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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Sicherheitsbezogene Signale von Betriebslogik trennen

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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Sicherheitsbezogene Signale von Betriebslogik trennen

Lernkurs für die technische Ausbildung

Kurzbeschreibung: Du erkennst Gefahren an kollaborativen Roboteranlagen, unterscheidest Sicherheitsfunktionen von normaler Betriebslogik und lernst, wer für die Auswahl geeigneter Komponenten, die Prüfung und die Freigabe verantwortlich ist.

Zielgruppe: Mechatroniker, Elektroniker für Automatisierungstechnik, Industriemechaniker und verwandte Ausbildungsberufe.

Lernzeit: Etwa 90 bis 120 Minuten in sechs kurzen Lerneinheiten.

Lernmethoden: Bilder, Videos, virtuelle Roboterzelle, Signalverläufe, Diagnosefälle, Quiz, Gruppenarbeit und Transferaufgaben.

Wichtig: Dieser Kurs ist eine Lernsimulation. Er ersetzt weder die betriebliche Unterweisung noch die praktische Qualifikation, eine vorgeschriebene Prüfung oder eine betriebliche Freigabe. Du darfst an realen Sicherheitsfunktionen nur im Rahmen Deiner Befugnisse und unter fachkundiger Verantwortung arbeiten. Sicherheitskreise dürfen nicht überbrückt werden.

Einleitung

Ein kollaborativer Roboter kann in räumlicher Nähe zu Menschen arbeiten. Daraus folgt aber nicht, dass die gesamte Anlage ohne weitere Schutzmaßnahmen sicher ist.

Die wichtigste Regel:

Ein Startsignal steuert den Produktionsablauf. Eine Sicherheitsfunktion schützt Menschen vor Gefährdungen. Beides muss so gestaltet sein, dass die normale Betriebslogik die erforderliche Schutzwirkung nicht aufheben kann.

Das bedeutet keine grundsätzlich vorgeschriebene vollständige Trennung aller Geräte. Betriebs- und Sicherheitsfunktionen dürfen in dafür geeigneten, nachgewiesenen Systemarchitekturen integriert sein. Ihre sicherheitsbezogenen Anforderungen müssen dennoch unabhängig von einer gewöhnlichen Betriebsanforderung erfüllt werden.

Deine Lernziele

Nach diesem Kurs kannst Du:

Gefährdung: Gefahren durch Roboterarm, Greifer, Werkstück und unerwartete Bewegung erkennen.
Sicherheitsfunktion: Sicherheitsbezogene Signale von gewöhnlichen Betriebsinformationen unterscheiden.
Funktionale Sicherheit: Die Aufgaben sicherheitsbezogener Steuerungsteile erläutern.
Risikobeurteilung: Erklären, warum geeignete Komponenten und Nachweise erforderlich sind.
Fehlerdiagnose: Virtuelle Signalverläufe auswerten und sicher reagieren.
Arbeitsschutz: Zuständigkeiten beachten und erkannte Sicherheitsmängel richtig melden.

Ausbildungsfall: Die Roboterzelle R1

Du absolvierst Deine Ausbildung in einer Montageabteilung.

Ein Roboter übernimmt Kunststoffgehäuse, positioniert sie an einer Prüfeinrichtung und legt sie anschließend auf einem Förderband ab. Eine Fachkraft legt neue Werkstücke bereit.

Das Team möchte die Taktzeit verbessern. Gleichzeitig wird ein neuer Greifer vorgeschlagen.

Beispiel eines industriell eingesetzten kollaborativen Roboters. Untersuche besonders die Umgebung und mögliche Kontaktstellen.

Die virtuelle Anlage

Bereich	Virtuelles Element	Aufgabe
Mensch	Bedienperson	Werkstücke bereitstellen
Mechanik	Roboter mit Greifer	Teile bewegen
Betriebslogik	Standard-SPS	Produktionsablauf koordinieren
Schutzsystem	Sicherheitssensor	Schutzfeld überwachen
Sicherheitsfunktion	Sicherheitsbezogene Auswertung	Erforderliche Schutzreaktion auslösen
Diagnose	Bedienanzeige	Zustände und Meldungen anzeigen

Annahme der Lernsimulation: Die Anlage besitzt ein für den vorgesehenen Einsatz ausgelegtes und validiertes Schutzsystem. Wird das überwachte Schutzfeld verletzt, muss die gefährliche Bewegung sicher stillgesetzt werden. Die tatsächliche Reaktionsart hängt von der dokumentierten Sicherheitsfunktion der konkreten Maschine ab.

Ein Werkstück kann herunterfallen oder ein Greifer eine Quetschstelle erzeugen. Deshalb ist das bloße Stillsetzen einer Antriebsbewegung nicht automatisch die vollständige Lösung aller Gefährdungen.

