Bereichen direkt in das Roboterdesign integrieren – von Motorwicklungen und Encodern bis hin zu Kabelverschraubungen und Steuerelektronik. Jede Komponente, die potenziell einen Funken erzeugen oder zulässige Oberflächentemperaturen überschreiten könnte, ist so konstruiert, dass eine Entzündung verhindert wird.
Diese Cobots behalten die Kernvorteile kollaborativer Roboter bei – intuitive Programmierung, flexibler Einsatz, sichere Interaktion mit Menschen – und bieten gleichzeitig den speziellen Schutz, der für klassifizierte Gefahrenbereiche erforderlich ist.
Verständnis von Explosionsschutznormen und -zertifizierungen
Gefahrenbereichsklassifizierung
Gemäß internationalen Standards (siehe OSHA-Sicherheitsstandards für Roboter Gemäß den US-Richtlinien werden explosionsgefährdete Bereiche nach Art und Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins gefährlicher Stoffe klassifiziert:
| Klassifikation | Beschreibung | Typische Standorte |
|---|---|---|
| Zone 0 / Division 1 | Es herrscht ständig explosive Atmosphäre. | In Tanks, Gefäßen |
| Zone 1 / Division 1 | Explosionsgefahr während des normalen Betriebs | In der Nähe von Tanköffnungen, Befüllpunkten |
| Zone 2 / Division 2 | Eine explosive Atmosphäre ist unwahrscheinlich, nur unter anormalen Bedingungen. | Allgemeine Anlagenbereiche, Lagerung |
Explosionsgeschützte Cobots sind typischerweise für Zone 1 und Zone 2 (Gasatmosphären) sowie Zone 21/22 (Staubatmosphären) zertifiziert und decken damit die überwiegende Mehrheit der Einsatzszenarien in Verarbeitungsanlagen und Industrieanlagen ab.
Schutzmethoden erklärt
Explosionsgeschützte Zertifizierungszeichen kodieren die verwendeten Schutzmethoden. Eine typische Kennzeichnung wie „Ex db eb ib pxb IIC T5 Gb“ kennzeichnet mehrere Schutzebenen:
- db (flammfestes Gehäuse): Verhindert jegliche interne Explosion und verhindert, dass diese die umgebende Atmosphäre entzündet.
- eb (erhöhte Sicherheit): Bietet erhöhte Zuverlässigkeit, um Funkenbildung oder übermäßige Temperaturen zu verhindern.
- ib (Eigensicherheit): Begrenzt die elektrische Energie unterhalb der Zündschwelle
- PXB (Druckgehäuse): Hält einen positiven Innendruck aufrecht, um explosive Gase auszuschließen
- IIC: Geeignet für die anspruchsvollsten Gasgruppen (einschließlich Wasserstoff und Acetylen)
- T5: Maximale Oberflächentemperatur von 100 °C – weit unterhalb des Zündpunkts der meisten Industriegase
Die europäische Äquivalentkennzeichnung „Ex II 2G Ex db pxb IIC T4 Gb“ bestätigt die Einhaltung der ATEX-Richtlinie für Geräte der Gruppe II (nicht für den Bergbau) in Gasumgebungen der Zone 1.
Doppelzertifizierung: Warum sie wichtig ist
Führende explosionsgeschützte Cobots verfügen gleichzeitig über nationale und europäische Zertifizierungen. Diese Doppelzertifizierung ermöglicht den weltweiten Einsatz des Produkts ohne zusätzlichen Aufwand bei der Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen – ein entscheidender Vorteil für multinationale Öl- und Gasunternehmen sowie EPC-Auftragnehmer, die in verschiedenen Rechtsordnungen tätig sind.
Produktpalette explosionsgeschützter Cobots
Ein umfassendes Portfolio explosionsgeschützter Cobots umfasst verschiedene Nutzlast- und Reichweitenkonfigurationen, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden:
| Modell | Nutzlast: XNUMX Kg | Reichweite | Reproduzierbarkeit | Höchstgeschwindigkeit | Gewicht | IP-Schutzklasse |
|---|---|---|---|---|---|---|
| XR6 | 6 kg | 924mm | ± 0.02 mm | 3 m / s | 21 kg | IP68 |
| XR9 | 9 kg | 1,500mm | ± 0.05 mm | 3 m / s | 37 kg | IP68 |
| XR12 | 12 kg | 1,300mm | ± 0.03 mm | 3 m / s | 36 kg | IP68 |
| XR18 | 18 kg | 900mm | ± 0.02 mm | 3 m / s | 35 kg | IP68 |
| XR20 | 20 kg | 1,800mm | ± 0.05 mm | 4 m / s | 68 kg | IP68 |
Alle Modelle verfügen über 6 Freiheitsgrade, einen EtherCAT/1-kHz-Steuerbus und einen Betriebstemperaturbereich von -5 °C bis 55 °C. Der Geräuschpegel bleibt über den gesamten Bereich bei oder unter 60 dB.
