Komplettlösung für die Sicherung von schwerkraftbelasteten Vertikalachsen
Keine Angst vor fallenden Achsen
Für Maschinenbauer gehört die Sicherheitstechnik zu den komplexesten und wohl auch unbeliebtesten Themen in der Automatisierung. Um den normativen Anforderungen zur Sicherung von schwerkraftbelasteten Vertikalachsen in vollem Umfang gerecht zu werden, bietet Stöber ein abgestimmtes Sicherheitspaket aus einer Hand. Die Zweibremsenlösung in Kombination mit einem intelligenten Bremsenmanagement erleichtert die Projektierung von Maschinen mit Vertikalachsen deutlich.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGStöber Antriebstechnik hat gemeinsam mit Pilz das Sicherheitsmodul SE6 für antriebsbasierte Sicherheitstechnik entwickelt. Damit lässt sich der vielseitige Stand-Alone-Antriebsregler SD6 optional ausstatten. Damit stehen neben der grundlegenden Sicherheitsfunktion STO weitere Funktionen auf hohem Sicherheitsniveau zur Verfügung.
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Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGHerabfallende Achsen
"Unser Konzept war, Konstrukteure und Maschinenplaner bei der Sicherheitstechnik umfassend zu unterstützen", sagt Markus Frei, Product Manager Drive Controller Accessories bei Stöber. "Sie stehen oft vor der Herausforderung, hochautomatisierte und flexible Fertigungsabläufe umzusetzen, bei denen gleichzeitig Menschen, Maschinen und Anlagen geschützt sein müssen." Betreten Mitarbeiter beispielsweise den Bearbeitungsraum einer Maschine, sind die Antriebsachsen in einen gefahrlosen Zustand zu versetzen. Hängen an den vertikalen Achsen schwere Lasten, können diese aufgrund der Schwerkraft herabfallen und damit das Personal gefährden. Um das zu verhindern, werden die Vertikalachsen in der Regel durch Bremsen gesichert. Verschmutzungen oder mechanischer Verschleiß können deren Wirkung allerdings stark beeinträchtigen. Deshalb gilt es, den Zustand der Bremsen sicher zu überwachen und ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGAufwändige Lösung mit Encoder
Konstrukteure und Maschinenbauer setzen dafür bislang in der Regel auf Lösungen, die auf einer programmierbaren Sicherheitssteuerung basieren. Sie steuert über Schütze die Bremsen und überwacht während des Bremsentests den Stillstand. Dadurch entstehen spezielle Anforderungen an den Motor-Encoder und seine Montage. An der Motorwelle angebracht, erfasst er primär deren Lage und schickt die Ist-Werte an den Regler. Die Anbindung an die Sicherheitssteuerung erfolgt in der Regel über analoge 1-Vss-Signale. Nachteil: Sie erfordern spezielle Encoder, besondere Adapter, um die Analogsignale für die Stillstandserkennung herauszuführen sowie Kabel, die die analogen Signale auch über längere Strecken störungsfrei übertragen können. Dazu kommen Stillstands- und Drehzahlwächter - insgesamt ein kostenintensives Equipment. "Ein weiterer Punkt ist der aufwendige FMA-Anbau", erläutert Frei. FMA steht für 'Fehlerausschluss der mechanischen Ankopplung' und bedeutet: Der Encoder wird so an der Motorwelle angebaut, dass das ungewollte Lösen der Wellenverbindung ausgeschlossen werden kann. "Im Service-Fall kann das zu einem unerwarteten Problem werden", führt Frei weiter aus. Die aufwendige Reparatur lässt sich nicht einfach von einem Mitarbeiter vor Ort ausführen. Sie muss von einem Spezialisten durchgeführt werden und ist zudem zeitintensiv. Bis alles verschraubt, verklebt, getrocknet, geprüft und dokumentiert ist, steht die Maschine für mindestens 48 Stunden still und kann in dieser Zeit nicht produzieren. Muss der Motor zur Reparatur versendet werden, kann es auch deutlich länger dauern. Ein weiterer Nachteil: Die geeigneten Encoder passen nicht auf alle Motortypen und bieten nicht immer die Leistung, die von einem Servosystem gefordert wird.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGEin ganzes Paket für die Sicherheit
Die diversitär redundante Zweibremsenlösung von Stöber, bestehend aus einer ServoStop-Federdruckbremse in Kombination mit der Permanentmagnetbremse eines Servomotors, erfüllt vollständig die normativen Anforderungen. Sicher wird das System allerdings erst durch den Antriebsregler vom Typ SD6 mit dem Sicherheitsmodul SE6 und dem dort integrierten sicheren Bremsenmanagement.