Dein erster Auftrag

Situation: Eine Person greift in den gemeinsamen Arbeitsbereich. Gleichzeitig fordert die Betriebssteuerung den nächsten Produktionsschritt an.

Entscheide: Welches Signal muss für die Schutzreaktion maßgeblich sein?

Feedback: Die Schutzreaktion muss aus dem dafür vorgesehenen sicherheitsbezogenen System erfolgen. Ein aktives Produktionssignal darf die erforderliche Schutzfunktion nicht übersteuern.

Lerneinheit 1: Gefahren in der Kollaboration erkennen

Dauer: 10 Minuten

Ein kollaborativer Roboter kann mit besonderen Sicherheitsfunktionen ausgerüstet sein. Ob die Anwendung sicher ist, hängt jedoch auch vom Endeffektor, vom Werkstück, von der Bewegung und vom Arbeitsplatz ab.

Gefahrenbeispiele:

Quetschstelle: Eine Hand gerät zwischen Greifer und Vorrichtung.
Kollision: Ein bewegtes Werkstück trifft eine Person.
Scherstelle: Zwischen bewegten und festen Teilen entsteht eine gefährliche Stelle.
Unerwarteter Anlauf: Eine Bewegung beginnt, während sich jemand im Gefahrenbereich befindet.

Auch scharfe Kanten, herunterfallende Teile und gespeicherte Energien müssen berücksichtigt werden.

Bildanalyse

Basisaufgabe: Markiere in einer eigenen Skizze den Roboterarm, den Greifer und den Aufenthaltsbereich des Menschen.

Anwendungsaufgabe: Beschreibe eine mögliche Quetsch- oder Kollisionsgefahr.

Transferaufgabe: Der Greifer wird durch einen größeren ersetzt. Welche Gefährdungen könnten neu entstehen?

Gestufte Hilfe anzeigen

Hilfe 1: Beobachte die bewegten Teile.

Hilfe 2: Berücksichtige auch das Werkzeug und das Werkstück.

Hilfe 3: Ein größerer Greifer kann Reichweite, Kontaktflächen, Masse und mögliche Quetschstellen verändern.

Begründetes Feedback: Eine vollständige Betrachtung endet nicht am Roboterarm. Gefährdungen können gerade durch das Werkzeug, bewegte Gegenstände und die Umgebung entstehen.

Video: Cobot-Arbeitsplätze in der Praxis

Quelle: it's OWL, Forschungsprojekt CogeP.

Beobachtungsauftrag: Erkenne im Video Arbeitsabläufe, die für eine Risikobeurteilung berücksichtigt werden müssen. Beurteile nicht allein anhand des Videos, ob die gezeigte Anlage sicher ist.

Lerneinheit 2: Betriebslogik und Sicherheitsfunktion

Dauer: 15 Minuten

Eine Standard-SPS verarbeitet beispielsweise Startanforderungen, Werkstückinformationen und Ablaufzustände.

Eine sicherheitsbezogene Steuerung verarbeitet und bewirkt die für eine definierte Sicherheitsfunktion erforderlichen Signale.

Zwei Signalwege im Vergleich

Betriebslogik	Sicherheitsbezogene Funktion
Startanforderung	Schutzfeldüberwachung
Werkstück erkannt	Sicherheitsgerichtete Eingangssignale
Normale Ablaufsteuerung	Sicherheitsbezogene Auswertung
Produktionsauftrag	Sicheres Stillsetzen oder Verhindern gefährlicher Bewegung

Merksatz: Eine gewöhnliche Startanforderung darf keine erforderliche Sicherheitsfunktion außer Kraft setzen.

Auch ein gemeinsames Steuerungsgerät ist nur dann geeignet, wenn die entsprechende sicherheitsbezogene Funktion und ihre Ausführung nachgewiesen sind. Ein normaler SPS-Eingang erhält nicht allein durch seine Bezeichnung eine Sicherheitsfunktion.

Virtuelle Signalarchitektur

BETRIEBSPFAD

Werkstücksensor
      |
      v
Standard-SPS
      |
      v
Produktionsanforderung
      |
      v
Ablaufkoordination


SICHERHEITSBEZOGENER PFAD

Geeignete Schutzeinrichtung
      |
      v
Sicherheitsbezogene Auswertung
      |
      v
Sicherheitsbezogene Ausgangsfunktion
      |
      v
Definierter sicherer Zustand

Die Darstellung ist ein Funktionsschema, kein Verdrahtungsplan.

Eine Sicherheitssteuerung kann der Betriebssteuerung Statusinformationen zur Diagnose bereitstellen. Solche Informationen dürfen nicht mit einem sicheren Freigabesignal verwechselt werden.

