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Bild: Bartosz Hadyniak, iStock
Elektronische Momentregelung

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Bremsen intelligent ansteuern

Text: Simone Winkler, Mayr Antriebstechnik
Zuverlässige Sicherheitsbremsen sind äußerst wichtig. Dazu gehören auch die verschiedenen Steuermodule für die intelligente Ansteuerung der Bremsen. Diese Module sorgen zum Beispiel für eine erhebliche Energieeinsparung oder aber ermöglichen eine elektronische Bremsmomentregelung und damit das sanfte Verzögern von Geräten und Maschinen.

Effizienz- und Leistungssteigerung sind zentrale Themen in allen Be­reichen des Maschinenbaus. Daher setzen Hersteller von Maschinen und Komponenten auf wertschöp­fungsorientierte, wirtschaftliche und energiesparende Lösungen. Bei der Entwicklung von elektromagnetischen Federdruckbremsen verbessert Mayr Antriebstechnik den magnetischen Fluss durch konstruktive Gestaltung und Werkstoffwahl so, dass die geforderte Magnetzugkraft mit möglichst geringer Spulenleistung erreicht wird. Denn die bestmögliche Auslegung der Magnetspulen und magnetfeldfeste Konstruktion sind wichtige Aspekte bei der Energieeinsparung.

Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb: Durch die Ansteuerung der Bremsen mit einem speziellen ROBA-Switch Gleichrichter lassen sich bis zu 93 Prozent der Energie einsparen.

Hohes Einsparpotenzial

Die elektromagnetischen Sicherheitsbremsen arbeiten nach dem Fail-Safe-Prinzip. Sie sind im stromlosen Zustand durch Federkraft geschlossen. Durch Anlegen der elektrischen Spannung baut sich ein Magnetfeld auf, das die Bremse lüftet und offenhält. Beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig mit einer hohen Spannung bestromt. Denn in dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich, um die Ankerscheibe über den Luftspalt anzuziehen. Liegt die Ankerscheibe am Magnetkörper an, reicht allerdings eine wesentlich kleinere Magnetkraft aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann in dieser Phase die Spannung deutlich abgesenkt werden. Auf diesem Verhalten basiert ein Großteil des Energie-Einsparpotenzials durch den ROBA-Switch Gleichrichter: Verhältnisse von bis zu 4:1 zwischen Anzugsspannung und Haltespannung sind möglich. Senkt der Gleichrichter die Spannung nach dem Lüften der Bremse auf ein Viertel des Wertes ab, sinkt die Spulenleistung und damit auch der Energieverbrauch auf nur mehr 6,25 Prozent. Durch eine verbesserte Ansteuerung der Bremsen können also bis zu 93,75 Prozent der Energiekosten gespart werden. Bei konventionell betriebenen Bremsen wird die Spannung dagegen oftmals nicht verändert und so eine große Menge Energie unnötig verschwendet.

Smart schalten – angepasst bremsen

Federdruckbremsen kennen anders als PKW-Bremsen konstruktionsbedingt nur zwei Betriebszustände – Bremsmoment vorhanden und Bremsmoment aufgehoben. Daher erfolgt jeder Bremsvorgang mit dem maximal zur Verfügung stehenden Bremsmoment. Genau wie bei der Fahrt mit dem PKW ist aber auch bei Geräten und Maschinenanwendungen mit dynamischen Bremsungen oftmals eine dosierte, gleichmäßige Verzögerung wünschenswert. Deshalb bietet Mayr mit dem neuen intelligenten Bremsmoment-Steuermodul nun eine wirtschaftliche Lösung, um bei ROBA-Stop Federdruckbremsen ein variables Bremsmoment zu erzeugen und so Maschinen gleichmäßig und sanft zu verzögern.

Stufenlose Veränderung des Bremsmoments

Bei Geräten mit wechselnder Beladung wie beispielsweise Flurförderzeugen wird die Bremse bislang bezogen auf die Maximalbeladung dimensioniert. Allerdings ist es nicht immer sinnvoll, mit dem vollen Bremsmoment zu arbeiten. So kann bei Teilbeladung eine stärkere Verzögerung zu einer Beschädigung des Transportgutes oder sogar zum Rutschen der Räder führen. Wenn nun die Anlage die Betriebszustände erfasst und in ein Vorgabesignal für das neue intelligente Schaltgerät umwandelt, ist eine elektronische Bremsmomentregelung möglich. Mit dem neuen System gelingt es dem Bremsenhersteller, die Anpresskraft auf die Bremsbeläge und damit das Bremsmoment während des Betriebs stufenlos zu verändern. Maschinen können so sanft verzögert werden, angepasst an die jeweiligen Anlagenanforderungen. Daneben lassen sich bei Anwendungen, die ein konstantes Bremsmoment in engen Toleranzgrenzen fordern, mit der neuen Bremsmomentregelung negative Einflüsse auf die Bremsmomentkonstanz kompensieren.

Voraussetzung für die smarte Maschine

Das Schaltgerät, das mit 24 oder 48 VDC betrieben wird, kann Bremsen mit einem Spulennennstrom von 10 beziehungsweise 5 A ansteuern. Daneben kann mit zwei Digitaleingängen die resultierende Klemmkraft für den Bremsrotor auf 25, 50 oder 75 Prozent der Nennfederkraft vorgeben werden. Alternativ ist auch ein stufenloses analoges Vorgabesignal von 0 bis 10 V möglich. Sensorlos ermittelt das Schaltgerät, ob die Ankerscheibe angezogen oder abgefallen ist. Damit ist es möglich wahlweise die Übererregungszeit automatisch anzupassen. Dadurch dass das intelligente Schaltgerät den Schaltzustand der Bremse erfasst, sind keine sonst üblichen Mikroschalter oder Näherungsinitiatoren mit dazugehöriger Verkabelung nötig. Das Gerät schließt außerdem auf mögliche Verschleißreserven und erkennt gegebenenfalls unzulässige Erwärmung. Mit seinen kompakten Abmessungen von 30 x 69 x103 mm lässt es sich einfach in Schaltschränke integrieren.

Mit dem Bremsmoment-Steuermodul können Regelkreise aufgebaut sowie Bewegungen intelligent gebremst werden – eine gute Voraussetzungen für den Einsatz in der smarten, vernetzten Maschinen der Zukunft.

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