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Sicherheit für Vertikalachsen bei Stillstand nach SIL 2 und SIL 3

| Autor / Redakteur: Karl Pickan * / Gerd Kucera

Von schwerkraftbelasteten Achsen dürfen im energielosen Zustand keine Gefährdungen ausgehen. Der Beitrag skizziert einen digitalen Servoantriebsregler mit integrierter Sicherheitsfunktion.

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Bild 1: Maschinen mit Vertikalachsen sind risikobehaftet und sehr zahlreich zu finden. Die ausreichende Funktion der Motorbremse ist periodisch zu testen.
Bild 1: Maschinen mit Vertikalachsen sind risikobehaftet und sehr zahlreich zu finden. Die ausreichende Funktion der Motorbremse ist periodisch zu testen.
(Bild: mady_70/CanStockPhoto)

Vertikalachsen werden bei Stillstand üblicherweise durch die im Antriebsmotor integrierte Bremse gehalten. Damit ein Bremsenverschleiß zuverlässig erkannt wird, hat KOLLMORGEN mit „Safe Brake Test“ und „Safe Brake Control“ wirksame Sicherheitsfunktionen in die Antriebsregler S700 sowie in die neu entwickelten Servoumrichter AKD2G integriert.

Die Überwachung und Steuerung von Bremsen sind dadurch ein Teil der funtionalen Sicherheit einer Antriebslösung. Den Nutzen und die Vorteile beschreibt dieser Artikel.

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Gerade in Anwendungen mit Lasten, die auf vertikalem Weg transportiert und positioniert werden, ist die Sicherheit für Mensch und Maschine immer wieder eine Herausforderung. Vor allem, wenn das Ziel darin besteht, Vertikalachsen mit hohen Lasten allein durch die im Antriebsmotor eingebaute Haltebremse sicher zu machen, stellen sich von der Konzeption bis zur Konstruktion anspruchsvolle Fragen.

Die traditionelle Lösung einer sicheren Bremsenansteuerung gestaltet sich auf Grund neuer Sicherheitsnormen problematisch, weil die ausreichende Funktion der Motorbremse periodisch zu testen ist. Dazu kommt auch noch, dass die Einbettung der Testfunktion in die Standardsteuerung im Konflikt steht zu den Anforderungen der Sicherheitsnorm ISO 13849-1. Was ist zu tun?

Die Antwort auf diese Frage ist aus der Sicht von KOLLMORGEN einfach, weil sie auf der antriebsbasierenden Sicherheitstechnik beruht – konkret in Form der Sicherheitsfunktion „Safe Brake Control“ mit integriertem Bremsentest.

Die neu entwickelte Servoumrichtergeneration AKD2G von KOLLMORGEN ist ein Beispiel dafür, wie sich mit höherer Sicherheit mehr Nutzen im Maschinen- und Anlagenbau erreichen lässt. Die vor der Markteinführung stehenden Geräte werden mit Safe Brake Control (SBC) und Safe Brake Test (SBT) reglerseitig wichtige Sicherheitsfunktionen zur Verfügung stellen.

Die Innovation, Sicherheitsfunktionen mit der im Antriebsmotor integrierten Haltebremse zu realisieren, setzt vor allem in Einsatzbereichen an, bei denen redundante, zweikanalige Sicherheitsbremsen zu kompliziert oder zu teuer sind. Und diese Einsatzgebiete werden nicht zuletzt durch kollaborierende Produktionen immer häufiger anzufinden sein.

Der Mensch rückt dichter an die Fabrikautomation heran – sei es beispielsweise im Einrichtbetrieb, bei der Bestückung oder Wartungen. Solche manuellen Tätigkeiten mit einer engen Beziehung zwischen Mensch und Maschine sind nur dann möglich, wenn das Miteinander sicher ist.

Sichere Bremsenüberwachung vermeidet eine Gefährdung

Welche Rückschlüsse lassen sich daraus für vertikale Lasten ziehen? Generell gilt, dass die im Antriebsmotor eingebaute Haltebremse so konzipiert sein muss, dass sie in der Lage ist, die vertikal auf eine Achse wirkende Last zu halten.

Daraus folgen in der Umsetzung zwei Effekte: ausreichende Dimensionierung der Haltebremse mit einem Drehmomentüberschuss von 30% zur Maximallast und eine sichere Erkennung von Fehler oder Verschleiß, die zu einem Unterschreiten des ermittelten Bremsmoments führen. Würde dieser Fall eintreten, ist der Schutz von Personen nicht mehr gewährleistet, weil das Risiko steigt, dass Lasten durchrutschen.

Damit so ein Verschleiß sicher erkennbar ist, bringt KOLLMORGEN mit „Safe Brake Test“ eine wirksame Sicherheitsfunktion in die Antriebsregler der Reihe S700 sowie die jetzt auf den Markt kommende Reihe AKD2G.

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