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Leistungsstarke Sicherheitsbremsen und Kupplungen für elektrische Antriebe

Elektromotoren in der Industrie, aber auch im Bereich der mobilen Baumaschinen liegen im Trend. Dort, wo möglich, müssen immer öfter hydraulische oder pneumatische Systeme weichen und werden durch elektrische Antriebe ersetzt. Dafür werden zuverlässige und leistungsstarke Sicherheitsbremsen benötigt genauso wie kompakte Sicherheitskupplungen, die auch bei hohen Drehzahlen präzise arbeiten. mayr® Antriebstechnik trägt diesem Trend Rechnung und bietet Produkte, die perfekt auf die Anforderungen des Marktes zugeschnitten sind.

Egal ob automatisierte Fabrikhallen, mobile Baumaschinen oder Schiffe auf hoher See – auf der Suche nach einfachen, energieeffizienten und sauberen Lösungen setzen Hersteller in vielen Bereichen derzeit verstärkt auf elektrische Antriebe. Besonders dann, wenn auch mit den elektrischen Systemen eine entsprechende Leistungsdichte erreicht wird. Das stellt alle Komponenten, besonders auch die Sicherheitsbremsen vor neue Herausforderungen. Deshalb hat mayr® Antriebstechnik mit der neuen elektromagnetischen Linearbremse ROBA®-linearstop ein System mit hohen Haltekräften im Portfolio, das zudem dynamisch bremsen kann und mit seinen kurzen Schaltzeiten überzeugt.

„Wir führen als einziger Hersteller elektrisch öffnende Linearbremsen, die gleichzeitig auch Sicherheitsbremsen sind“, erklärt Bernd Kees, Produktmanager bei mayr® Antriebstechnik in Mauerstetten. Das bedeutet, die Bremsen arbeiten nach dem Fail-Safe-Prinzip. Sie erzeugen die Bremskraft durch Druckfedern und sind im energielosen Zustand geschlossen. Die neue Baureihe der elektromagnetischen ROBA®-linearstop Bremsen umfasst sechs Baugrößen mit Kräften von 70 bis 17.000N. 

Mehr als nur Klemmeinheiten

„Die meisten auf dem Markt verfügbaren Linearbremsen fungieren als statische Klemmeinheiten und sind nur dafür konzipiert, die Achsen im Stillstand zu halten“, erläutert Bernd Kees. „Kommt es allerdings zu einem Komplettausfall des Antriebs, ist die Linearbremse auch für das sichere Verzögern der Last verantwortlich“. Deshalb sind die Sicherheitsbremsen von mayr® Antriebstechnik auch für solche dynamischen Bremsungen ausgelegt. Das Unternehmen hat die Bremsen als Sicherheitsbauteil nach der Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) freiwillig einer Baumusterprüfung unterzogen.

Energie sparen

Die Bremsen von mayr® Antriebstechnik sind so ausgelegt, dass der Bauraum optimal ausgenutzt und möglichst viel Energie eingespart wird. „Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen“, erläutert Bernd Kees. „Denn nur beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig mit einer hohen Spannung bestromt. In dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich. Im weiteren Betrieb reicht aber eine wesentlich kleinere Magnetkraft aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann dann die Spannung deutlich abgesenkt werden und damit sinkt auch der Energieverbrauch.“

Kurze Schaltzeiten 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. Die neuen elektromagnetischen Linearbremsen überzeugen daher durch ihre kurzen Schaltzeiten. „Im Vergleich zu bisher üblichen Produkten schalten unsere Bremsen um den Faktor 10 schneller“, ergänzt Bernd Kees. Größtmögliche Sicherheit wird aber nur erreicht, wenn die projektierten Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer gewährleistet sind. Deshalb ist eine zuverlässige Schaltzustandskontrolle wichtig. Diese erfolgt bei den neuen elektromagnetischen ROBA®-linearstop Bremsen über das Ansteuermodul. mayr® Antriebstechnik bietet hier mit dem Modul ROBA®-brake-checker eine intelligente Lösung für sensorloses Bremsenmonitoring. Das Modul kann je nach Anforderung nur für die Überwachung des Schaltzustands eingesetzt werden oder aber auch die Spulentemperatur überwachen und eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler leisten. Das nachrüstbare Modul arbeitet sensorlos und erkennt  durch eine erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und weiß, in welchem Zustand sich die Bremse befindet.

Daten für eine vorausschauende (Fern-)Wartung

In einer erweiterten Ausführung ist das Modul ROBA®-brake-checker mit einer zusätzlichen Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. optisch, W-Lan, IO Link, Profibus, etc.) 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. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme möglich.

Zuverlässiger Schutz für hohe Drehzahlen

Im Zusammenhang mit der Elektrifizierung steht auch die Zunahme von dynamischen, schnelldrehenden Antriebsachsen. Bei den hohen Drehzahlen richten viele Anwender ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Antriebsstrangs. Denn Kollisionen können hier schwere Schäden an Personen und Material verursachen. Gerade in der Mess- und Prüfstandstechnik müssen die Lösungen gleichzeitig auch hochpräzise sein. Für die Absicherung z. B. der Prüflinge und Messeinheiten kommen dafür mechanische Sicherheitskupplungen zum Einsatz. Diese öffnen den Antriebsstrang und entkoppeln die laufenden Massen innerhalb von Sekundenbruchteilen – schneller als elektronische Überwachungsfunktionen. Bei der Auswahl der passenden Kupplung gilt es allerdings, einige Punkte zu beachten. Denn eine unpräzise oder träge Kupplung, die das Messsystem beeinflusst oder zum falschen Zeitpunkt auslöst, macht nicht nur die Bewertung im Prüffeld schwierig, sondern verfehlt auch ihren Zweck. 

Spielfreie, kompakte Kupplungen mit hoher Leistungsdichte

Die Sicherheitskupplung, die Prüflinge und Messeinheiten vor Schäden durch Überlast schützt, muss zu den hochpräzisen Systemen passen und von ihrer Basis her für Highspeed geeignet sein. Wichtig ist zudem, dass die Kupplungen das Drehmoment spielfrei und mit hoher Drehsteifigkeit übertragen. „Unsere EAS®-HSE Highspeed-Elementekupplungen sind kompakt, haben eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Massenträgheitsmoment“, erläutert Ralf Epple, Produktmanager bei mayr® Antriebstechnik. „Wir gehen hier auf die Anforderungen des Marktes ein und bieten den Anwendern gewichtsoptimierte Lösungen bereits im Standard. Für Sonderanwendungen sind wir zudem in der Lage, noch einen Schritt weiter zu gehen und Gewichte weiter zu reduzieren.“ Das kompakte, leistungsdichte Design der Kupplungen wird erreicht durch einen kleinen Außendurchmesser bei einem verhältnismäßig großen Bohrungsdurchmesser. Und auch die integrierten Elemente, über die bei der EAS®-HSE Kupplung die Drehmomentübertragung erfolgt, sind speziell ausgewählt und symmetrisch angeordnet. „Letztendlich gilt für die Auslegung: Bohrungsdurchmesser, Außendurchmesser und Elementegröße müssen harmonieren, um ein schwingungsarmes System zu erhalten, das im Auslösefall präzise funktioniert“, beschreibt Ralf Epple die Anforderungen.

Quelle: Konstruktion 11-12/2022, S.12ff