Zuverlässige explosionsgeschützte Cobots für die Öl-, Gas- und Chemieindustrie

Ein explosionsgeschützter kollaborativer Roboter ist ein Cobot, der speziell für den sicheren Betrieb in Umgebungen entwickelt und zertifiziert wurde, in denen brennbare Gase, brennbare Stäube oder brennbare Fasern vorhanden sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen industriellen Cobots verfügen diese Spezialmaschinen über zwei Explosionsschutzzertifizierungen – sowohl inländische (z. B. chinesische Ex-Standards) als auch internationale (europäische ATEX/IECEx) – und sind gemäß IP68-Schutz abgedichtet, wodurch sie für den Einsatz in Gefahrenbereichen der Zone 1 und Zone 2 geeignet sind. Da Industrien wie Öl und Gas, chemische Verarbeitung und Munitionshandhabung versuchen, gefährliche manuelle Aufgaben zu automatisieren, entwickeln sich explosionsgeschützte Cobots zu einer kritischen – und noch weitgehend unerschlossenen – Automatisierungskategorie.

Warum brauchen gefährliche Umgebungen explosionsgeschützte Cobots?

Das Problem:Handarbeit in Gefahrenzonen

Arbeiter in petrochemischen Anlagen, Raffinerien, Lackierereien und Munitionsfabriken sind täglich explosionsfähiger Atmosphäre ausgesetzt. Manuelle Aufgaben in diesen Umgebungen – einschließlich Materialhandhabung, Gerätebedienung, Oberflächenbeschichtung und Qualitätsprüfung – bergen inhärente Entzündungsrisiken durch elektrische Funken, heiße Oberflächen oder statische Entladungen.

Herkömmliche Automatisierungslösungen hatten in diesen Situationen Probleme. Standard-Industrieroboter sind nicht für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert und die Nachrüstung mit explosionsgeschützten Gehäusen ist aufwendig, teuer und oft unpraktisch. Das Ergebnis ist, dass viele gefährliche Aufgaben in explosionsgefährdeten Bereichen immer noch auf menschliche Arbeit angewiesen sind.

Die Lösung:Speziell entwickelte explosionsgeschützte Cobots

Explosionsgeschützte Cobots schließen diese Lücke, indem sie den Gefahrenbereichsschutz direkt in das Design des Roboters integrieren – von Motorwicklungen und Encodern bis hin zu Kabelverschraubungen und Steuerelektronik. Jede Komponente, die möglicherweise einen Funken erzeugen oder sichere Oberflächentemperaturen überschreiten könnte, ist so konstruiert, dass eine Entzündung verhindert wird.

Diese Cobots behalten die Kernvorteile kollaborativer Roboter bei – intuitive Programmierung, flexibler Einsatz, menschensichere Interaktion – und bieten gleichzeitig den speziellen Schutz, der für klassifizierte Gefahrenbereiche erforderlich ist.

Explosionsgeschützte Standards und Zertifizierungen verstehen

Klassifizierung des Gefahrenbereichs

Gemäß internationalen Standards (siehe OSHA-Robotiksicherheitsstandards für US-Richtlinien) werden explosionsgefährdete Umgebungen nach Art und Wahrscheinlichkeit des vorhandenen gefährlichen Materials klassifiziert:

Klassifizierung Beschreibung Typische Standorte Zone 0 / Division 1Explosionsfähige Atmosphäre ständig vorhandenIn Tanks, BehälternZone 1 / Division 1Explosionsfähige Atmosphäre bei Normalbetrieb wahrscheinlichIn der Nähe von Tanköffnungen, FüllstellenZone 2 / Division 2Explosionsfähige Atmosphäre unwahrscheinlich, nur unter anormalen BedingungenAllgemeine Anlagenbereiche, Lagerung

Explosionsgeschützte Cobots sind typischerweise für Zone 1 und Zone 2 (Gasatmosphären) sowie Zone 21/22 (Staubatmosphären) zertifiziert und decken die überwiegende Mehrheit der Einsatzszenarien in Verarbeitungsbetrieben und Industrieanlagen ab.

