Sicherheit schwerkraftbelastete Achse - Bremsen

[Proxy6484]

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Angenommen, laut Risikobeurteilung besteht für die Sicherheitsfunktion SOS ein PLr von d.
Dann ist STO als Sicherheitsteilfunktion auch in der SISTEMA-Bewertung als Fehlerreaktion der Sicherheitsfunktion SOS zu berücksichtigen, oder? „Am Ende“ der Kette von Subsystemen stehen also mein Schütz und meine Bremse (bzw. meine Schütze und meine Bremsen), wenn es sich um eine schwerkraftbelastete Achse handelt, richtig?
Wie kann die Fehlererkennung der Bremsen aussehen? Ist für Kategorie 2 eine indirekte Überwachung der Bremsung über Encoder möglich? Oder muss die Bremse direkt getestet werden (also mit vom Bremsenhersteller vorgesehenen Sensoren)?
Vielleicht könnt Ihr bei mir etwas Licht ins Dunkel bringen!?

 

[SPSAlex83]

Hi "Proxy"

ich wüsste spontan nicht, wie man die Funktion der Bremse mit Sensoren feststellen könnte. Meines Erachtens muss die Funktion der Bremse regelmäßig getestet werden und zwar mechanisch, indem man mit definiertem Moment eine Zeit x gegen die geschlossene Bremse fährt und die Bewegung beobachtet. Reicht denn Kat. 2 um deinen PL zu erreichen? Alle deine Bauteile müssen entsprechend hohe Güte haben. Außerdem klingt mir die Anforderung und dein Plan mit SOS und STO+Bremse als Sicherheit eher nach Kat3. Du möchtest nicht, dass ein Fehler in einem deiner Bauteile direkt zum Verlust der Sicherheit führt und deine Last abrauscht, oder?
Kennst du den ifa Report ? Schau dir mal Beispiel 20an. Da wird ein Antrieb mit Bremse und PLd gezeigt.

VG Alex

 

[Blockmove]

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Am einfachsten suchst du dir einen Antrieb mit SBC (Safe Break Control) und SBT (Safe Break Test).
Dann bekommst dafür auch Doku und Kennwerte.

 

[Proxy6484]

Hi "Proxy"

ich wüsste spontan nicht, wie man die Funktion der Bremse mit Sensoren feststellen könnte. Meines Erachtens muss die Funktion der Bremse regelmäßig getestet werden und zwar mechanisch, indem man mit definiertem Moment eine Zeit x gegen die geschlossene Bremse fährt und die Bewegung beobachtet. Reicht denn Kat. 2 um deinen PL zu erreichen? Alle deine Bauteile müssen entsprechend hohe Güte haben. Außerdem klingt mir die Anforderung und dein Plan mit SOS und STO+Bremse als Sicherheit eher nach Kat3. Du möchtest nicht, dass ein Fehler in einem deiner Bauteile direkt zum Verlust der Sicherheit führt und deine Last abrauscht, oder?
Kennst du den ifa Report ? Schau dir mal Beispiel 20an. Da wird ein Antrieb mit Bremse und PLd gezeigt.

VG Alex

Hi Alex,

vielen Dank für die Antwort. Ich bin aktuell leider auf die vorhandene Hardware beschränkt (Motoren mit Haltebremsen, die in Ausnahmefällen auch als Betriebsbremse eingesetzt werden dürfen). Aufgrund des Einsatzzweckes ist es schwierig zu gewährleisten, dass diese Tests regelmäßig durchgeführt werden. Die Anlage hat keine zeitlich abgeschlossenen Zyklen, nach denen man einen Test fahren könnte.
Kat. 2 würde theoretisch ausreichen. Aber mit der Begründung für die Testhäufigkeit würde ich vermutlich in Teufels Küche kommen.

Ganz so schlimm ist es beim Versagen der Bremse zum Glück nicht. Die Last rauscht zum Glück nicht ab, da ein Kontergewicht dafür sorgen wird, dass sich die Achse langsam in eine sichere Position bewegt. Bei STO geht es jedoch auch darum, Quetschungen zu verhindern. Da wäre es trotzdem ungünstig, wenn die Achse sich gemütlich weiter gen sichere Endposition bewegt.
Es befinden sich zwar mindestens zwei Motoren auf der Achse, die beide mit einer Haltebremse ausgestattet sind, jedoch fehlt mir für Kat. 3 ja noch die Diagnose. Eine Bremse kann laut Berechnung zwar auch die Achse stoppen, der Bremsweg verlängert sich jedoch dementsprechend. Ob dieser Bremsweg dann noch ausreichen kurz ist, müsste ich noch prüfen. Eine Typ C Norm existiert für diesen Maschinentyp leider nicht.