Explosionsgeschützte Schaltschränke
Der Roboterarm ist nur ein Teil des Systems. Explosionsgeschützte Installationen erfordern eine darauf abgestimmte Steuerungsinfrastruktur:
Explosionsgeschützter Schaltschrank: Vollwertiges Gehäuse mit Schutzart IP65, Alarmbeleuchtung und umfangreichen I/O-Erweiterungsmöglichkeiten. Zahlreiche externe Schnittstellen eignen sich für Gas- und Staubbereiche der Zonen 1 und 2. Ideal für komplexe Installationen mit mehreren digitalen und analogen I/O-Kanälen.
Überdruck-Steuerschrank: Kompaktes Design, Schutzart IP65, einfachere Installation. Hält einen positiven Innendruck aufrecht, um das Eindringen explosionsgefährdeter Atmosphären zu verhindern. Ideal für Installationen mit begrenztem Platzangebot, bei denen eine geringe Stellfläche erforderlich ist.
Beide Schranktypen unterstützen EtherCAT-Feldbus, Modbus-TCP, RS485-Kommunikation und bieten Not-Aus-, Sicherheits-Stopp-, digitale E/A- und Differenzial-Encoder-Eingänge.
Wichtige Anwendungsszenarien
Automatisierung der Fahrzeugbetankung
Robotergestützte Betankungssysteme eliminieren den Kontakt von Menschen mit Benzindämpfen während des Tankvorgangs. Die Explosionsschutzzertifizierung des Cobots gewährleistet einen sicheren Betrieb im dampfreichen Bereich um die Zapfsäulen, während seine Präzision eine genaue Positionierung der Zapfpistole für verschiedene Fahrzeugtypen ermöglicht.
Industrielackierung und Pulverbeschichtung
Sprühlackierung Pulverbeschichtungsverfahren erzeugen explosionsfähige Atmosphären durch Lösemitteldämpfe und brennbare Staubpartikel. Explosionsgeschützte Cobots mit Drag-and-Teach-Programmierung ermöglichen es dem Bediener, Sprühwege intuitiv zu definieren, und VR-gestützte Programmierung reduziert den Bedarf an Fachkräften im Gefahrenbereich zusätzlich.
Munitions- und Treibstoffhandhabung
Bei der Munitionsherstellung und der Treibladung werden Materialien mit extrem niedrigen Zündschwellen verwendet. Explosionsgeschützte Cobots übernehmen Befüllungs-, Montage- und Prüfaufgaben mit der für die Qualitätssicherung erforderlichen Präzision und Wiederholgenauigkeit und halten dabei menschliche Arbeitskräfte in sicherer Entfernung.
Chemische Verarbeitungsprozesse
In Chemieanlagen führen Cobots Probenahmen, Ventilbetätigungen, Behälterreinigungen und Materialtransporte in Bereichen durch, die als Zone 1 oder Zone 2 klassifiziert sind. Ihre kompakte Größe ermöglicht den Einsatz in beengten Räumen, wie sie typisch für Prozessanlagen sind.
Extremtemperatur-Cobots: Erweiterung des Anwendungsbereichs
Neben ihrer Explosionsschutzfähigkeit sind nun auch spezialisierte Cobots für extreme thermische Umgebungen erhältlich – eine Branchenneuheit. Diese Extremtemperaturmodelle arbeiten in einem Temperaturbereich von -30 °C bis 80 °C (im Vergleich zu den üblichen -5 °C bis 55 °C) und sind durchgehend nach IP68 geschützt.
| Modell | Nutzlast: XNUMX Kg | Reichweite | Reproduzierbarkeit | Temperaturbereich | IP-Schutzklasse |
|---|---|---|---|---|---|
| AL6 | 6 kg | 924mm | ± 0.02 mm | -30 80 ° C auf ° C | IP68 |
| AL9 | 9 kg | 1,500mm | ± 0.05 mm | -30 80 ° C auf ° C | IP68 |
| AL12 | 12 kg | 1,300mm | ± 0.03 mm | -30 80 ° C auf ° C | IP68 |
Kühlketten- und Gefrieranwendungen
Die Kühlkettenlogistik – Tiefkühlkostlagerung, pharmazeutische Kühlhäuser, Speiseeisproduktion – erfordert Roboter, die auch bei dauerhaft niedrigen Temperaturen zuverlässig funktionieren. Standard-Cobots weisen unter -5 °C Probleme wie eingedicktes Schmiermittel, Sensordrift und Kabelbrüchigkeit auf. Extremtemperaturmodelle sind von Grund auf so konstruiert, dass sie auch bei -30 °C einwandfrei funktionieren.
Warmumformung und Hochtemperaturprozesse
Am anderen Ende des Spektrums arbeiten Cobots, die für Sprühabschreckanwendungen beim Warmschmieden eingesetzt werden, mit Werkstücken von nahezu 1,200 °C. Ein dokumentierter Einsatz umfasste einen Cobot, der beim Warmschmieden Trennmittel aufsprühte und dabei extremen Temperaturwechseln, 40 kW elektromagnetischen Störungen durch Induktionsheizgeräte sowie einer dauerhaften Überlastung über seine Nennlast hinaus ausgesetzt war – und das über zwei Jahre lang ohne Ausfall.