Schutzmethoden erklärt

Explosionsschutz-Zertifizierungszeichen kodieren die verwendeten spezifischen Schutzmethoden. Eine typische Kennzeichnung wie „Ex db eb ib pxb IIC T5 Gb“ weist auf mehrere Schutzschichten hin:

• db (Druckfeste Kapselung): Hält jegliche interne Explosion zurück 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 Zündschwellen
• pxb (Überdruckkapselung): Hält einen positiven Innendruck aufrecht, um explosive Gase auszuschließen
• IIC: Geeignet für die anspruchsvollste Gasgruppe (einschließlich Wasserstoff und Acetylen)
• T5: Maximale Oberflächentemperatur von 100 °C – deutlich unter dem Zündpunkt der meisten Industriegase

Die europäische entsprechende Kennzeichnung „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 doppelte Zertifizierung bedeutet, dass das Produkt weltweit ohne zusätzlichen Compliance-Aufwand eingesetzt werden kann – entscheidend für multinationale Öl- und Gasunternehmen und EPC-Auftragnehmer, die in verschiedenen Rechtsgebieten tätig sind.

Explosionsgeschützte Cobot-Produktpalette

Ein umfassendes explosionsgeschütztes Cobot-Portfolio umfasst mehrere Nutzlast- und Reichweitenkonfigurationen, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden:

Modell Nutzlast Reichweite Wiederholbarkeit Maximale Geschwindigkeit Gewicht IP-Bewertung XR66 kg924 mm±0,02 mm3 m/s21 kgIP68XR99 kg1.500 mm±0,05 mm3 m/s37 kgIP68XR1212 kg1.300 mm±0,03 mm3 m/s36 kgIP68XR1818 kg900 mm±0,02 mm3 m/s35 kgIP68XR2020 kg1.800 mm±0,05 mm4 m/s68 kgIP68

Alle Modelle verfügen über 6 Freiheitsgrade, einen EtherCAT/1KHz-Steuerbus und einen Betriebstemperaturbereich von -5 °C bis 55 °C. Der Geräuschpegel bleibt im gesamten Bereich bei oder unter 60 dB.

Explosionsgeschützte Schaltschränke

Der Roboterarm ist nur ein Teil des Systems. Explosionsgeschützte Einsätze erfordern eine abgestimmte Steuerungsinfrastruktur:

Druckfester Schaltschrank: Gehäuse in voller Größe mit IP65-Schutz, Alarmbeleuchtung und umfassender I/O-Erweiterung. Umfangreiche externe Schnittstellen eignen sich für Gas- und Staubumgebungen der Zonen 1 und 2. Geeignet für komplexe Installationen, die mehrere digitale und analoge I/O-Kanäle erfordern.

Überdruck-Schaltschrank: Kompaktes Design, IP65-zertifiziert, einfacher zu implementieren. Hält einen positiven Innendruck aufrecht, um das Eindringen explosionsfähiger Atmosphäre zu verhindern. Ideal für platzbeschränkte Installationen, bei denen eine geringere Stellfläche erforderlich ist.

Beide Schranktypen unterstützen EtherCAT-Feldbus, Modbus-TCP und RS485-Kommunikation und bieten Not-Aus-, Sicherheits-Aus-, Digital-I/O- und Differenzial-Encodere-Eingänge.

Wichtige Anwendungsszenarien

Automotive-Tankautomatisierung

Roboterbetankungssysteme verhindern, dass Menschen während des Tankvorgangs Benzindämpfen ausgesetzt sind. Die Explosionsschutzzertifizierung des Cobots gewährleistet einen sicheren Betrieb in der dampfreichen Zone um Kraftstoffzapfsäulen, während seine Präzision eine genaue Düsenpositionierung für verschiedene Fahrzeugtypen ermöglicht.

