Drehzahlwächter ­überwachen ­Geschwindigkeitsbereich

Einsteigen, Bügel schließen und los geht´s. Es ist unumstritten, dass viele Kinder gerne Karussell fahren. Ihre Eltern machen sich jedoch oft Ge­danken über die Sicherheit des jeweiligen Fahrgeschäfts. Sie stellen sich berechtigterweise die Frage, welche Technik für die körperliche Unversehrtheit der Fahrgäste sorgt.

Die Firma Gebr. Heege entwickelt, produziert und vertreibt seit mehr als 35 Jahren Geräte und Fahrgeschäfte für Freizeiteinrichtungen. Das Familienunternehmen mit Sitz in Laubach in der Eifel, das derzeit 15 Mitarbeiter beschäftigt, fertigte anfangs hauptsächlich für den deutschen Absatzmarkt. Ab 1995 wurde mit dem Export begonnen, der stetig wächst. Um dem in der Freizeitbranche zunehmenden Trend nach Thematisierung in einer Motivlandschaft gerecht zu werden, gestaltet der Hersteller seine Produkte individuell.

Benutzer am Steuer
Der insgesamt neun Meter hohe Tower ist mit vier Doppelsitzen ausgestattet. Jedes der Fahrzeuge verfügt über einen eigenen motorunterstützten Antrieb, so dass Höhe und Geschwindigkeit vom Benutzer selbst bestimmt werden können. Die Aufwärtsgeschwindigkeit wird dabei durch das am Sitz angebrachte Steuerseil geregelt. Ein stärkeres Ziehen am Steuerseil bewirkt eine schnellere Aufwärtsbewegung. Wird das Seil losgelassen, fahren die Fahrgäste mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde in die Tiefe. Damit Personen, die sich im Zutrittsbereich des Towers befinden, nicht gefährdet werden, bremst das Fahrgeschäft die Geschwindigkeit im unteren Drittel auf 0,2 Meter pro Sekunde ab. Der Tower wird in Freizeitparks in Selbstbedienung betrieben, sodass sich lediglich eine Aufsichtsperson in Ruf- und Sichtweite befinden muss.
Die Karussells entstehen in den in der Nähe von Laubach gelegenen Produktionshallen. Dort erfolgt auch die wichtige Erstinbetriebnahme, was den Aufwand am späteren Einsatzort reduziert.

Platz sparende Bauform
Tritt eine gefährliche Situation auf, können die Aufsichtsperson oder wartende Gäste die Anlage mittels eines Not-Halt-Befehlsgerätes stillsetzen. Bei einem mechanischen Defekt oder dem Versagen des Antriebs und somit auch der Bremswirkung wäre die Geschwindigkeit des freien Falls allerdings so groß, dass der Benutzer zu spät reagieren würde. Ein Personenschaden infolge eines mechanischen oder elektrischen Fehlers könnte also nicht ausgeschlossen werden. Entsprechend wichtig sind die kontinuierliche Überwachung der Abwärtsbewegung und ein daraus resultierendes Eingreifen in Notfällen.

Dipl.-Ing. Walter Dörksen, Konstrukteur bei Gebr. Heege, erläutert die Anforderungen an die sichere Überwachung: „Im Zuge einer Typ-Modernisierung des Towers mussten analoge 10-V-Tachogeneratoren und deren Auswertegeräte durch sin/cos-Geber und geeignete sichere Drehzahlwächter ersetzt werden. Neben einer einfachen Parametrierung waren uns eine platzsparende Bauform sowie die hohe Verfügbarkeit des Systems wichtig".

Als Lösung zur Kontrolle der Abwärtsbewegung hat sich der Freizeittechnik-Hersteller für den sicheren Stillstands- und Drehzahlwächter PSR-RSM4 von Phoenix Contact entschieden. Das 45 mm schmale Stand-Alone-Modul überwacht die Geschwindigkeit von sich drehenden Teilen in Maschinen und Anlagen.

