Wie wählt man den richtigen Roboter für eine Fertigungsaufgabe aus?

Den richtigen Roboter für eine Fertigungsaufgabe wählt man, indem man zunächst die konkreten Anforderungen der Aufgabe analysiert: Nutzlast, Reichweite, Taktzeit, Präzision und die Frage, ob Menschen im selben Arbeitsbereich tätig sind. Diese Parameter bestimmen, welcher Robotertyp technisch in Frage kommt und wirtschaftlich sinnvoll ist. Die folgenden Abschnitte beleuchten die wichtigsten Entscheidungskriterien Schritt für Schritt.

Welche Robotertypen gibt es in der industriellen Fertigung?

In der industriellen Fertigung unterscheidet man im Wesentlichen vier Robotertypen: Gelenkarmroboter (auch Knickarmroboter genannt), SCARA-Roboter, Deltaroboter und kollaborative Roboter (Cobots). Jeder Typ ist für bestimmte Bewegungsprofile, Nutzlasten und Einsatzbedingungen optimiert und eignet sich daher für unterschiedliche Fertigungsaufgaben.

Gelenkarmroboter

Gelenkarmroboter sind der vielseitigste Typ und decken ein breites Spektrum an Anwendungen ab, von Schweißen und Schneiden über Palettieren bis hin zu komplexen Montageaufgaben. Mit sechs Achsen erreichen sie nahezu jeden Punkt im Arbeitsraum und sind in Nutzlastklassen von wenigen Kilogramm bis über eine Tonne erhältlich.

SCARA- und Deltaroboter

SCARA-Roboter sind auf schnelle, horizontale Pick-and-Place-Bewegungen ausgelegt und besonders in der Elektronik- und Pharmafertigung verbreitet. Deltaroboter hingegen brillieren bei sehr hohen Taktraten in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie, wo es auf Geschwindigkeit bei geringer Nutzlast ankommt.

Welche Fertigungsparameter bestimmen die Roboterwahl?

Die Roboterwahl in der Fertigung wird durch vier Kernparameter bestimmt: Nutzlast, Reichweite, Wiederholgenauigkeit und Taktzeit. Hinzu kommen Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Staub oder Feuchtigkeit sowie die Art der Werkstücke und die geforderte Flexibilität bei Produktwechseln.

Nutzlast: Das Gewicht des Werkstücks zuzüglich des Greifers definiert die Mindesttraglast des Roboters. Unterdimensionierung führt zu Ausfällen, Überdimensionierung zu unnötigen Kosten.
Reichweite: Der Aktionsradius muss den gesamten Arbeitsbereich abdecken, ohne dass der Roboter umpositioniert werden muss.
Wiederholgenauigkeit: Feinmontage oder Laserschweißen erfordern Genauigkeiten im Zehntel-Millimeter-Bereich, während Palettieraufgaben deutlich größere Toleranzen erlauben.
Taktzeit: Die geforderte Stückzahl pro Stunde bestimmt, wie schnell der Roboter seine Bewegungszyklen abschließen muss.
Umgebungsbedingungen: Reinraumanforderungen, Spritzwasser oder aggressive Medien erfordern entsprechende Schutzklassen (IP-Rating).

Ein häufig unterschätzter Parameter ist die Flexibilität: Wenn Produktvarianten häufig wechseln oder Losgrößen klein sind, sollte die Umrüstzeit des Roboters in die Entscheidung einfließen.

Was ist der Unterschied zwischen Industrierobotern und Cobots?

Der wesentliche Unterschied zwischen Industrierobotern und Cobots liegt in der Mensch-Maschine-Interaktion. Klassische Industrieroboter arbeiten in abgesicherten Zellen ohne direkten Menschenkontakt und sind auf maximale Geschwindigkeit und Präzision ausgelegt. Cobots hingegen sind konstruktiv darauf ausgerichtet, sicher neben Menschen zu arbeiten, oft ohne trennende Schutzeinrichtungen.

Cobots bringen einige praktische Vorteile mit:

Einfache Programmierung, teilweise durch Handführung oder grafische Oberflächen ohne tiefe Programmierkenntnisse
Flexibler Einsatz an wechselnden Arbeitsplätzen, da sie leicht umgestellt werden können
Geringere Investitionskosten für Schutzeinrichtungen und Infrastruktur

Allerdings gilt: Der Einsatz von Cobots muss sorgfältig geplant und dokumentiert sein. Eine professionelle Risikobeurteilung ist gesetzlich vorgeschrieben, da die Sicherheit des Gesamtsystems, also Mensch, Roboter und Aufgabe, bewertet werden muss. Die einfache Bedienbarkeit eines Cobots entbindet nicht von dieser Pflicht. Klassische Industrieroboter bleiben dort die erste Wahl, wo hohe Nutzlasten, maximale Geschwindigkeit oder extreme Präzision gefragt sind.

Wie wirkt sich die Steuerungsarchitektur auf die Roboterwahl aus?

Die Steuerungsarchitektur beeinflusst die Roboterwahl erheblich, weil sie bestimmt, wie gut sich ein Roboter in die bestehende Produktionsanlage integrieren lässt. Ein Roboter, der sich nicht nahtlos mit der vorhandenen SPS-Steuerung oder dem Leitsystem verbinden lässt, verursacht erheblichen Mehraufwand bei Programmierung, Datenaustausch und Wartung.

Moderne Fertigungsanlagen setzen zunehmend auf Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle wie Profinet oder EtherCAT statt älterer Feldbusse wie Profibus. Ein Roboter sollte diese Standards unterstützen, um sich reibungslos in das OT-Netzwerk einzufügen. Besonders effizient ist die direkte Integration der Robotersteuerung auf der SPS, zum Beispiel über Bibliotheken wie die Simatic Robot Library. Dieser Ansatz reduziert Schnittstellen, vereinfacht die Diagnose und ermöglicht eine einheitliche Programmierumgebung für die gesamte Anlage.

