Auf Nummer sicher auf einen blick

Schwerpunkt Antriebstechnik

Frequenzumrichter – In allen Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serie SD2x sind jetzt standardmäßig ein Lastindikator und zusätzliche Sicherheitsfunktionen integriert. So ist es möglich, Belastungsveränderungen des angeschlossenen Motors sicher zu erkennen.

02. Februar 2018

Motoren müssen immer mehr leisten. Damit dabei nichts passiert, hat Sieb & Meyer einen Lastindikator und wichtige Sicherheitsfunktionen in ihre Antriebselektronik integriert. »Wir gehen auf Kundenwünsche ein, können zuhören und maßgeschneiderte Lösungen umsetzen«, sagt Vorstand Technik Torsten Blankenburg. »So ist auch unser neuer Lastindikator entstanden, der mittlerweile Standard in allen unseren Frequenzumrichtern ist.«

Das Messinstrument eignet sich vor allem für dynamische, aber präzise Anwendungen wie Spindeln für Werkzeugmaschinen, wo es Werkzeugbruch und –verschleiß frühzeitig erkennen und Gefahren für Mensch und Maschine abwenden kann. Es basiert nicht auf akustischen Sensoren – ausgewertet werden Laständerungen auf Basis des tatsächlichen drehmomentbildenden Motorstroms. Das zielt schon in Richtung vorausschauende Wartung, denn ist eine vorab eingelesene Belastungsschwelle erreicht, erfolgt eine Mitteilung und das betreffende Werkzeug kann kurzfristig ausgetauscht werden. »Die Auswertung hat eine Grenzfrequenz von 2000 Hz und kann somit auch hochdynamische Ereignisse detektieren«, freut sich Blankenburg.

Bei den Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serie SD2x von Sieb & Meyer kann der Lastindikator aber auch das Berühren von Werkzeug mit Werkstück, das sogenannte Anfunken, erkennen. »Sonst erfolgt dies über teure Körperschallsensoren. Unsere Kunden konnten so mehrere Tausend Euro einsparen«, erklärt Torsten Blankenburg. »Unser Lastindikator reagiert sehr sensibel, und so können wir ein sehr gutes Tool bereitstellen.«

Garant für Sicherheit

Bei gleichbleibend hoher Produktivität steht im Maschinenbau aber immer auch die Sicherheit im Vordergrund. Dazu Blankenburg: »Aufgrund der neuen Maschinenrichtlinie müssen sich die Maschinenbauer sehr stark mit dem Thema Maschinenschutz beschäftigen. Damit er die strenge Richtlinie erfüllen kann, haben wir ganz neu zwei sensorlose Sicherheitsfunktionen speziell für rotierende Motoren ohne Drehzahlgeber in unsere Frequenzumrichter integriert.«

Im Einzelnen handelt es sich dabei um »Sicherer Stillstandsmonitor« (SFM – Safe Frequency Monitor) und »Sicher begrenztes Drehfeld« (SLOF – Safe Limited Output Frequency), die auf der serienmäßig in allen SD2x-Geräten integrierten Funktion »Safe Torque Off« (STO) aufbauen.

Sie sind vom TÜV Nord nach EN61508:2010 geprüft und erfüllen die Anforderungen eines Sicherheits-Integritätslevels von SIL3. Mit der Sicherheitsfunktion SFM kann der Bediener sicher erkennen, ob eine geberlose Spindel nach dem Ausschalten den Stillstand erreicht oder eine sichere Drehzahlfrequenz unterschritten hat. Solange dies nicht geschehen ist, wird beispielsweise eine Schutztür nicht freigegeben. Diese Sicherheitsfunktion ist für rotierende Achsen vorgesehen. SFM erkennt das elektrische Drehfeld des Motors. Über die Polzahl des Motors lässt sich somit eine genaue Aussage über das mechanische Drehfeld machen.

SFM basiert auf einer frequenzabhängigen, vom Motor induzierten Spannung beziehungsweise der Restmagnetisierung. Diese Spannung ist sowohl bei Synchronmotoren als auch bei Asynchronmotoren an den Motorklemmen messbar. Der Antrieb ermittelt aus dieser Spannung die aktuelle Drehfeldfrequenz und vergleicht diese mit dem parametrierten Grenzwert. Liegt die Drehfeldfrequenz unterhalb der parametrierten Grenzfrequenz, generiert der Antrieb das Statussignal »sicherer Stillstand«. Das Stillstandsignal lässt sich nur bei deaktivierter Endstufe und abgeschalteter Hauptspannung generieren. Bei eingeschalteter Endstufe oder eingeschalteter Hauptspannung wird immer der Status »kein Stillstand« eingenommen.

Mit der Sicherheitsfunktion SLOF lässt sich sicherstellen, dass eine kritische Drehzahl nicht überschritten wird. Dafür ermittelt die Funktion die aktuell vom Umrichter erzeugte Drehfeldfrequenz und vergleicht sie mit dem parametrierten Grenzwert. Liegt die Drehfeldfrequenz im parametrierten Bereich, generiert der Antrieb das Statussignal »Frequenz nicht zu hoch«. Bei einer Überschreitung des Grenzwerts wird die Endstufe mittels STO freigeschaltet, das System erzeugt kein weiteres Drehmoment und somit keine weitere Beschleunigung. Dies entspricht dem Status »Frequenz zu hoch«.

Die neue Sicherheitsfunktion SLOF ermöglicht durch diese Eigenschaften die sichere Begrenzung des Drehfelds einer Spindel. Sie verhindert, dass die angeschlossene Spindel aktiv durch den Antrieb auf eine zu hohe Frequenz beschleunigt wird. Bei einer Überschreitung der sicher parametrierten maximalen Drehfeldfrequenz durch eine Fehleingabe oder Fehlfunktion des Antriebsverstärkers wird die Endstufe mittels der Funktion STO freigeschaltet. »Die SLOF-Funktion ist eine originäre Entwicklung von Sieb & Meyer, und das freut uns sehr«, sagt Torsten Blankenburg.

Optimaler Motorbetrieb

Mit den standardmäßig bereitgestellten Antriebsfunktionen SVC und U/f-PWM in den Frequenzumrichtern der Produktfamilie SD2x gewährleistet Sieb & Meyer einen Betrieb von Hochgeschwindigkeits-Synchron- bzw. Asynchronmotoren mit geringsten Rippelströmen. »So vermeiden wir die Entstehung von umrichterbedingten Verlusten, die sich negativ auf die Leistungsfähigkeit einer Maschine auswirken. Im Fall der Variante SD2M sind wir zusätzlich in der Lage, durch Einsatz der so genannten Multi-Level-Technologie und sehr hoher Schaltfrequenzen geringste Rippelströme zu garantieren und die Verluste gegenüber den anderen SD2x-Varianten nochmals zu halbieren.« Hierdurch können viele elektromechanische Zusatzkomponenten wie Drosseln oder Filter entfallen. »In Verbindung mit unserem Motor Analyzer können wir die Effizienz einer Maschine durch eine optimale Systemauslegung zudem spürbar steigern und somit unseren Kunden einen weiteren Mehrwert bieten.« erläutert Torsten Blankenburg.

Auf einen Blick

Sieb & Meyer ist seit 1962 ein internationaler Anbieter von industrieller Antriebstechnik. Mit heute 210 Mitarbeitern entwickelt und fertigt das Unternehmen Steuerungstechnik und Antriebselektronik. Zu den Kerntechnologien gehören etwa Steuerungen, Servoverstärker, Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeit und Einspeisetechnik.

Erschienen in Ausgabe: Nr. 01/2018