Neue Module für das Monitoring und die Bremsmomentregelung von ROBA-stop® Federdruckbremsen
Sie können Sicherheitsbremsen einfach und schnell überwachen oder ermöglichen die gleichmäßige und sanfte Verzögerung von Maschinen und Geräten – die intelligenten Module ROBA®-brake-checker und ROBA®-torqcontrol von mayr® Antriebstechnik machen Bremsen fit für die Herausforderungen der Industrie 4.0. Sie schaffen zudem die Voraussetzungen für vorbeugende Fehlererkennung und Wartung und damit für eine gesteigerte Produktivität von Maschinen und Anlagen.
Bei der Fahrt mit dem PKW nutzt der Fahrer die Fußbremse, um den Wagen gezielt und sanft zu verzögern. Niemand würde auf die Idee kommen, im PKW bei voller Fahrt die Hand,- bzw. Parkbremse zu betätigen. Genauso ist auch bei Geräten und Maschinen-Anwendungen mit dynamischen Bremsungen oftmals eine dosierte, gleichmäßige Verzögerung wünschenswert. Da allerdings elektromagnetische Federdruckbremsen anders als PKW-Bremsen konstruktionsbedingt nur zwei Betriebszustände kennen – nämlich „Bremsmoment vorhanden“ und „Bremsmoment aufgehoben“ – erfolgt jeder Bremsvorgang mit dem maximal zur Verfügung stehenden und durch die Federkraft bestimmten Bremsmoment. So wird bei Geräten wie z.B. Flurförderzeugen, die wechselnde Beladungen haben können, die Bremse bislang bezogen auf die Maximalbeladung dimensioniert.
Allerdings ist es nicht immer sinnvoll, mit dem vollen Bremsmoment zu arbeiten. So kann bei Teilbeladung eine stärkere Verzögerung zu einer Beschädigung des Transportgutes oder sogar zum Blockieren bzw. Rutschen der Räder führen. Und auch bei Anwendungen wie zum Beispiel Folien-Wickelmaschinen, bei denen sich das Drehmoment mit ab- bzw. zunehmendem Wickelradius ändert, ist oftmals eine Begrenzung der Zugkräfte durch ein entsprechend angepasstes Bremsmoment zum Schutz des Materials aber auch der Maschinenkonstruktion wichtig. Deshalb hat mayr® Antriebstechnik nun mit dem Modul ROBA®-torqcontrol eine intelligente und wirtschaftlich attraktive Lösung entwickelt, mit der anpassbare Bremsreaktionen möglich sind und Maschinen definiert zum Stillstand gebracht werden können.
Sanft und angepasst bremsen
Voraussetzung für diese elektronische Bremsmomentregelung ist, dass die Anlage die Betriebszustände wie beispielsweise Beladung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung erfasst und in ein Vorgabesignal für das Modul ROBA®-torqcontrol umwandelt. „Wird das Modul in einem geschlossenen Regelkreissystem verwendet, ist es möglich, definierte Verzögerungsrampen zu fahren, d. h., die Maschinen sanft und entsprechend der Anforderungen zum Stillstand zu bringen“, erklärt Frank Timmler aus der Elektronik-Entwicklung bei mayr® Antriebstechnik. „Mit dem Modul gelingt es uns, die Anpresskraft auf die Bremsbeläge und somit das Bremsmoment während des Betriebs stufenlos zu verändern. Daneben lassen sich bei Anwendungen, die ein konstantes Bremsmoment in engen Toleranzgrenzen fordern, mit einer solchen Bremsmomentregelung negative Einflüsse auf die Bremsmomentkonstanz kompensieren. Unsere Kunden schätzen besonders, dass sich das Modul ROBA®-torqcontrol sehr einfach in übergeordnete Steuerungs-und Reglungssysteme einbinden lässt und keine unerwünschten Rückkoppelungen auf die Steuerungs- und Regelungssysteme entstehen.“
Das Modul ROBA®-torqcontrol kann entweder mit 24V oder 48V Gleichspannung betrieben werden und Bremsen mit einem Spulennennstrom von 10A bzw. 5A ansteuern. Mit zwei Digitaleingängen lässt sich die resultierende Anpresskraft auf die Bremsbeläge auf 30%, 50%, 75% oder 100% der Nennfederkraft vorgeben. Alternativ ist auch ein stufenloses analoges Vorgabesignal von 0 bis 10V (30-100%) möglich.