Wer bereits in eine bestimmte Steuerungsplattform investiert hat, sollte prüfen, welche Roboterhersteller native Unterstützung für diese Plattform bieten. Andernfalls entstehen proprietäre Insellösungen, die spätere Erweiterungen oder Modernisierungen erschweren.

Wann lohnt sich ein herstellerunabhängiger Ansatz bei der Roboterintegration?

Ein herstellerunabhängiger Ansatz lohnt sich immer dann, wenn die Fertigungsaufgabe komplex ist, mehrere Roboter oder Maschinen verschiedener Hersteller kombiniert werden sollen oder wenn langfristige Flexibilität bei der Hardwareauswahl wichtig ist. Wer an einen einzigen Hersteller gebunden ist, zahlt oft höhere Preise und hat weniger Spielraum bei Ersatzteilen und Weiterentwicklungen.

Herstellerunabhängige Systemintegratoren können die technisch und wirtschaftlich beste Lösung für eine konkrete Aufgabe auswählen, ohne Verkaufsdruck für ein bestimmtes Produkt. Das ist besonders wertvoll, wenn:

Roboter verschiedener Hersteller in eine gemeinsame Steuerungsarchitektur integriert werden müssen
Bestehende Anlagen um Robotik erweitert werden sollen, ohne die vorhandene Infrastruktur zu ersetzen
Spezialanforderungen bestehen, die kein einzelner Hersteller vollständig abdeckt
Daten aus der Roboterzelle für IoT- oder Edge-Computing-Anwendungen genutzt werden sollen

Neben herstellerunabhängigen Programmierumgebungen gibt es zunehmend Möglichkeiten, Robotikanwendungen direkt auf der SPS zu realisieren, was die Komplexität reduziert und die Integration in bestehende Steuerungskonzepte erleichtert.

Welche Fragen sollte man vor der Roboterauswahl klären?

Vor der Roboterauswahl sollten folgende Fragen systematisch beantwortet werden, um Fehlinvestitionen zu vermeiden und die beste technische Lösung zu finden:

Was genau soll der Roboter tun? Bestücken, Schweißen, Schleifen, Palettieren oder Prüfen: Jede Aufgabe stellt andere Anforderungen an Kinematik und Sensorik.
Welche Nutzlast und Reichweite sind erforderlich? Inklusive Greifer und möglicher Werkzeugwechsler immer mit Sicherheitspuffer kalkulieren.
Wie hoch ist die geforderte Taktzeit? Aus der Stückzahl pro Schicht ergibt sich die maximale Zykluszeit pro Bauteil.
Arbeiten Menschen im gleichen Bereich? Das entscheidet über Industrieroboter mit Schutzeinrichtung oder Cobot mit Risikobeurteilung.
Wie oft wechseln Produkte oder Varianten? Häufige Wechsel sprechen für flexible, schnell umprogrammierbare Systeme.
Welche Steuerungsinfrastruktur ist vorhanden? Kompatibilität mit bestehenden SPS-Systemen und Netzwerkprotokollen prüfen.
Wer programmiert und wartet den Roboter? Eigenes Personal oder externer Dienstleister, das beeinflusst die Wahl der Programmierumgebung und des Herstellers.
Welche Sicherheitsanforderungen gelten? Gefährdungsbeurteilung und Sicherheitskonzept sind Pflicht, unabhängig vom Robotertyp.

Eine strukturierte Prozessanalyse vor der Entscheidung spart Zeit und Kosten. Wer diese Fragen erst nach dem Kauf beantwortet, riskiert teure Nacharbeiten oder eine suboptimale Lösung.

Wie KSV bei der Roboterauswahl und -integration unterstützt

Wir bei KSV begleiten Unternehmen von der ersten Analyse bis zur betriebsbereiten Anlage, herstellerunabhängig und mit dem Fokus auf den sinnvollen, sicheren und wirtschaftlichen Einsatz von Robotik in der Produktion. Unser Ansatz:

Objektive Prozessanalyse: Wir analysieren Ihre Fertigungsaufgabe detailliert und empfehlen den technisch und wirtschaftlich passenden Robotertyp, ohne Bindung an einen einzelnen Hersteller.
Industrieroboter und Cobots: Wir planen und integrieren sowohl klassische Industrieroboter in Roboterzellen als auch kollaborative Roboter direkt am Arbeitsplatz, inklusive Sicherheitskonzept und Gefährdungsbeurteilung.
Steuerungsintegration: Wir programmieren Robotikanwendungen auf einer Vielzahl von Systemen und bevorzugen die direkte Integration auf der SPS, zum Beispiel mit der Simatic Robot Library, für eine einheitliche und wartungsarme Architektur.
Montage und Inbetriebnahme: Von der Installation der Schaltschränke über die Verkabelung bis zum IO-Check liefern wir eine schlüsselfertige, betriebsbereite Lösung.
Sicherheitstechnik: Wir erstellen Sicherheitskonzepte und Gefährdungsbeurteilungen nach den einschlägigen Normen und verwenden für die Bewertung von Steuerungen das anerkannte Tool SISTEMA.

Sie planen den Einsatz von Robotik in Ihrer Produktion und möchten wissen, welche Lösung wirklich zu Ihren Anforderungen passt? Sprechen Sie uns an, wir beraten Sie unverbindlich und entwickeln gemeinsam mit Ihnen das richtige Konzept.