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Leistung ohne Lärm

Automatisierung: Sicherheit und Ergonomie integrieren
Leistung ohne Lärm

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Technische Innovationen in der Steuerungs- und Antriebstechnik machen den Maschinen- und Anlagenbau nicht nur leiser und effizienter. Viele Neuerungen verbessern gleichzeitig die Sicherheit und das Arbeitsumfeld der Benutzer.

Wie schwierig der Schutz der Mitarbeiter in der Praxis durchzusetzen ist, zeigt eine Studie des Instituts für Arbeitsschutz der deutschen gesetzlichen Unfallversicherung (BGIA). Sie hat ergeben, dass bei 37 % aller metallverarbeitenden Anlagen in Deutschland Sicherheitsvorkehrungen absichtlich außer Kraft gesetzt werden, selbst wenn das zu einer erheblichen Gefährdung führen kann. Solche Eingriffe treten vor allem auf, wenn sich Mitarbeiter durch eine Maßnahme in ihrer Arbeit behindert fühlen. Die Studie „Manipulation von Schutzeinrichtungen an Maschinen“ kommt zum Ergebnis, dass integrierte Schutzmaßnahmen, die nicht auffallen und in den Arbeitsablauf harmonisch eingebunden sind, zu geringen Manipulationsanreizen führen.