Entscheidungsaufgabe: Signal zuordnen

Signal	Deine Entscheidung
Werkstück vorhanden	Betriebsinformation oder Sicherheitsfunktion?
Starttaste betätigt	Betriebsinformation oder Sicherheitsfunktion?
Schutzfeld verletzt	Betriebsinformation oder Sicherheitsfunktion?
Produktionszähler erhöht	Betriebsinformation oder Sicherheitsfunktion?
Sicherheitsgerichteter Halt angefordert	Betriebsinformation oder Sicherheitsfunktion?

Lösung und Feedback

Werkstückerkennung, Startanforderung und Produktionszähler sind in dieser Simulation Betriebsinformationen.

Die Schutzfeldüberwachung und der daraus erforderliche sichere Halt gehören zur Sicherheitsfunktion.

Warum? Die Zuordnung ergibt sich aus der vorgesehenen sicherheitsbezogenen Aufgabe und dem dafür nachgewiesenen System, nicht allein aus dem Namen eines Signals. Eine Werkstückerkennung könnte in einer anderen Anwendung sicherheitsbezogen sein, wenn dies entsprechend spezifiziert und umgesetzt wurde.

Lerneinheit 3: Sicherheitsfunktionen und geeignete Komponenten

Dauer: 15 Minuten

Ein Not-Halt dient dazu, im Notfall eine Gefahr abzuwenden oder zu vermindern. Er ist kein Ersatz für die normalen Schutzeinrichtungen und nicht als reguläre Stopptaste für den Produktionsablauf gedacht.

Das Entriegeln eines Not-Halt-Befehlsgeräts darf keinen automatischen Wiederanlauf auslösen.

Bestandteile einer Sicherheitsfunktion

Stufe	Beispiel	Entscheidende Frage
Erfassen	Geeigneter Schutzsensor	Wird die relevante Gefahrensituation zuverlässig erkannt?
Auswerten	Sicherheitsrelais oder Sicherheitssteuerung	Erfüllt die Auswertung die erforderlichen Sicherheitsanforderungen?
Reagieren	Geeignete sichere Ausgangs- oder Antriebsfunktion	Wird der festgelegte sichere Zustand erreicht?
Nachweisen	Prüfung und Validierung	Funktioniert die gesamte Sicherheitskette wie gefordert?

Wichtig: Ein einzelnes zertifiziertes Bauteil beweist nicht die Sicherheit der gesamten Anlage.

Die geeignete Auswahl ergibt sich unter anderem aus Risikobeurteilung, erforderlichem Performance Level, Herstellerangaben, Einsatzbedingungen und der geprüften Integration.

Komponentenentscheidung

Fall: Ein gewöhnlicher Näherungssensor wird als preiswerter Ersatz für einen sicherheitsbezogen eingesetzten Schutzsensor vorgeschlagen.

Entscheidung: Ist der Austausch ohne weitere Bewertung zulässig?

Musterfeedback: Nein. Die Eignung für die erforderliche Sicherheitsfunktion ist nicht nachgewiesen. Die zuständige Fachperson muss die Anforderungen, die Komponentenwahl und die Auswirkungen auf die gesamte Sicherheitskette bewerten. Die Anlage darf nicht allein wegen ähnlicher Schaltfunktionen als sicher gelten.

Not-Halt erkennen

Beobachte: Wo unterscheiden sich Not-Halt, normaler Produktionsstopp und eine automatische Schutzreaktion?

Ein gewöhnlicher Produktionsstopp dient dem Ablauf. Eine Schutzreaktion wird durch eine definierte Sicherheitsfunktion bewirkt. Der Not-Halt ist für Gefahrensituationen vorgesehen.

Lerneinheit 4: Virtuelle Steuerung und Signalverläufe

Dauer: 20 Minuten

In dieser Lernsimulation gelten folgende vereinfachte Zustände:

Schutz_OK = 1: Das virtuelle Schutzsystem meldet einen zulässigen Zustand.

Schutz_OK = 0: Die Schutzfunktion fordert das Stillsetzen gefährlicher Bewegung.

Startwunsch = 1: Die Betriebslogik fordert einen Produktionsvorgang an.

Diese Begriffe sind didaktische Zustandsgrößen und keine Anleitung zur Parametrierung realer Sicherheits-Ein- oder Ausgänge.

Simulation A: Signalverlauf

Zeitpunkt	t0	t1	t2	t3	t4	t5	t6
Schutz_OK	1	1	0	0	1	1	1
Startwunsch	1	1	1	1	1	1	1
Quittierung	–	–	–	–	–	Impuls	–
Neuer Startbefehl	–	–	–	–	–	–	Impuls
Gefahrbringende Bewegung	Läuft	Läuft	Gestoppt	Gestoppt	Gestoppt	Gestoppt	Neustart möglich

Vereinfachter Zeitverlauf:

Zeit             t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6

Schutz_OK        █  █  _  _  █  █  █

Startwunsch      █  █  █  █  █  █  █

Gefährliche
Bewegung         █  █  _  _  _  _  *

█ = aktiv
_ = nicht aktiv
* = erst nach zulässiger
    Quittierung und neuem Start

Das Diagramm stellt keine gemessenen Reaktionszeiten oder zulässigen Stoppzeiten dar. Reale Zeiten und Sicherheitsabstände müssen anlagenspezifisch ermittelt und nachgewiesen werden.

