STO, SS1 oder SS2: Die passende sichere Stoppfunktion für jede Achse auswählen

Eine Maschine sicher anzuhalten bedeutet mehr, als dem Motor das Drehmoment zu entziehen. Massenträgheit, Schwerkraft, Bremsenergie, Zugangszeiten und der gewünschte Wiederanlauf bestimmen, ob STO, SS1 oder SS2 geeignet ist. Für eine belastbare Entscheidung müssen Anlagenbetreiber und Konstrukteure deshalb vom konkreten Gefährdungsszenario ausgehen – nicht von der Funktionsliste des Antriebs.

Die Risikobeurteilung beginnt bei der Bewegung

Der erste Schritt ist die Beschreibung des gefährlichen Zustands gemäß dem Vorgehen der ISO 12100. Welche Person greift wann in welchen Bereich ein? Welche Bewegung bleibt nach einem Stopp möglich? Kann eine Achse auslaufen, absinken oder durch gespeicherte Energie erneut anlaufen? Erst wenn diese Fragen beantwortet sind, lässt sich das erforderliche Stillsetzverhalten festlegen. Dabei sind die Stoppzeit und der Anhalteweg unter realistischen Last-, Geschwindigkeits- und Verschleißbedingungen zu betrachten.

Ein praxisnaher Vergleich von STO, SS1 und SS2 zeigt, dass keine Funktion grundsätzlich die sicherste ist. Entscheidend ist ihre Eignung für das jeweilige Szenario. STO verhindert die drehmomentbildende Energiezufuhr, bremst eine bewegte Achse aber nicht aktiv. SS1 nutzt zunächst einen kontrollierten Bremsvorgang und wechselt anschließend in STO. SS2 bremst ebenfalls kontrolliert, hält den Antrieb danach jedoch in einem überwachten Stillstand unter Energie.

STO: geeignet, wenn freies Auslaufen beherrschbar bleibt

Safe Torque Off ist häufig die richtige Wahl, wenn das Wegnehmen des Antriebsmoments unmittelbar erforderlich ist und der daraus resultierende Nachlauf keine neue Gefährdung erzeugt. Typische Kandidaten sind Achsen mit geringer Trägheit oder Mechanismen, die durch Reibung schnell und vorhersehbar zum Stillstand kommen. STO kann außerdem einen unerwarteten motorischen Wiederanlauf verhindern, sofern die gesamte Sicherheitsfunktion entsprechend ausgelegt wurde.

Die physische Bewegung endet mit STO jedoch nicht zwangsläufig. Eine Spindel, ein Rotor oder ein beladenes Förderband kann erheblich nachlaufen. An einer vertikalen Achse kann das fehlende Motormoment sogar dazu führen, dass die Last absinkt. In solchen Fällen sind weitere Maßnahmen erforderlich, etwa eine geeignete mechanische Haltebremse mit sicherer Bremsenansteuerung. STO ist zudem keine elektrische Freischaltung und ersetzt keine Energieisolierung für Instandhaltungsarbeiten.

SS1: kontrolliertes Bremsen bei hoher Trägheit

Safe Stop 1 ist sinnvoll, wenn freies Auslaufen zu lange dauern würde oder der Antrieb die Bewegungsenergie gezielt abbauen soll. Der Antrieb bremst entlang einer definierten Rampe oder innerhalb überwachter Grenzen. Anschließend wird STO aktiviert. Damit eignet sich SS1 beispielsweise für schnell rotierende Werkzeuge, Zentrifugen, schwere Fördertechnik oder andere Systeme, bei denen ein kontrollierter Stopp den Zugang zum Gefahrenbereich beschleunigen kann.

Die Auslegung darf sich nicht auf einen eingestellten Verzögerungswert beschränken. Zu prüfen sind maximale Last, Netzbedingungen, Bremswiderstand, Zwischenkreisspannung, thermische Belastung und das Verhalten bei einem Fehler im Bremsvorgang. Eine zeitgesteuerte Umschaltung auf STO kann andere Nachweise verlangen als eine überwachte Bremsrampe. Für die Praxis zählt, ob die geforderte Stoppzeit unter den festgelegten Randbedingungen reproduzierbar erreicht und überwacht wird.

