Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig? Normen, Sicherheit, FAT/SAT und Best Practices

Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig? Die kurze Antwort: systematisch, normenkonform und mit kompromissloser Fokussierung auf Sicherheit. Der sichere Betrieb endet nicht mit der Auswahl des Roboters. Erst die korrekte Einbindung in die Produktionslinie, inklusive Steuerung, Schutztechnik und Validierung, liefert stabile Verfügbarkeit bei minimalem Risiko. EN ISO 10218-2 als Typ-C-Norm beschreibt präzise, wie Integratoren Risiken beherrschbar machen. In diesem Leitfaden fassen wir die wesentlichen Bausteine zusammen – von der Risikoanalyse über das Design, die Schutzmaßnahmen und die Steuerungstechnik bis zu FAT/SAT und Dokumentation.

Analyse und Strategie: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Jedes Robotikprojekt startet mit einer fundierten Risikoanalyse nach ISO 12100, auf die EN ISO 10218-2 explizit verweist. Ziel ist es, Gefährdungen im gesamten Lebenszyklus – Normalbetrieb, Rüsten, Einrichten, Wartung, Störung – zu erkennen und durch technische sowie organisatorische Maßnahmen zu minimieren.

Gefährdungsidentifikation und Risikobewertung – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Identifizieren Sie systematisch alle Gefährdungen, die sich aus den Bewegungen von Roboterarmen und Werkzeugen, Quetsch- und Scherstellen, Interaktionen mit weiteren Maschinen, herausschleudernden Teilen, Energieeinträgen sowie aus menschlichen Eingriffen ergeben. Bewertungskriterien sind Schwere der möglichen Verletzung, Expositionsdauer/-häufigkeit und Eintrittswahrscheinlichkeit. Das Ergebnis definiert Prioritäten und das erforderliche Sicherheitsniveau (PLr/SIL).

Hierarchie der Schutzmaßnahmen

Planen Sie Maßnahmen entlang der anerkannten Hierarchie: erst konstruktiv Gefahren eliminieren (z. B. Begrenzung des Arbeitsraums), dann technische Schutzmaßnahmen (Schutzeinrichtungen, Verriegelungen, berührungslose Schutzeinrichtungen), schließlich organisatorische Maßnahmen (Kennzeichnung, Schulung, Betriebsanweisungen). Dokumentieren Sie Entscheidungen nachvollziehbar – sie bilden die Grundlage für Design und Validierung.

Technische Auslegung: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Sicheres Design übersetzt die Ergebnisse der Risikoanalyse in konkrete, integrierte Lösungen. Neben der mechanischen Trennung von Mensch und Gefahrbereich müssen Bedienkonzept, Sichtverhältnisse, Instandhaltung und Funktionstests von Beginn an berücksichtigt werden.

Zonenkonzept und Zugang

Strukturieren Sie den Arbeitsplatz in Arbeits-, Überwachungs- und sichere Zonen. Der Zugang zur Gefahrenzone erfolgt nur, wenn Risikoquellen beseitigt oder unter Kontrolle sind – etwa durch Stillsetzen, Verriegeln mit Zuhaltung oder überwachte reduzierte Geschwindigkeit. Legen Sie Wartungszugänge so aus, dass sie kontrollierte, gut einsehbare Eingriffe ermöglichen.

Schutzmaßnahmen und ihre Grenzen – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Keine Schutzmaßnahme ist allmächtig. Berührungslose Schutzeinrichtungen sichern den Zugang, stoppen aber keine herausfliegenden Teile; dafür sind ergänzende physische Barrieren nötig. Mechanische Begrenzungen reduzieren den Bewegungsraum, schützen aber nicht vor unerwartetem Wiederanlauf. Kombinieren Sie Maßnahmen gezielt, um Lücken zu schließen.

Sicherer Zugang und Bedienkonzept

Definieren Sie klare Betriebsarten: Automatik, Einrichten, Handbetrieb, Service. Jede Betriebsart besitzt eigene Freigaben, reduzierte Geschwindigkeiten oder Funktionssperren. Bedienelemente müssen aus sicherer Position erreichbar sein, mit eindeutiger Rückmeldung. Eine gute Sicht auf den Prozess – beispielsweise durch Fenster oder Kameras – reduziert Fehlhandlungen und verkürzt Stillstände.