Diagnoseaufgabe A: Schutzfeld verletzt

Beobachtung: Bei t2 wechselt Schutz_OK auf 0. Der Startwunsch bleibt auf 1.

Deine Aufgabe: Welche Reaktion ist erforderlich? Begründe Deine Entscheidung.

Hilfe Stufe 1

Achte auf die Änderung des Schutzsignals bei t2.

Hilfe Stufe 2

Der Startwunsch kommt aus der Betriebslogik. Darf er eine Schutzreaktion aufheben?

Musterlösung und Feedback

Die erforderliche Schutzreaktion muss eintreten. In unserem Fall stoppt die gefährliche Bewegung.

Begründung: Die Sicherheitsfunktion hat gegenüber dem gewöhnlichen Produktionswunsch Vorrang. Eine weiterhin aktive Betriebsanforderung darf die notwendige Schutzwirkung nicht verhindern.

Diagnoseaufgabe B: Schutzfeld wieder frei

Beobachtung: Bei t4 wird Schutz_OK wieder 1.

Deine Aufgabe: Darf der Roboter deshalb sofort selbstständig weiterlaufen?

Musterlösung und Feedback

In der dargestellten Anlage: nein.

Zunächst müssen die für die konkrete Anlage vorgeschriebenen Bedingungen erfüllt sein. Dazu gehören gegebenenfalls das Überprüfen des Gefahrenbereichs, die sichere Rückstellung und eine getrennte neue Startanforderung.

Begründung: Eine Schutzfunktion darf nicht durch die bloße Rückkehr eines Eingangssignals einen unerwarteten gefährlichen Wiederanlauf auslösen.

Diagnoseaufgabe C: Widersprüchliche Anzeige

Situation: Das Bediengerät zeigt „Automatik bereit“. Die sicherheitsbezogene Diagnose meldet jedoch „Schutzfunktion nicht freigegeben“.

Wähle eine Entscheidung:

Den Zustand als sicheren Betrieb bewerten.
Einen erneuten Startversuch durchführen.
Die Anlage im sicheren Zustand belassen, die Abweichung melden und fachkundig klären lassen.

Feedback anzeigen

Richtig ist die dritte Entscheidung.

Eine Anzeige aus der normalen Betriebslogik ist kein Ersatz für die nachgewiesene sicherheitsbezogene Freigabe.

Die Meldung muss entsprechend der betrieblichen Meldekette geprüft werden. Eigenmächtiges Zurücksetzen oder Umgehen einer Schutzfunktion ist keine zulässige Fehlerbehebung.

Lerneinheit 5: Verantwortlichkeit und Freigabe

Dauer: 15 Minuten

Eine sichere Anlage benötigt nicht nur geeignete Technik, sondern auch dokumentierte Zuständigkeiten.

Beteiligte	Typische Verantwortung
Komponentenhersteller	Eignung, Grenzen und Dokumentation seiner Produkte
Integrator beziehungsweise Hersteller der Gesamtanlage	Sicherheitskonzept, Risikobeurteilung und erforderliche Konformitätsbewertung der Gesamtanwendung
Betreiber beziehungsweise Arbeitgeber	Sicherer Einsatz, Gefährdungsbeurteilung für die Nutzung, Unterweisung, erforderliche Prüfungen und betriebliche Organisation
Beauftragte fachkundige Personen	Arbeiten, Prüfungen und Bewertungen innerhalb ihrer festgelegten Zuständigkeit und Qualifikation
Auszubildende	Gefahren erkennen, Vorgaben einhalten, Auffälligkeiten melden und Grenzen der eigenen Befugnis beachten

Die Rollen können im Einzelfall zusammenfallen. Bei wesentlichen Veränderungen können zusätzliche Herstellerpflichten entstehen.

Video: Automatisierung und Sicherheitsbewertung

Quelle: it's OWL, Forschungsprojekt AutoS².

Leitfrage: Warum muss eine veränderte Maschinenkonfiguration erneut sicherheitstechnisch bewertet werden?

Feedback: Eine Änderung kann neue Gefährdungen hervorrufen oder bisherige Annahmen zur Sicherheitsfunktion ungültig machen. Deshalb gehört zur Freigabe eine nachvollziehbare Bewertung der betroffenen Anforderungen und Nachweise.

