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Funktionale Sicherheitslösungen für BLDC-Motoren
Funktionale Sicherheit (FuSi) in der modernen Bewegungssteuerung bedeutet heute nicht mehr, externe Komponenten zu einem Motor hinzuzufügen. Vielmehr geht es darum, Intelligenz direkt in das Antriebssystem zu integrieren. In Bereichen wie autonomen mobilen Robotern (AMRs), Medizintechnik und anspruchsvoller Industrieautomation besteht das Ziel darin, Komplexität zu reduzieren und gleichzeitig höchstmögliche Sicherheitsbewertungen zu erreichen.Durch die Verlagerung der Sicherheitslogik an den „Edge“, direkt in das Motorgehäuse, entfällt der Bedarf an sperrigen externen Sicherheitsmodulen. Gleichzeitig werden Verdrahtungskosten und potenzielle Fehlerquellen deutlich reduziert.
Globale Sicherheitskonformität
- ISO 13849-1: Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen
- IEC 61508: Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme.
- IEC 61800-5-2: Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl – Sicherheitsanforderungen.
Integrierte Sicherheitsfunktionen
Wir bieten ein umfassendes Paket an Sicherheitsfunktionen (Safety Integrated), um alle Betriebsszenarien abzudecken:
- STO (Safe Torque Off): Dies ist die grundlegende Sicherheitsfunktion. Sie verhindert elektronisch, dass der Motor Drehmoment erzeugt, und stellt sicher, dass während Wartung oder Standby kein unbeabsichtigter Anlauf erfolgt.
- SS1 (Safe Stop 1): Diese Funktion führt eine kontrollierte, angetriebene Verzögerung aus, bevor der STO-Zustand ausgelöst wird, und schützt so die Mechanik vor der Belastung durch einen abrupten Stopp.
- SLS (Safely Limited Speed): Essenziell für die Mensch-Maschine-Kollaboration. Die Funktion überwacht den Motor und stellt sicher, dass eine vordefinierte Geschwindigkeitsgrenze nicht überschritten wird.
- SBC (Safe Brake Control): Stellt ein sicheres Ausgangssignal zur Ansteuerung einer externen mechanischen Bremse bereit.
Produktmatrix: Zertifizierte BLDC-Antriebssysteme
Wir bieten verschiedene Integrationsstufen an, abhängig von der Risikobewertung Ihrer spezifischen Anwendung.
| Series | Integrierte Logik | Kommunikation | Sicherheitsfunktionen | Zertifizierung |
|---|---|---|---|---|
| dSafe (BG 75 / 95) | Integrierte Safe-Motion-Funktionalität | FSoE | STO, SS1, SLS, SBC | SIL 3 / PL e* |
| dPro (BG Series) | Integriertes STO | CANopen, EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP | STO | SIL 2 / PL d |
| BGE 5510 / 8060* | Externer Controller mit STO | CANopen, EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP | STO | SIL 2 / PL d |
| AFS58 Encoder | Sicherheitsencoder | Sin/Cos | Sicheres Positionssignal | SIL 2 / PL d |
Zertifizierte Hardware-Produktpalette
Die dSafe-Serie (BG 75 / BG 95):
Die dSafe-Serie ist die Spitzenlösung für besonders anspruchsvolle Anwendungen. Sie verfügt über vollständig integrierte Sicherheitslogik direkt im Motor. Unterstützt werden sowohl FSoE (Fail Safe over EtherCAT) als auch PROFIsafe, sodass sicherheitsrelevante Daten über das bestehende Netzwerk übertragen werden können. Die Serie ist für SIL 3 / PL e* ausgelegt.
*Zertifizierung in Vorbereitung.
Die dPro-Serie:
Eine vielseitige Lösung für allgemeine Automatisierungsaufgaben. Diese intelligenten BLDC-Motoren verfügen serienmäßig über eine hardwareintegrierte STO-Funktion (Safe Torque Off). Sie eignen sich für Anwendungen, die die Anforderungen von SIL 2 / PL d erfüllen müssen, ohne auf komplexe feldbusbasierte Sicherheitslösungen angewiesen zu sein.