Schutztechnik im Fokus: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Schutzeinrichtungen und Sicherheitsfunktionen sind das Rückgrat eines Robotiksystems. EN ISO 10218-2 konkretisiert die Auswahl und Integration, flankiert von ISO 14119 (Verriegelungen), ISO 13855 (Sicherheitsabstände) und ISO 13850 (Not-Halt).

Schutzeinrichtungen und Verriegelungen – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Nutzen Sie feste trennende Schutzeinrichtungen dort, wo während des Betriebs kein Zugang erforderlich ist. Für häufige Zugriffe sind bewegliche Schutzeinrichtungen mit Verriegelung obligatorisch; bei langer Nachlaufzeit oder gespeicherter Energie ist eine Zuhaltung bis zum Erreichen des gefahrlosen Zustands notwendig. Auswahlkriterien sind Manipulationsresistenz, Verriegelungslogik und das geforderte Performance Level.

Anwesenheitserkennung und Sicherheitsabstände

Wo trennende Schutzeinrichtungen ungeeignet sind, kommen berührungslose Schutzeinrichtungen zum Einsatz: Lichtvorhänge, Laserscanner, drucksensitive Matten. Dimensionieren Sie Sicherheitsabstände nach ISO 13855 anhand der Annäherungsgeschwindigkeit und des gemessenen Anhaltewegs des Gesamtsystems. Eine präzise Bestimmung des Nachlaufs ist Pflicht, um Abschaltpunkte richtig festzulegen.

Not-Halt ist kein Schutzgerät – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Der Not-Halt nach ISO 13850 ist reaktiv. Er begrenzt die Folgen eines Ereignisses, verhindert es aber nicht. Behandeln Sie ihn nie als primäre Schutzmaßnahme. Platzieren Sie Not-Halt-Taster gut sichtbar und erreichbar; die Funktion muss eindeutig, schnell wirksam und normkonform verdrahtet sein.

Bewegungs- und Kraftbegrenzung

Begrenzen Sie Bewegung softwareseitig (Sicherheitsräume, sichere Position/ Geschwindigkeit) und, wo erforderlich, mechanisch. Bei großen Massen und hoher Dynamik mindern mechanische Anschläge das Restrisiko. In kollaborativen Anwendungen ergänzen Sie kraft- und druckbezogene Grenzwerte, um Verletzungen zu verhindern.

Steuerungen und Sicherheit: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Die Steuerungsstruktur entscheidet über Funktionalität und Sicherheitsintegrität. Sicherheitsfunktionen müssen die geforderten Zielwerte nach ISO 13849-1/-2 oder IEC 62061 erreichen. Gleichzeitig verlangt die Praxis robuste Diagnose, saubere Schnittstellen und deterministische Kommunikation.

Anforderungen an Sicherheitsfunktionen – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Setzen Sie auf redundante, fehlersichere Architekturen mit systematischer Fehlererkennung. Typische Funktionen: sicheres Stillsetzen (Stopp-Kategorien 0/1), verriegelter Zugang, sichere begrenzte Geschwindigkeit/Position, sichere Antriebsabschaltung. Jede Funktion erhält ein PLr/SIL, das Sie durch Berechnung, Nachweis und Tests absichern.

Kommunikation, Diagnose, Performance Level und SIL

Nutzen Sie sichere Feldbusse für die Kommunikation von Sicherheits- und Statussignalen, kombiniert mit Echtzeitdiagnose. Das beschleunigt die Fehlersuche und erhöht die Verfügbarkeit. Dokumentieren Sie PFHd/MTTFd/DC-Werte und die Annahmen zur Architektur – sie sind Grundlage für den Sicherheitsnachweis und spätere Änderungen.

Zusammenspiel mit Peripherie

Roboter arbeiten selten allein. Koordinieren Sie Materialfluss, Handhabung, Pressen, Vision- und Messsysteme. Sicherheitsfunktionen müssen anlagengrenzenübergreifend wirken: Gemeinsames Stillsetzen, abgestimmte Zustandsübergänge, definierte Wiederanlaufbedingungen. Eliminieren Sie Überschneidungen von Gefahrenzonen oder sichern Sie sie funktionssicher ab.

