Was sind Cobots
Cobots (kollaborierende Roboter) sind Roboter, die ohne feste Schutzumhausung im selben Raum wie Menschen arbeiten können, sofern die gesamte Anwendung beurteilt und abgesichert wurde. Der Cobot ist nur ein Teil der Rechnung: Die Sicherheit gilt für die Anwendung (Roboter, Werkzeug, Werkstück und Layout), nicht für den Roboter allein.
In der Praxis ist ein Cobot ein Arm mit 4 bis 7 Achsen, günstig zu installieren und leicht umzuprogrammieren, eingesetzt für wiederholte Aufgaben bei kleinen und mittleren Stückzahlen: Palettieren, Maschinenbeladung, Schrauben, Kleben und Prüfen. Er ergänzt die klassische Automatisierung und Industrie 4.0 in der Fertigung; schnelle Industrieroboter mit hoher Traglast ersetzt er nicht.
Visuelle Karte der Cobots
Die Karte fasst Anwendungen, Vorteile, die vier Kollaborationsarten und das Amortisationsbeispiel dieses Artikels zusammen.
Cobot oder Industrieroboter
| Kriterium | Cobot | Industrieroboter |
|---|---|---|
| Schutz | Nach Risikobeurteilung ohne Zaun möglich | Zaun, Lichtvorhang oder Flächenscanner |
| Geschwindigkeit | Begrenzt bei möglichem Kontakt | Hoch, keine Personen im Bereich |
| Typische Traglast | Bis etwa 20 bis 30 kg | Zehn bis mehrere hundert kg |
| Programmierung | Handführung, grafische Oberfläche | Herstellersprache, Programmierer |
| Produktwechsel | Schnell, gut für kleine Lose | Langsam, gut für hohe Stückzahlen |
Faustregel: Je höher Stückzahl und Geschwindigkeit, desto eher rechnet sich der Industrieroboter; je größer die Variantenvielfalt und der Bedarf, den Arbeitsplatz zu wechseln, desto sinnvoller ist der Cobot.
Wo Cobots gut funktionieren
- Palettieren und Depalettieren leichter Kartons am Linienende.
- Maschinenbeladung (CNC, Spritzguss, Presse), damit der Werker wertschöpfendere Aufgaben übernimmt.
- Schrauben, Kleben und Dosieren in der Montage kleiner Lose.
- Prüfen und Messen mit Kamera, immer am selben Messpunkt.
- Ergonomisch ungünstige Tätigkeiten: wiederholtes Heben und Zwangshaltungen, passend zur Ergonomie in der Produktion.
Weniger geeignet: schwere oder scharfkantige Teile ohne Schutz am Werkzeug, sehr kurze Takte mit hohem Tempo und Prozesse, die selbst gefährlich sind (Schweißen, Laser, Entgraten); sie brauchen auch mit Cobot eigene Schutzmaßnahmen.
Sicherheit: die vier Kollaborationsarten
Die Normenreihe DIN EN ISO 10218 (Teile 1 und 2) behandelt die Sicherheit von Industrierobotern und Robotersystemen, die technische Spezifikation ISO/TS 15066 beschreibt den kollaborierenden Betrieb. Sie nennt vier Betriebsarten, die sich kombinieren lassen:
- Sicherheitsgerichteter überwachter Halt: Der Roboter hält an, wenn eine Person den gemeinsamen Raum betritt, und fährt selbstständig weiter, wenn sie ihn verlässt.
- Handführung: Der Werker führt den Roboter über eine Zustimmeinrichtung mit niedriger, kontrollierter Geschwindigkeit.
- Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Sensoren (Scanner oder Kamera) messen den Abstand; der Roboter verlangsamt oder hält vor dem Kontakt an.
- Leistungs- und Kraftbegrenzung: Der Roboter begrenzt die Kraft bei Kontakt, mit zulässigen Werten je Körperregion.
Zusätzlich gelten die Maschinenvorschriften (Maschinenrichtlinie bzw. deren Nachfolgeverordnung, CE-Kennzeichnung). Der meistübersehene Punkt: Die Kraftbegrenzung schützt nur vor dem Roboter; Werkzeug (spitzer Greifer, Schrauber) und Werkstück (scharfe Kante, heißes Teil) bleiben Gefährdungen. Die Risikobeurteilung muss die gesamte Anwendung abdecken, zum Beispiel mit einer Risikomatrix und vorläufigen Gefahrenanalyse.
Beispiel: Amortisation eines Palettier-Cobots
Fiktives Beispiel zur Rechnung. Eine Verpackungslinie erzeugt 6 Kartons pro Minute und setzt heute je Schicht 1 Werker (2 Schichten) nur zum Stapeln von 12-kg-Kartons ein. Projektdaten:
| Position | Wert |
|---|---|
| Investition (Cobot, Greifer, Sensorik, Integration) | 280.000 € |
| Monatliche Kosten je Werker (inkl. Nebenkosten) | 6.500 € |
| Umgesetzte Werker (1 je Schicht) | 2 |
| Wartung und Energie pro Jahr | 12.000 € |
Nettoersparnis = 2 × 6.500 × 12 − 12.000 = 144.000 € pro Jahr
Amortisationszeit = 280.000 ÷ 144.000 = 1,94 Jahre ≈ 23 Monate
Über 5 Jahre ergibt sich ohne Zeitwert des Geldes ein Gewinn von 144.000 × 5 − 280.000 = 440.000 €. Für eine formale Entscheidung nutzen Sie Kapitalwert, interner Zinsfuß und Amortisation und ergänzen die Lebenszykluskosten per TCO.