Externe Steuerung & Feedback:
Für modulare Systemkonzepte bieten die externen Controller BGE 5510 und BGE 8060 zertifizierte STO-Eingänge. Dadurch können auch BLDC-Motoren ohne integrierte Sicherheitsfunktion die Anforderungen an STO-Sicherheit erfüllen.
Intelligentere Systemintegration:
Der Trend hin zur sogenannten „Black Channel“-Kommunikation (FSoE und PROFIsafe) ermöglicht es der Sicherheits-SPS, direkt über das bestehende Ethernet-Netzwerk mit dem Motor zu kommunizieren. Dadurch entfällt die aufwendige und oft komplexe Sicherheitsverdrahtung. Gleichzeitig werden Echtzeitdiagnosen ermöglicht, die potenzielle Fehler frühzeitig erkennen und ungeplante Ausfälle reduzieren können.
Praktische Umsetzung:
In einem Logistiklager muss ein fahrerloses Transportfahrzeug (AGV), das mit diesen Antriebssystemen ausgestattet ist, nicht bei jeder Person im Fahrweg vollständig anhalten. Mithilfe der Funktion SLS (Safely Limited Speed) reduziert es seine Geschwindigkeit auf ein sicheres Niveau und setzt seine Aufgabe fort.
Im medizinischen Umfeld sorgt die redundante Sicherheitsarchitektur dafür, dass der Antrieb selbst beim Ausfall eines Sensors unmittelbar in einen sicheren Zustand übergeht. Dadurch werden sowohl Patienten als auch die eingesetzte Ausrüstung zuverlässig geschützt.
Beratung zur funktionalen Sicherheit
Sprechen Sie mit unseren Ingenieuren über Ihre Risikobeurteilung, gemeinsam finden wir die passende Antriebskonfiguration für Ihre Anwendung.
Talk To An Expert
Sichere Kommunikation & Systemintegration
Eliminieren Sie aufwendige, separate Sicherheitsverdrahtungen. Unsere dSafe-Motoren nutzen das Prinzip der Black-Channel-Kommunikation und ermöglichen die Übertragung sicherheitsrelevanter Daten über das bereits vorhandene industrielle Ethernet-Netzwerk:
- FSoE (Fail Safe over EtherCAT): Für ultraschnelle Sicherheitsreaktionen in Echtzeit mit minimalen Verzögerungen.
- PROFIsafe: Nahtlose Integration in PROFINET-basierte Automatisierungsumgebungen, beispielsweise mit Siemens- und TIA-Portal-Systemen.
- Hard-wired STO: Verfügbar für einfachere Anwendungen, bei denen eine direkte physische Verbindung zu einem Sicherheitsrelais erforderlich ist.
Application Engineering: Warum es wichtig ist
- Mobile Robotik: Durch den Einsatz von SLS (Safely Limited Speed) können fahrerlose Transportsysteme (AGVs) ihre Geschwindigkeit automatisch reduzieren, sobald sich Personen im Arbeitsbereich befinden. So bleibt die Produktivität erhalten, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen.
- Medizintechnik: Redundante Sensorik und die Sicherheitsfunktion STO (Safe Torque Off) sorgen dafür, dass Pumpensysteme, chirurgische Roboter oder andere medizinische Geräte auch bei einem Komponentenausfall unmittelbar in einen sicheren Zustand übergehen.
- Industrielle Bearbeitungsmaschinen : Mit SS1 (Safe Stop 1) können Maschinen nach einer Sicherheitsunterbrechung kontrolliert zum Stillstand gebracht werden. Dies ermöglicht eine schnellere Wiederaufnahme des Betriebs als bei einem unkontrollierten Not-Halt und trägt zur Reduzierung von Stillstandszeiten bei.
