29.10.2023 – Kategorie: Fertigung & Prototyping, Komponenten & Systeme

So lassen sich Werkzeugmaschinen ohne Drehgeber sicher betreiben

Mit den sensorlosen Sicherheitsfunktionen SFM und SLOF, die im Antriebssystem SD2 implementiert sind, stellt Sieb & Meyer den Maschinenbauern zwei geberlose Features zur Verfügung, die sowohl das Drehfeld als auch den Stillstand überwachen. Das Ergebnis ist eine ebenso funktionale wie kostengünstige Lösung für Werkzeugmaschinen.

Bei Bearbeitungszentren und Werkzeugmaschinen bestehen speziell im Fall von drehenden Achsen für den Bediener Gefahren durch rotierende Werkzeuge. Eine für die Maschinenhersteller verbindliche Richtlinie regelt entsprechende Maßnahmen bezüglich Betriebssicherheit und Arbeitsschutz. „Die Herausforderung für den Maschinenhersteller besteht darin, die Aspekte Personensicherheit und Produktivität gleichzeitig optimal beziehungsweise normkonform umzusetzen“, erläutert Markus Finselberger, Key Account Manager Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Bei klassischen Sicherheitslösungen müssen die Motoren beziehungsweise Spindeln mit sicheren Drehzahlgebern ausgestattet sein, um gefährliche Betriebszustände erfassen beziehungsweise zu vermeiden.“ Diese Drehgeber werden wiederum von speziellen Sicherheitskomponenten ausgewertet. Beide Bauteile benötigen Platz in der Maschine beziehungsweise im Schaltschrank, stellen ein Ausfallrisiko dar und müssen installiert, gewartet und nicht zuletzt auch bezahlt werden.

Risikobeurteilung von Werkzeugmaschinen

Die TÜV-zertifizierten Sicherheitsfunktionen des Antriebssystems machen zusätzliche Drehgeber an den Spindeln überflüssig, da die Sicherheitsfunktionen „Sicherer Stillstandsmonitor“ (SFM – Safe Frequency Monitor) und „Sicher begrenztes Drehfeld“ (SLOF – Safe Limited Output Frequency) bereits integriert sind. Mit der Sicherheitsfunktion SFM erkennt der SD2, ob eine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreicht beziehungsweise eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. Solange dies nicht geschehen ist, wird beispielsweise eine Schutztür nicht freigegeben. SFM misst dazu das elektrische Drehfeld des Motors, worüber sich eine genaue Aussage über das mechanische Drehfeld machen lässt. Welche Drehzahlen beziehungsweise Drehfeldfrequenzen als sicher definiert sind, ergibt sich aus der Risikobeurteilung der Maschine, die gemäß der Maschinenrichtlinie erfolgt.

Jenseits von kritischen Drehzahlen

SLOF stellt sicher, 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. Bei einer Überschreitung des Grenzwerts wird die Endstufe mittels internem STO freigeschaltet, das System erzeugt kein weiteres Drehmoment und somit keine weitere Beschleunigung und die Spindel trudelt aus.

Nicht zuletzt ist in allen Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serien SD2x und SD4x ein Lastindikator integriert. Dieser wertet den drehmomentbildenden Strom des Motors aus und kann so akustische Körperschallsensoren ersetzen. Laständerungen des Motors werden so mit großer Genauigkeit festgestellt. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf einen möglichen Werkzeugbruch beziehungsweise den Verschleiß der Werkzeuge ziehen.

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