Ja, den Report kenne ich, wobei ich nicht mit absoluter Sicherheit sagen könnte, ob ich alle Beispiele genau betrachtet habe.
Leider passt Beispiel 20 nicht so recht, da die Bremse sicherheitstechnisch nicht mit betrachtet wird:

Ist die Bremse Q2 nur aus funktionalen Gründen vorhanden und somit an der Ausführung der Sicherheitsfunktion nicht
beteiligt, wird sie – wie in diesem Beispiel – bei der Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit nicht berücksichtigt. Diese
Vorgehensweise setzt voraus, dass ein Austrudeln des Antriebs bei einem Versagen der Stoppfunktion und somit bei
alleiniger Abschaltung über STO nicht mit einem verbleibenden inakzeptabel hohen Risiko verbunden ist.

Das trifft bei mir nicht zu, da schwere Quetschungen (S2) die Folge sein können.

 

[PeterK1981]

Ich lasse den Bremsentest vor jedem Zugang zur Anlage vom Umrichter durchführen. Der Umrichter selbst hat einen Bremsentest integriert und der Hersteller bietet MTTF Werte für den Umrichtertyp an.

Wir beaufschlagen die Bremse mit dem 1,25-fachen des Nennmoments und halten die Türe so lange verriegelt, bis der Bremsentest erfolgreich durchgeführt wurde.

 

[UMI-]

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Hi Alex,

vielen Dank für die Antwort. Ich bin aktuell leider auf die vorhandene Hardware beschränkt (Motoren mit Haltebremsen, die in Ausnahmefällen auch als Betriebsbremse eingesetzt werden dürfen). Aufgrund des Einsatzzweckes ist es schwierig zu gewährleisten, dass diese Tests regelmäßig durchgeführt werden. Die Anlage hat keine zeitlich abgeschlossenen Zyklen, nach denen man einen Test fahren könnte.
Kat. 2 würde theoretisch ausreichen. Aber mit der Begründung für die Testhäufigkeit würde ich vermutlich in Teufels Küche kommen.

Ganz so schlimm ist es beim Versagen der Bremse zum Glück nicht. Die Last rauscht zum Glück nicht ab, da ein Kontergewicht dafür sorgen wird, dass sich die Achse langsam in eine sichere Position bewegt. Bei STO geht es jedoch auch darum, Quetschungen zu verhindern. Da wäre es trotzdem ungünstig, wenn die Achse sich gemütlich weiter gen sichere Endposition bewegt.
Es befinden sich zwar mindestens zwei Motoren auf der Achse, die beide mit einer Haltebremse ausgestattet sind, jedoch fehlt mir für Kat. 3 ja noch die Diagnose. Eine Bremse kann laut Berechnung zwar auch die Achse stoppen, der Bremsweg verlängert sich jedoch dementsprechend. Ob dieser Bremsweg dann noch ausreichen kurz ist, müsste ich noch prüfen. Eine Typ C Norm existiert für diesen Maschinentyp leider nicht.

Ja, den Report kenne ich, wobei ich nicht mit absoluter Sicherheit sagen könnte, ob ich alle Beispiele genau betrachtet habe.
Leider passt Beispiel 20 nicht so recht, da die Bremse sicherheitstechnisch nicht mit betrachtet wird:

Das trifft bei mir nicht zu, da schwere Quetschungen (S2) die Folge sein können.

Hi Proxy,

wie berücksichtigst du in deiner SISTEMA Berechnungen die Motoren mit Haltebremsen?
Hast du da vom Hersteller Sicherheitskennwerte erhalten?

Hab bisher die Erfahrung gemacht, dass es meistens keine Werte gibt, weshalb ich bei entsprechenden Gefährdungen neben der Motor Haltebremse noch eine zusätzliche Sicherheitskomponente (Bremse, Klemmung, etc. ) einplanen lasse.

Gruß

 

[Proxy6484]

wie berücksichtigst du in deiner SISTEMA Berechnungen die Motoren mit Haltebremsen?
Hast du da vom Hersteller Sicherheitskennwerte erhalten?