Fallentscheidung: Neuer Greifer

Die Produktionsleitung möchte den Greifer austauschen. Der neue Greifer ist schwerer und besitzt andere Kanten.

Darf die Anlage nach dem bloßen Austausch sofort wieder für die Produktion freigegeben werden?

Nein. Die Änderung muss durch die Verantwortlichen bewertet werden. Erforderliche Schutzmaßnahmen und Nachweise müssen weiterhin gültig sein oder angepasst werden.

Dein Ausbildungsauftrag: Dokumentiere die Änderung, benenne mögliche Gefährdungen und informiere die zuständige Fachperson. Erteile selbst keine Freigabe.

Lerneinheit 6: Sichere Entscheidungen und Eskalation

Dauer: 10 Minuten

Eine Störung ist kein Grund, Schutzfunktionen zu umgehen.

Die sichere Handlungskette:

Schritt	Deine Handlung
Gefahr erkennen	Bewegung, Meldungen und Personen im Gefahrenbereich beachten
Sicher reagieren	Vorgesehene betriebliche Schutz- und Meldeverfahren einhalten
Nicht manipulieren	Keine Schutzfunktion überbrücken oder eigenmächtig verändern
Dokumentieren	Zustand, Zeitpunkt und Beobachtung nachvollziehbar festhalten
Eskalieren	Ausbilder, verantwortliche Fachkraft oder festgelegte zuständige Stelle informieren
Freigabe abwarten	Wiederbetriebnahme nur nach erforderlicher Klärung und betrieblicher Freigabe

Bei unmittelbarer Gefahr sind die dafür vorgesehenen Notfallmaßnahmen anzuwenden.

Virtueller Eskalationsfall

Meldung R1-17: „Schutzeinrichtung nicht plausibel.“

Gleichzeitig meldet das Bediengerät „Produktion bereit“.

Deine Aufgabe: Formuliere eine kurze Störungsmeldung mit Anlagenkennung, Beobachtung, getroffener sicherer Maßnahme und zuständiger Ansprechperson.

Beispielfeedback

„Roboterzelle R1: Sicherheitsdiagnose R1-17 meldet eine nicht plausible Schutzeinrichtung. Die Betriebsanzeige meldet gleichzeitig Produktionsbereitschaft. Anlage nicht erneut gestartet. Zuständige Fachkraft zur Klärung informiert.“

Begründung: Die Meldung trennt Beobachtungen von Vermutungen und enthält keine unzulässige eigenmächtige Fehlerbehebung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Aussage über einen kollaborativen Roboter ist richtig? (Die gesamte Anwendung muss sicherheitstechnisch bewertet werden) (!Ein Cobot benötigt grundsätzlich keine Schutzmaßnahmen) (!Jeder Greifer ist automatisch für Personenkontakt sicher) (!Die Risikobeurteilung entfällt bei geringer Geschwindigkeit)

Welche Information ist in unserer Simulation ein gewöhnliches Betriebssignal? (Produktionsstart angefordert) (!Schutzfeld sicherheitsgerichtet verletzt) (!Sicherheitsgerichteter Halt angefordert) (!Sicherheitsbezogene Fehlerreaktion aktiv)

Was muss bei t2 im virtuellen Signalverlauf geschehen? (Die erforderliche sichere Schutzreaktion wird ausgelöst) (!Der Produktionsstart übersteuert den Schutzsensor) (!Der Roboter muss zur Taktzeitverbesserung weiterlaufen) (!Die Schutzfunktion wird bis zum nächsten Auftrag ignoriert)

Welche Aussage zum Zustand bei t4 ist richtig? (Die Rückkehr des Schutzsignals allein rechtfertigt keinen automatischen Wiederanlauf) (!Der Roboter muss sofort selbstständig anlaufen) (!Eine vorherige Schutzanforderung ist immer bedeutungslos) (!Ein fortbestehender Startwunsch ersetzt alle Wiederanlaufbedingungen)

Was ist bei widersprüchlichen Betriebs- und Sicherheitsanzeigen richtig? (Im sicheren Zustand bleiben und die Abweichung fachkundig klären lassen) (!Die Betriebsanzeige grundsätzlich höher bewerten) (!Die Sicherheitsmeldung ohne Prüfung löschen) (!Die Anlage durch wiederholte Startversuche freigeben)

Was ist bei der Auswahl von Sicherheitskomponenten entscheidend? (Die nachgewiesene Eignung für die geforderte Sicherheitsfunktion) (!Allein der niedrigste Beschaffungspreis) (!Allein die gleiche mechanische Bauform) (!Allein eine passende Steckerform)

Welche Aussage zum Austausch eines Greifers ist richtig? (Die Auswirkungen auf die Sicherheit müssen bewertet werden) (!Nur das Gewicht des Roboterarms ist relevant) (!Ein neuer Greifer verändert niemals das Risiko) (!Die Auszubildenden dürfen die Gesamtanlage eigenständig freigeben)

