Rolle der funktionalen Sicherheit in der Antriebstechnik und Robotik

Halle 3, Stand 3C21

Funktionale Sicherheit ist der Schlüssel zu Vertrauen, Effizienz und Skalierbarkeit in der modernen Antriebstechnik und Robotik. STXI Motion integriert mit dem neuen Safe Motion Module Sicherheitsfunktionen direkt in Antriebe und Motoren – für sichere, kompakte und zukunftsfähige Antriebssysteme.

Funktionale Sicherheit ist die Fähigkeit eines Systems, bei Auftreten von Fehlern sicher und vorhersehbar zu reagieren. Das Konzept wurde Ende des 20. Jahrhunderts mit Normen wie IEC 61508 und ISO 13849 eingeführt. Diese Rahmenwerke wurden für Branchen wie Prozessanlagen, Bahnsysteme und Fabrikautomation entwickelt, in denen Ausfälle katastrophale Schäden verursachen können. Obwohl sie seit Jahrzehnten verfügbar sind, wurde ihre Einführung nur langsam vorangetrieben. Die Umsetzung von Sicherheitsstandards erforderte erhebliche Investitionen, Fachwissen und stand oft im Widerspruch zu bestehenden Maschinenkonstruktionen. Diese Realität ändert sich jedoch schnell, da Robotik und industrielle Automatisierung zunehmend Seite an Seite mit Menschen arbeiten.

Durch die Einbettung der funktionalen Sicherheit in den Kern ihrer Systeme können Unternehmen Zuverlässigkeit gewährleisten, das Vertrauen ihrer Kunden gewinnen und den Einsatz ihrer Produkte mit Zuversicht ausweiten. Bei STXI Motion wird diese Philosophie in dem kürzlich eingeführten optionalen Safe Motion Module umgesetzt, das jetzt in den Flaggschiff-Servoantrieben ZED65 und den integrierten Servomotoren TIM verfügbar ist.

Geschäftlicher Nutzen in der mobilen Robotik

Die Einhaltung von Sicherheitsstandards beschleunigt den Eintritt in neue Märkte, da die strengen Anforderungen internationaler Normen erfüllt werden. Ein zertifizierter, sicherheitsfähiger Antrieb kann die Risikobewertung von Robotern um Monate verkürzen und den Weg vom Prototyp bis zum Einsatz beschleunigen.

Für Logistikunternehmen und industrielle Endanwender ist funktionale Sicherheit eine Voraussetzung für die Akzeptanz. Lagerhäuser oder Fabriken werden keine Flotten autonomer Roboter und anderer Maschinen einsetzen, wenn sie nicht garantieren können, dass diese Maschinen bei Bedarf sicher anhalten, ihre Geschwindigkeit begrenzen oder ihr Drehmoment sofort deaktivieren. Funktionen wie Safe Torque Off (STO) und Safe Limited Speed (SLS), die auf Antriebsebene integriert sind, machen die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine möglich.

Kostenreduzierung durch intelligenteres Design

Herkömmliche Sicherheitsarchitekturen erforderten sperrige externe Schaltschränke, Relais und komplexe Verkabelungen. Durch die direkte Integration der Sicherheit in kompakte Antriebe, integrierte Motoren und Getriebemotoren reduziert STXI Motion die Komplexität der Verkabelung, spart Platz im Schaltschrank und senkt die Wartungskosten. Das Ergebnis sind sicherere, wirtschaftlichere Systeme, die auch die Wartung vereinfachen. Darüber hinaus bietet der MOT-HM-Radnaben-Getriebemotor eine leicht zugängliche Bremse, die eine schnelle Wartung ermöglicht.

Skalierung der Autonomie

Funktionale Sicherheit ist eine Grundlage für Skalierung. Pilotflotten mit Dutzenden von Robotern können genau überwacht werden, aber die Skalierung auf Hunderte an mehreren Standorten erfordert standardisierte, eingebettete Sicherheitsframeworks. Funktionale Sicherheit unterstützt auch die Skalierung in Maschinen: Wenn Produktionssysteme den Durchsatz erhöhen, weitere Achsen hinzufügen oder mehrere Maschinen zu größeren Linien verbinden, müssen Sicherheitssysteme entsprechend erweitert werden. Konsistente Sicherheitsarchitekturen auf Antriebsebene sorgen für vorhersehbare Reaktionen, schützen Bediener und gewährleisten Effizienz, selbst wenn Systeme größer, schneller oder komplexer werden.

Von der Industrie zur mobilen Robotik

In der traditionellen Fabrikautomation werden Risiken durch feste Zäune, Tore und klar definierte Sicherheitszonen kontrolliert. Im Gegensatz dazu ermöglichen moderne sichere Maschinen eine engere Interaktion mit Bedienern, Wartungspersonal und anderen Geräten. Beispielsweise können Roboterarme Maschinen „bedienen“, indem sie Materialien laden, fertige Teile entladen und Prozesse wie CNC-Bearbeitung oder Spritzguss überwachen. Die funktionale Sicherheit gewährleistet, dass diese Interaktionen auch aus nächster Nähe effizient und sicher bleiben.