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Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGGarantiert absturzsicher
Für das Sicherheitsmodul SE6 konnte der Hersteller gemeinsam mit Pilz für nahezu alle der identifizierten Schwachstellen bei den klassischen Realisierungen praktikable Lösungen erarbeiten und umsetzen. Zusätzlich zu den sicheren Stoppfunktionen Safe Stop 1 (SS1) und Safe Stop 2 (SS2) stehen mit dem Modul weitere Sicherheitsfunktionen wie Safely-Limited Speed (SLS), Safe Brake Control (SBC), Safe Brake Test (SBT), Safe Direction (SDI) und Safely-Limited Increment (SLI) zur Verfügung. Das Besondere am neuen Safety-Modul ist jedoch das integrierte Bremsenmanagement. Die Funktion 'Sichere Bremsenansteuerung' (SBC) stellt sicher, dass die Bremsen auf Anforderung einfallen. Dazu kommt das Feature 'Safe Brake Test' (SBT). Dieses überprüft bei Bedarf das definierte Bremsmoment und deckt Abweichungen aufgrund von Verschmutzungen oder Defekten an der Mechanik auf, bevor das Bremsmoment einen kritischen Zustand erreicht. Zusätzlich wird das vorgeschriebene Prüfintervall überwacht. Das kann je nach Anwendung und Forderung aus der Gefahrenanalyse entweder einmal in jedem Produktionszyklus sein oder z.B. alle acht Stunden zu Schichtbeginn. Ist das Haltemoment der Bremse nicht mehr gegeben, steht im Antriebsregler die Funktion 'Bremsen einschleifen' zur Verfügung, welche die Anforderungen der Bremsen von Stöber-Motoren berücksichtigt. Anschließend kann das System erneut überprüfen, ob das geforderte Testmoment gehalten werden kann.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGTechnische und wirtschaftliche Vorteile
Das Komplettpaket SD6 mit SE6 ist für Maschinenbauer sowohl technisch als auch wirtschaftlich interessant, gerade in Kombination mit einem Servogetriebemotor mit ServoStop-Haltebremse. Durch die Integration der Bremse zwischen Getriebe und Motor entfällt ein zusätzlicher Adapter. Das macht den Getriebemotor äußerst kompakt. Das modulare ServoStop-Design bietet vier Baugrößen mit jeweils bis zu vier Bremsmomenten für Servo- und Winkelgetriebe von Stöber. ServoStop ist zudem an alle gängigen Synchron-Servomotoren anbaubar und auch für Roboteranwendungen auf der siebten oder achten Achse perfekt geeignet. Selbst wenn ein Roboter starke Kräfte auf ein Werkstück ausüben muss, bleibt er durch ServoStop sicher und fest auf seiner Position. Auch beim Encoder hat der Konstrukteur freie Wahl. Koppelschütze, teure Kabel, Stillstands- und Drehzahlwächter entfallen. Zudem ist das Bremsenmanagement unabhängig vom Bremsentyp. Der Anwender kann somit ein sicheres Brems- und Haltesystem gemäß DIN EN ISO13849-1 bis Kategorie 4 aufbauen - mit überschaubarem Aufwand.
Unmittelbare Reaktion im Fehlerfall
"Weil die Überwachung des Motors durch die Sicherheitsfunktionen antriebsintern erfolgt, ermöglicht unser SD6 eine sehr schnelle Worst-Case-Fehlerreaktion von unter 10ms", betont Frei. Das Sicherheitsmodul kann unmittelbar in die Achsbewegung eingreifen und im Fall einer Grenzwertüberschreitung oder bei einem Nothalt den Antrieb stillsetzen. "Das funktioniert deutlich schneller als bei einem externen Drehzahlwächter", so Frei weiter. "Bis dieser die benötigten Informationen erfasst, ausgewertet und über die Sicherheitssteuerung den Befehl zum Abschalten an den Regler weitergegeben hat, können in der Praxis schnell bis zu 100ms vergehen. In der Welt der Antriebstechnik ist das sehr viel Zeit." Das Sicherheitsmodul ermöglicht ein schnelles Abschalten und erlaubt dem Konstrukteur dadurch geringe Sicherheitsabstände. Schnell in Betrieb nehmen lässt sich die Lösung mit der Projektierungs- und Inbetriebnahme-Software DriveControlSuite. Die integrierte PASmotion-Software unterstützt den Bediener darüber hinaus, die Sicherheitskonfiguration unkompliziert und mit geringem Aufwand zu erstellen.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGBild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KGHerabfallende Achsen
"Unser Konzept war, Konstrukteure und Maschinenplaner bei der Sicherheitstechnik umfassend zu unterstützen", sagt Markus Frei, Product Manager Drive Controller Accessories bei Stöber. "Sie stehen oft vor der Herausforderung, hochautomatisierte und flexible Fertigungsabläufe umzusetzen, bei denen gleichzeitig Menschen, Maschinen und Anlagen geschützt sein müssen." Betreten Mitarbeiter beispielsweise den Bearbeitungsraum einer Maschine, sind die Antriebsachsen in einen gefahrlosen Zustand zu versetzen. Hängen an den vertikalen Achsen schwere Lasten, können diese aufgrund der Schwerkraft herabfallen und damit das Personal gefährden. Um das zu verhindern, werden die Vertikalachsen in der Regel durch Bremsen gesichert. Verschmutzungen oder mechanischer Verschleiß können deren Wirkung allerdings stark beeinträchtigen. Deshalb gilt es, den Zustand der Bremsen sicher zu überwachen und ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten.
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Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 11 November 2020 - 29.10.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