Industrielle Lackierung und Pulverbeschichtung

Beim Spritzlackieren und Pulverbeschichten entstehen explosionsfähige Atmosphären aus Lösungsmitteldämpfen und brennbaren Staubpartikeln. Explosionsgeschützte Cobots mit Drag-and-Teach-Programmierung ermöglichen es dem Bediener, Sprühwege intuitiv zu definieren, und die VR-gesteuerte Programmierung reduziert den Bedarf an qualifizierten Technikern im Gefahrenbereich weiter.

Munition und Treibstoffhandhabung

Bei der Munitionsherstellung und der Treibstoffverladung kommen Materialien mit extrem niedrigen Zündschwellen zum Einsatz. Explosionsgeschützte Cobots erledigen Abfüll-, Montage- und Inspektionsaufgaben mit der für die Qualitätssicherung erforderlichen Präzision und Wiederholgenauigkeit und halten gleichzeitig menschliche Arbeiter auf Sicherheitsabstand.

Chemische Verarbeitungsvorgänge

In Chemieanlagen führen Cobots Probenahmen, Ventilbetätigungen, Behälterreinigungen und Materialtransfers in Bereichen durch, die als Zone 1 oder Zone 2 klassifiziert sind. Ihre kompakte Größe ermöglicht den Einsatz in engen Räumen, die für Prozessanlagenlayouts typisch sind.

Extremtemperatur-Cobots:Erweiterung des Handlungsspielraums

Über die Explosionsschutzfähigkeit hinaus sind jetzt spezielle Cobots für extreme thermische Umgebungen erhältlich – eine Branchenneuheit. Diese Modelle für extreme Temperaturen arbeiten in einem Bereich von -30 °C bis 80 °C (im Vergleich zu den Standardtemperaturen von -5 °C bis 55 °C) und bieten durchgehend IP68-Schutz.

Modell Nutzlast Reichweite Wiederholbarkeit Temp.-Bereich IP-Bewertung AL66 kg924 mm±0,02 mm-30°C bis 80°CIP68AL99 kg1.500 mm±0,05 mm-30°C bis 80°CIP68AL1212 kg1.300 mm±0,03 mm-30°C bis 80°CIP68

Kühlketten- und Gefrieranwendungen

Die Kühlkettenlogistik – Tiefkühlkostlagerung, pharmazeutische Kühllagerung, Eiscremeproduktion – erfordert Roboter, die auch bei anhaltenden Minustemperaturen zuverlässig funktionieren. Bei Standard-Cobots kommt es unter -5 °C zu Schmiermittelverdickung, Sensordrift und Kabelbrüchigkeit. Modelle für extreme Temperaturen sind von Grund auf so konzipiert, dass sie die Leistung auch bei -30 °C aufrechterhalten.

Warmschmieden und Hochtemperaturprozesse

Im anderen Extremfall arbeiten Cobots, die für Sprühabschreckungsanwendungen beim Heißschmieden eingesetzt werden, in der Nähe von Werkstücken mit einer Temperatur von 1.200 °C. Bei einem dokumentierten Einsatz handelte es sich um einen Cobot, der das Spritzen von Formtrennmittel in einem Heißschmiedeprozess durchführte, extremen Temperaturschwankungen, elektromagnetischen Störungen von 40 kW durch Induktionsheizgeräte und anhaltender Überlastung über die Nennnutzlast hinaus ausgesetzt war – und der über zwei Jahre lang ununterbrochen ohne Ausfall lief.

Auswahlüberlegungen für gefährliche Umgebungen

Berücksichtigen Sie bei der Spezifikation eines explosionsgeschützten Cobots diese Faktoren, die über die Standardauswahlkriterien hinausgehen:

Zonenklassifizierung: Bestätigen Sie die spezifische Klassifizierung des Gefahrenbereichs (Zone 1, Zone 2, Zone 21, Zone 22) und stellen Sie sicher, dass die Ex-Kennzeichnung des Cobots Ihren Anforderungen entspricht.