Bei horizontalen Achsen mit stabiler Endlage kann SS1 nach dem Abbremsen häufig ausreichen. Kann sich die Last nach dem Übergang in STO durch Schwerkraft oder Prozesskräfte erneut bewegen, muss das Haltekonzept ergänzt werden. Eine mechanische Bremse ist dabei nicht nur als Bauteil zu betrachten: Öffnungs- und Schließzeiten, Verschleiß, Diagnose, Testintervalle und die sichere Reihenfolge zwischen Motormoment und Bremsenansteuerung gehören zur Sicherheitsfunktion.

SS2: sicher überwachter Stillstand für kurze Eingriffe

Safe Stop 2 führt die Bewegung kontrolliert zum Stillstand, schaltet das Drehmoment danach aber nicht ab. Stattdessen verbleibt der Antrieb typischerweise in einem sicher überwachten Betriebsstillstand. Das kann zweckmäßig sein, wenn eine Position gehalten werden muss und nach einer kurzen Unterbrechung ein schneller, kontrollierter Wiederanlauf vorgesehen ist – etwa bei wiederkehrenden Prozesskontrollen oder klar definierten Eingriffen.

Der Vorteil einer kurzen Wiederanlaufzeit darf nicht mit Energiefreiheit verwechselt werden. Die Achse bleibt versorgt, und der zulässige Eingriff muss in der Risikobeurteilung eindeutig beschrieben sein. SS2 ist daher nicht die pauschale Antwort auf jede vertikale Achse und nicht der übliche Endzustand einer Not-Halt-Funktion. Bei hängenden Lasten sind mögliche Fehler des Antriebs, der Geberrückführung und der Energieversorgung ebenso zu berücksichtigen wie eine erforderliche mechanische Halteeinrichtung.

Auch der Wiederanlauf benötigt ein eigenes Konzept. Er darf erst erfolgen, wenn Schutzbereiche frei, Schutzeinrichtungen wirksam und notwendige Rücksetzungen abgeschlossen sind. Je nach Maschine kann eine bewusste Startfreigabe erforderlich sein. Ein schneller Restart ist nur dann ein betrieblicher Vorteil, wenn er keine unklare oder unerwartete Bewegung erzeugt.

Aus der Stoppfunktion wird eine Sicherheitsfunktion

Die Bezeichnung STO, SS1 oder SS2 allein beschreibt noch nicht die erreichte Risikominderung. Für die Auslegung nach ISO 13849-1 oder einer anderen zutreffenden Norm müssen Eingang, Logik und Ausgang gemeinsam betrachtet werden. Dazu gehören beispielsweise Schutztürschalter, Sicherheitssteuerung, sichere Kommunikation, Antrieb, Geber und Bremse. Der erforderliche Performance Level wird aus der Risikobeurteilung abgeleitet und nicht aus dem Datenblatt einer einzelnen Komponente übernommen.

Für die Validierung sind messbare Abnahmekriterien notwendig: maximale Stoppzeit, zulässiger Anhalteweg, Reaktion bei Geberfehlern, Verhalten bei Überschreitung der Bremszeit, Funktion der Haltebremse und Bedingungen für den Wiederanlauf. Messungen sollten bei ungünstiger Beladung und relevanten Betriebsarten erfolgen. Änderungen an Parametern, Mechanik oder Lastprofil können eine erneute Bewertung und Prüfung erforderlich machen.

Eine belastbare Auswahl folgt einer klaren Reihenfolge

In der Praxis hilft eine einfache Entscheidungslogik. Ist freies Auslaufen schnell und gefahrlos, kann STO genügen. Muss Bewegungsenergie aktiv und überwacht abgebaut werden, ist SS1 näher zu prüfen. Wird nach dem kontrollierten Stopp eine überwachte Positionshaltung unter Energie benötigt, kommt SS2 in Betracht. Bei vertikalen oder fremdkraftbelasteten Achsen ist unabhängig davon zu klären, wie die Position bei Fehlern gehalten wird.

Die endgültige Lösung entsteht aus Risikobeurteilung, physikalischer Berechnung, Steuerungsarchitektur und Validierung. CE-bezogene Dokumentation und Nachweise bilden diesen Prozess ab, ersetzen ihn aber nicht. Ebenso bleibt die Verantwortung des Maschinenherstellers oder desjenigen, der eine relevante Änderung vornimmt, bestehen. Eine gute Stoppfunktion ist deshalb nicht die technisch aufwendigste, sondern diejenige, deren Verhalten im Normalbetrieb, im Fehlerfall und beim Wiederanlauf eindeutig definiert und nachweisbar geprüft ist.

 

 

—

Gesponserter Artikel