Maschinenschutz für Roboterzellen: So wählen Sie das passende Schutzzaunsystem

Vom Risiko zum Zaun: So entsteht die Spezifikation

Bevor ein Schutzzaun bestellt wird, müssen die Gefährdungen der Roboterzelle im Rahmen der Risikobeurteilung nach EN ISO 12100 identifiziert und bewertet werden. Für Industrieroboter verweist die EN ISO 10218-2 auf die allgemeinen Normen für trennende Schutzeinrichtungen und ergänzt spezifische Anforderungen, etwa für Materialzuführungen, die den Schutzbereich durchbrechen. Aus der Risikobeurteilung ergeben sich drei zentrale Parameter für die Auslegung des Schutzzauns: die erforderliche Höhe, den Mindestabstand zur Gefahrenzone und die zulässige Maschenweite.

Die Höhe des Schutzzauns ergibt sich aus der EN ISO 13857 in Abhängigkeit vom Abstand zur Gefahrenzone und der Höhe des Gefahrenbereichs. Ein typisches Praxisbeispiel verdeutlicht den Zusammenhang: Liegt der Arbeitsbereich eines Roboterarms an der höchsten Stelle 1.600 mm über dem Boden liegt und der Schutzzaun 600 mm vom Gefahrenbereich entfernt steht, muss der Zaun mindestens 2.000 mm hoch sein. Die Standardhöhe der meisten Schutzzaunsysteme liegt bei 2.200 mm, was für die Mehrzahl der Anwendungen ausreichend ist. Bei Robotern mit hoher Reichweite oder bei erhöhten Aufstellflächen kann eine Höhe von 2.400 mm oder mehr erforderlich sein.

Der Sicherheitsabstand hängt von der Maschenweite des Gitters ab. Nach EN ISO 13857 Tabelle 4 gilt für quadratische Maschen von 40 bis 64 mm ein Mindestabstand von 200 mm (Hindurchgreifen bis zum Handgelenk). Für Schlitze unter 65 mm Länge wirkt der Daumen als natürlicher Anschlag, was ebenfalls einen reduzierten Abstand von 200 mm erlaubt. Hersteller wie Satech nutzen diesen Effekt gezielt mit länglichen Maschenöffnungen, die den Sicherheitsabstand minimieren und damit die nutzbare Hallenfläche vergrößern. Größere Maschenweiten von über 64 mm erhöhen den erforderlichen Sicherheitsabstand auf bis zu 850 mm, was in beengten Produktionsumgebungen erheblich mehr Fläche beansprucht.

Die EN ISO 14120 definiert darüber hinaus die mechanischen Anforderungen an die Schutzeinrichtung. Nach EN ISO 14120 muss der Schutzzaun unter anderem den Pendelschlagversuch gemäß Anhang A bestehen. Er darf keine waagerechten Elemente enthalten, die als Steighilfe dienen könnten (Abschnitt 5.18). Die Unterkriechhöhe muss so bemessen sein, dass kein Erwachsener darunter hindurchkriechen kann. Und abnehmbare Elemente dürfen nur mit Werkzeug entfernt werden können.

Gitter, Blech oder Polycarbonat: Welches Füllmaterial für welchen Einsatz?

Viele moderne Schutzzaunsysteme erlauben innerhalb desselben Rahmenprofils unterschiedliche Füllmaterialien, die je nach Anwendung gewählt werden. Stahlgitter (geschweißter Draht) ist das Standardmaterial für Roboterzellen. Es bietet Einsichtmöglichkeit für die Bedienung und Wartung, erlaubt die Durchlüftung und die Funktion von Sprinkleranlagen. Nachteilig ist jedoch, dass bei Prozessen mit Funkenflug (Schweißroboter) können Funken durch das Gitter nach außen gelangen.

