antriebstechnik 1/2025

UMRICHTERTECHNIKANTRIEBSINTEGRIERTE SICHERHEITSFUNKTIONEN BIS SIL 3WERKZEUGMASCHINEN OHNEDREHZAHLGEBER SICHER BETREIBENRotierende Werkzeuge sind eine besondere Gefahr für Bediener undServicetechniker. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG stellt einheitlicheAnforderungen an die Sicherheit und den Gesundheitsschutz,die Maschinenhersteller erfüllen müssen. Antriebsintegrierte, sensorloseSicherheitsfunktionen bieten hier kostenoptimierte Safety-Lösungen fürWerkzeug maschinen und Bearbeitungszentren. Ein Antriebs spezialist zeigt,wie ohne Geber Drehfeld und Stillstand sicher überwacht werden können.Maschinensicherheit funktional und kostengünstigumsetzen: Das können Maschinenbauer mit demSD2 Drive Controller der Sieb & Meyer AG. Die sensorlosenSicherheitsfunktionen SFM (Safe FrequencyMonitor) und SLOF (Safe Limited Output Frequency) sind imDrive Controller implementiert. Geberlos kann damit sowohl dasDrehfeld als auch der Stillstand überwacht werden. Spindeln undMotoren müssen also zur sicheren Drehzahlüberwachung nichtmit Drehzahlgebern ausgestattet werden. Besonders re levant istTorsten Blankenburg, CTO, Sieb & Meyer AG, Lüneburgdas für Hochgeschwindigkeitsfräsen oder -schleifen, bei denenhäufig aus platztechnischen oder finanziellen Gründen auf Drehgeberverzichtet wird.„Die Herausforderung für den Maschinenhersteller besteht darin,die Aspekte Personensicherheit und Produktivität gleichzeitigoptimal beziehungsweise normkonform umzusetzen“, sagtMarkus Finselberger, Leiter Vertrieb Antriebselektronik beiSieb & Meyer und erläutert: „Bei klassischen Sicherheits lösungenmüssen die Motoren oder Spindeln mit sicheren Drehzahlgebernausgestattet sein, um gefährliche Betriebszustände erfassen odervermeiden zu können.“ Diese Drehgeber werden wiederum vonspeziellen Sicherheitskomponenten ausgewertet. Sowohl derDrehgeber als auch die Überwachungsgeräte sind zusätzlicheBauteile in dem oft knappen Bauraum der Maschine oder im16 antriebstechnik 2025/01 www.antriebstechnik.de

Schaltschrank. Neben den höheren Kosten ist auch mit einemhöheren Installations- und Wartungsaufwand zu rechnen. Zudemsteigt das Ausfallrisiko durch mehr Komponenten. Alternativkönnen Maschinenhersteller auch Abstriche hinsichtlich derPerformance der Maschine hinnehmen: Eine Möglichkeit ist zumBeispiel, statt einer Stillstand-Messung einfach eine gewisse Zeitbis zur Türöffnung verstreichen zu lassen, um bei rotierendenWerkzeugen sicherzugehen, dass keine Gefahr mehr für den Bediener-oder Servicetechniker besteht.VERLETZUNGSRISIKO VERRINGERNDen Endkunden stehen konkret die folgenden TÜV-zertifiziertenSicherheitsfunktionen zur Verfügung: „Sicherer Stillstandsmonitor“(SFM – Safe Frequency Monitor) und „Sicher begrenztesDrehfeld“ (SLOF – Safe Limited Output Frequency). Sie sind vomTÜV Nord nach EN61508:2010 zertifiziert und erfüllen die Anforderungeneines Sicherheits-Integritätslevels von SIL 3. Das Besonderean diesen Funktionen: Sie benötigen keine zusätzlichenDrehgeber an den Spindeln.Mit der Sicherheitsfunktion SFM erkennt der SD2 sicher, obeine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreichtoder eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. Solangedies nicht geschehen ist, wird zum Beispiel eine Schutztürnicht freigegeben. Diese Sicherheitsfunktion ist für rotierendeAchsen vorgesehen – unter anderem von Schleif- oder Frässpindeln.SFM misst das elektrische Drehfeld des Motors, worübersich