Technischer Support & Konfiguration
Die Auswahl der richtigen Sicherheitsstufe (SIL oder Performance Level (PL)) basiert auf der Risikobeurteilung Ihrer spezifischen Anwendung. Unsere Application Engineers unterstützen Sie bei der Auswahl der optimalen Kombination aus Motor, Encoder und Kommunikationsprotokoll, um die Anforderungen Ihres gewünschten Safety Integrity Levels (SIL) bzw. Performance Levels (PL) zuverlässig zu erfüllen.
Von der ersten Konzeptphase bis zur Inbetriebnahme begleiten wir Sie bei der Auslegung einer sicheren, normgerechten und leistungsfähigen Antriebslösung.
Downloads:
Pressemitteilungen zu Funktionaler Sicherheit (FuSi)
| Press Releases | Overview |
|---|---|
| E90R LN: Geräuscharme Fail-Safe-Bremse | Diese Pressemitteilung stellt die Ruhestrombremse E90R LN vor, die nach dem Fail-Safe-Prinzip arbeitet und Lasten bei Spannungsabschaltung automatisch hält. Der Fokus liegt auf der Reduzierung von Betriebsgeräuschen für sensible Einsatzbereiche wie die Medizintechnik, ohne Abstriche bei der Sicherheit zu machen. |
| AFS 58: Intelligente Sicherheit trifft Präzision | Vorstellung des Sicherheitsencoders AFS 58, zertifiziert bis SIL 2 und Performance Level d. Er wurde für die Motorserien BG 66, BG 75 und BG 95 entwickelt und ermöglicht eine zuverlässige Achsüberwachung hinsichtlich Position, Geschwindigkeit und Drehrichtung. |
| BG 95: Ausgezeichnete Sicherheitstechnologie | Würdigt den Servomotor BG 95 dPro für seine integrierten Sicherheitsfunktionen. Die Lösung wurde speziell für den Einsatz in Fahrerlosen Transportsystemen (AGVs) und anderen mobilen Automatisierungsanwendungen optimiert. |
| dSafe: Integrierte Motorsicherheit | Ankündigung der Einführung der dSafe-Technologie für die Motoren BG 75 und BG 95. Die Plattform integriert Safe-Motion-Funktionen wie STO, SS1 und SLS direkt im Motor und unterstützt sichere Kommunikation über PROFIsafe- und FSoE-Protokolle. |
| BGE 8060: Hochleistungsregler mit STO-Funktion | Präsentiert den BGE 8060 dPro, einen kompakten Controller mit integrierter STO-Sicherheitsfunktion (Safe Torque Off). Er wurde für anspruchsvolle Hochleistungsanwendungen mit Leistungsanforderungen von bis zu 1.800 W entwickelt. |
FAQ: Funktionale Sicherheit
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Was ist funktionale Sicherheit in der Antriebstechnik?Funktionale Sicherheit stellt sicher, dass eine Maschine auch bei einem technischen Fehler in einem sicheren Zustand bleibt. In der Antriebstechnik bedeutet dies, dass der Motor und seine Elektronik Fehler erkennen, entsprechend darauf reagieren und das System in einen definierten „sicheren Zustand“ überführen müssen. Bei Dunkermotoren wird dies durch die dSafe-Serie realisiert, die das Verhalten des Antriebs automatisch überwacht und steuert.
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Warum ist integrierte Sicherheit besser als externe Sicherheitsmodule?Integrierte Sicherheitsfunktionen, wie sie in den Motoren BG 75 dPro und BG 95 dPro von Dunkermotoren integriert sind, machen den Einsatz externer Sicherheitsrelais überflüssig. Dadurch werden der Verdrahtungsaufwand und die Systemkomplexität reduziert, Platz im Schaltschrank eingespart und das Risiko von Installationsfehlern minimiert. Dies führt letztlich zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership).
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Was bewirkt „Safe Torque Off“ (STO)?STO ist die am häufigsten verwendete Sicherheitsfunktion. Sie stellt sicher, dass keine Leistung an den Motor übertragen wird, die ein Drehmoment erzeugen könnte.