Unkontrollierte Bewegungen vermeiden: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Unkontrollierte Bewegungen entstehen durch Steuerungsfehler, Programmfehler, Sensorikdefekte oder unvollständige Integration. EN ISO 10218-2 fordert Strategien, die sowohl das sichere Anhalten als auch die Verhinderung des unerwarteten Anlaufs abdecken.

Variante 1 – Sicheres Stillsetzen (Stopp-Kategorien 0/1)

Bei detektierter Gefahr oder Funktionsfehler setzt die Steuerung den Roboter sicher still – entweder durch sofortiges energieloses Stillsetzen (Kategorie 0) oder kontrolliertes Abbremsen mit anschließender Energieabschaltung (Kategorie 1). Ergänzen Sie mechanische Begrenzungen, um Nachlaufbewegungen zu beherrschen, und überwachen Sie Position und Geschwindigkeit.

Variante 2 – Verhindern des unerwarteten Anlaufs – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Nach Not-Halt, Türöffnung oder Energieunterbrechung darf die Anlage nicht selbsttätig starten. Implementieren Sie sichere Wiederanlaufsperren, die ein bewusstes und ortsgebundenes Quittieren erfordern. Verriegelungen müssen den Zustand der Schutzeinrichtungen überwachen; Diagnosen melden Auffälligkeiten unmittelbar, bevor Freigaben erteilt werden.

Überwachung und Validierung

Testen Sie alle Schutzfunktionen regelmäßig, automatisieren Sie Selbsttests, und führen Sie dokumentierte Funktionsproben durch. Nur eine kontinuierliche Überwachung stellt sicher, dass Manipulation, Verschleiß oder Softwareänderungen die Sicherheitsintegrität nicht untergraben.

FAT, SAT und Validierung: Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Die Abnahme bestätigt, dass Systemfunktion, Sicherheit und Dokumentation den Anforderungen entsprechen. Zwei Phasen sind maßgeblich: FAT (beim Hersteller/Integrator) und SAT (am Einsatzort). Beide sind keine Formalie, sondern zentraler Bestandteil eines beherrschten Projekts.

FAT beim Integrator – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Der FAT prüft vor der Auslieferung: Funktionsumfang, Programmlogik, Sicherheitsfunktionen, Reaktion auf Störungen. Dazu gehören Simulationen von Türöffnung, Scanneransprache, Sensordefekten und Not-Halt. Ziel ist die Früherkennung von Abweichungen und die Absicherung, dass der spätere SAT effizient verläuft.

SAT beim Anwender

Am Zielstandort validieren Sie das Zusammenspiel mit der Umgebung: Infrastruktur, Materialfluss, reale Zykluszeiten, Bedienerinteraktionen. Prüfen Sie Schutzabstände, Sicht, Erreichbarkeit der Bedienelemente, Not-Halt-Platzierung und Wiederanlaufbedingungen. Schulen Sie das Bedien- und Instandhaltungspersonal und verankern Sie die Betriebsverfahren.

Nachweisführung und Dokumentation – Integration von Industrierobotern – wie macht man es richtig?

Halten Sie die gesamte Sicherheitskette nachvollziehbar fest: Risikoanalyse, Spezifikation der Sicherheitsfunktionen (PLr/SIL), Berechnungen und Nachweise, Prüfprotokolle FAT/SAT, Ergebnisse der Sicherheitsvalidierung nach ISO 13849-2 oder IEC 62061, Bedienungs- und Wartungsanweisungen sowie Kennzeichnungen. Diese Dokumentation bildet den Konformitätsnachweis und unterstützt spätere Änderungen und Audits.

Fazit: Wer Robotik richtig integriert, entlastet Menschen, erhöht die Qualität und stabilisiert die Produktionsleistung – ohne die Sicherheit aufs Spiel zu setzen. Der Weg dorthin führt über eine konsequente Risikoanalyse, ein ausgereiftes Schutz- und Steuerungskonzept, saubere FAT/SAT-Prozesse und eine belastbare Dokumentation.