Bremsen für vertikale Achsen intelligent überwachen

Planbare und kosteneffektive Wartung durch leistungsfähige Industrie 4.0-Sicherheitsbremsen

In vielen sicherheitskritischen Anwendungen sind Sicherheitsbremsen häufig die einzige Absicherung gegen Abstürze oder ungewolltes Absinken schwebender Lasten. mayr^® Antriebstechnik bietet nicht nur ein breites Spektrum an zuverlässigen Sicherheitsbremsen für vertikale Achsen, sondern auch Lösungskonzepte für ihre vorausschauende Wartung. Im Fokus steht dabei das Modul ROBA^®-brake-checker, das die Bremsen nicht nur sensorlos überwachen und versorgen kann. In einer erweiterten Ausführung liefert es darüber hinaus auch Daten und ermöglicht so eine planbare und kosteneffektive Wartung.

Schwebende Lasten stellen in Maschinen und Anlagen, insbesondere in Werkzeugmaschinen, Handling-Systemen, Montageeinrichtungen, Hebezeugen, Kranen und Bühnenwinden, 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. Entscheidend dabei sind die richtige Auswahl der Sicherheitsbremsen sowie deren korrekte Integration in das Gesamtsystem. 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.

Sicherheit durch zuverlässige Linearbremsen

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 Bernd Kees, 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.“

Mehr als nur Klemmeinheiten

Die meisten auf dem Markt verfügbaren Linearbremsen fungieren als statische Klemmeinheiten und sind dafür konzipiert, die Achsen im Stillstand zu halten. Allerdings können sich Personen auch während der Inbetriebnahme, der Wartung oder sogar während des Produktionsprozesses unter schwebenden Lasten aufhalten, ohne dass zuvor die Lastübergabe auf die mechanische Linearbremse erfolgt ist. Kommt es in diesen Betriebszuständen zu einem Komplettausfall des Antriebs, ist die Linearbremse allein für das sichere Verzögern der Last verantwortlich. Solche dynamischen Bremsungen treten in der Praxis immer wieder auf. Deshalb sollten Anwender bei der Auswahl darauf achten, dass die Klemmeinheiten so ausgelegt sind, dass sie auch für Notbremsungen geeignet sind. mayr^® Antriebstechnik unterzieht die Einheiten auf einem eigens für Linearbremsen konzipierten Fallprüfstand dynamischen Tests. Dieser Fallprüfstand ermöglicht es, unterschiedliche Gewichte, die sogenannten Lastmassen, auf unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten zu beschleunigen und die Lastmassen anschließend zu verzögern. So lassen sich die Einflussfaktoren praxisnah bestimmen. Denn nur Produkte, die unter realistischen Bedingungen getestet wurden, erfüllen hinterher alle Anforderungen problemlos.

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^®-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 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.

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 auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten – und auch darauf, dass 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

Basierend auf permanenter Inspektion bietet mayr^® Antriebstechnik Lösungskonzepte für die vorausschauende Wartung der elektromagnetischen Sicherheitsbremsen. Das Monitoring der Sicherheitsbremsen erfolgt 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, 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.

Checkliste: Sicherheitsbremsen für vertikale Achsen

• Achten Sie darauf, dass die Sicherheitsbremsen auch für dynamische Bremsungen geeignet sind und unter realistischen Bedingungen getestet wurden. Erkundigen Sie sich hier auch nach den Prüfmöglichkeiten des Herstellers.
• Vergewissern Sie sich, dass der Lieferant eine 100%-Endprüfung durchführt, inklusive der automatischen Speicherung aller Testdaten. Für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit müssen die Bremsen zudem mit eindeutigen Seriennummern gekennzeichnet sein.  
• Prüfen Sie die Ansprechzeiten der Bremse (Anzug/Abfall). Nur mit einer schnellen Bremse und konstanten Schaltzeiten über die Lebensdauer erreichen Sie kurze, sichere Anhaltewege.
• Setzen Sie auf Lieferanten mit einem breiten Standardproduktprogramm. Eine große Auswahl an rotatorischen und linearen Bremsen mit verschiedenen Funktionsprinzipien (elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch gelüftet) bietet Flexibilität für verschiedenste Anwendungen. Hier finden Sie zudem Komplettlösungen aus einer Hand.
• Setzen Sie auf Hersteller mit Entwicklungs-, Fertigungs,- und Applikationserfahrung sowie schnellem, weltweiten Vor-Ort-Service (vor allem wenn Sie Ihre Maschinen global vermarkten) und kompetenter Beratung. Fordern Sie Beratung ein, um so die Unterschiede feststellen zu können.
• Nehmen Sie sich die Zeit, die Produktion des Lieferanten zu besichtigen, gerade bei wichtigen Einkäufen. Bei einem Besuch im Werk können Sie sich selbst davon überzeugen, was wirklich hinter den Kulissen steckt.

Quelle: Der Konstrukteur, ASB 2020, Seite 20-23