Stahlblech (geschlossene Panele) kommt dort zum Einsatz, wo Splitter, Funken oder Emissionen aufgefangen werden müssen. Schweißzellen, Schleifstationen und Laserbearbeitungsanlagen erfordern häufig eine Kombination aus Gitter und Blech, wobei die dem Prozess zugewandten Seiten mit Blech und die Zugangsseiten mit Gitter versehen werden. Axelent bietet im X-Guard-Programm sowohl Gitter- als auch Blechpanele in denselben Rahmenabmessungen an, sodass beide Varianten im selben Projekt gemischt werden können.

Polycarbonat-Panele (PC) kommen vor allem dort zum Einsatz, wo eine vollständige Einsicht bei gleichzeitigem Schutz vor Partikeln und Emissionen erforderlich ist. PC-Panele halten Aufprallbelastungen stand und sind lichtdurchlässig. Sie kommen insbesondere bei Roboterzellen zum Einsatz, die von mehreren Seiten beobachtet werden müssen, etwa in Ausbildungszentren oder bei Prozessen mit visueller Qualitätskontrolle. Axelent, Troax und Satech führen Polycarbonatpanele als Option in ihren Schutzzaunprogrammen.

Drei Systeme im Vergleich

Das Schutzzaunsystem Axelent X-Guard basiert auf einem Klick-Montageprinzip, bei dem Gitterpanele ohne Werkzeug in die Pfosten eingerastet werden. Das System ist in den Varianten Classic und Premium erhältlich. Classic nutzt ein Bolzen-Montagesystem für die Panelbefestigung, Premium ein werkzeugloses Click-Fitting. Die Contour-Variante erlaubt 90°-Winkelkonstruktionen für platzsparende Einhausungen an Gebäudeecken oder Säulen. Das X-Guard-System verfügt über das DGUV-Test-Zeichen der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (Prüfnummer MF 17017) und ist nach EN ISO 14120 geprüft. Besonders praxisrelevant ist die Möglichkeit, das System direkt mit dem Aufprallschutzsystem X-Protect und den Kabelkanälen X-Tray zu kombinieren, die sich direkt in den Schutzzaunrahmen einsetzen lassen.

Der schwedische Hersteller Troax bietet mit der Safe Lock-Serie ein besonders breites Sortiment an Panelen, Türen und Zubehör. Die Besonderheit des Troax-Systems liegt in der Verriegelung der Panele über Safe Lock-Klemmen, die nur mit einem speziellen Werkzeug gelöst werden können. Dies verhindert unbefugtes Entfernen von Schutzelementen und erfüllt die EN ISO 14120-Anforderung an die werkzeuggebundene Demontage. Troax bietet zudem ein Sortiment an speziellen Maschenweiten (20 x 100 mm, 30 x 100 mm), die auf minimierte Sicherheitsabstände optimiert sind.

Satech aus Italien konzentriert sich auf maßgeschneiderte Schutzzaunlösungen mit besonderem Fokus auf den Sicherheitsabstand. Die Satech-Maschengeometrie mit länglichen Schlitzöffnungen unter 65 mm Länge erlaubt nach EN ISO 13857 einen reduzierten Sicherheitsabstand von 200 mm und damit eine kompaktere Einhausung. Für Betriebe mit begrenztem Hallenlayout kann dieser Platzvorteil entscheidend sein. Satech liefert seine Systeme über ein Netz aus Partnerunternehmen in Deutschland und bietet neben Standardelementen auch maßgefertigte Sonderlösungen an.

Praxisbeispiel: Platzoptimierte Roboterzellen in der südkoreanischen Automobilindustrie

In der südkoreanischen Automobilindustrie werden Schutzzaunsysteme zunehmend unter dem Gesichtspunkt der Flächeneffizienz geplant. Da bestehende Produktionshallen häufig nachträglich mit zusätzlichen Robotern ausgestattet werden, setzen viele Betreiber auf kompakte Einhausungen mit reduzierten Sicherheitsabständen und modularen Panelgeometrien. Schutzzaunsysteme mit schmalen Maschenöffnungen ermöglichen dabei geringere Mindestabstände nach EN ISO 13857 und helfen, hochverdichtete Roboterlinien innerhalb bestehender Hallenlayouts nachzurüsten, ohne komplette Produktionsbereiche umbauen zu müssen. Besonders in Batterie- und Elektronikfertigungen zeigt sich dieser Ansatz, weil dort jeder Quadratmeter Produktionsfläche wirtschaftlich relevant ist.

