Anforderungen im Pressenbetrieb

Ein Beispiel für das Einsatzgebiet einer Exner-Presse stellt eine Anlage zur automatisierten Fertigung von Gitterrinnen dar. Bei dieser entnimmt ein Greifer vollautomatisch die nahezu fertiggestellten, 3 m langen Kabelrinnen aus der Schweißstation. Anschließend positioniert er das Werkstück mit dessen Ende in einer kompakten Hydraulikpresse. Die Kabelrinne ist tatsächlich eine Gitterrinne und besteht aus mehreren punkt- bzw. querverschweißten, rund 4 mm dicken Stahldrähten. Damit die filigranen Gitterrinnen später zeitsparend und schraubenlos verlegt werden können, formt die Presse mit einer Kraft von 1 000 kN an der Kopfseite eine besondere Verbindungsmuffe aus.

Bei dieser Anlage wird der Risikominimierung in weiten Teilen mit Schutzzäunen Rechnung getragen. Im laufenden Betrieb sorgen Not-Halt-Taster, Zugangstüren mit sicherer Zuhaltung sowie Zugangsberechtigungssysteme für Sicherheit.

Auch im Einrichtbetrieb muss sich der Werker darauf verlassen können, dass kein Risiko für Leib und Leben besteht. Im Zuge des Werkzeugwechsels ist sicherzustellen, dass sich die Presse lediglich mit einer Geschwindigkeit von maximal 10 mm/s bewegt. „Unser Auftraggeber verlangte, dass wir den sicheren Einrichtund Wartungsbetrieb optimieren, einen schnelleren Werkzeugwechsel möglich machen und damit die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Presse erhöhen“, bringt Michael Lange, technischer Leiter bei Exner, die Kundenanforderungen auf den Punkt.

Das Sicherheitsprinzip

Sicherheit bei der Einrichtung von Pressen lässt sich klassisch auch über eine Kontrolle des Volumenstroms der eingesetzten Pumpen gewährleisten. Weil die Presse für Gitterrinnen aufgrund der Taktvorgabe der Produktionslinie nur alle 20 s einen Hub ausführen muss, schien das energieaufwendige Vorhalten der vollen Pumpenleistung unter Kosten- und Effizienzaspekten überdenkenswert. Exner entschied sich daher für den Einsatz eines hochdynamischen, servo-hydraulischen Antriebs.

Um ein unkontrolliertes Anfahren oder Beschleunigen des Pressenstempels auszuschließen, entwickelten die Ingenieure von Exner eine innovative und effiziente Sicherheitslösung: Zur sicheren Überwachung der Geschwindigkeit setzen sie das magnetcodierte Wegmesssystem BML05RP von Balluff [4] ein, das mit dem Steuerungssystem der hydraulischen Presse (Bild 2) kommuniziert. Das mit einer Absolut-Spur und inkremental Nord/Süd-codierte Magnetband ist dabei fest am Oberjoch montiert. Der Wegsensor fährt entlang einer Führungsstange berührungsfrei auf und ab. Dabei sendet er originäre Sin/Cos-Wegsignale in Echtzeit an die Steuerung. Diese überprüft ständig, ob die für den Einrichtbetrieb zulässige maximale Verfahrgeschwindigkeit eingehalten wird. Falls nicht, leitet die Steuerung den sofortigen Stopp der Hydraulikbewegung ein, der Pressenstempel fährt in den sicheren Halt.

Mit dem Wegmesssystem BML05RP (Bild 3) lassen sich viele Sicherheitsfunktionen nach DIN EN 61800-5-2 realisieren, insbesondere sichere langsame Geschwindigkeit (SLS) oder sicherer Stopp 1 (SS1). Der Einsatz des Wegsensors in Verbindung mit der Sicherheits-Pressensteuerung erreicht Performance Level d, was dem erforderlichen PL r entspricht. Der Wegsensor erfüllt somit die Anforderungen Kat. 3/PL d nach DIN EN ISO 13849-1 [6]. „Das Wegmesssystem von Balluff schlägt gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe: Aufgrund seiner kompakten Abmessungen lässt es sich optimal in unsere Pressenkonstruktionen integrieren, ist kostengünstig, schnell installiert, arbeitet zuverlässig und erfordert praktisch keinen Wartungsaufwand“, betont M. Lange. „Hinzu kommt, dass magnetcodierte Systeme recht unempfindlich gegenüber mechanischen Schocks sind.“

Das in Echtzeit messende Wegmesssystem BML05RP verfügt sowohl über eine sichere inkrementelle Sin/Cos- als auch über eine absolute SSI-Schnittstelle. Eine „BiSS-C“- Schnittstelle ist als Produktvariante erhältlich. Bei einer Messlänge bis zu 48 m und einer hohen Auflösung von 1 μm eignet sich das System für zahlreiche Anwendungen, die die Anforderung nach funktionaler Sicherheit erfüllen müssen. Es unterstützt die Funktion Sicherer Inkrementalwert. Das berührungslos und verschleißfrei arbeitende Funktionsprinzip gewährleistet einen langen und zuverlässigen Betrieb. Darüber hinaus lässt sich das Messsystem in eine Sicherheitssteuerung mit sicherem Sin/Cos-Eingang integrieren, ohne Absolut-Schnittstellenkarten verwenden zu müssen.