Auch ohne Geber

Antriebe sicher regeln und neue Maschinenkonzepte umsetzen mit Lösungen von KEB.

Welches Ziel hat funktionale Sicherheit? Die kurze Antwort: Von technischen Einrichtungen ausgehende Risiken für Mensch und Umwelt zu minimieren. Bearbeitungs- oder Werkzeugmaschinen können zum Beispiel Bediener und Servicetechniker gefährden, etwa durch Werkzeuge, die mit hoher Drehzahl rotieren. Der Maschinenhersteller muss dabei Faktoren der Personensicherheit und der Produktivität zeitgleich optimal lösen.

Der gefahrlose Betrieb von Maschinen erfordert häufig Sicherheitsfunktionen zur Begrenzung von Drehzahlen, Drehrichtungen oder Achspositionen. Bei klassischen Sicherheitslösungen werden gefährliche Betriebszustände durch externe Sicherheitsmodule erfasst und vermieden. Dadurch steigt die Komplexität des Sicherheitskonzepts der Maschine.

Im Gegensatz dazu kommen heute Drive Controller mit integrierten Sicherheitsfunktionen und Sicherheitssteuerungen inklusive zertifizierter Funktionsbausteine zum Einsatz, die den Verdrahtungsaufwand minimieren und das Sicherheitskonzept vereinfachen. Bei einigen Applikationen mit kompakten Motoren oder auch Hochfrequenzspindel-Motoren ist kein Geberanbau für sichere Überwachungsfunktionen möglich. Da zum Beispiel die Drehzahlüberwachung üblicherweise auf Signale von Gebern angewiesen ist, sind neue Konzepte für Sicherheitsfunktionen ohne Sensorik notwendig. Geberlose Sicherheitsfunktionen im Antrieb bieten neben individuelleren Maschinenkonzepten kosteneffiziente Möglichkeiten zur einfachen Antriebsüberwachung. Darüber hinaus reduzieren sich Aufwand sowie Kosten für Wartung und Instandhaltung.

Bei welchen Anwendungsfällen bieten geberlose Sicherheitsfunktionen Vorteile?

• Bei rauen Umgebungsbedingungen, die die Nutzung eines Gebers einschränken.
• In kostenintensiven Applikationen mit geberloser Antriebsregelung.
• Zur Umschaltung zwischen mehreren Motoren an einem Drive Controller.
• Die Implementierung von komplexen mechanischen oder elektrischen Maßnahmen entfällt.

Holzbearbeitung und mehr geberlos sicher machen

Geberlose Sicherheitsfunktionen können in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ein Beispiel sind Werkzeugmaschinen in Form von CNC-Bearbeitungszentren, mit denen mehrere Bearbeitungsschritte an einem Werkstück durchgeführt werden können. Sie umfassen unter anderem Funktionen von Dreh-, Fräs- und Bohrmaschinen und eigenen sich etwa zur Komplettbearbeitung von Holzwerkstoffen und Massivholz.

Die Antriebe von KEB Automation bieten skalierbare Sicherheitsfunktionen direkt im Drive Controller. Den Anforderungen entsprechend können für den Combivert F6 und S6 die Gerätevarianten Kompakt, Applikation und Pro je nach gewünschtem Funktionsumfang ausgewählt werden. Die Gerätevariante Pro macht die Umsetzung der geberlosen Sicherheit möglich. Hier kann eine flexible Anpassung der Sicherheitsfunktionen und Grenzwerte über digitale I/Os und/oder Safety over EtherCAT (FSoE) erfolgen. Darüber hinaus kann die sichere geberlose Geschwindigkeitsüberwachung unabhängig vom eingesetzten Motor und damit für eine Vielzahl von Applikationen verwendet werden.

Diese sicheren Funktionen sind exemplarisch für Holzbearbeitungsmaschinen:

• SLS (Safely Limited Speed)

Mit der Funktion SLS überwacht der Antrieb die Geschwindigkeit sicher. Beim Überschreiten der eingestellten Geschwindigkeitsgrenze erfolgt eine Fehlerreaktion, die bei der Projektierung festgelegt wurde. Die SLS Funktion schützt Werkzeuge vor Überdrehzahl.

• SLA (Safely Limited Acceleration)

Dazu überwacht die SLA Funktion die Beschleunigungsrampen. Sie verhindert, dass der Motor die festgelegten Begrenzungen während der Beschleunigung überschreitet.

• SS1 (Safe Stop 1)

Das Stillsetzen des Antriebs wird durch die Funktion SS1 sicher überwacht. Anschließend wird das Drehmoment abgeschaltet (Sicherheitsfunktion STO wird aktiviert).

• SDLC (Safe Door-Lock Control)

Als Haubenverriegelung der Maschine kann die Funktion SDLC verwendet werden, die die Haube nur bei sicherem Stillstand des Motors öffnet (zum Beispiel für den Werkzeugwechsel).

• SSM (Safe Speed Monitor) und SMS (Safe Maximum Speed)

SSM liefert ein sicheres digitales Signal zur Geschwindigkeitsüberwachung mit dem andere Anlagenteile angesteuert werden können. SMS überwacht permanent eine maximale Geschwindigkeit, ohne die Überwachung extra aktivieren zu müssen.

Ein weiteres Highlight ist die achtfache Verwendung jeder Sicherheitsfunktion. So können im Safety Modul zum Beispiel bei der SLS Funktion acht verschiedene Drehzahlwerte abgelegt werden, die über sichere Eingänge oder über FSoE angewählt werden können. Ebenso sind mehrere Sicherheitsfunktionen mit nur einem Eingang kombinierbar. Soll zum Beispiel die SLS Funktion mit einer sicheren Drehrichtung verknüpft werden, so kann dies komfortabel parametriert werden. Als Reaktion auf eine Überdrehzahl bei der SLS Überwachung kann ein direktes Aktivieren von STO festgelegt werden. Alternativ kann mit einer Fehlerrampe heruntergefahren und dies mit der Funktion SS1 überwacht werden.

Darüber hinaus bietet KEB die Möglichkeit, sowohl den Fräs- als auch den Bohrantrieb mit nur einem Drive Controller Combivert F6/S6 in der Applikation zu betreiben. Der Sicherheitspart wird dabei geberlos überwacht. Die jeweiligen Motoren können trotzdem mit Geberrückführung betrieben werden. Diese beiden Arten schließen sich in der PRO Variante nicht aus. Neben dem Wechsel zwischen verschiedenen Motoren ist es außerdem möglich, die sicher zu überwachenden Grenzen pro Motor zwischen verschiedenen Limits umzuschalten, beispielsweise im Automatik- oder Einrichtbetrieb.