eine genaue Aussage über das mechanische Drehfeldtreffen lässt. Welche Drehzahlen oder Drehfeldfrequenzen alssicher definiert sind, ergibt sich aus der Risikobeurteilung gemäßder Maschinenrichtlinie.Die SFM-Funktion basiert auf einer frequenzabhängigen, vomMotor induzierten Spannung respektive der Restmagnetisierung.Diese Spannung ist sowohl bei Synchronmotoren als auch beiAsynchronmotoren an den Motorklemmen messbar. Der Antriebermittelt aus dieser Spannung die aktuelle Drehfeldfrequenz undvergleicht diese mit dem parametrierten Grenzwert. Erreicht dieDrehfeldfrequenz den parametrierten Bereich, generiert der Antriebdas Statussignal „Standstill“ (sicherer Stillstand).BEGRENZUNG DER WERKZEUGDREHZAHLMit der Sicherheitsfunktion SLOF lässt sich sicherstellen, dasseine kritische Drehzahl nicht überschritten wird. Dies ist etwa fürden Fall relevant, dass ein Werkzeug durch eine Überdrehzahlbersten und dadurch Personen gefährden könnte. Dafür ermitteltdie Funktion die aktuell vom Umrichter erzeugte Drehfeldfrequenzund vergleicht sie mit dem parametrierten Grenzwert.Bei einer Überschreitung des Grenzwerts wird die Endstufe mittelsinternem STO freigeschaltet, das System erzeugt kein weiteresDrehmoment und somit keine weitere Beschleunigung unddie Spindel trudelt aus.Die Funktion SLOF ermöglicht somit die sichere Begrenzungdes Drehfeldes einer Spindel. Sie verhindert, dass die angeschlosseneSpindel aktiv durch den Antrieb auf eine zu hohe Frequenzbeschleunigt wird. Eine Überschreitung der Frequenzdurch eine aktive, externe Beschleunigung lässt sich dabei jedochnicht verhindern, wie zum Beispiel im Generatorbetrieb.Bei einer Überschreitung der sicher parametrierten maximalenDrehfeldfrequenz, etwa durch eine Fehleingabe, wird die Endstufemittels der Funktion STO freigeschaltet.LASTÄNDERUNGEN ERKENNENNicht zuletzt ist in allen Sieb & Meyer Frequenzumrichtern undServoverstärkern der Serien SD2x und SD4x ein Lastindikator integriert.Er wertet den drehmomentbildenden Strom des MotorsWeniger Komponenten,kleinere Schaltschränke,geringerer Aufwand:AntriebsintegrierteSicherheitsfunktionenstellen für Hersteller vonBearbeitungs- undWerkzeugmaschinen einenechten Mehrwert daraus und kann so akustische Körperschallsensoren ersetzen. Laständerungendes Motors werden so mit großer Genauigkeit festgestellt.Daraus können Rückschlüsse auf einen möglichen Werkzeugbruchoder den Werkzeugverschleiß gezogen werden. DerLastindikator kann ebenso das Berühren von Werkzeug mit demWerkstück („Anfunken“) erkennen. Nicht zuletzt lassen sich mithilfedes Lastindikators Bearbeitungsvorschübe flexibel anpassen.Bilder: Sieb & Meyer, Einklinker im Aufmacherbild: Kellenbergerwww.sieb-meyer.deDIE IDEE„Der digitale Drive Controller SD2von Sieb & Meyer ist speziell fürMehrachssysteme konzipiert –also Maschinen, in denen mehrereBearbeitungsspindeln zum Einsatzkommen. Die integrierten, sensorlosenSicherheitsfunktionen‚Sicherer Stillstandsmonitor‘und ‚Sicher begrenztes Drehfeld‘können hier einen wesentlichenBeitrag leisten, um Bediener zuschützen. Als funktionale undkostengünstige Lösung bieten dieSicherheitsfunktionen bis SIL 3Herstellern von Bearbeitungszentrenund Werkzeugmaschinen einenechten Mehrwert. In vielen Rundtakt-oder Schleifmaschinen habensich die TÜV-zertifizierten Sicherheitsfunktionenbereits bewährt.“Markus Finselberger,Leiter Vertrieb Antriebselektronik,Sieb & Meyer AG, Lüneburgwww.antriebstechnik.de antriebstechnik 2025/01 17