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antriebstechnik 8/2018

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KUPPLUNGEN UND BREMSEN

KUPPLUNGEN UND BREMSEN Viele Informationen ohne kostspielige Sensorik Wie die Digitalisierung von der „Bremsen-Intelligenz“ profitiert Die Chancen durch Industrie 4.0 nutzen immer mehr Unternehmen, um die Fertigungsprozesse in ihren Werken zu optimieren. Dies verlangt aber, dass auch Daten zu Antriebs- und Bremssystemen ausgewertet werden können. Elektromagnetische Bremsen bieten hierfür die Basis: Die in der Bremse integrierte Spule liefert – ohne zusätzliche Sensorik – bereits eine Vielzahl an Informationen, die für vorbeugende Instandhaltung oder zur Fehleranalyse herangezogen werden können. Dominik Hettich ist Leiter Forschung und Entwicklung bei der Kendrion GmbH in Villingen-Schwenningen Die Digitalisierung bietet neue Perspektiven für die Weiterentwicklung innovativer und mitarbeiterorientierter Produktionssysteme. Durch den Einsatz von Industrie-4.0- Technologien können Unternehmen ihre Instandhaltungskosten sowie die Ausfallzeiten von Maschinen drastisch reduzieren und so ihre Produktivität erhöhen. Doch dazu gilt es zunächst einmal eine aussagekräftige Datenbasis zu generieren, um Schlagworte wie „Predictive Maintenance“, also vorausschauende Wartung, mit Leben zu füllen. Die kontinuierliche Überwachung von System- bzw. Betriebszuständen ist dann der Schlüssel zu höherer Effizienz, Produktivität und Transparenz. Bei elektromagnetischen Bremsen, die in vielen Automatisierungssystemen integriert sind, ist das einfacher als man zunächst denkt. Die Anzahl der Schaltzyklen, die Gesamtschaltarbeit oder der elektrische Stromverlauf beim Öffnen bzw. Schließen sind Informationen, die bei jeder elektromagnetischen Bremse erfasst, ausgewertet und entsprechend genutzt werden können. Funktionsprinzip als Datenbasis Die Basis dafür liefert das Funktionsprinzip. Federdruckbremsen z. B. nutzen die Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes zum Aufheben der durch Federkraft erzeugten Bremswirkung. Die Bremse ist also im stromlosen Zustand geschlossen und öffnet beim Anlegen einer Spannung. Die Verbindung zur Welle des Motors über­ 24 antriebstechnik 8/2018

nimmt meist ein zentral angeordneter Mitnehmer, der auf der Motorwelle befestigt ist. Die Reibscheibe der Bremse ist axial beweglich und tangential fest mit diesem Mitnehmer verbunden. Permanentmagnetbremsen dagegen nutzen die Kraftwirkung eines permanentmagnetischen Feldes für die Erzeugung der Bremswirkung. Zum Aufheben der Bremswirkung wird das permanentmagnetische Feld durch ein elektromagnetisches Gegenfeld überlagert. Durch eine drehsteife und axial bewegliche Verbindung des Ankers mit der Flanschnabe der Bremse ist eine spielfreie Übertragung des Brems moments auf die Motorwelle des Motors und ein sicheres restmomentfreies Öffnen der Bremse möglich. Für beide Bremsentypen gilt, dass sie im stromlosen Zustand geschlossen sind. Es handelt sich also um Sicherheitsbremsen; bei Stromausfall oder bei Versagen der Energieversorgung, z. B. durch Leitungsbruch wird das System sicher gehalten. Für beide Wirkprinzipien gilt das Induktionsgesetz. Wenn sich also innerhalb der Spulenwicklung einer elektromagnetischen Bremse der magnetische Fluss (die Feldlinienkennzahl) verändert, wird in der Wicklung eine Spannung induziert, die Induktionsspannung. Auf dieser Grundlage lassen sich ohne zusätzliche Komponenten Informationen über die Bremse und ihren aktuellen Zustand generieren. Die entsprechende Auswertung kann z. B. der ohnehin vorhandene Umrichter oder Motion-Controller des Antriebs übernehmen. Den Zustand der Bremse im Blick Der Strom, der durch die Spule der Bremse fließt, kann z. B. mit einem Shunt-Widerstand gemessen werden. Der Stromverlauf Bremsen liefern eine aussagekräftige Datenbasis, um Schlagworte wie Predictive Maintenance mit Leben zu füllen. Dominik Hettich während des Öffnens und Schließens elektromagnetischer Bremsen liefert dann wertvolle Informationen zum Verschleiß der Bremse und der weiteren Lebensdauererwartung: Wenn sich der Anker der Bremse beim Öffnen oder Schließen bewegt, entsteht infolge des zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses und der daraus resultierenden Induktionsspannung im Stromverlauf eine markante Ausprägung. Dieser Peak gibt Aufschluss über den Schaltzustand. Die Höhe des Stroms bei beginnendem Peak, z. B. beim Öffnen einer Federdruckbremse, ist ein Indiz für den Verschleißzustand der Bremse. Dabei kann

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