Nun die Kapazitätsprüfung, die viele Analysen auslassen. Die Linie liefert alle 10 s einen Karton (6 pro Minute). Der Zyklus des Cobots entscheidet, ob er mithält:
| Betriebsart | Cobot-Zyklus | Anteil am Takt (10 s) |
|---|---|---|
| Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung (Scanner, hohes Tempo) | 8,0 s | 80% |
| Kraftbegrenzung, Kontakt erlaubt | 9,5 s | 95% |
Im zweiten Fall hält der Cobot den Takt, aber mit nur 5% Reserve: Jede kleine Störung lässt die Linie leerlaufen. Traglast: 12-kg-Karton + 3 kg Greifer = 15 kg, innerhalb eines 20-kg-Cobots. Liegt die Auslastung über 90%, setzen Sie zwei Cobots, ein schnelleres Zellenkonzept oder die Scanner-Überwachung ein.
Einführung in 6 Schritten
- Aufgabe wählen: wiederkehrend, stabil, mit klarem Zeitverlust oder schlechter Ergonomie.
- Aktuellen Zyklus und Takt messen und Traglast, Reichweite und Wiederholgenauigkeit bestätigen.
- Risikobeurteilung der gesamten Anwendung inklusive Werkzeug und Werkstück.
- Kollaborationsart und Schutzeinrichtungen festlegen (Scanner, Sensoren, Not-Halt).
- Per Messung validieren (Kontaktkraft und -druck, wo Kontakt vorgesehen ist) und Werker sowie Instandhaltung schulen.
- Die OEE der Zelle in den ersten Monaten verfolgen und Bewährtes standardisieren.
Häufige Fehler und Grenzen
- „Kollaborierend“ mit „von Natur aus sicher“ gleichsetzen. Ohne Risikobeurteilung der Anwendung gibt es keine Sicherheit.
- Werkzeug und Werkstück übersehen.
- Amortisation ohne Zyklustest rechnen. Der sichere Modus ist meist langsamer als im Datenblatt.
- Einen schlechten Prozess automatisieren. Erst die Verschwendung beseitigen, etwa mit Poka-Yoke und Standardarbeit.
- Das Team nicht schulen und die Instandhaltung nicht von Anfang an einbinden.
Häufige Fragen
Was ist ein Cobot?
Ein Roboter, der neben Menschen arbeiten kann und über Sicherheitsfunktionen verfügt, die nach der Risikobeurteilung der Anwendung den Betrieb ohne feste Umhausung erlauben.
Braucht ein Cobot keinen Schutzzaun?
Möglich, aber nur wenn die Risikobeurteilung der Anwendung (Roboter, Werkzeug, Werkstück) ein akzeptables Risiko zeigt. Oft braucht das Werkzeug zusätzlichen Schutz.
Welche vier Kollaborationsarten gibt es?
Sicherheitsgerichteter überwachter Halt, Handführung, Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sowie Leistungs- und Kraftbegrenzung.
Wie lange dauert die Amortisation?
Das hängt vom Fall ab. Im Beispiel ergeben 280.000 € Investition und 144.000 € Nettoersparnis pro Jahr rund 23 Monate.
Ersetzt ein Cobot den Werker?
Er übernimmt die wiederkehrende oder schwere Aufgabe. Der eigentliche Nutzen entsteht, wenn die Person wertschöpfendere Aufgaben wie Prüfen, Einstellen und Verbessern übernimmt.
Welche Normen gelten für Cobots?
Die Reihe DIN EN ISO 10218 (Teile 1 und 2) und die technische Spezifikation ISO/TS 15066 sowie die Maschinenvorschriften.
Quellen
- DIN EN ISO 10218-1 und -2. Industrieroboter — Sicherheitsanforderungen. Beuth.
- ISO/TS 15066. Robots and robotic devices — Collaborative robots. ISO.
- GROOVER, M. P. Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing. Pearson.
- SLACK, N. et al. Operations Management. Pearson.
Zum Weiterlernen: verlässliche Quellen und Links
- Ministério do Trabalho e Emprego: Normas Regulamentadoras (NRs) (auf Portugiesisch)
- ABRAMAN: Associação Brasileira de Manutenção e Gestão de Ativos (auf Portugiesisch)
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Über den Autor
Spezialist für Lean Manufacturing und Verhaltensmanagement
Über 20 Jahre in der Automobil- und Metallindustrie (GM und Dana), Praktiker für Lean Manufacturing seit 2006. SENAI-Dozent und Mentor im brasilianischen Programm Brasil Mais Produtivo, mit Beratung, Schulung und Audits für über 50 Unternehmen. Er verbindet Qualität, Produktivität und Personalentwicklung.
