Transparente Sicherheitsbremsen

Innovative Monitoring-Lösungen für mehr Sicherheit

Die zunehmende Vernetzung von Prozessen und Maschinen, steigende Sicherheitsansprüche und immer mehr individuelle Lösungen – die Anforderungen an Sicherheitsbremsen wachsen permanent. Um elektromagnetische Sicherheitsbremsen künftig noch besser an die jeweiligen Anwendungen anzupassen und sicherheitskritische Zustände bereits vor ihrem Eintritt zu detektieren, stehen derzeit die gezielte Regelung des Bremsmoments im Betrieb sowie ein konsequentes Bremsenmonitoring im Fokus der Entwicklungen.

Mit den steigenden Anforderungen aus den Richtlinien und Normen zur Maschinensicherheit und den zunehmenden Herausforderungen der Industrie 4.0 wachsen auch die Anforderungen an die Sicherheitsbremsen. Schon heute fungieren elektromagnetische Sicherheitsbremsen in Anwendungen mit Gefährdungspotenzial immer häufiger als Sicherheitsbauteile, die Menschen vor Verletzungen schützen und im Notfall sogar Leben retten müssen. Unter allen denkbaren Betriebsbedingungen müssen sie daher absolute Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit gewährleisten. Die ständig wachsenden Sicherheitsanforderungen machen in Zukunft eine permanente Überwachung, ein gezieltes Bremsenmonitoring nötig. Denn mit einer kontinuierlichen Überwachung können Veränderungen beim Bremsmoment, zum Beispiel durch die Verdichtung der Reibbeläge bei reinen Haltebremsen, sofort erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Die aktuellen Entwicklungen zielen also hauptsächlich darauf ab, die Vorgänge im Reibsystem zu erfassen, zu kontrollieren und auch zu manipulieren. So können elektromagnetische Sicherheitsbremsen durch die permanente Überwachung und eine gezielte Bremsmomentregelung künftig noch besser an die jeweiligen Applikationen angepasst werden.

Gerüstet für ein gezieltes Monitoring

Im Bereich der Bühnentechnik arbeitet mayr® Antriebstechnik als führender Hersteller von Sicherheitsbremsen für bühnentechnische Einrichtungen derzeit bereits gemeinsam mit renommierten Antriebsherstellern und Prüfinstitutionen an einer vollständigen Einbindung der Bremse in die Steuerung. Und schon heute kann das Unternehmen aus Mauerstetten Bremssysteme zur Verfügung stellen, die für ein gezieltes Monitoring optimiert und ausgestattet sind. Ein unverzichtbares Element für normkonforme Sicherheitsbremsen nach BGV C1, DIN 56950 und DIN EN 81 ist eine integrierte Lüftüberwachung. Hier bietet mayr® Antriebstechnik als erster Hersteller ein berührungsloses System mit induktivem Näherungsinitiator. Dieses erfasst den Betriebszustand der Bremse und erteilt dem Motor erst nach dem Lüften die Freigabe zum Anlaufen. In den vergangenen Jahren wurden die Bremsen zahlreicher Bühnen, wie zum Beispiel der Bayerischen Staatsoper in München, bereits erfolgreich auf dieses System umgestellt. Durch exakt gleiche Einbaumaße konnten die bisher üblichen mechanischen Mikroschalter problemlos gegen die neuen induktiven Näherungsinitiatoren ausgetauscht werden. Die berührungslose Lüftüberwachung ist verschleißfrei, magnetfeldfest und unempfindlich gegen Stöße und Erschütterungen. Sie gewährleistet größtmögliche Funktions- und Betriebssicherheit: Denn während einer Vorstellung – zum Beispiel wenn die Dekoration im Sekundentakt, passend zur Musik, gefahren wird – muss der technische Hintergrund reibungslos und zuverlässig funktionieren. Zusätzlich zur berührungslosen Lüftüberwachung können die ROBA-stop®-Bremsen mit einer Temperaturüberwachung, einer Verschleißüberwachung und entsprechenden Gleichrichterbausteinen schaltzeitoptimiert ausgestattet werden.

Personen- und Sachschäden zuverlässig ausschließen

mayr®-Bremssysteme lassen sich also mechanisch ohne Weiteres für ein umfassendes Monitoring aufrüsten – entscheidende Voraussetzungen, um ein gezieltes Bremsenmonitoring mit in die Steuerung zu integrieren. In den Hubachsen von Industrieanlagen arbeitet mayr® Antriebstechnik daher schon seit Längerem mit entsprechend ausgerüsteten Bremssystemen. Auch hier geht es darum, Personen- und Sachschäden gezielt und zuverlässig auszuschließen. In die Steuerungssysteme, die in Industrieanlagen zum Einsatz kommen, sind sogenannte Safety-Systeme, also auf die Bremssysteme zugeschnittene Softwarelösungen, mit integriert. Die Bremsen werden durch die Lüftüberwachung permanent auf ihre Schaltfunktion hin abgefragt. Um zudem auf das statische Bremsmoment schließen zu können, fährt der Motor in festgelegten Intervallen oder aber bei erhöhtem Sicherheitsbedarf mit einem vom Anlagenhersteller definierten Motorstromwert und Zeitfenster gegen die geschlossene Bremse. Wird der definierte Motorstromwert erreicht, so ist auch das statische Bremsmoment in Ordnung, die Achse ist sicher. Kann der Motor die Bremse dagegen vor Erreichen des Motorstromwerts „durchziehen“, so wird die Achse gesperrt. Erst nach der Durchführung vorher definierter Abläufe wird die Achse wieder zur Bearbeitung freigegeben. Über den Motorstrom lässt sich also das Bremsmoment nahezu exakt ermitteln. Ist das Bremsmoment zu niedrig, können die Beläge durch dynamische Bremsungen mit definierter Reibbarbeit wieder aufgefrischt werden. Durch die zusätzliche Überwachung und Auswertung der Temperatur im Reibsystem lässt sich eine Überlastung der Bremse durch unzulässig hohe Reibbarbeit erkennen. In diesem Fall müsste der Antrieb außer Betrieb genommen und die Reibbeläge erneuert werden.