Elektronische Bremsmomentregelung
Um die Bremsen zu steuern, beeinflusst das Modul ROBA®-torqcontrol ganz gezielt Strom und Spannung und damit innere physikalische Werte. Das Bremsmoment einer Federdruckbremse berechnet sich neben den Parametern Reibradius, Reibbeiwert und der Anzahl der aktiven Reibflächen auch aus der Summe aus Feder- und Magnetkraft. „Das maximale Moment der geschlossenen Bremse wird erreicht, wenn die Magnetkraft gleich null ist und ausschließlich die Federn wirken“, erläutert Frank Timmler. „Wird nun die Magnetkraft gezielt gegen die Federkraft aufgebaut, ist eine direkte Beeinflussung der effektiv wirkenden Federkraft und somit des Bremsmomentes möglich. Bereits vor dem Einfallen der Bremse können wir mit dem Modul das gewünschte Bremsmoment vorgeben.“
Mit dem Modul ROBA®-torqcontrol hat mayr® Antriebstechnik eine intelligente und wirtschaftlich attraktive Lösung entwickelt, mit der anpassbare Bremsreaktionen möglich sind und Maschinen definiert zum Stillstand gebracht werden können.
Das Modul ROBA®-brake-checker überwacht ohne Sensoren neben dem Schaltzustand auch auf Zugwegreserve und detektiert sicherheitskritische Veränderungen von Spannung, Luftspalt und Temperatur. Damit werden also deutlich mehr Prozesse als bislang abgebildet.
ROBA®-topstop®, das modulare Sicherheitsbremssystem für A-Lager-seitigen Servomotorenanbau, hält die Z-Achse in jeder beliebigen Position sicher – auch bei demontiertem Servomotor.
Permanentes Bremsenmonitoring und vorausschauende Wartung
Neben dem Modul ROBA®-torqcontrol zum Steuern von elektromagnetischen Sicherheitsbremsen hat mayr® Antriebstechnik mit dem Modul ROBA®-brake-checker eine intelligente Lösung zum Monitoring der Bremsen entwickelt. Beiden Modulen liegt dasselbe Funktionsprinzip zugrunde. Das Modul ROBA®-brake-checker dient ausschließlich der Überwachung der Bremsen, das Modul ROBA®-torqcontrol teilt die Überwachungsfunktion und kann Bremsen zudem steuern. Je nach Einsatzfall können Anwender die entsprechende Lösung wählen. Die beiden Module arbeiten ohne Sensor, sondern benutzen sozusagen die Bremse, d. h. den elektromagnetischen Aktor an sich, als Sensor. So analysieren die Module die physikalischen Umwandlungsprozesse in der Bremse, d. h. die Umwandlung von elektrischer zu magnetischer und dann zu mechanischer Energie.
Diese Prozesse bleiben nicht rückwirkungsfrei und können über die Auswertung von Strom und Spannung identifiziert werden. Durch die Analyse von Strom und Spannung erkennen die Module die Bewegung der Ankerscheibe und wissen, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Neben dem Schaltzustand können die Module auch rückschließen auf Temperatur, Verschleiß und Zugweg- oder Zugkraftreserve, d. h., ob der Magnet noch genügend Kraft hat, die Ankerscheibe anzuziehen. Mit den neuen Modulen werden bei der Überwachung deutlich mehr Prozesse abgebildet als bislang zum Beispiel mit Hallsensoren, die zur Überwachung der Bestromung bzw. des Magnetfelds dienen oder Mikroschaltern bzw. induktiven Näherungsinitiatoren. Bei Erreichen der Zugkraftreserve senden ROBA®-brake-checker und ROBA®-torqcontrol so frühzeitig ein Warnsignal, dass noch eine bestimmte Betriebszeit der Bremse möglich ist. In dieser Zeit kann der Maschinenbetreiber die Wartung gezielt und abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen – vorausschauende Wartung sozusagen.
Der ROBA®-brake-checker ist jetzt in einer Ausführung für Wechselspannung erhältlich. Daneben wird das Modul in einer weiteren Version künftig auch die Versorgung der Bremse übernehmen und damit den Gleichrichter ersetzen. Schaltzustandsüberwachung und Bremsenansteuerung sind somit in einem Gerät kombiniert.
Zustandsüberwachung ohne Schalter
Dadurch dass ROBA®-torqcontrol und ROBA®-brake-checker sensorlos arbeiten, also kein Mikroschalter bzw. Näherungsinitiator zur Schaltzustandsüberwachung außen an der Bremse angebracht werden muss, werden mögliche Schwachstellen heutiger Mikroschalter, wie Fehljustage, begrenzte Lebensdauer etc. eliminiert. Zudem können Sicherheitsbremsen in Grundbauform eingesetzt und bei Bedarf auch problemlos überlackiert werden. Es entfallen die zusätzliche Verkabelung und die – je nach Schutzart –nötige Abdichtung der Schalter und Initiatoren. Die Module gewährleistet also volle Designfreiheit. Anders als bei der Lösung mit Schaltern und Initiatoren, die aufgrund ihrer Einbausituation an der Bremse Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind, erfolgt die Überwachung bzw. Steuerung durch die Module vom Schaltschrank aus, d. h. in geschützter Umgebung. Sie arbeiten ohne mechanische Kontakte mit hoher Zuverlässigkeit und verschleißfrei, unabhängig von der Takthäufigkeit.
Mehr Informationen zu ROBA®-torqcontrol und ROBA®-brake-checker
Quelle: Konstruktion S2-2017, Seite 58-59
Simone Dauer