Gasgruppenkompatibilität: Die IIC-Zertifizierung deckt das breiteste Spektrum an Gasen ab (einschließlich Wasserstoff). Wenn Ihre Anwendung weniger anspruchsvolle Gasgruppen (IIA oder IIB) umfasst, bieten IIC-zertifizierte Geräte einen integrierten Sicherheitsspielraum.

Temperaturklasse: Stellen Sie sicher, dass die maximale Oberflächentemperatur des Cobots (T-Klasse) unter der Selbstentzündungstemperatur aller im Arbeitsbereich vorhandenen Materialien liegt.

Schaltschrankauswahl: Passen Sie den Schranktyp an Ihre Installation an – druckfest für Installationen mit vollem Funktionsumfang und umfangreicher E/A, Überdruck für kompakte Einsätze.

Kabelführung: Für Installationen in explosionsgefährdeten Bereichen sind zertifizierte Kabelverschraubungen, Leitungen und Verlegungspraktiken erforderlich, die die Integrität der explosionssicheren Grenze gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen

Können Standard-Cobots in gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden?

Nein. Standard-Cobots sind nicht für explosionsfähige Atmosphären konzipiert oder zertifiziert. Ihre elektrischen Komponenten, Motoren und Anschlüsse können Funken erzeugen oder zulässige Oberflächentemperaturen überschreiten, was zu Entzündungsrisiken führt. In klassifizierten explosionsgefährdeten Bereichen sollten nur Cobots mit spezifischen Explosionsschutz-Zertifizierungen (Ex-Kennzeichnung) eingesetzt werden.

Was bedeutet IP68 für einen explosionsgeschützten Cobot?

IP68 ist die höchste Schutzart und bedeutet vollständige Staubdichtigkeit und die Fähigkeit, ständigem Eintauchen in Wasser standzuhalten. Bei explosionsgeschützten Cobots stellt IP68 sicher, dass die interne Elektronik vollständig von der umgebenden Atmosphäre abgedichtet ist – unter keinen Betriebsbedingungen können explosive Gase oder Staub in das Gehäuse eindringen.

Wie sind die Kosten explosionsgeschützter Cobots im Vergleich zu Standardmodellen?

Explosionsgeschützte Cobots haben aufgrund spezieller Gehäuse, zertifizierter Komponenten und doppelter Zertifizierungsprozesse einen Preisaufschlag gegenüber Standard-Industriemodellen. Dies muss jedoch gegen die Alternativen abgewogen werden:die Kosten für manuelle Arbeit in Gefahrenzonen (einschließlich Gefahrenzulage, Schulung, PSA und Unfallrisiko), die Unpraktikabilität der Nachrüstung von Standardrobotern und die Belastung durch die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Für Anwendungen, bei denen die Automatisierung gefährlicher Aufgaben das Ziel ist, bieten speziell gebaute explosionsgeschützte Cobots in der Regel den kostengünstigsten Weg.

Zusammenfassung

Explosionsgeschützte kollaborative Roboter schließen eine kritische Lücke in der industriellen Automatisierung und bringen die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit von Cobots in Umgebungen, in denen Standardroboter einfach nicht eingesetzt werden können. Mit doppelt zertifizierten Schutzmethoden, IP68-Abdichtung und Nutzlastoptionen von 6 kg bis 20 kg sind diese spezialisierten Cobots bereit für den Einsatz in den Bereichen Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Automobillackierung und Munitionshandhabung.

Für Einrichtungen, die auch mit extremen Temperaturherausforderungen konfrontiert sind, erweitern die neuesten Cobot-Modelle für extreme Temperaturen den Betriebsbereich auf -30 °C bis 80 °C und eröffnen so Automatisierungsmöglichkeiten in der Kühlkettenlogistik und bei Warmumformungsprozessen.

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Letzte Aktualisierung:März 2026. Die in diesem Artikel genannten Zertifizierungsdetails und Schutzkennzeichnungen basieren auf öffentlich zugänglichen Produktspezifikationen und der Dokumentation internationaler Standards.