Wozu dient ein Not-Halt hauptsächlich? (Zum Abwenden oder Vermindern einer Gefahr im Notfall) (!Zum üblichen Zählen fertiger Werkstücke) (!Zum routinemäßigen Starten der Produktion) (!Zum automatischen Freigeben einer Störung)

Wer ist typischerweise für die sicherheitstechnische Integration einer Roboterzelle verantwortlich? (Der verantwortliche Integrator beziehungsweise Hersteller der Gesamtanlage) (!Ausschließlich der Lieferant einer Starttaste) (!Automatisch jeder Mitarbeitende am Förderband) (!Ausschließlich die Auszubildenden)

Was ist nach einer erkannten sicherheitsrelevanten Störung richtig? (Vorgesehene Schutzmaßnahmen einhalten und die zuständige Fachperson informieren) (!Die Schutzfunktion eigenmächtig außer Betrieb nehmen) (!Den Fehler ohne Dokumentation ignorieren) (!Die Maschine ohne erforderliche Prüfung sofort wieder freigeben)

Memory

Finde die zusammengehörenden Begriffe.

Schutzfeld	Sicherheitsgerichtete Personenerkennung
Startwunsch	Betriebslogische Anforderung
Sicherheitssteuerung	Sicherheitsrelevante Auswertung
Greifer	Werkzeug am Roboterarm
Risikobeurteilung	Grundlage der Schutzmaßnahmen
Quittierung	Bewusste Bestätigung ohne automatischen Start

Drag and Drop

Ordne die Elemente ihren Funktionen zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion
Schutzsensor	Sicherheitsbezogene Erfassung
Produktionszähler	Betriebsinformation
Sicherheitsgerichteter Halt	Schutzreaktion
HMI-Startanforderung	Produktionsbefehl
Validierung	Nachweis der geforderten Funktion
Risikobeurteilung	Ermittlung erforderlicher Schutzmaßnahmen

Kreuzworträtsel

Greifer	Wie heißt das Werkzeug am Roboterarm zum Aufnehmen von Werkstücken?
Schutzfeld	Wie heißt der überwachte Bereich einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung?
Integrator	Wer führt die Bestandteile einer Roboteranlage typischerweise zum Gesamtsystem zusammen?
Quittierung	Wie nennt man die bewusste Bestätigung nach einer Störung?
Validierung	Wie heißt der Nachweis, dass festgelegte Anforderungen an eine Sicherheitsfunktion erfüllt werden?
Steuerung	Welche Einrichtung verarbeitet Signale und beeinflusst Maschinenabläufe?

LearningApps

Suche ergänzende Lernaktivitäten zum Thema.

Die Suchseite stellt keine geprüfte oder für den realen Maschinenbetrieb freigegebene Lernanwendung dar.

Lückentext

Ein Roboter für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen wird häufig als

bezeichnet.

Vor dem Einsatz einer Roboteranlage ist eine

erforderlich.

Ein gewöhnlicher Produktionsstart gehört in unserem Beispiel zur

.

Das überwachte Schutzsystem muss bei einer Gefährdung die festgelegte

auslösen.

Eine dafür eingesetzte Auswerteeinheit kann eine geeignete

sein.

Der am Roboterarm angebrachte Endeffektor heißt im Ausbildungsfall

.

Eine sicherheitsbezogene Störung darf nicht eigenmächtig

werden.

Das bloße Rückstellen eines Not-Halts darf keinen automatischen

auslösen.

Die Prüfung der Erfüllung festgelegter Anforderungen wird als

bezeichnet.

Eine sicherheitsrelevante Auffälligkeit musst Du der zuständigen

melden.

Die betriebliche Wiederinbetriebnahme erfordert die notwendige

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben nach Schwierigkeitsgrad. Dokumentiere Deine Ergebnisse als Skizze, kurze Präsentation, Tabelle oder Gesprächsprotokoll.

Leicht – Basisaufgaben

Gefährdungserkennung: Zeichne die virtuelle Roboterzelle und markiere drei mögliche Gefahrenstellen. Feedbackkriterium: Berücksichtige neben dem Roboterarm auch Greifer, Werkstück und Umgebung.
Signal: Erstelle zwei Spalten für gewöhnliche Betriebsinformationen und sicherheitsbezogene Funktionen. Ordne sechs Begriffe zu. Feedbackkriterium: Begründe die Zuordnung anhand der jeweiligen Aufgabe.
Not-Halt: Gestalte eine Lernkarte zum Unterschied zwischen Not-Halt und normalem Produktionsstopp. Feedbackkriterium: Verdeutliche den Zweck der Notfallfunktion.
Arbeitsschutz: Formuliere eine kurze Meldung über eine beobachtete Sicherheitsstörung. Feedbackkriterium: Trenne Beobachtung und Vermutung, damit die Fachkraft gezielt reagieren kann.