Das integrierte STO von Dunkermotoren ist einzigartig, da während eines Stopps die Kommunikation und die Steuerungslogik des Motors aktiv bleiben. Dadurch kann das System sofort wieder gestartet werden, ohne dass eine erneute Referenzfahrt (Homing) erforderlich ist. -
Wie gewährleisten Motoren eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration?Um sicher in der Nähe von Menschen arbeiten zu können, nutzen Motoren Sicherheitsfunktionen wie Safely Limited Speed (SLS). Diese Funktion stellt sicher, dass eine definierte sichere Geschwindigkeit nicht überschritten wird.
Dunkermotoren-Antriebe können so konfiguriert werden, dass sie ihre eigene Drehzahl kontinuierlich überwachen. Überschreitet der Motor die festgelegte sichere Geschwindigkeit, löst er automatisch eine Sicherheitsreaktion aus. Dadurch wird das Risiko von Verletzungen für den Bediener reduziert und ein sicherer Betrieb in kollaborativen Anwendungen ermöglicht. -
Welche internationalen Sicherheitsstandards sollte ich beachten?Ein sicherer Antrieb sollte die Anforderungen der Normen EN ISO 13849-1 und IEC 61800-5-2 erfüllen.
Die Norm EN ISO 13849-1 definiert die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen und deren Leistungsfähigkeit, während IEC 61800-5-2 die funktionale Sicherheit von elektrischen Antriebssystemen regelt und Sicherheitsfunktionen wie STO oder SLS beschreibt.
Die Produkte von Dunkermotoren sind vom TÜV bis Performance Level d (PL d) zertifiziert. Dadurch wird sichergestellt, dass sie die hohen Sicherheitsanforderungen europäischer und internationaler Maschinenrichtlinien erfüllen und sich für anspruchsvolle industrielle Anwendungen eignen. -
Können Sicherheitssignale über ein Standard-Netzwerkkabel übertragen werden?Ja. Mithilfe von „Safe Communication“ können sicherheitsrelevante Daten über den vorhandenen Feldbus übertragen werden. Dadurch sind keine zusätzlichen, separat verdrahteten Sicherheitsleitungen erforderlich.
Dunkermotoren unterstützt die Sicherheitsprotokolle FSoE (Fail Safe over EtherCAT) und PROFIsafe. Diese ermöglichen die zuverlässige Übertragung von Sicherheitsdaten über das bestehende Kommunikationsnetzwerk und sorgen für eine nahtlose Integration in die Sicherheits-SPS (Safety PLC).
Das reduziert den Verdrahtungsaufwand, vereinfacht die Inbetriebnahme und ermöglicht eine flexible Umsetzung moderner Sicherheitskonzepte in Maschinen und Anlagen. -
Wie wird in Antriebssystemen ein hohes Sicherheitsniveau erreicht?Ein hohes Maß an funktionaler Sicherheit erfordert Redundanz. Dabei werden sicherheitsrelevante Informationen durch mehrere unabhängige Signale überwacht und miteinander verglichen.
Dunkermotoren setzt hierfür ein modulares Encodersystem ein, das zwei unterschiedliche Rückmeldesignale, beispielsweise ein inkrementelles und ein absolutes Gebersignal, miteinander vergleicht. Stimmen die Signale nicht überein, erkennt der Antrieb dies als Fehlerzustand.
In diesem Fall wird automatisch eine sichere Abschaltung eingeleitet, um Personen und Maschinen zuverlässig zu schützen. Dieses redundante Sicherheitskonzept trägt dazu bei, die hohen Anforderungen moderner Maschinen- und Anlagensicherheit zu erfüllen. -
Ist Funktionale Sicherheit für AGVs, AMRs und FTS erforderlich?Ja. Autonome Mobile Roboter (AMRs) und Fahrerlose Transportsysteme (AGVs) müssen sicher in gemeinsam genutzten Arbeitsbereichen mit Menschen und anderen Maschinen operieren. Deshalb sind funktionale Sicherheitsfunktionen ein wesentlicher Bestandteil dieser Anwendungen.
