Werkzeugmaschine Wie das Monitoring der Sicherheitsbremse die Maschine effizienter macht

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Schwerkraftbelastete Achsen in Werkzeugmaschinen müssen sicher sein. Dafür kommen Sicherheitsbremsen zum Einsatz. Richtig eingesetzt, sorgen Lösungskonzepte für ihre vorausschauende Wartung für Transparenz im Antriebsstrang und machen die Maschine effizienter.

In ihrer täglichen Arbeit sehen sich Konstrukteure häufig mit Normentexten und damit verbunden einer Vielzahl an Informationen konfrontiert. Gerade auch dann, wenn es darum geht, sichere schwerkraftbelastete Achsen in Werkzeugmaschinen zu konstruieren. Denn die Maschinenhersteller sind für ihre Maschinen verantwortlich. Sie führen bereits bei der Projektierung eine Risikoanalyse für sicherheitskritische Achsen durch und ermitteln den erforderlichen Performance Level (PLr) nach DIN EN ISO 13849-1. So ergeben sich bei Werkzeugmaschinen oftmals mehrere Achsen, die abgesichert werden müssen, abhängig vom Gefährdungspotential sogar redundant.

Dafür kommen an verschiedenen Positionen Sicherheitsbremsen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien zum Einsatz. Dem Konstrukteur obliegt es dabei, die Bremsen sowie alle verbauten Komponenten sorgfältig und passend zur Maschine konstruktiv auszulegen (Kraft, Masse, Beschleunigung, Festigkeit etc.) und zu validieren. Die Angabe des Sicherheitskennwertes (B10d/MTTFd) ermöglicht die notwendigen Kennzahlberechnungen nach 13849-1. Darüber hinaus ist die Validierung der Komponenten nach DIN EN ISO 13849-2 erforderlich.

Sichere schwerkraftbelastete Achsen

Sichere schwerkraftbelastete Achsen konstruieren

Validierungshilfe als Arbeitserleichterung

„Sicherheitsbremsen sind nur ein Teil in der Kette des Berechnungssystems und wir können den Konstrukteuren/innen bei der Auswahl und Auslegung der Bremsen nur unterstützen“, erklärt Bernd Kees, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. „Allerdings bieten wir mit unserer Validierungshilfe eine Art Anwender-Guide oder Checkliste, mit der wir die Arbeit deutlich erleichtern.“

Bei der Validierungshilfe handelt es sich um ein Dokument, das gebündelt und strukturiert nach der Norm, Informationen zur Bremse bezüglich grundlegender und bewährter Sicherheitsprinzipien, bewährter Bauteile, Fehlerlisten, etc. gemäß DIN EN ISO 13849-2 enthält. „Konstrukteure können damit einfach und zuverlässig kontrollieren, ob die Bremsen als bewährte Bauteile im Sinne der Norm für die jeweilige Anwendung betrachtet werden dürfen oder – und das ist ein wichtiger Punkt für die Sicherheit – eben auch nicht“, betont Bernd Kees. „Für sichere schwerkraftbelastete Achsen ist es unabdingbar, entscheidende Fragen vorab zu klären und wir helfen dabei, letztendlich die richtige Bremse oder Bremsenausführung für die Anwendung zu finden.“

Wirtschaft

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Zuverlässige Bremsen für vertikale Achsen

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Für Anwendungen mit vertikalen Achsen sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen erzeugen die Bremskraft durch Druckfedern, sind im energielosen Zustand geschlossen und erfüllen somit das grundlegende Sicherheitsprinzip der Energietrennung. Sichere motorische Antriebe können ebenfalls in der Lage sein, vertikal bewegte Lasten auch bei Ausfall der Energiezuführung bis zum Stillstand zu verzögern (SS1 Betrieb), jedoch ist ohne Energie ein anschließendes Hochhalten der Last ausgeschlossen.

Je nach Konstruktion ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, Sicherheitsbremsen zu integrieren oder auch nachzurüsten. Konkret heißt das zum Beispiel: Während ein Bremssystem A-Lager-seitig an den Servomotor angebaut wird, wirken andere Systeme z. B. direkt auf die Linearführung, auf separate Rundstangen oder Zahnstangen. „Mit unserem integrierten Bremsenmonitoring können wir damit Rückschlüsse aus verschiedenen Stellen im Antriebsstrang ziehen“, erläutert Bernd Kees. „Damit lassen sich Informationen aus verschiedenen Achsen abgleichen und Prozesse so weiter optimieren und die Wartung verbessern.“

Das Monitoring macht die Sicherheit sichtbar

„Die Bremsen sind prädestinierte Komponenten für die Wartung, Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit und lassen Rückschlüsse auf den Anlagenbetrieb zu“, so Bernd Kees. „Das Monitoring unserer Sicherheitsbremsen erfolgt sensorlos mit dem nachrüstbaren Modul Roba-Brake-Checker.“ Das Modul erkennt durch eine erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und weiß, in welchem Zustand sich die Bremse befindet.

Der Roba-Brake-Checker leistet neben der Überwachung von Schaltzustand und kritischer Spulentemperatur auch eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler. In einer erweiterten Ausführung ist das Modul mit einer zusätzlichen Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. Ethernet basiert) ausgestattet. Über diese Schnittstelle kann es Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Bearbeitungsprozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen. Sicherheit und Zuverlässigkeit werden sozusagen sichtbar. Wartung wird planbar und durch die permanente Inspektion kosteneffektiv. Der Anlagenbetreiber bzw. -hersteller kann die Wartung gezielt und abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich.

Intelligentes Bremsen-Monitoring für mehr Anlagensicherheit

„Werkzeugmaschinen profitieren von der permanenten Inspektion der Sicherheitsbremsen durch das Modul Roba-Brake-Checker, – gerade auch, wenn Informationen aus verschiedenen Achsen zusammenfließen,“ betont Bernd Kees. „Wird zum Beispiel die Grenztemperatur erreicht, ist dies ein Hinweis auf eine Schädigung der Bremse, auf Bremsenausfall oder gar eine falsche Auslegung. Der Roba-Brake-Checker zeigt zudem, wenn kritische Verschleißwerte erreicht werden. Dadurch ist eine vorbeugende Wartung möglich. Dies sorgt wiederum für eine höhere Anlagenverfügbarkeit.“ Sichtbar sind zudem Temperaturverlauf und Veränderungen der Parameter über die Lebensdauer.

Mit bisherigen Lösungen wie beispielsweise der berührungslosen Luftüberwachung sehen Anwender nur den Ausfall bzw. das Zerstörungsbild, wissen aber nicht, wie der Fehler zustande gekommen ist. Mit dem Roba-Brake-Checker dagegen, werden Verläufe sichtbar und Fehleranalysen sind nutzbar bzw. auch übertragbar auf andere Anlagen eines Anwenders. All diese Daten aus Störung und Normalbetrieb liefern damit wertvollen Input für zukünftige Verbesserungen und Optimierungen, zum Beispiel für mehr Anlagensicherheit oder eine erweiterte Leistungsgrenze.

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