Schwerkraftbelastete Achsen Checkliste unterstützt bei der Validierung von Sicherheitsbremsen

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Chr. Mayr GmbH & Co. KG

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Schwerkraftbelastete Achsen in Werkzeugmaschinen müssen sicher sein. Es gilt, aus der Risikobeurteilung eine Sicherheitsfunktion zu definieren und jeden Baustein der Kette zu validieren. Eine smarte Validierungshilfe für Sicherheitsbremsen – nach DIN EN ISO 13849-2 strukturiert – bietet Unterstützung.

In ihrer täglichen Arbeit sehen sich Konstrukteure häufig mit Normtexten und damit verbunden einer Vielzahl an Informationen konfrontiert. Gerade dann, wenn es darum geht, sichere schwerkraftbelastete Achsen in Werkzeugmaschinen zu konstruieren. Denn die Maschinenhersteller sind für ihre Maschinen verantwortlich. Sie führen bereits bei der Projektierung eine Risikoanalyse für sicherheitskritische Achsen durch und ermitteln den erforderlichen Performance Level (PLr) nach DIN EN ISO 13849-1. So ergeben sich bei Werkzeugmaschinen oftmals mehrere Achsen, die abgesichert werden müssen, je nach Gefährdungspotential sogar redundant.

Dafür kommen an verschiedenen Positionen Sicherheitsbremsen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien zum Einsatz. Dem Konstrukteur obliegt es dabei, die Bremsen sowie alle verbauten Komponenten sorgfältig und passend zur Maschine konstruktiv auszulegen (darunter Kraft, Masse, Beschleunigung oder Festigkeit) und zu validieren. Die Angabe des Sicherheitskennwertes (B10d/MTTFd) ermöglicht die notwendigen Kennzahlberechnungen nach 13849-1. Darüber hinaus ist die Validierung der Komponenten nach DIN EN ISO 13849-2 erforderlich.

Sichere schwerkraftbelastete Achsen

Sichere schwerkraftbelastete Achsen konstruieren

Validierungshilfe als Arbeitserleichterung

„Sicherheitsbremsen sind nur ein Teil in der Kette des Berechnungssystems und wir können Konstrukteuren bei der Auswahl und Auslegung der Bremsen nur unterstützen“, erklärt Bernd Kees, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. „Allerdings bieten wir mit unserer Validierungshilfe eine Art Anwender-Guide oder Checkliste, mit der wir die Arbeit deutlich erleichtern.“

Bei der Validierungshilfe handelt es sich um ein Dokument, das – gebündelt und strukturiert nach der Norm – Informationen zur Bremse bezüglich grundlegender und bewährter Sicherheitsprinzipien, bewährter Bauteile oder Fehlerlisten gemäß DIN EN ISO 13849-2 enthält. „Konstrukteure können damit einfach und zuverlässig kontrollieren, ob die Bremsen als bewährte Bauteile im Sinne der Norm für die jeweilige Anwendung betrachtet werden dürfen oder – und das ist ein wichtiger Punkt für die Sicherheit – eben auch nicht“, betont Bernd Kees. „Für sichere schwerkraftbelastete Achsen ist es unabdingbar, entscheidende Fragen vorab zu klären und wir helfen dabei, letztendlich die richtige Bremse oder Bremsenausführung für die Anwendung zu finden.“

Auftragszahlen

Keine weiteren Einbußen bei Werkzeugmaschinen-Bestellungen

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, sind im energielosen Zustand geschlossen und erfüllen somit das grundlegende Sicherheitsprinzip der Energietrennung. Sichere motorische Antriebe können ebenfalls in der Lage sein, 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.

Je nach Konstruktion ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, Sicherheitsbremsen zu integrieren oder auch nachzurüsten. Eine mögliche Position ist direkt zwischen Servomotor und Spindel. Mit dem Roba-Topstop-Bremssystem 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 bis Schutzart IP66 erhältlich.

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.

Keine Kompromisse bei der Sicherheit

Zwei weitere 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 (Kolbenstange) 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 im Kraftfluß sind und Einfluss auf die Sicherheit haben, können außer Acht gelassen werden. Werden Linearbremsen zudem als zweite Bremseinheit zum Beispiel zusätzlich zu einer Motorbremse eingesetzt, sorgt ihr Wirkprinzip – auf eine Stange oder Schiene – außerdem für eine diversitäre Redundanz mit einem erhöhten Common Cause Failure Wert (CCF-Wert).

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“, erläutert Bernd Kees. „Anwender auf der Suche nach Lösungen können sich hier sowohl für Systeme mit Rundstange als auch mit Führungsschiene an uns wenden.“

Linearbremse

Portalroboter sicher bremsen

Kurze Schaltzeiten über die Lebensdauer und zuverlässige Schaltzustandskontrolle

Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind gerade bei sicherheitskritischen und vertikalen Achsen kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Denn in der Zeit des freien Falls bis die Bremse schließt und die Verzögerung einsetzt, beschleunigt sich die Masse zusätzlich – unter Umständen so extrem, dass die zulässigen Werte der Bremse überschritten werden. Anwender sollten daher bei der Auswahl der Sicherheitsbremsen darauf achten, dass

• die Schaltzeiten möglichst kurz und verifizierte sind

• diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden.

Um in der jeweiligen Applikation größtmögliche Sicherheit zu erreichen und die projektierten Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, ist es zudem wichtig, dass die Bremsen mit einer zuverlässigen Schaltzustandskontrolle ausgestattet sind.

Intelligentes Bremsenmonitoring für mehr Anlagensicherheit

Basierend auf permanenter Inspektion bietet Mayr Antriebstechnik Lösungskonzepte für die vorausschauende Wartung der elektromagnetischen Sicherheitsbremsen. Das Monitoring der Sicherheitsbremsen erfolgt dabei sensorlos mit dem nachrüstbaren Modul Roba-Brake-Checker. „Anwender profitieren von der permanenten Inspektion der Sicherheitsbremsen durch das Modul Roba-Brake-Checker“, erläutert Kees. „Wird zum Beispiel die Grenztemperatur erreicht, kann dies ein Hinweis auf eine Schädigung der Bremse, auf Bremsenausfall oder gar eine falsche Auslegung sein.“ Der Roba-Brake-Checker zeigt außerdem, wenn kritische Verschleißwerte erreicht werden. So ist eine vorbeugende Wartung möglich, die wiederum für eine höhere Anlagenverfügbarkeit sorgt.

Sichtbar sind zudem Temperaturverlauf und Veränderungen der Parameter über die Lebensdauer. Mit bisherigen Lösungen wie beispielsweise der berührungslosen Lüftüberwachung sehen Anwender nur den Ausfall oder das Zerstörungsbild, wissen aber nicht, wie der Fehler zustande gekommen ist. Mit dem Roba-Brake-Checker dagegen werden Verläufe sichtbar und Fehleranalysen sind nutzbar und darüber hinaus 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.

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