Stationäre Maschinen sowie Roboter, die sich in Lagerhäusern, landwirtschaftlichen Betrieben oder auf Baustellen bewegen, müssen mithilfe von Sensoren, darunter Lichtvorhänge, Sicherheitsmatten, Lidar, Radar und bildverarbeitungsbasierte Systeme, „Sicherheitszonen” schaffen. Bei der Sicherheit geht es hier darum, sich auf Unvorhergesehenes einzustellen: heruntergefallene Gegenstände oder Paletten, störende Mitarbeiter und andere unvorhergesehene Ereignisse.

Anpassung von Standards

Industriemaschinen und mobile Roboter unterliegen der Maschinenverordnung (EU) 2023/1230, die die bisherige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ablöst. Sicherheitsstandards wie ISO 13849 (funktionale Sicherheit) oder IEC 61508 (funktionale Sicherheit elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme) bleiben relevant, müssen jedoch neue kontextuelle Anforderungen der Verordnung und spezifischer Normen wie der ISO 3691-4 für fahrerlose Flurförderzeuge erfüllen.

Die Herausforderung besteht darin, bewährte industrielle Praktiken auf neue Bereiche zu übertragen – eine Aufgabe, die durch modulare, sicherheitsfähige Antriebstechnik  erleichtert wird.

Protokolle wie FSoE, CIP Safety und ProfiSafe gewährleisten eine sichere Kommunikation. Sensorfusion verbessert die Redundanz. Die integrierte Sicherheit in TIM, ZED65 und MOT-HM macht externe Sicherheitsschichten überflüssig und schließt die Lücke zwischen industrieller Zuverlässigkeit und mobiler Anpassungsfähigkeit.

In der Praxis sind die Bediener in der Regel keine Automatisierungs- oder Sicherheitsingenieure. Die Entwicklung einer intuitiven, transparenten und robusten Sicherheit gewährleistet auch unter Druck einen korrekten Betrieb. Bei der funktionalen Sicherheit geht es daher ebenso sehr um menschliche Faktoren wie um Hardware und Software.

Praktische Sicherheitsprioritäten

Mit der Weiterentwicklung der Robotik und Maschinen geht es bei der funktionalen Sicherheit in Zukunft weniger um futuristische Technologien als vielmehr um praktische Verbesserungen, die Systeme sicherer und benutzerfreundlicher machen. Bei der funktionalen Sicherheit geht es zunehmend um integrierte Lösungen, die einfacher zu entwerfen, zu konfigurieren und zu warten sind. Für Maschinenbauer und Endanwender sind die Prioritäten für die Zukunft sehr praktisch:

• Sicherheitsintegration auf Antriebsebene: Die Einbettung von Funktionen wie Safe Brake Control und Safe Limited Speed direkt in Antriebe und integrierte Motoren reduziert den Verkabelungsaufwand und vereinfacht das Systemdesign.
• Kompakte integrierte Lösungen: Die Kombination von Antrieb, Motor und Sicherheit in einem Paket spart Platz und Installationsaufwand und verbessert gleichzeitig die Zuverlässigkeit.
• Servicefreundliches Sicherheitsdesign: Sicherheit hängt auch von einer ordnungsgemäßen Wartung ab. Zugängliche Bremsen und modulare Baugruppen reduzieren nicht nur Ausfallzeiten, sondern stellen auch sicher, dass die Sicherheitsfunktionen während der gesamten Lebensdauer des Systems funktionsfähig bleiben.
• Interoperabilität über Standards hinweg: Die Unterstützung mehrerer Sicherheitsprotokolle und die Anpassung an internationale Vorschriften ermöglichen einen globalen Einsatz und eine reibungslose Integration in gemischten Umgebungen.
• Menschenzentriertes Design: Sicherheitsfunktionen müssen intuitiv sein, Bedienern und Wartungspersonal klares Feedback geben und die Fehlerwahrscheinlichkeit minimieren.
• Vorausschauende Diagnose: Sicherheitsfähige Antriebe und Motoren umfassen zunehmend die Überwachung von Zuständen wie Bremsverschleiß oder Überhitzung, warnen Benutzer vor dem Auftreten von Fehlern und verhindern unsichere Situationen.

Funktionale Sicherheit ist längst nicht mehr nur die Erfüllung gesetzlicher Anforderungen. Insbesondere in der mobilen Robotik und der industriellen Automatisierung hat sie sich zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor und Differenzierungsmerkmal entwickelt. Sie senkt Kosten, beschleunigt die Zertifizierung und Wartung, ermöglicht eine sichere Skalierung und schafft Vertrauen zwischen Mensch und Maschine.

Mit Lösungen wie dem integrierten Motor TIM, dem Servoantrieb ZED65 und dem Radnaben-Getriebemotor MOT-HM mit optionaler funktionaler Sicherheit setzt STXI Motion neue Maßstäbe und bietet modernste Lösungen für die Industrie mit einer Vielzahl von Sicherheitsfunktionen. Dadurch wird funktionale Sicherheit von einer reinen Schutzfunktion zu einem zentralen Wettbewerbsfaktor für die Zukunft von Industriemaschinen und Robotik.

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