Standard – Anwendungsaufgaben

Zeitdiagramm: Übertrage den virtuellen Signalverlauf in eine eigene Grafik und kennzeichne t2 bis t6. Feedbackkriterium: Zeige, warum ein aktiver Startwunsch nicht automatisch Bewegung erlaubt.
Fehlerdiagnose: Analysiere eine widersprüchliche Betriebs- und Sicherheitsanzeige und formuliere die nächste zulässige Handlung. Feedbackkriterium: Priorisiere die Schutzfunktion vor Produktionsdruck.
Risikobeurteilung: Entwickle eine Tabelle möglicher Gefährdungen nach einem Greiferwechsel. Feedbackkriterium: Beziehe neue Kontaktstellen und Werkstückeigenschaften ein.
Verantwortung: Führe ein Rollengespräch zwischen Auszubildendem, Ausbilder und Integrator über eine beanstandete Schutzeinrichtung. Feedbackkriterium: Ordne Prüfung, Meldung und Freigabe den zuständigen Personen zu.

Schwer – Transferaufgaben

Sicherheitskonzept: Entwirf auf funktionaler Ebene ein Schutzkonzept für eine neue virtuelle Roboterzelle. Feedbackkriterium: Beschreibe die Sicherheitsfunktionen unabhängig von gewöhnlichen Produktionswünschen.
Validierung: Entwickle eine Checkliste der Unterlagen und Nachweise, die vor der Freigabe eines geänderten Greifers zu prüfen wären. Feedbackkriterium: Berücksichtige nicht nur einzelne Bauteile, sondern die Gesamtanwendung.
Mensch-Roboter-Kollaboration: Vergleiche eine Roboterzelle mit trennender Schutzeinrichtung und eine kollaborative Anwendung ohne vollständige räumliche Trennung. Feedbackkriterium: Bewerte die jeweiligen Schutzkonzepte statt allein die Roboterbauart.
Sicherheitskultur: Produziere ein zweiminütiges Erklärvideo mit einer simulierten Störsituation und sicherer Eskalation. Feedbackkriterium: Die Handlung darf weder Manipulation von Schutzfunktionen noch eigenmächtige Freigaben als Lösung darstellen.

Lernkontrolle

Diese Aufgaben prüfen Zusammenhänge und Deine Fähigkeit, sichere Entscheidungen zu begründen.

Sicherheitsfunktion: Eine Betriebssteuerung fordert Bewegung an, während eine Schutzfunktion das Stillsetzen verlangt. Erläutere, warum die gewöhnliche Ablaufsteuerung die Schutzreaktion nicht überstimmen darf.
Wiederanlaufsperre: Eine Person hat das überwachte Schutzfeld verlassen. Beschreibe die noch erforderlichen Schritte anhand der für die virtuelle Anlage festgelegten Wiederanlaufbedingungen.
Kollaborativer Roboter: Ein als kollaborativ vermarkteter Roboter soll ein scharfkantiges Metallteil bearbeiten. Begründe, warum die Bezeichnung des Roboters allein keine ausreichende Sicherheitsbewertung ist.
Sicherheitssteuerung: Ein Kollege schlägt einen gewöhnlichen SPS-Eingang als Ersatz für einen sicherheitsbezogenen Eingang vor. Erläutere, welche Nachweise vor einer Entscheidung erforderlich wären und wer die Entscheidung treffen darf.
Risikobeurteilung: Nach einer Änderung des Greifers bleibt das Steuerungsprogramm unverändert. Erkläre, warum trotzdem eine Neubewertung betroffener Gefährdungen und Schutzmaßnahmen notwendig sein kann.
Fehlerdiagnose: Auf dem Bediengerät steht „Produktion bereit“, während die Sicherheitsdiagnose eine Störung meldet. Entwickle einen sicheren Eskalationsablauf.
Arbeitsschutz: Erkläre den Unterschied zwischen einem bestandenen Online-Quiz und der betrieblichen Erlaubnis, eine reale Maschine in Betrieb zu nehmen.

