Bremsenmonitoring

Intelligente Sicherheit für vertikale Achsen

Das Modul Roba-brake-checker von Mayr Antriebstechnik kann Sicherheitsbremsen nicht nur sensorlos überwachen und versorgen. In einer erweiterten Ausführung liefert es darüber hinaus auch Daten. Das sorgt für Transparenz im Antriebsstrang und unterstützt eine effiziente und vorausschauende Maschinenwartung.

Ob in Werkzeugmaschinen, Handling-Systemen, Montageeinrichtungen, Hebezeugen, Kranen oder Bühnenwinden – schwebende Lasten stellen in Maschinen und Anlagen ein erhebliches Gefährdungspotenzial dar. Besonders dann, wenn sich Personen darunter aufhalten. Deshalb ist es wichtig, bereits in der Konstruktionsphase ein unbeabsichtigtes Absinken der Last sowie unzulässig lange Anhaltewege dauerhaft auszuschließen. Maschinenhersteller führen daher bereits bei der Projektierung eine Risikoanalyse für sicherheitskritische Achsen durch und ermitteln den erforderlichen Performance Level (PL) nach DIN EN ISO 13849-1. So ergeben sich gerade bei Werkzeugmaschinen oftmals mehrere Achsen, die abgesichert werden müssen und dies redundant. Dafür kommen an verschiedenen Positionen Sicherheitsbremsen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien zum Einsatz. 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“, erklärt Andreas Merz, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. „Damit lassen sich Informationen aus verschiedenen Achsen abgleichen und Prozesse so weiter optimieren und die Wartung verbessern.“

Sicherheit wird sichtbar

„Die Bremsen sind prädestinierte Komponenten für die Wartung, Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit und lassen Rückschlüsse auf den Anlagenbetrieb zu“, erläutert Andreas Merz. „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. optisch, W-Lan, IO Link, OPC UA, etc.) 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.

Intelligente Sicherheit für die Werkzeugmaschine

„Werkzeugmaschinen profitieren von der permanenten Inspektion der Sicherheitsbremsen durch das Modul Roba-brake-checker, – gerade auch, wenn Informationen aus verschiedenen Achsen zusammenfließen,“ betont Andreas Merz. „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 Lüftüberwachung 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.  

Zuverlässige Bremsen für vertikale Achsen

Für Anwendungen mit vertikalen Achsen sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen erzeugen die Bremskraft durch Druckfedern und sind im energielosen Zustand geschlossen. Sichere motorische Antriebe dagegen sind zwar ebenfalls in der Lage, 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.

Zwei bewährte Sicherheitsbremssysteme, die häufig für die Absicherung linearer Bewegungen zur Anwendung kommen, sind Bremsen, die entweder auf separate Rundstangen oder aber auf Führungsschienen wirken. Dazu gehören zum Beispiel die Roba-linearstop Bremsen (Rundstange) und die Roba-guidestop Bremsen (Führungsschiene) von Mayr Antriebstechnik. Diese Linearbremsen eignen sich besonders für den Einsatz in schwerkraftbelasteten Achsen, da sie direkt an den Massen angebracht werden, die abgebremst bzw. gehalten werden sollen. Antriebselemente wie Zahnriemen, Kupplungen oder Spindelmuttern, die bei anderen Bremssystemen das Bremsmoment mit übertragen und Einfluss auf die Sicherheit haben könnten, gibt es hier nicht. Werden Linearbremsen zudem als zweite Bremseinheit zum Beispiel zusätzlich zu einer Motorbremse eingesetzt, sorgt ihr Wirkprinzip – auf eine Stange oder Schiene – außerdem für eine hochwertige Redundanz mit Ausschluss gleicher Fehler. Die Einsatzbereiche für Linearbremsen sind vielfältig. Deshalb bietet Mayr Antriebstechnik ein breites Spektrum an Linearbremsen in pneumatischer, hydraulischer und elektromagnetischer Ausführung an. „Wir führen als einziger Hersteller elektrisch öffnende Linearbremsen, die gleichzeitig auch Sicherheitsbremsen sind“, erklärt Andreas Merz, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. „Anwender auf der Suche nach Lösungen können sich hier sowohl für Systeme mit Rundstange als auch mit Führungsschiene an uns wenden.“

Keine Kompromisse bei der Sicherheit

Je nach Konstruktion ergeben sich weitere Möglichkeiten, Sicherheitsbremsen zu integrieren oder auch nachzurüsten. Eine mögliche Position ist direkt zwischen Servomotor und Spindel. Mit dem Roba-topstopBremssystem hat Mayr Antriebstechnik ein eigenständiges Modul im Angebot, das die Vertikalachse sicher in jeder beliebigen Position hält, selbst wenn der Motor zur Wartung oder zum Transport demontiert ist. Die Achse muss nicht mehr zusätzlich abgestützt werden, was beispielsweise den Wechsel des Antriebsmotors deutlich beschleunigt. Dadurch sinken die Kosten, Stillstandzeiten für Reparaturen fallen erheblich kürzer aus. Die Bremse lässt sich aufgrund ihrer angepassten Flanschabmessungen problemlos und einfach auch in bestehende Konstruktionen integrieren. Die Sicherheitsbremse erfüllt hohe IP-Standards und ist derzeit bis Schutzart IP65 erhältlich. Damit ist sie bereits jetzt gut gegen das Eindringen von Fetten oder Ölnebel geschützt. Eine freiwillige Baumusterprüfung durch die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) bestätigt die Bremseinrichtung als „bewährtes Bauteil“ im Sinne der Kategorie 1 nach DIN EN ISO 13849-1.

Für Achsen mit Zahnstangenantrieb bietet sich die Roba-pinionstop als zusätzliches Bremssystem an. Diese elektromagnetisch öffnende Sicherheitsbremse mit integriertem, gelagertem Ritzel greift an beliebiger Stelle direkt in die Zahnstange ein und arbeitet so unabhängig vom Antriebsmotor. Auch sie kann in bestehende Anlagen nachgerüstet werden.

Wartungen werden planbar und kosteneffizient

Basierend auf permanenter Inspektion bietet Mayr Antriebstechnik Lösungskonzepte für die vorausschauende Wartung elektromagnetischer Sicherheitsbremsen. Das Monitoring dieser Bremsen erfolgt sensorlos mit dem nachrüstbaren Modul Roba-brake-checker. Dieses Modul verfügt in einer erweiterten Ausführung über eine kundenspezifische Schnittstelle. Über diese Schnittstelle liefert es Daten, die auch Verläufe auswertbar machen und Auffälligkeiten im Bearbeitungsprozess erkennen lassen. Sicherheit wird sozusagen sichtbar. Wartung wird planbar und durch die permanente Inspektion kosteneffektiv. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich.

 

Autor: Bernd Kees ist Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten