Damit Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) auf ihrem Weg durch die Fabrikhallen immer zielgerichtet anhalten und keinen Schaden an Material oder gar Personen verursachen, sind zuverlässige und exakt arbeitende Sicherheitsbremsen unabdingbar. Hier gilt es, neben dem bodennahen Fahrantrieb mit Batterie, auch Bewegungen z. B. von Robotikaufbauten oder Hubeinrichtungen abzusichern. Außerdem wichtig im Bereich E-Mobilität: die Reichweite. Welche Kriterien bei der Auswahl generell zu beachten sind.
FTS übernehmen heute eine Vielzahl an Aufgaben und die Einsatzbereiche sind vielfältig. Entsprechend umfangreich sind die Anforderungen, die sich aus Normen und Richtlinien ergeben und die bei der Auswahl der Bremsen zu beachten sind. So muss das Bremssystem das FTF und ungebremste Anhänger etwa unter ungünstigen Bedingungen wie Geschwindigkeit, Gefälle, Nennlast etc. innerhalb der Sensorreichweite (Erkennung von Personen) zum Stillstand bringen und halten können. Nur so können Kollisionen vermieden werden. Außerdem müssen die Bremsen auch bei Ausfall bzw. Unterbrechung der Energieversorgung wirksam arbeiten oder aber wenn die Steuerung von Lenkung oder Fahrantrieb ausfällt.
Sicherheit durch Fail-Safe-Prinzip
Dafür sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen sind im energielosen Zustand geschlossen. Sie bringen das geforderte Bremsmoment also auch bei Not-Stopp, Stromausfall oder bei einer zum Beispiel durch Kabelbruch verursachten Unterbrechung der Energieversorgung. Damit die Sicherheitsbremsen auch in Not-Stopp-Situationen ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem Bremsmoment abbremsen, ist ein dafür entwickelter Reibbelag mit dazugehöriger Gegenreibfläche erforderlich. Während dies bei Federdruckbremsen üblich ist, stoßen Permanentmagnetbremsen mit ihren Stahl-auf-Stahl-Reibkombinationen hier unter Umständen an ihre tribologischen Grenzen.
Bewährte elektromagnetische Sicherheitsbremsen verfügen zudem über Sicherheitskennwerte, die zur Sicherheitsbetrachtung von Maschinen, welche der Maschinenrichtlinie unterliegen, erforderlich sind. Dies Betrifft auch den Fahrantrieb von FTF. Für das Erreichen des Performance-Level ≥ d (nach DIN EN ISO 13849) sind für die Verzögerungsfunktion und das Anhalten aller Bewegungen bei Not-Stopp als Aktoren sogar mehrere (Redundanz) sicher angesteuerte Bremsen mit Lüftüberwachung erforderlich.
Anforderungen aus der Praxis: Platz und Gewicht sparen mit kompakten, leistungsdichten Bremsen
Die Bremsen die in FTF zum Einsatz kommen, müssen nicht nur kompakt – denn der Bauraum ist begrenzt –, sondern gleichzeitig auch leistungsdicht und verschleißfest sein. Bei einem geschlossenen Antriebssystem empfehlen sich Servobremsen. Diese Bremsen sind nicht nur sehr leicht und bauen schlank, sondern sind auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell. Zudem überzeugen sie durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei dynamischen Bremsungen. Anwender sollten bei der Auswahl darauf achten, ob Hersteller Sicherheitskennwerte für ihre Sicherheitsbremsen bereitstellen. Außerdem sollten die Bremsen so ausgelegt sein, dass der Bauraum optimal ausgenutzt und möglichst viel Energie eingespart wird.
Energiesparen durch intelligente Bremsen-Ansteuerung
Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen zum Beispiel mit einem Gleichrichter oder aber mit intelligenten Ansteuer- und Überwachungsmodulen: Denn nur beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig mit einer hohen Spannung bestromt. In dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich, um die Ankerscheibe über den Luftspalt anzuziehen. Liegt die Ankerscheibe dann allerdings am Spulenträger an, reicht eine wesentlich kleinere Magnetkraft aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann in dieser Phase die Spannung deutlich abgesenkt werden. Senkt der Gleichrichter die Spannung nach dem Lüften der Bremse beispielsweise im Fall der Servobremsen auf ein Drittel ab, sinkt die Spulenleistung und damit auch der Energieverbrauch auf nur mehr ein Neuntel. Die Batterie der FTF läuft damit länger und muss nicht so oft geladen werden. Zudem hält dies die Temperaturen im so häufig beschränkten Bauraum niedrig, was der Lebensdauer und der erforderlichen Isolationsklasse des gesamten Systems zugutekommt.
Robuste Motorbremsen – geschützt gegen Schmutz
Werden die Bremsen dagegen nicht in einem geschlossenen sondern in einem offenen Antriebssystem oder außen am FTF eingesetzt, wo sie Staub und Schmutz ausgesetzt sind, sollten robuste Motorbremsen gewählt werden. Denn diese sind sind in geschlossener und dichter Ausführung in Schutzart IP 66 verfügbar. Diese Industriebremsen sollten neben Sicherheitskennwerten auch über viele Standardoptionen und Zulassungen verfügen.