Den Betriebszustand der Bremse immer im Blick

Zu den aktuellsten Entwicklungen im Bereich des Monitorings von elektromagnetischen Sicherheitsbremsen gehört das intelligente Bremsenansteuermodul ROBA®-brake-checker. Das Modul dient dazu, Sicherheitsbremsen mit Leistungsabsenkung zu betreiben und kann gleichzeitig ihren Schaltzustand sensorlos überwachen. Es ist für eine Eingangsspannung von 24V oder 48V Gleichspannung vorgesehen und kann Bremsen mit einem Spulennennstrom von 10A bzw. 5A ansteuern. Im Vergleich zu den bisherigen Schnellschaltgleichrichtern, zeichnet sich das neue Modul neben der höheren Leistung zudem durch einen größeren Eingangsspannungsbereich von 18-30 VDC bzw. 42-54 VDC und eine geregelte Ausgangsspannung bei Absenkung aus. Außerdem ist eine höhere Takthäufigkeit möglich. Das Modul ROBA®-brake-checker erkennt zuverlässig, wenn die Bremse ihren Zustand ändert, also ob die Ankerscheibe angezogen oder abgefallen ist. Den jeweiligen Schaltzustand der Bremse gibt das Modul über einen Signalausgang aus. Mit dem ROBA®-brake-checker kann also der Schaltzustand von Federdruckbremsen in Maschinen und Anlagen auch ohne sonst übliche Mikroschalter oder Näherungsinitiatoren erfasst werden. Das Modul arbeitet ohne mechanische Kontakte mit hoher Zuverlässigkeit und verschleißfrei, unabhängig von der Takthäufigkeit und -anzahl. Die zusätzliche Verkabelung und eventuelle Abdichtung der Schalter und Initiatoren entfällt somit ebenfalls. Außerdem ist es mit der sensorlosen Zustandsüberwachung möglich, wahlweise die Übererregungszeit automatisch anzupassen. So regelt eine integrierte Automatik nach einer bremsenspezifischen Übererregungszeit auf die eingestellte Absenkspannung. Mit einem DIP-Schalter kann die Automatik abgeschaltet und manuell auf bestimmte, vorgegebene Werte eingestellt werden. Durch die Auswertung von Strom und Spannung kann das Modul ROBA®-brake-checker auf eine mögliche Verschleißreserve schließen oder gegebenenfalls unzulässige Erwärmung erkennen. Dadurch detektiert es sicherheitskritische Zustände vor ihrem Eintritt und gewährleistet so höchste Betriebssicherheit für Maschinen und Anlagen. Das neue Überwachungsmodul ist flexibel für ein breites ROBA-stop® Bremsenspektrum einsetzbar und lässt sich einfach, schnell und kostengünstig, auch in bereits bestehende Systeme, einfügen.

Bewegungen intelligent bremsen

Für Anwendungen, die zusätzlich zur Zustandsüberwachung auch eine Bremsmomentregelung erfordern, bietet mayr® Antriebstechnik das Bremsmoment-Steuermodul ROBA®-torqcontrol. Es teilt die Eigenschaften des ROBA®-brake-checker und kann darüber hinaus durch gezielte Beeinflussung von Strom und Spannung die Höhe des Bremsmoments im Betrieb verändern. Geräte und Maschinen lassen sich so gleichmäßig und sanft verzögern. Auch bei Anwendungen, die ein konstantes Bremsmoment in engen Toleranzgrenzen fordern, können mit der neuen Bremsmomentregelung negative Einflüsse auf die Bremsmomentkonstanz kompensiert werden. Solche Einflüsse entstehen beispielsweise durch die Toleranzen der Reibbeiwerte und Federkraft sowie durch Faktoren wie zum Beispiel Drehzahl, Reibarbeit und Reibleistung. Mit der neuen Bremsmomentregelung lassen sich nun diese Bremsmomenttoleranzen durch Nachsteuern eingrenzen. Gleichzeitig arbeiten die Forscher an der Entwicklung von verbesserten Reibbelagmischungen mit geringerer Streuung beim Reibbeiwert.

Gewissenhafte Lebensdauerauslegung

Um in den Anlagen immer größtmögliche Betriebssicherheit zu gewährleisten unterliegen alle mayr®-Sicherheitsbremsen einer sorgfältigen Qualitätskontrolle. Auf geeichten Prüfständen werden bei jeder einzelnen Bremse vor der Auslieferung  funktionsrelevante Werte geprüft und dokumentiert. Die langjährige Erfahrung und unzählige Versuche der Entwicklungs- und Versuchsabteilung im Stammhaus Mauerstetten bilden dabei die Basis für eine gewissenhafte Lebensdauerauslegung unter Berücksichtigung realistischer und verifizierter Bremsmomenttoleranzen. Und auch bei kundenspezifischen Anforderungen verfügt das Unternehmen über die Erfahrung und das Know-how, um maßgeschneiderte und wirtschaftliche Produkte zu entwickeln sowie die spezifischen Daten dafür bereitzustellen.

Simone Dauer

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