Schutzzaunsysteme für Roboterzellen im Vergleich

Türen und Verriegelungen: Das schwächste Glied im Schutzzaun

In der Praxis entstehen viele Sicherheitslücken nicht am Zaun selbst, sondern an den Zugangstüren. Die EN ISO 14119 regelt die Anforderungen an Verriegelungseinrichtungen und unterscheidet fünf Bauarten: Zungenverriegelungen (Bauart 1), magnetisch codierte Verriegelungen (Bauart 2), RFID-/Transponderverriegelungen (Bauart 3), Schlüsseltransferverriegelungen (Bauart 4, in der neuen Normfassung als Bauart 5 bezeichnet) und Scharnierschalter (Bauart 4). In Roboterzellen werden deshalb meist Bauart-2- oder Bauart-3-Systeme eingesetzt, da sie einen höheren Manipulationsschutz bieten als mechanische Zungenverriegelungen.

Bei Robotern mit langen Nachlaufzeiten, also Prozessen, die nach dem Öffnen der Schutztür nicht sofort zum Stillstand kommen, ist eine Zuhaltung (Guard Locking) nach EN ISO 14119 erforderlich. Die Zuhaltung verhindert, dass die Tür geöffnet wird, bevor die Nachlaufbewegung vollständig abgeklungen ist. Axelent bietet für X-Guard vorkonfektionierte Tür-Verriegelungs-Pakete an, bei denen Türbeschlag und Sicherheitsschalter bereits aufeinander abgestimmt sind. Als Sicherheitsschalter kommen Modelle von Schmersal (AZM-Serie) oder Euchner (CTP, MGB2) zum Einsatz. Troax kooperiert ebenfalls mit Schmersal und Euchner und bietet werksseitig vorbereitete Türpakete an.

Die Kosten für eine vollständige Sicherheitstür (Türrahmen, Panele, Beschläge, Sicherheitsschalter mit Zuhaltung, Montage) liegen je nach Hersteller und Konfiguration zwischen 800 und 2.500 Euro netto. Einfache Zugangstüren ohne Zuhaltung beginnen bei etwa 400 Euro. Für Roboterzellen mit mehreren Zugangspunkten, etwa einer Personentür und einem Materialzuführungstor, können die Türkosten 30 bis 40 Prozent der Gesamtkosten des Schutzzauns ausmachen.

Planungstipps aus der Praxis

Viele Risikobeurteilungen konzentrieren sich primär auf den Normalbetrieb. Für die Praxistauglichkeit des Schutzzauns ist jedoch der Wartungs- und Störungsfall entscheidend. Wo muss der Instandhalter stehen, um einen Antrieb zu wechseln? Welche Werkzeuge und Hebeeinrichtungen braucht er? Kann das Bauteil durch die Tür transportiert werden, oder muss ein Panelabschnitt demontiert werden? Diese Fragen sollten vor der Bestellung geklärt werden, denn nachträgliche Umbauten am Schutzzaun können eine wesentliche Veränderung im Sinne der EU-Maschinenverordnung 2023/1230 darstellen und ein neues Konformitätsverfahren auslösen.

Unternehmen mit häufig wechselnden Produktionslayouts, etwa Automobilzulieferer mit wechselnden Roboterprogrammen, profitieren besonders von modularen Schutzzaunsystemen. Das Versetzen einzelner Panele oder ganzer Wände ist in der Regel innerhalb weniger Stunden möglich, ohne dass die Bodenverankerung verändert werden muss. Axelent bewirbt das Click-Fitting des X-Guard Premium explizit mit der werkzeuglosen Montage; Troax setzt auf das Safe Lock-System, das ebenfalls eine zerstörungsfreie Demontage erlaubt, aber ein Spezialwerkzeug erfordert.