Auswahlkriterien für Gefahrenbereiche
Bei der Spezifizierung eines explosionsgeschützten Cobots sollten neben den Standardauswahlkriterien auch folgende Faktoren berücksichtigt werden:
Zoneneinteilung: Bitte prüfen Sie die genaue Gefahrenbereichsklassifizierung (Zone 1, Zone 2, Zone 21, Zone 22) und stellen Sie sicher, dass die Ex-Kennzeichnung des Cobots Ihren Anforderungen entspricht.
Kompatibilität der Gasgruppe: Die IIC-Zertifizierung deckt das breiteste Spektrum an Gasen ab (einschließlich Wasserstoff). Bei Anwendungen mit weniger anspruchsvollen Gasgruppen (IIA oder IIB) bietet IIC-zertifizierte Ausrüstung eine integrierte Sicherheitsreserve.
Temperaturklasse: Vergewissern Sie sich, dass die maximale Oberflächentemperatur des Cobots (T-Klasse) unterhalb der Selbstentzündungstemperatur aller im Arbeitsbereich vorhandenen Materialien liegt.
Auswahl des Schaltschranks: Wählen Sie den passenden Gehäusetyp für Ihre Installation – explosionsgeschützt für voll ausgestattete Installationen mit umfangreicher Ein-/Ausgabe, Überdruckgehäuse für kompakte Installationen.
Kabelführung: Installationen in explosionsgefährdeten Bereichen erfordern zertifizierte Kabelverschraubungen, Schutzrohre und Verlegungsmethoden, die die Integrität der explosionsgeschützten Zone gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen
Können Standard-Cobots in Gefahrenbereichen eingesetzt werden?
Nein. Standard-Cobots sind nicht für explosionsgefährdete Bereiche ausgelegt oder zertifiziert. Ihre elektrischen Bauteile, Motoren und Anschlüsse können Funken erzeugen oder zulässige Oberflächentemperaturen überschreiten und somit Zündgefahren bergen. In explosionsgefährdeten Bereichen dürfen nur Cobots mit spezifischen Explosionsschutzzertifizierungen (Ex-Kennzeichnung) eingesetzt werden.
Was bedeutet IP68 für einen explosionsgeschützten Cobot?
IP68 ist die höchste Schutzart gegen Eindringen von Fremdkörpern und gewährleistet vollständige Staubdichtigkeit sowie die Fähigkeit, dauerhaftes Untertauchen in Wasser zu überstehen. Bei explosionsgeschützten Cobots stellt IP68 sicher, dass die interne Elektronik vollständig von der Umgebungsluft abgedichtet ist – unter keinen Betriebsbedingungen können explosive Gase oder Stäube in das Gehäuse eindringen.
Wie schneiden explosionsgeschützte Cobots im Kostenvergleich mit Standardmodellen ab?
Explosionsgeschützte Cobots sind aufgrund spezieller Gehäuse, zertifizierter Komponenten und doppelter Zertifizierungsverfahren teurer als Standardmodelle für industrielle Anwendungen. Demgegenüber stehen die Alternativen: die Kosten für manuelle Arbeit in explosionsgefährdeten Bereichen (einschließlich Gefahrenzulagen, Schulungen, persönlicher Schutzausrüstung und Unfallrisiko), die Schwierigkeit, Standardroboter nachzurüsten, und der Aufwand für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Für Anwendungen, bei denen die Automatisierung gefährlicher Aufgaben im Vordergrund steht, bieten speziell entwickelte explosionsgeschützte Cobots in der Regel die kostengünstigste Lösung.
Zusammenfassung
Explosionsgeschützte kollaborative Roboter schließen eine entscheidende Lücke in der industriellen Automatisierung – sie bringen die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit von Cobots in Umgebungen, in denen Standardroboter nicht eingesetzt werden können. Dank doppelt zertifizierter Schutzmethoden, IP68-Abdichtung und Nutzlastoptionen von 6 kg bis 20 kg sind diese spezialisierten Cobots bereit für den Einsatz in der Öl- und Gasindustrie, der chemischen Verarbeitung, der Autolackierung und der Munitionshandhabung.
Für Anlagen, die auch mit extremen Temperaturproblemen konfrontiert sind, erweitern die neuesten Cobot-Modelle für extreme Temperaturen den Einsatzbereich auf -30 °C bis 80 °C und eröffnen damit Automatisierungsmöglichkeiten in der Kühlkettenlogistik und bei Warmumformprozessen.
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Letzte Aktualisierung: März 2026. Die in diesem Artikel genannten Zertifizierungsdetails und Schutzkennzeichnungen basieren auf öffentlich zugänglichen Produktspezifikationen und internationalen Normen.