Besonders wichtig sind Funktionen wie Safe Limited Position (SLP) und Safely Limited Speed (SLS). Sie stellen sicher, dass sich das Fahrzeug nur innerhalb definierter Grenzen bewegt und festgelegte sichere Geschwindigkeiten nicht überschreitet.
Die dSafe Motoren von Dunkermotoren wurden speziell für die Anforderungen der Intralogistik entwickelt. Sie unterstützen die Umsetzung dieser dynamischen Sicherheitsanforderungen und ermöglichen einen sicheren Betrieb von AGVs und AMRs in modernen Logistik- und Produktionsumgebungen. -
Wie verhindert „Safely Limited Speed“ (SLS) Unfälle in kollaborativen Arbeitsbereichen?Das technische Prinzip:
SLS (Safely Limited Speed) ist eine Sicherheitsfunktion, die sicherstellt, dass ein Antrieb eine vordefinierte Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreitet. In den dSafe Motoren von Dunkermotoren vergleicht der integrierte Controller kontinuierlich die tatsächliche Drehzahl, die über das Encoder-Feedback erfasst wird, mit einem festgelegten Sicherheitsgrenzwert.
Wird diese Grenze beispielsweise durch einen Regelungsfehler oder eine äußere Krafteinwirkung überschritten, löst der Antrieb eigenständig eine sichere Reaktion aus und bringt das System in einen sicheren Zustand.
Der praktische Nutzen:
Diese Funktion ist besonders wichtig in Einrichtungs- und Wartungsmodi, bei denen sich Bediener in unmittelbarer Nähe einer laufenden Maschine aufhalten müssen. Durch die Begrenzung und Überwachung der Geschwindigkeit wird das Verletzungsrisiko deutlich reduziert.
Mit den BG Motoren von Dunkermotoren und integrierter SLS-Funktion können zudem kostenintensive externe Geschwindigkeitsüberwachungen entfallen. Der Motor übernimmt die Sicherheitsüberwachung selbst. Gleichzeitig ist keine vollständige Abschaltung der Versorgung notwendig. Dadurch kann die Maschine nach Verlassen des Gefahrenbereichs schneller wieder in den Normalbetrieb wechseln, was die Produktivität erhöht und Stillstandszeiten reduziert. -
Welche Rolle spielt „Safe Brake Control“ (SBC) bei der Vermeidung mechanischer Schäden?Das technische Prinzip:
Safe Brake Control (SBC) trägt dazu bei, mechanische Schäden zu vermeiden, indem sichergestellt wird, dass Bremsen sicher, zuverlässig und nur unter den richtigen Betriebsbedingungen betätigt werden.
In der Praxis sorgt SBC dafür, dass eine Halte- oder Sicherheitsbremse erst dann geschlossen wird, wenn eine Achse vollständig zum Stillstand gekommen ist. Dadurch werden Stoßbelastungen, unnötiger Verschleiß und vorzeitige Beschädigungen mechanischer Komponenten vermieden.
Bei vertikalen Achsen oder Anwendungen mit lastbedingten Schwerkrafteinflüssen verhindert SBC zudem unkontrollierte Bewegungen während eines Spannungsausfalls oder einer Sicherheitsabschaltung. Dadurch werden sowohl die transportierte Last als auch die mechanische Struktur der Maschine geschützt.
Der praktische Nutzen:
Durch die kontrollierte Ansteuerung der Bremse werden mechanische Belastungen reduziert und die Lebensdauer von Bremsen, Getrieben und Antriebskomponenten verlängert. Optional integrierbare Bremsentests ermöglichen außerdem eine frühzeitige Erkennung von Verschleiß oder Funktionsabweichungen.
Das Ergebnis sind eine höhere Anlagenverfügbarkeit, geringere Wartungskosten und ein zuverlässiger Schutz der mechanischen Komponenten über die gesamte Betriebsdauer hinweg. -
Worin unterscheidet sich „Safe Stop 1“ (SS1) von einem herkömmlichen Not-Halt?Das technische Prinzip:
Bei einer einfachen Abschaltung mit Safe Torque Off (STO) wird die Energiezufuhr zum Motor sofort unterbrochen. Bei Anwendungen mit hoher Massenträgheit kann die Last jedoch noch mehrere Sekunden nachlaufen, da keine aktive Verzögerung erfolgt.