Bewertungsraster

Kriterium	Erfüllt, wenn ...
Gefahrenverständnis	Konkrete Gefahren für Menschen und passende Schutzmaßnahmen beschrieben werden
Signalverständnis	Betriebsanforderungen und Sicherheitsfunktionen nachvollziehbar unterschieden werden
Diagnosekompetenz	Signalverläufe korrekt interpretiert und Widersprüche erkannt werden
Entscheidungsverhalten	Schutzmaßnahmen eingehalten und keine eigenmächtigen Eingriffe vorgeschlagen werden
Verantwortungsbewusstsein	Zuständigkeiten, Qualifikationsgrenzen und Freigaben berücksichtigt werden
Begründung	Entscheidungen mit nachvollziehbaren Sicherheitsargumenten erklärt werden

Lernnachweis

Für den dokumentierten Lernnachweis solltest Du vorlegen können:

Eine Skizze der virtuellen Roboterzelle mit erkannten Gefährdungen.
Eine Zuordnung von Betriebsinformationen und Sicherheitsfunktionen.
Einen erläuterten Signalverlauf mit Schutzreaktion und Wiederanlaufbedingungen.
Die Bearbeitung von mindestens zwei Diagnosefällen mit Begründung.
Eine kurze Darstellung der Verantwortlichkeiten von Integrator, Betreiber und Auszubildenden.
Einen begründeten Umgang mit einer Änderung am Greifer.
Eine schriftliche Störungsmeldung mit sicherer Eskalation.
Die Ergebnisse des Quiz und eine Reflexion Deiner Fehler.

Grenze des Lernnachweises: Der Nachweis dokumentiert theoretische Lernleistungen. Er ist keine Berechtigung zu sicherheitstechnischen Änderungen, Inbetriebnahmen oder Prüfungen an realen Maschinen.

OERs zum Thema

Wikipedia: Funktionale Sicherheit

Wikipedia: Kollaborativer Roboter

Freie Bildmedien

Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden anhand ihrer Beschreibungsseiten ausgewählt. Urheber und Lizenzen:

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OSP Emergency stop.svg: Team445, CC0 1.0.

Die Bilder werden hier unverändert eingebunden. Bei Bearbeitungen sind die jeweiligen Lizenzbedingungen zu beachten.

Ergänzende Videomedien

Cobot-gestützte Prüfplätze für Intelligente Technische Systeme, it's OWL.

Die YouTube-Videos sind über die Plattform eingebunden und werden nicht als frei lizenzierte OER oder zum Herunterladen und Weiterverbreiten freigegeben. Die Rechte verbleiben bei den jeweiligen Berechtigten. Die Verfügbarkeit und Einbettbarkeit kann sich ändern.

Fachlich geprüfte Grundlagen und Normen

Die folgenden Quellen bilden die Grundlage der sicherheitstechnischen Aussagen. Normen sind teilweise kostenpflichtig; die verlinkten Seiten enthalten offizielle Angaben und ergänzende öffentliche Fachinformationen.

DGUV/IFA – Kollaborierende Roboter: Gefährdungen und Schutzmaßnahmen.
DGUV – FAQ Robotik: Fragen zur Sicherheit von Robotersystemen und zur Normenüberarbeitung.
DGUV – Robotik: Schutzkonzepte und Fachinformationen.
DGUV FBHM-080: Planung kollaborierender Robotersysteme mit Leistungs- und Kraftbegrenzung; älterer Fachstand.
IFA Report 1/2025: Funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen und Anwendung der DIN EN ISO 13849.
ISO 13849-1:2023: Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen.
ISO 10218-1:2025: Sicherheitsanforderungen an Industrieroboter.
ISO 10218-2:2025: Sicherheitsanforderungen an Roboteranwendungen und Roboterzellen.
ISO/TS 15066:2016: Ergänzende Anforderungen für kollaborative Industrierobotersysteme; Themen der Kollaboration wurden in der ISO 10218-2:2025 weiter berücksichtigt.
EUR-Lex – Maschinensicherheitsanforderungen: Informationen zum europäischen Maschinenrecht.

Rechts- und Normenstand: Oktober 2026.

Die EU-Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 gilt im Wesentlichen ab dem 20. Januar 2027. Bis dahin ist für das Inverkehrbringen neuer Maschinen grundsätzlich noch das bisherige Maschinenrichtlinienrecht maßgeblich. Nationale Arbeitsschutz- und Betriebsvorschriften sind zusätzlich zu beachten.

Die konkret anzuwendenden Normfassungen, Konformitätsanforderungen und erforderlichen Sicherheitsniveaus müssen von den verantwortlichen fachkundigen Personen für die jeweilige Anlage bestimmt werden.

Verknüpfte Lernbereiche

Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit

Zusammenfassung

Fünf Regeln für Deine Ausbildung:

Gefahren erkennen: Berücksichtige Mensch, Roboter, Werkzeug, Werkstück und Umgebung.
Signalwege verstehen: Produktionswünsche dürfen erforderliche Schutzfunktionen nicht aufheben.
Komponenten bewerten: Nur geeignete und im Sicherheitskonzept nachgewiesene Lösungen verwenden.
Verantwortung respektieren: Prüfungen, Änderungen und Freigaben erfolgen durch befugte Personen.
Sicher handeln: Störung erkennen, Schutzmaßnahmen einhalten, melden und Freigabe abwarten.