Damit Fahrerlose Transportsysteme auf ihrem Weg durch die Fabrikhallen immer zielgerichtet anhalten und keinen Schaden an Material oder gar Personen verursachen, sind zuverlässige und exakt arbeitende Sicherheitsbremsen unabdingbar. Wie bei der Fahrt mit dem PKW gilt es, bei der Bestimmung des Anhalteweges verschiedene Faktoren zu berücksichtigen.
FTS übernehmen heute eine Vielzahl an Aufgaben und die Einsatzbereiche sind vielfältig. Entsprechend umfangreich sind die Anforderungen, die sich aus Normen und Richtlinien ergeben und die bei der Auswahl der Bremsen zu beachten sind. So muss das Bremssystem das Fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) und ungebremste Anhänger etwa unter ungünstigen Bedingungen wie Geschwindigkeit, Gefälle, Nennlast etc. innerhalb der Sensorreichweite (Erkennung von Personen) zum Stillstand bringen und halten können. Nur so können Kollisionen vermieden werden. Außerdem müssen die Bremsen auch bei Ausfall bzw. Unterbrechung der Energieversorgung wirksam arbeiten oder aber wenn die Steuerung von Lenkung oder Fahrantrieb ausfällt. Dafür sind Sicherheitsbremsen wie die ROBA-stop®-M oder die ROBA®-servostop® Bremsen von Mayr Antriebstechnik nach dem Fail-Safe-Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen sind im energielosen Zustand geschlossen. Sie bringen das geforderte Bremsmoment also auch bei Not-Stopp, Stromausfall oder bei einer zum Beispiel durch Kabelbruch verursachten Unterbrechung der Energieversorgung. Damit die Sicherheitsbremsen auch in Not-Stopp-Situationen ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem Bremsmoment abbremsen, ist ein dafür entwickelter Reibbelag mit dazugehöriger Gegenreibfläche erforderlich. Während dies bei Federdruckbremsen üblich ist, stoßen Permanentmagnetbremsen mit ihren Stahl-auf-Stahl-Reibkombinationen hier unter Umständen an ihre tribologischen Grenzen.
Bewährte elektromagnetische Sicherheitsbremsen verfügen zudem über Sicherheitskennwerte, die zur Sicherheitsbetrachtung von Maschinen, welche der Maschinenrichtlinie unterliegen, erforderlich sind. Dies Betrifft auch den Fahrantrieb von FTF. Für das Erreichen des Performance-Level ≥ d (nach DIN EN ISO 13849) sind für die Verzögerungsfunktion und das Anhalten aller Bewegungen bei Not-Stopp als Aktoren sogar mehrere (Redundanz) sicher angesteuerte Bremsen mit Lüftüberwachung erforderlich.
Bestimmung des Anhalteweges
Wie bei der Fahrt z. B. mit dem PKW ist auch bei FTF der Anhalteweg, also die Strecke, die ein Fahrzeug bis zum Stillstand tatsächlich benötigt, entscheidend. Bei der Fahrt mit Fahrern setzt sich der Anhalteweg aus dem Reaktionsweg (Strecke, die das Fahrzeug ungebremst weiterfährt, bis der Fahrer reagiert) und dem eigentlichen Bremsweg ab Tritt auf die Bremse zusammen. „In der Theorie entfällt ohne Fahrer der Reaktionsweg und die Bremse würde bei entsprechender Anforderung sofort einfallen und das Fahrzeug verzögern“, erläutert Andreas Merz, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten. „In der Realität hat aber jede Bremse eine bestimmte Tot- bzw. Schaltzeit, die sogenannte t1-Zeit, während der sich das Bremsmoment aufbaut. Hinzu kommen die Totzeiten der vorgelagerten Sensorik, der Steuerung und des Bremsschützes.“ Das führt dazu, dass die Bremsung nicht unverzüglich bei Anforderung einsetzt, sondern verzögert durch eben diese Totzeiten des Systems und die Schaltzeit der Bremse. „Während dieser Totzeiten bewegt sich auch das fahrerlose Fahrzeug natürlich weiter oder beschleunigt sogar, z. B. aufgrund eines Gefälles“, ergänzt Andreas Merz. „In beiden Fällen wird der Bremsweg länger.“
Kurze, verifizierte Schaltzeiten und intelligentes Monitoring
Verschlechtert wird die Situation durch noch längere Tot- und Schaltzeiten und/oder falsch dimensionierte Sicherheitsbremsen. „Im Fall von vertikal bewegten Achsen, z. B. bei Kränen oder Roboterarmen, können die Bremsen aufgrund der Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlzunahme im freien Fall thermisch überlastet werden“, beschreibt Andreas Merz das Worst-Case-Szenario. Dies verlängert den Bremsweg weiter oder führt letztendlich sogar zum Lastabsturz. „Das Gefälle, das in der Umgebung von FTF in der Regel auftritt, ist natürlich weit vom freien Fall entfernt. Nichtsdestotrotz sollte man das Thema bei der Auswahl des Bremssystems im Hinterkopf haben.“ Wichtig ist also für Anwender, bei Bremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten zu achten – und auch darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten werden. Hier sind Monitoring-Lösungen wie das nachrüstbare Modul ROBA®-brake-checker von Mayr Antriebstechnik wichtig.
Das Modul arbeitet sensorlos und 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 ROBA®-brake-checker mit einer zusätzlichen Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. Ethernet basiert) ausgestattet. Über diese Schnittstelle kann es Daten zu Schaltzeit, Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Prozess lassen sich schnell erkennen und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen – ein Vorteil nicht nur für die vorausschauende Wartung, sondern auch beim Zusammenspiel von Robotern, Transport oder Lagerlogistik. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich. Dadurch dass das Modul ROBA®-brake-checker vom Schaltschrank aus, also in geschützter Umgebung, arbeitet, haben Staub und Schmutz im Bereich der bodennahen Antriebseinheiten der FTF keinen Einfluss auf die zuverlässige Funktion. Initiatoren und Mikroschalter dagegen könnten durch Verunreinigung ggf. Fehlsignale erzeugen und müssten von Zeit zu Zeit geprüft bzw. gereinigt werden. Das Wegfallen von Sensoren inklusive Verkabelung, gerade in ungeschützten Bereichen, erhöht also die Zuverlässigkeit und verhindert Ausfallzeiten durch anfällige Sensoren.