Safe Stop 1 (SS1) verfolgt einen anderen Ansatz. In den dSafe Elektroniken von Dunkermotoren wird der Motor zunächst kontrolliert entlang einer überwachten Bremsrampe abgebremst. Erst nachdem der Stillstand erreicht wurde, wird die Sicherheitsfunktion STO aktiviert und die Drehmomenterzeugung sicher abgeschaltet.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Bewegung kontrolliert und vorhersehbar zum Stillstand kommt.
Der praktische Nutzen:
Dieser kontrollierte Stopp bietet insbesondere bei schnelllaufenden oder masseträgen Anwendungen ein deutlich höheres Sicherheitsniveau. Die Maschine erreicht den Stillstand auf kürzestem und definiertem Weg, wodurch sich der Gefahrenbereich wirksam reduzieren lässt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bremsrampe direkt von der Dunkermotoren dSafe Elektronik überwacht und ausgeführt wird. Aufwendige Programmierungen komplexer Verzögerungskurven in der Sicherheits-SPS sind daher nicht erforderlich.
Das Ergebnis sind kürzere Bremswege, eine höhere Betriebssicherheit und eine vereinfachte Integration funktionaler Sicherheitsfunktionen in moderne Maschinenkonzepte. -
Warum ist Functional Safety das Rückgrat moderner Intralogistik sowie von AGVs und AMRs?Die Herausforderung in der Intralogistik:
In modernen Lager- und Produktionsumgebungen bewegen sich Fahrerlose Transportsysteme (AGVs) und Autonome Mobile Roboter (AMRs) durch Bereiche mit hohem Personen- und Fahrzeugverkehr. Um die Anforderungen der Norm ISO 3691-4 zu erfüllen, müssen diese Fahrzeuge jederzeit in der Lage sein, auf ihre Umgebung zu reagieren. Erkennt beispielsweise ein Laserscanner Personen, Hindernisse oder Gefahrenbereiche, muss das Fahrzeug seine Geschwindigkeit sicher reduzieren oder kontrolliert anhalten.
Functional Safety bildet dabei die Grundlage, um diese Sicherheitsfunktionen zuverlässig und normgerecht umzusetzen.
Die Lösung von Dunkermotoren:
Durch den Einsatz von Hub Wheel Getrieben oder BG Motoren von Dunkermotoren in Verbindung mit FSoE (FailSafe over EtherCAT) kann der Sicherheitsscanner des Fahrzeugs direkt über das Netzwerk mit dem Antrieb kommunizieren.
Wird ein Hindernis erkannt, übermittelt das Sicherheitssystem die entsprechenden Signale unmittelbar an den Antrieb. Dieser führt daraufhin Sicherheitsfunktionen wie Safely Limited Speed (SLS) oder Safe Stop eigenständig aus. Eine aufwendige zusätzliche Verdrahtung ist hierfür nicht erforderlich.
Der praktische Nutzen:
Durch die Integration der Sicherheitsfunktionen direkt in den Antrieb kann die Fahrzeugarchitektur deutlich vereinfacht werden. Viele Sicherheitsaufgaben werden dort ausgeführt, wo sie benötigt werden: unmittelbar im Motor beziehungsweise in der Antriebselektronik.
Dadurch können AGVs und AMRs kompakter konstruiert werden, weil weniger externe Sicherheitskomponenten und kleinere Schaltschränke erforderlich sind. Gleichzeitig profitieren Betreiber von einer höheren Flexibilität, kürzeren Reaktionszeiten und einer einfacheren Systemintegration.
Das Ergebnis sind kleinere, agilere und sicherere Fahrzeuge, die die Anforderungen moderner Intralogistik-Anwendungen zuverlässig erfüllen.