Hersteller und Konstrukteure von Maschinen sind deshalb aufgerufen, Maßnahmen für die aktive und passive Sicherheit in ihren Produkten zu berücksichtigen. Die Bosch Rexroth AG aus Lohr (Halle 4, Stand D12) nutzt beispielsweise ihr übergreifendes Know-how bei Antriebs- und Steuerungstechnologien dafür, Sicherheitsaspekte in sämtlichen Bereichen zu integrieren. Indem Schutzfunktionen zur Grundausstattung der Produkte gehören, erhöhen sie automatisch die aktive und passive Sicherheit der Benutzer. Das Spektrum der Maßnahmen ist so vielfältig wie der Maschinenbau und reicht von Antrieben mit sicheren Bremssystemen, über das kontrollierte Handling von Werkstücken und die zu jeder Zeit sicheren Kommunikation zwischen Steuerungen und Antrieben bis zu umfangreichen ergonomischen Produktdetails.
Mit der IndraDrive-Familie existiert ein Antriebssystem, das eine Absturzsicherung für Vertikalachsen gemäß Kategorie 3 der EN 954–1 garantiert. Das integrierte Brems- und Haltesystem nutzt drei unabhängige Kanäle zum redundanten Halten vertikaler Achsen: das Drehmoment des Antriebs sowie zwei mechanische Bremsen. Durch eine fein abgestimmte Eskalationsstrategie gewährleistet das System in jeder Situation hohe Sicherheit. Die eingebauten Saftey-Funktionen stellen sicher, dass die Antriebe exakt stoppen und bei Bedarf auch ohne Strom die Position halten.
Das sichere Halten von Lasten gehört auch bei Hydraulikpressen seit jeher zu den Grundvoraussetzungen für sicheres Arbeiten. Zahlreiche Sicherheitsfunktionen überwachen mit redundanten Maßnahmen das Starten und Stoppen von Bewegungen. Sicherheitsventile verhindern, dass sich Druck aufbauen kann, bevor die Achse freigegeben wird. Auf der Ringseite sichern stellungsüberwachte Ventile als Gegenhaltung vor einem Druckverlust. Über redundante Maßnahmen wird sichergestellt, dass die Steuerung die gewünschte Position der Achse auch bei Belastung hält.
Wie schnell und präzise eine Sicherheitsfunktion arbeiten kann, zeigt die Vorschubachse für Werkzeugmaschinen mit mechanischer Klemmung. Selbst bei einem Stromausfall erreicht die Klemmachse eine maximale Positionierungstoleranz von 20 μm, also weniger als die Breite eines Haares. Realisiert wird dies mit einer geprüften, einbaufertigen, platzoptimierten Einheit, bestehend aus Zylinder mit Weggeber, Regelventil mit integrierter Motion-Control-Elektronik und Busanbindung zur Maschinensteuerung sowie der integrierten mechanischen Klemmung. Wie die Klemmachse zeigt, bestehen moderne Maschinen aus einer Kombination verschiedenster Antriebe und Steuerungen. Je weiter die Automatisierung geht, desto größer wird der Bedarf an Kommunikation zwischen den einzelnen Einheiten. Ein geänderter Parameter oder eine kleine Abweichung von der Norm kann wesentliche Auswirkungen auf die nachfolgenden Verarbeitungsschritte haben. Einfache Feldbusse, die die Kommunikation innerhalb der Maschinen regeln, werden zunehmend durch flexible Netzwerke ersetzt, die den Datentransport zwischen beliebigen Systemen erlauben. Das so genannte Industrial Ethernet basiert auf denselben Protokollen wie das Internet. Für die Produktion sind jedoch zusätzliche Funktionen wie Echtzeitfähigkeit oder Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse notwendig.
Die Echtzeit-Ethernet-Lösung Sercos III bietet den schnellen Datentransfer mit 100 MBit/s, die extrem kurze Zykluszeit von 31,25 ms Echtzeitbetrieb und die redundante Datenübertragung, die mit einem zertifizierten Sicherheitsprotokoll überwacht wird. Sercos safety stellt sicher, dass Informationen ohne separate Leitungen sicher übertragen werden. Wird beispielsweise der Not-Halt-Schalter gedrückt oder stellt ein Sensor die Überhitzung eines Antriebs fest, muss die Steuerung die betroffene Maschine kontrolliert sichern und abstellen. Jede Verzögerung und jeder Fehler in der Datenübermittlung könnte Folgen haben und muss deshalb sicher vermieden werden. Zur gesicherten Datenübertragung wird das CIP Safety-Protokoll der ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) verwendet.
Ein weiterer Bestandteil des Konzeotes ist das Engineeringtool IndraWorks, das die Programmierung komplexer Abläufe mit Visualisierung in einer zeitgemäßen grafischen Oberfläche erlaubt. Die IndraMotion-Familie ist die Basis universeller und branchenspezifischer Automatisierungslösungen. Die intelligenten Steuerungen erfüllen höchste Ansprüche und sind sehr einfach zu bedienen. Das Flexprofile von „IndraMotion for Packaging“ erleichtert beispielsweise Produkt- und Formatumstellungen ohne Programmieraufwand. Per Dialog werden die Parameter abgefragt und der Programmcode automatisch generiert. Das vermeidet Fehler und erhöht die Verfügbarkeit im Betrieb.
Intelligente Kommunikation hilft auch, pneumatische Anlagen schon vor der Inbetriebnahme zu testen. Das DDL-X-Tool prüft alle Komponenten, indem sie vorab ohne Steuerung in Betrieb genommen werden. Möglich wird das über den integrierten Drive and Diagnostic Link (DDL).
Intelligente Elektronik ist die Voraussetzung für Erfolge in der Automation. Das Zusammenspiel von Steuerung und Antrieben ist aber auch entscheidend, um die Energieeffizienz zu erhöhen und das Geräuschniveau zu reduzieren. In vielen alten Anlagen arbeiten ungeregelte Systeme, die im aktivierten Zustand auf Volllast fahren. Das ist aber oft gar nicht die ganze Zeit notwendig, so dass eine situative Regelung die Leistungsaufnahme spürbar verringern kann. Das führt in der Regel auch zu weniger Geräuschentwicklung, was positiv für die Mitarbeiter und die Umwelt ist. Ein Beispiel sind die drehzahlvariablen Pumpenantriebe (DvP). Diese Produktfamilie kombiniert leistungsfähige Hydraulikpumpen mit hochdynamischen Servomotoren und einer variablen Steuerung. Um je nach Anforderung des Systems den Druck im gewünschten Niveau zu halten, dürfen hydraulische und elektrische Komponenten nicht separat betrachtet werden. Denn trotz Energieeinsparung soll das Antwortverhalten der Pumpe spontan bleiben, was zu hohen Beschleunigungsdrehmomenten führen kann. Die einseitige Ansteuerung des Elektromotors alleine könnte dies nicht leisten. Die gemeinsame Druckregelung über Pumpe und Servomotor ist die Herausforderung.
Dr. Karl Tragl Bosch Rexroth AG, Lohr
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