Integrationsmöglichkeiten von Sicherheitsbremsen in Aufbauten
Neben dem Fahrwerk finden sich bei FTF verschiedene Baugruppen zum Handling von Material wie zum Beispiel Hubeinrichtungen oder Roboter. Auch hier kann das Gefährdungspotenzial durch den Einsatz von Sicherheitsbremsen minimiert werden. So beispielsweise mit einbaufertigen Plug-and-Play Bremsmodulen in Hubeinrichtungen u. a. zur direkten Spindelanbindung oder aber in Robotern zwischen Servomotor und Getriebe. Hier ist es wichtig zu hinterfragen, ob sich die Bremsen problemlos und einfach auch in bestehende Konstruktionen integrieren lassen, hohe IP-Standards erfüllen und – ganz entscheidend – alle Anforderungen für Bremsen in sicherheitskritischen Anwendungen (vertikale Achsen) erfüllen und dafür auch geprüft sind. Das gleiche gilt für die Absicherung linearer Bewegungen mit Sicherheitsbremsen, die auf separat angebrachte zylindrische Kolbenstangen wirken. Gerade bei den batteriebetriebenen FTS ist wichtig, dass der Hersteller z. B. auch elektrisch öffnende Linearbremsen im Portfolio hat, die gleichzeitig auch Sicherheitsbremsen sind.
Standardbaukasten für Flexibilität in verschiedenen Robotik-Anwendungen
Generell ist wichtig, dass der Bremsenhersteller ein breites Produktportfolio anbietet und über entsprechende Erfahrung verfügt. Denn nur dann sind zuverlässige und flexible Bremslösungen aus einer Hand möglich. Kann der Hersteller zum Beispiel auch für Sicherheitsbremsen in den Gelenken von Leichtbaurobotern einen umfangreichen Standardbaukasten anbieten? Ermöglicht er hier einen leichten und unkomplizierten Zugang zu den Bremsen und einen schnellen Überblick über die einzelnen Lösungen? Für gute Orientierung sorgt zudem, wenn der Bremsenanbieter auch den Zugang liefert zu den für die Auslegung und die Auswahl notwendigen Daten wie z. B. die Definition der Bremsmomente, Schaltzeiten, Massenträgheiten, Reibarbeiten bei Notstopp, die Anzahl zulässiger Notstopps bei verschiedenen Anwendungsbedingungen oder auch Informationen zur geometrischen Anbindung.
Bremsen stabil betreiben – auch wenn die Batteriespannung fällt
Bei der Auswahl der Bremsen ist zudem zu hinterfragen, ob der Hersteller auch umfassendes elektrisches Zubehör für die Ansteuerung und Überwachung der Sicherheitsbremsen anbietet. Neben Gleichrichtern gehören dazu zum Beispiel auch intelligente Ansteuer-Module, die z. B. für verschiedene Batteriespannungen eine geregelte Ausgangsspannung liefern und auch die Übererregungsspannung konstant halten können. Dadurch wird nicht nur eine sehr gute Auslegung der Bremsen möglich, sondern mit solch einem Modul ist es zudem auch möglich, die Bremsen stabil zu versorgen und damit in jedem Betriebszustand sicher zu betreiben, also auch trotz abfallender bzw. veränderlicher Batteriespannung: auch wenn sich die Batterie im Rahmen des zulässigen Bereichs entlädt, die Bremse wird trotzdem sicher geöffnet.
Intelligentes Bremsenmonitoring für das Zusammenspiel von Robotern, Transport und Lagerlogistik
Neben der Ansteuerung sind solche Module auch für das Monitoring der Bremsen zuständig. Ausgestattet mit einer zusätzlichen Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. Ethernet basiert) können sie Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Prozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen – ein Vorteil nicht nur für die vorausschauende Wartung, sondern auch beim Zusammenspiel von Robotern, Transport oder Lagerlogistik. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich. Dadurch dass diese Module vom Schaltschrank aus, also in geschützter Umgebung, arbeiteten, haben Staub und Schmutz im Bereich der bodennahen Antriebseinheiten der FTF keinen Einfluss auf die zuverlässige Funktion. Initiatoren und Mikroschalter dagegen könnten durch Verunreinigung ggf. Fehlsignale erzeugen und müssten von Zeit zu Zeit geprüft bzw. gereinigt werden. Das Wegfallen von Sensoren inklusive Verkabelung, gerade in ungeschützten Bereichen, erhöht also die Zuverlässigkeit und verhindert Ausfallzeiten durch anfällige Sensoren.
Mehr Informationen unter
Eine Zusammenfassung aller Aufgaben, Einsatzbereiche und der spezifischen Anforderungen an das Bremssystem, z. B. aus Normen und Richtlinien findet sich als kostenloses Web-Seminar unter www.mayr.com/service/webinar-Aufzeichnungen
Simone Dauer