Das digitale Planungstool Axelent Safety Design ermöglicht es, Schutzzaunlayouts online zu konfigurieren. Das Tool ermittelt auf Basis der eingegebenen Maße automatisch die benötigten Komponenten und erzeugt eine Stückliste, die als Bestellgrundlage dient. Für die Erstplanung kann dies den Abstimmungsaufwand mit dem Vertriebspartner deutlich reduzieren. Troax bietet mit TroaxDoc ein Dokumentationsportal, das die technische Dokumentation der verbauten Schutzzaunsysteme zentral verwaltet.

Gerade bei automatisierten Produktionslinien mit kurzen Taktzeiten gewinnt zudem die schnelle Anpassbarkeit von Schutzzaunsystemen an Bedeutung. Modulare Lösungen erleichtern nicht nur spätere Erweiterungen der Roboterzelle, sondern reduzieren auch Stillstandszeiten bei Umbauten oder Wartungsarbeiten. Für viele Betriebe entwickelt sich der Schutzzaun damit zunehmend von einer reinen Sicherheitseinrichtung zu einem festen Bestandteil der Produktionsplanung und Anlagenlogistik.

Fazit: Schutzzaunsysteme langfristig statt kurzfristig planen

Die Auswahl eines Schutzzaunsystems sollte nicht allein über den Anschaffungspreis erfolgen. Entscheidend sind vor allem die Anforderungen aus der Risikobeurteilung, die Wartungszugänglichkeit der Anlage und die Flexibilität für spätere Layoutänderungen. In modernen Produktionsumgebungen, in denen Roboterzellen regelmäßig erweitert oder umgebaut werden, bieten modulare Systeme klare Vorteile gegenüber starren Sonderkonstruktionen. Gleichzeitig zeigt die Praxis, dass Themen wie Türverriegelung, Materialzuführung und Servicezugang bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden müssen, um spätere Umbauten und zusätzliche Konformitätsbewertungen zu vermeiden.

Checkliste: Schutzzaun für eine Roboterzelle spezifizieren

Spezifikationscheckliste für Planer und Sicherheitsfachkräfte

☐ Risikobeurteilung nach EN ISO 12100 für die Roboterzelle durchgeführt und dokumentiert
☐ Gefahrenbereich des Roboters definiert: maximale Reichweite, maximale Höhe, Nachlauffzeit
☐ Sicherheitsabstand nach EN ISO 13857 berechnet (abhängig von Maschenweite und Schutzzaunhöhe)
☐ Schutzzaunhöhe festgelegt (Standardwerte: 2.200 mm für Reichweiten bis 2.500 mm, höher bei erhöhtem Aufstellplatz)
☐ Füllmaterial bestimmt: Gitter (Standard), Stahlblech (Funkenflug, Emissionen), Polycarbonat (Einsicht bei Partikelschutz)
☐ Türpositionen und Türtypen festgelegt: Personentür, Materialtür, Notausgangstür
☐ Verriegelungstyp nach EN ISO 14119 gewählt: mit oder ohne Zuhaltung (Guard Locking)?
☐ Materialzuführungen definiert: Durchbrüche, Rollenbahnöffnungen, Lichtvorhänge an Schnittstellen
☐ Wartungszugänglichkeit im Störungsfall geprüft: Welche Komponenten müssen über die Tür erreichbar sein?
☐ Kabelführung geplant: Integrierter Kabelkanal (Axelent X-Tray) oder externe Lösung?
☐ Bodenverankerung mit Hallenbau abgestimmt (Betonqualität, Bodenaufbau, bestehende Installationen)
☐ Konformitätserklärung nach (EU) 2023/1230 beim Hersteller angefordert (für Lieferungen ab 20. Januar 2027)