Notabschaltung in weniger als einer Sekunde
Die für die Erfassung der Abwärtsbewegung zuständigen sin/cos-Inkrementalgeber sind an einer Umlenkeinrichtung am oberen Ende des Towers installiert. Um den Doppelsitz bei einer detektierten Überdrehzahl zu stoppen, befinden sich dort ebenfalls mechanische Fallsicherungen, die nach dem Ruhestromprinzip ausgelöst werden. Die Kombination aus den Steuerungsteilen Messwert­erfassung (Sensorik), Überwachung (Logik) und Magnetschalter mit Bremseinheit (Aktorik) stellt sicher, dass der Doppelsitzer nach dem Erkennen einer Überdrehzahl in weniger als einer Sekunde zum Stillstand kommt. Eine wesentliche Rolle übernehmen dabei die Drehzahlwächter PSR-RSM4, die den Geschwindigkeitsbereich überwachen.
Nach dem Startbefehl an den Frequenzumrichter erwartet die übergeordnete Steuerung ein Bewegungssignal, das durch die zweikanaligen Stillstandskontakte des PSR-RSM4 zurückgemeldet wird. Erfolgt die positive Rückmeldung nicht innerhalb einer Sekunde, löst die Steuerung sofort die Notabschaltung des Antriebs aus. Mit dieser Funktion lässt sich das Antriebs- und Messsystem permanent kontrollieren. In Verbindung mit den eingebundenen zweikanaligen Überdrehzahl-Kontakten kann sowohl der untere als auch der obere Geschwindigkeitsbereich überwacht werden.

Einfache Einstellung der Parameter
Der Stillstands- und Drehzahlwächter wird mit der kostenfrei erhältlichen Software PSR-CONF-WIN konfiguriert. Über das Tool kann der Anwender den ermittelten Sollwert für die Stillstandsmeldung eintragen. Darüber hinaus können bis zu drei unterschiedliche Werte zur Überdrehzahl-Erkennung vorgegeben werden. Sensorseitig lassen sich alle gängigen Motor-Feedback-Systeme wie HTL-, TTL- oder sind/cos-Geber sowie Näherungsschalter anschließen. Zudem ist es möglich, gleichzeitig Encoder und Initiator an ein PSR-RSM4-Modul anzukoppeln. Mit diesem Prinzip wird beispielsweise eine Wellenbruch-Überwachung realisiert, da Geber und Initiator jeweils an einem Ende der Welle montiert sind und vom Drehzahlwächter ausgewertet werden. Ein Motor- oder Netzschütz schaltet dann den Antrieb und somit die gefahrbringende Bewegung ab.

Höchste Sicherheit gemäß SIL 3
Fahrgeschäfte und Fliegende Bauten sind gemäß Artikel 1 der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG von ihrem Anwendungsbereich ausgenommen. Stattdessen gelten diese Applikationen als bauliche Anlagen, die im Rahmen einer Erstprüfung sowie zyklisch - in der Regel jährlich - auf den Erhaltungszustand und die Betriebssicherheit zu prüfen sind. Als Prüfgrundlagen fungieren neben der DIN 4112 auch nationale und internationale Regelungen, vor allem jedoch die neue EN 13814 „Fliegende Bauten und Anlagen für Veranstaltungsplätze - Sicherheit".
Die Anwender im Maschinen- und Anlagenbau werden durch die von der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG harmonisierten Normen wie die EN 13849-1 und die EN 62061 unterstützt. Der Drehzahlwächter PSR-RSM4 erfüllt hier die höchsten Anforderungen SIL 3 (EN 62061) und PL e (EN 13849-1). In Abhängigkeit des Typs und der Anzahl der angeschlossenen Impulsgeber kann das Sicherheitsmodul deshalb in diesen Anwendungen eingesetzt werden.

„Die Parametrierung des Stillstands- und Drehzahlwächters von Phoenix Contact gestaltet sich einfach und das gesamte Sicherheitssystem des Towers hat sich als stabil und zuverlässig erwiesen", stellt Walter Dörksen abschließend fest. „Die Verwendung von Standard-Antriebskomponenten macht für uns aufwendige Umbauten zur Messwerterfassung überflüssig." Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem Sicherheitsmodul PSR-RSM4 wird das Unternehmen das Konzept mit dem sicheren Drehzahlwächter auch bei der notwendigen Modernisierung vorhandener Freizeittechnik-Anlagen nutzen.