Die Ansätze von Industrie 4.0 und die damit verbundene direkte Vernetzung von Menschen, Maschinen und Produkten hat für die Antriebssteuerung weitreichende Konsequenzen. Auch in puncto Sicherheit. Die Crux: eine normgerechte und manipulationsresistente Sicherheit darf nicht im Widerspruch zur Verfügbarkeit der Maschine selbst stehen – denn kurze Stillstandzeiten sind auch in Zukunft ein wichtiger Erfolgsfaktor in der Produktion. Der neue Motion Controller von Faulhaber sollte daher zwei Herausforderungen auf einen Nenner bringen: die Beibehaltung hoher Verfügbarkeit sowie möglichst hohe Sicherheit für die Menschen, die die Maschinen bedienen.
Wo STO die beste Wahl ist
Eine integrierte, redundante Sicherheitsabschaltung nach dem STO-Prinzip sollte das gewährleisten. Dabei wird die Ansteuerung zum Motor sofort unterbrochen, wenn z.B. vom Bediener durch ein Lichtgitter gegriffen wird. Auf diese Weise kann der Motor keine Drehmoment bildende Energie mehr liefern. Wichtig ist das etwa in sicherheitsrelevanten Anwendungen an Bestückautomaten, wo Bediener häufig in die Maschine eingreifen müssen. Solche Gefährdungspotenziale gilt es von vornherein zu identifizieren und zuverlässig sowie sicherheitsgerichtet zu beherrschen. STO kann also überall dort eingesetzt werden, wo der Antrieb durch das Lastmoment oder durch Reibung innerhalb einer ausreichenden Zeitspanne selbst zum Stillstand kommt, oder wenn das Austrudeln des Antriebs keine sicherheitstechnische Relevanz hat. In Kombination mit einer sicheren Bremse (SBC) wäre auch eine Anwendung in Vertikalachsen möglich. STO ist folglich gegenüber herkömmlicher Sicherheitstechnik auf Basis von elektromechanischen Schaltgeräten immer dann die beste Wahl, wenn beim Anlagenbau der Platz für separate Komponenten knapp ist, und der Aufwand für deren Verdrahtung und Wartung zu groß. Ein weiterer Vorteil: Wegen der schnellen elektronischen Schaltzeiten hat die Funktion eine kürzere Reaktionszeit als die elektromechanischen Komponenten einer herkömmlichen Lösung. Gerade bei hochintegrierten Systemen kann das ein unschlagbarer Vorteil sein. Und aufgrund der – ebenfalls im STO-Prinzip vorgesehenen – Wiederanlaufsperre, wird unter anderem auch ein ungefährdetes Arbeiten bei offener Schutztür oder an Maschinen und Anlagen mit bewegten Achsen möglich. Passende Eigenschaften für die neu entwickelten Motion Controller, da diese vor allem im Bereich Robotik, Pick&Place, industriellem Geräte- und Sondermaschinenbau sowie in der Automatisierungstechnik Einsatz finden.
Experten-Eskorte im Projekt
Um die STO-Funktion in die neuen Antriebscontroller integrieren zu können, holte sich der Antriebshersteller mit der Firma Systemtechnik Leber einen Experten für Systems Engineering und Sicherheit an Bord – denn das Projekt war für das Faulhaber das erste im Bereich der funktionalen Sicherheit. Systemtechnik Leber ist spezialisiert auf Elektronikentwicklungen und zählt bereits seit 2013 TÜV-zertifizierte Functional Safety Engineers zum Mitarbeiterstamm. „Es war uns wichtig, das Projekt von jemandem begleiten zu lassen, der bereits Erfahrung damit hat – gerade im regulatorischen Umfeld“, so Volker Hausladen, Produktmanager Antriebssysteme bei Faulhaber. Dass Leber zudem nicht nur beratend tätig war, sondern auch die technische Umsetzung – und damit die Produktentwicklung selbst – begleiten konnte, war schließlich ausschlaggebend für die Zusammenarbeit.
Maßgeschneiderte Sicherheitsfunktion
Nach Vorgaben der Entwicklungsabteilung wurde auf Basis der bestehenden Ansteuerelektronik eine Funktion nach dem STO-Prinzip entwickelt – maßgeschneidert und an die Baugröße des bestehenden Elektronikbauteils angepasst. Im nächsten Schritt wurde dann die Neuentwicklung nach Vorgaben der Norm EN615008:2010 dokumentiert und schließlich auch zertifiziert. Systemtechnik Leber begleitete den Produktentwicklungsprozess bis hin zur Serienreife, darunter auch die Serienvorbereitung inklusive sämtlicher Abnahmetests in der Produktion. Das gesamte Entwicklungsprojekt lässt sich in drei Abschnitte gliedern:
