Auf Nummer sicher

Integrierte Sicherheitsfunktionen

Auf Nummer sicher

Anwendern stehen zwei neue geberlose Sicherheitsfunktionen zur Verfügung, die speziell für rotierende Motoren ohne Drehzahlgeber konzipiert sind. Sie machen es für Hersteller von Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinen einfacher, die steigenden Anforderungen bezüglich Produktivität und Personensicherheit zu erfüllen.

Mit den neuen Sicherheitsfunktionen können Maschinenbauer steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht werden. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Mit den neuen Sicherheitsfunktionen können Maschinenbauer steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht werden. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Werkzeuge, die noch bzw. mit zu hoher Drehzahl rotieren, stellen für Bediener und Servicetechniker ein Risiko dar. Bei klassischen Sicherheitslösungen müssen die Motoren bzw. Spindeln deshalb mit sicheren Drehzahlgebern ausgestattet sein, um gefährliche Betriebszustände erfassen bzw. vermeiden zu können. Ist dieser Sachverhalt nicht gegeben, müssen Maschinenhersteller Abstriche bei der Produktivität hinnehmen oder durch aufwendige Sicherheitskonzepte für unterschiedliche Anwendungsfälle entsprechende Sicherheitslevels gewährleisten. Hier ansetzend hat Sieb & Meyer das Antriebssystem der Serie SD2 um die geberlosen Funktionen SFM (Safe Frequency Monitor/Sicherer Stillstandsmonitor) und SLOF (Safe Limited Output Frequency/Sicher begrenztes Drehfeld) ergänzt. Sie sind vom TÜV Nord nach EN61508:2010 geprüft und erfüllen die Anforderungen von SIL3. Für die Umsetzung der neuen Sicherheitsfunktionen wurde die notwendige Hard- und Software in die SD2-Antriebsverstärker integriert. Die Funktionen bauen auf der in allen SD2x-Geräten serienmäßig integrierten STO-Funktion (Safe Torque Off) auf. Das Ergebnis ist eine funktionale und kostengünstige Lösung für Maschinenhersteller, die sich für sensorlose Systeme eignet. Spindeln und Motoren müssen also nicht mit Drehzahlgebern ausgestattet werden. Das ist besonders relevant für Einsatzbereiche wie das Hochgeschwindigkeitsfräsen und -schleifen, bei denen eine Integration von Drehzahlgebern in Spindeln bzw. Motoren aus technischen oder finanziellen Gründen nur bedingt möglich ist.

Mit der im Antriebssystem SD2 integrierten Sicherheitsfunktion SLOF lässt sich sicherstellen, dass eine kritische Drehzahl nicht überschritten wird. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Mit der im Antriebssystem SD2 integrierten Sicherheitsfunktion SLOF lässt sich sicherstellen, dass eine kritische Drehzahl nicht überschritten wird. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Sichere Stillstandsüberwachung

Mit der Sicherheitsfunktion SFM kann der Bediener sicher erkennen, ob eine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreicht bzw. eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. Solange dies nicht geschehen ist, wird beispielsweise eine Schutztür nicht freigegeben. SFM erkennt das elektrische Drehfeld des Motors. Über die Polzahl des Motors lässt sich somit eine genaue Aussage über das mechanische Drehfeld machen. Ein Beispiel: Bei Verwendung eines vierpoligen Motors und einer parametrierten elektrischen Grenzfrequenz von 10Hz ergibt sich ein mechanisches Drehfeld von 300U/min. Das Verletzungsrisiko ist bei rotierenden Werkzeugen mit geringer Drehzahl als klein einzustufen bzw. der Bediener kann die Rotation des Werkzeugs visuell wahrnehmen. Somit wird das Betreten des Schutzraums als sicher definiert. Die SFM-Funktion basiert auf einer frequenzabhängigen, vom Motor induzierten Spannung bzw. der Restmagnetisierung. Diese Spannung ist sowohl bei Synchronmotoren als auch bei Asynchronmotoren an den Motorklemmen messbar. Der Antrieb ermittelt aus dieser Spannung die aktuelle Drehfeldfrequenz und vergleicht diese mit dem parametrierten Grenzwert. Liegt die Frequenz unterhalb der parametrierten Grenzfrequenz, generiert der Antrieb das Statussignal für sicheren Stillstand. Dieses Signal lässt sich nur bei deaktivierter Endstufe und abgeschalteter Hauptspannung generieren.

Mit der Sicherheitsfunktion SFM kann der Bediener sicher erkennen, ob eine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreicht bzw. eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Mit der Sicherheitsfunktion SFM kann der Bediener sicher erkennen, ob eine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreicht bzw. eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. (Bild: Sieb & Meyer AG)

Maximale Drehfeldbegrenzung

Mit der Sicherheitsfunktion SLOF lässt sich sicherstellen, dass eine kritische Drehzahl nicht überschritten wird – zum Beispiel, weil ein Werkzeug durch eine Überdrehzahl bersten könnte und dadurch Personen gefährdet werden. Dafür ermittelt die Funktion die aktuell vom Umrichter erzeugte Drehfeldfrequenz und vergleicht sie mit dem parametrierten Grenzwert. Liegt die Frequenz im parametrierten Bereich, generiert der Antrieb das Statussignal „Frequency In Limits“ (Frequenz nicht zu hoch). Bei einer Überschreitung des Grenzwerts wird die Endstufe mittels STO freigeschaltet, das System erzeugt kein weiteres Drehmoment und somit keine weitere Beschleunigung. Das entspricht dem Status „Frequency Out Of Limits“ (Frequenz zu hoch). SLOF ermöglicht somit die sichere Begrenzung des Drehfeldes einer Spindel und verhindert, dass die angeschlossene Spindel aktiv durch den Antrieb auf eine zu hohe Frequenz beschleunigt wird. Bei einer Überschreitung der sicher parametrierten maximalen Drehfeldfrequenz durch eine Fehleingabe bzw. durch eine Fehlfunktion des Antriebsverstärkers wird die Endstufe mittels der Funktion STO freigeschaltet. Eine Überschreitung der Frequenz durch eine aktive, externe Beschleunigung lässt sich dabei nicht verhindern (z.B. Generatorbetrieb).

SIEB & MEYER AG
www.sieb-meyer.de

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