Hab bisher die Erfahrung gemacht, dass es meistens keine Werte gibt, weshalb ich bei entsprechenden Gefährdungen neben der Motor Haltebremse noch eine zusätzliche Sicherheitskomponente (Bremse, Klemmung, etc. ) einplanen lasse.

Das ist genau der springende Punkt. Ich weiß es nicht. Der Hersteller (Beckhoff) gibt zwar ein Dokument mit MTTF_D-Werten raus, darunter befindet sich jedoch folgender Disclaimer:

Disclaimer:

MTBF Daten für Beckhoff Produkte sind statistische Angaben und dienen lediglich der Information über Verfügbarkeiten. Diese MTBF Daten werden ohne Gewähr irgendeiner Art oder Eigenschaft angegeben, sie basiert auf der zum Zeitpunkt der Berechnung aktuellen Produktversion. Da Produkte dem technischen Wandel unterliegen, können sich diese Werte daher ändern. Diese Angabe drückt weder direkt noch implizit aus, dass Produkte für Sicherheitsanwendungen geeignet wären. Anwender tragen unverändert die alleinige Verantwortung für die Risikoanalyse und die Auslegung und Einrichtung von Sicherheitsvorrichtungen in Ihren Applikationen.

Was bedeutet das jetzt genau für mich? Sind die Daten vollkommen für die Tonne?
Auch für die SPS (IPC) habe ich Werte erhalten, die jedoch auch mit dem Disclaimer gekennzeichnet wurden. Eigentlich hatte ich vor, den zweiten Kanal einer TwinSAFE-SC-Anwendung
Zwar kann der Verstärker STO, aber das nützt mir ja auch nichts, wenn die Bremse am Ende unsicher ist.

 

[Proxy6484]

Ich lasse den Bremsentest vor jedem Zugang zur Anlage vom Umrichter durchführen. Der Umrichter selbst hat einen Bremsentest integriert und der Hersteller bietet MTTF Werte für den Umrichtertyp an.

Wir beaufschlagen die Bremse mit dem 1,25-fachen des Nennmoments und halten die Türe so lange verriegelt, bis der Bremsentest erfolgreich durchgeführt wurde.

Danke für den Hinweis. Diese Variante werde ich auf jeden Fall auch prüfen.

 

[SPSAlex83]

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Hi Proxy,

im ifa Bsp. #23 ist auch eine Bremse im 2. Kanal mit eingebaut. Schau dir das doch auch mal an, vielleicht hilft es dir?
Hier wird ein DC von 30% für die Bremse angenommen, weil es einen statischen Einschalttest gibt (Das sollten moderne Umrichter wohl können)
In diesem Beispiel ist die Bremse nur für den Notfall. Ohne das Beispiel jetzt im Details geprüft zu haben vermute ich mal, dass die Bremse so arbeitet wie die meisten Antriebsbremsen arbeiten: Sie arbeitet nach Ruhestromprinzip und wird gelöst, wenn der Antrieb Moment hat und fällt ein vor "STO". Es gibt somit praktisch keine Reibung und keinen Verschleiß. Nur im Notfall würde die Bremse "während der Fahrt" einfallen.
Deswegen wurden hier diesen Annahmen verwendet. (Eine belastbare Aussage wird man für solche Teile von den Herstellern kaum bekommen)
Nun kommt ja wieder die Kat3 Forderung: Ein einzelner Fehler in einem der Bauteile führt nicht zum Verlust der SF. Würde sagen, dass ist gegeben da die Bremse zwar theoretisch versagen kann, du dann aber immer noch den anderen Kanal hast und umgekehrt. Versagen mehrere Bauteile in den Kanälen, so verliert man die SF, was aber auch ok ist für Kat.3.
Mechanische Bremsen sind immer eine verzwickte Sache. Ich hatte mal ein ähnliches Beispiel, wo wir am Ende ebenfalls mit "Balancern" gearbeitet haben, um im schlimmsten Fall ein Gleichgewicht herstellen zu können. Weiß nicht ob das bei euch möglich ist das genau auszutarieren.
Nach der Diskussion um die Bremse folgt dann die Diskussion zum Versagen der eventuell zwischengebauten Getriebe oder Kupplungen, sowie die Möglichkeit des Wellenbruchs. In meinen Augen kann man ein solches System kaum Wasserdicht machen

VG