Antriebstechnik

Funktional sichere Elektroantriebe

Maschinen und Anlagen bergen enorme Gefahren für das Bedienungspersonal. Ihre hochdynamischen Kräfte können ungewollte Bewegungen (Rotation, Translation) erzeugen. Daraus resultierende, schwerwiegende Verletzungen ebenso wie Sachschäden zu vermeiden, besorgt die Sicherheitstechnik, darunter sicherheitsgerichtete Antriebe mit integrierten, zertifizierten Safety-Funktionen (im Unterschied zur IT-Zugangssicherheit – Security). Unabhängig von ihrer Ausstattung mit elektronischen, programmtechnischen und/oder elektromechanischen Betriebsmitteln zeichnen sie sich durch kürzeste Reaktionszeiten im Fehlerfall (msec), Verzicht auf zusätzliche Messsysteme und Auswerteeinheiten aus. Für den Käufer führen sie neben Zusatznutzen hinsichtlich Bauvolumen und Montage zu kürzesten Zertifizierungsaufwendungen der Gesamtanlage sowie zur minimalen Inbetriebsetzungszeit.

Die Sicherheitstechnologie stellt auf der Grundlage von Standards mit bewährter Technik entsprechende Lösungen bereit. Zweckbestimmt sichere Komponenten ersetzen die Redundanz dank ihrer durchgreifenden Selbstüberwachung. Defekte von Kabelbruch bis Gerätefehler führen nicht zu Personenschäden, weil die Einrichtung schnell in den gefahrlosen Zustand übergeht. Die Integration in das Gesamtsystem bringt weitere Vorteile. Hinzu kommt, dass nach der gültigen Maschinenrichtlinie MRL 2006/42/EG (Ersatz 98/37/EG) Hersteller solcher Komponenten und Systeme definierte Ausfallraten λ auszuweisen haben. Ihre Minimierung garantiert die Seltenheit riskanter Zustände. Zudem wächst mit der Sicherheit stets die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen überhaupt, so dass ein konsequenter, freilich anwendungsabhängiger Einsatz derartiger Technik zu höherer Produktivität führt.

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Unterschiedliche Anforderungen bestehen zwischen Fertigungs- und Prozessindustrie. Natürlich stört ein fehlerbedingter Stillstand der Stückgutfertigung, grundsätzlich ist er aber zulässig. In kontinuierlichen Verfahren (zum Beispiel Kunst-, Klebstoffherstellung) dagegen darf ein solcher Stopp nie eintreten, um riesige Verluste zu vermeiden. In diesem Bereich treten Überschneidungen mit dem Ex-Schutz auf.

„Gerichtsfeste“ Produkte

Ausgehend von der die Risikobeurteilung verschärfenden MRL, die die zu vermeidenden Gefahren beschreibt, sowie dem Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (inclusive der Maschinen-Verordnung) existieren zahlreiche Normen. Ihre Anwendung ist für Hersteller von Sicherheitsausrüstungen schon deshalb „zwingend“ zu empfehlen, um im zweifellos seltenen Fehlerfall der „Beweislastumkehrung“ zu entgehen. Internationale, zum Teil harmonisierte Standards liegen der Ausgestaltung der Funktionen und der Beurteilung ihrer Umsetzung zugrunde, sie betrachten sowohl die gesamte sicherheitstechnische Wirkungskette als auch alle Abschnitte der Lebensdauer. Übersichtlichere, quantitative Bewertungs- und Berechnungsverfahren (Risikografen) mit neuen Bemessungsgrößen wie MTTFD Ausfallzeit zwischen gefährlichen Fehlern, DC Diagnosedeckungsgrad (Fähigkeit der Fehlererkennung), CCF Beurteilung von Ausfällen gemeinsamer Ursache werden eingeführt. Die Wirksamkeit von Sicherheitsmaßnahmen charakterisieren unterschiedliche Bezeichnungen für vergleichbare Niveaus.

Sicherheitsgerichtete Antriebssysteme

In Antrieben arbeiten synchrone oder asynchrone Drehstrommotoren, seltener Gleichstrommaschinen. Alle Typen werden mit leistungselektronischen Stellgliedern angesteuert. Zwar ist der Antrieb im Sinne der MRL keine Maschine, trotzdem hat diese Komponente (zum Beispiel http://www.lenze.de; http://www.elau.de) in Normen festgelegte Sicherheitsbedingungen einzuhalten. Entsprechende, integrierte Merkmale ergänzen die Normalaufgaben, um in allen Arbeitsphasen (Betrieb, Wartung, Störung) das Risiko von Gesundheits- und Sachschäden zuverlässig zu minimieren. Gemäß EN 61800-5-2 kennzeichnen 15 Akronyme wie SS – Sicherer Stopp, SLA – Sicher begrenzte Beschleunigung solche Safety-Zweckbestimmungen. Externe Zusatzkomponenten wie sichere Steuerungen, Überwachungen, Schutzeinrichtungen entfallen. Diese Funktionalität äußert sich besonders positiv beim Ersatz des elektromechanischen Schalters zum Trennen der Einspeisung vom Antrieb durch elektronische beziehungsweise programmtechnische Lösungen und in der Applikation weiterer sicherer Aufgaben. Die Anlaufsperre „Inverter Enable IE“ verschiedener MotorController-Familien ermöglicht den „Sicheren Betriebshalt SOS“, ohne die Verbindung zum Netz oder zum Motor zu unterbrechen, den Zwischenkreis kurzzuschließen.

Sicherheitsgerichtete Antriebsperipherie

Kompatibel zur dsbzgl. Antriebstechnik existieren zahlreiche, sich eigen überwachende Komponenten. Dazu zählen: sicherheitsgerichtete Kommunikation (Bus- systeme: Profisafe, FF-SIF, Interbus-Safety u.a., Funklösungen), dezentrale Sicherheitssteuerungssysteme (SafetyBridge-Technology SBT, http://www.phoenixcontact.de; PPS 4000, http://www.pilz.de), -signalgeräte und -schaltgeräte, entsprechende E/A-Komponenten und Stromversorgungen, Sensoren für Schutz, Abstand, Position, aber auch sichere Software mit eingeschränktem Sprachumfang (LVL Limited Variability Language). Mechanische Schutzeinrichtungen wie etwa Anschlagspuffer der Lagertechnik entfallen dadurch.

Ausblick

Die antriebsintegrierte Sicherheit wird ständig verbessert. Bewährte, koexistierbare Gerätereihen erhalten nachträglich für die Verwendung in Maschinen und Anlagen mit CE-Kennung die Zertifizierung. Unabhängige Software- (Sistema – IFA/BGIA; Docufy Machine Safety – Omron Electronics GmbH) und Datenbankinitiativen (TÜV) für verlässliche Ermittlung/Angabe sicherheitsrelevanter Kennwerte unterstützen diese Entwicklung. Joachim Krause

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