Werkstoffe Transparente Sicherheit

Polycarbonat bietet den höchsten Schutz bei Sichtscheiben für Maschinenabdeckungen. In den letzten 30 Jahren hat die Entwicklung von Maschinen einen Quantensprung vollzogen. Die bis zu Beginn der...

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In den letzten 30 Jahren hat die Entwicklung von Maschinen einen Quantensprung vollzogen. Die bis zu Beginn der 70iger Jahre weit verbreitete völlig offene Werkzeugmaschine, die nur mit geringen Schutzvorrichtungen versehen war und somit kaum den Flug von Spänen oder das Austreten von Kühlmitteln verhinderten, hat nichts mehr mit den hochautomatisierten Maschinensystemen gemeinsam, die heute in der Industrie eingesetzt werden. Zum Glück. Heute prägen Umwelt- und Sicherheitsanforderungen die Konstruktionen, und Maschinenabdeckungen schützen das bedienende Personal vor ungewolltem Zugriff oder den Emissionen der Maschinen. Denn Staub, Kühlschmierstoffe oder möglicherweise vom Herstellprodukt abbrechende und wegfliegende Teile stellen bei modernen Maschinensystemen mit sich bewegenden Teilen und hoher Energie eine erhebliche Gefahr dar.Die Konsequenz: Es gibt einen deutlichen Trend zur vollständigen Kapselung der einzelnen Maschinen. Mit dieser Entwicklung geht die optische Öffnung des Maschinenschutzes einher, die durch den Einsatz transparenter Materialien in den Abdeckungen erzielt wird. Die Sichtfenster gewährleisten, dass trotz der Verschutzung die Produktion nachverfolgbar, die Prozesse kontrollierbar und die Mensch-Maschine-Relation erhalten bleibt. Damit die Abdeckung nicht nur als visuelle Schnittstelle dient, sondern gleichzeitig die notwendigen Schutzfunktionen erfüllt, muss das Verscheibungsmaterial hohen Anforderungen in Bezug auf Transparenz, Sicherheit und Beständigkeit entsprechen. Sichtscheiben aus Kunststoff und insbesondere aus Polycarbonat haben sich für den Einsatz in Maschineneinhausungen bewährt.Höchste Durchschlagfestigkeit haben Polycarbonat scheibenDas Anforderungsprofil an die Sichtscheiben hängt grundlegend von der Maschinenart und vom Umfang des erforderlichen Schutzes für Personal und Herstellungsprodukt ab: Bei Maschinen, die beispielsweise im Verpackungs-, Textil-, Lebensmittel- oder auch im Druckbereich zum Einsatz kommen, reicht in der Regel der Schutz des Menschen vor Schall, ungewolltem Zugriff oder Staubemission und Kühlschmierstoff-Aerosolen aus. Der transparente Kunststoff für die Sichtfenster der Schutzeinrichtungen muss also abrasions- und chemikalienresistent sein. Diese Anforderungen werden von PETG und PMMA erfüllt, die daher häufig in Maschinenabdeckungen eingesetzt werden, die dem reinen Zugriffsschutz dienen.Bei den Fräs- und Bearbeitungszentren für die spanende Metallbearbeitung handelt es sich dagegen um Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit hohen Zerspankräften. Bei diesen Werkzeugmaschinen ist der Sicherheitsbedarf des Menschen weit höher und erstreckt sich auch auf den Schutz vor Splittern oder Durchschlag und -stoß bei herausfliegenden Werkzeugen oder Produktteilen. Für das Eigenschaftsprofil der Sichtscheiben bedeutet das: Sie müssen zusätzlich schlagzäh und bruchsicher sein, weil sie eine rückhaltende Funktion wahrzunehmen haben. Wie hoch das Gefährdungspotenzial ist, das für den Prozessbeobachter von Drehmaschinen ausgeht, veranschaulicht die folgende Zahl: Etwa 20% der jährlichen meldepflichtigen Arbeitsunfälle sind auf das Wegfliegen von Teilen aus Drehmaschinen zurückzuführen. Trennende Schutzeinrichtungen für Drehmaschinen müssen also unter allen Umständen so konstruiert sein, dass sie der größten vorhersehbaren Aufprallenergie von Geschossen standhalten. Einhausungsmaterialien unter Beschuss genommenUm die notwendigen Grundlagen für die Konstruktion von Maschinen-Sichtfenstern zu schaffen, wurden spezielle Prüfverfahren entwickelt. Sie ermöglichen die Ermittlung der maximalen Stoßfestigkeit von Werkstoffen sowie die Normung der Ergebnisse [1 bis 3]. Materialien, die üblicherweise in Maschineneinhausungen zum Einsatz kommen, wurden dabei Beschussprüfungen mit Projektilen unterzogen. Gemäß der Projektilmasse, der Aufprallgeschwindigkeit und Rückhaltefähigkeit verschiedener Materialdicken wurden diese nach DIN genormt und in Widerstandsklassen (A1 bis C3) eingeteilt. In diesen Tests hat Polycarbonat eine sehr hohe Elastizität und Schlagzähigkeit und damit die Eignung für den Einsatz in trennenden Maschinenschutzeinrichtungen unter Beweis gestellt. So sind auch die Polycarbonatplatten Makrolon GP clear 099 und Makrolon AR von Bayer Sheet Europe, Darmstadt, mit einer deutlich höheren Energieaufnahme- und Widerstandsfähigkeit als PMMA und PETG bestens dazu geeignet, den Bediener von Drehmaschinen vor dem Herausschleudern gefährlicher Gegenstände zu schützen. Die Aufprallfestigkeit der Platten Makrolon GP clear 099 und Makrolon AR in den Dicken 6, 8, 10 und 12 mm wurde nach DIN EN 12415 und DIN EN 12417 [1 bis 3] geprüft. Kommt Polycarbonat jedoch mit aggressiven Kühlschmierstoffen in Kontakt, kann die Rückhaltefähigkeit des Kunststoffs gemindert werden. Polycarbonatplatten können verkratzen, spröde werden und vorzeitig altern. Aus diesem Grund stuft der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) Polycarbonat-Sichtscheiben in Schutzvorrichtungen als Verschleißteile ein und empfiehlt Unternehmen, die Verschutzungen abhängig vom Gefährdungspotenzial der jeweiligen Einsatzorte regelmäßig auszutauschen. Allerdings stellt ein häufiger Austausch von versprödeten Scheiben für Unternehmen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor bei der Instandhaltung der Dreh- und Fräsmaschinen dar. Daher sind sinnvolle technische Lösungen für den Einsatz von Polycarbonat gefragt, die bei diesen Maschinen die Lebensdauer von Kunststoff-Sichtscheiben verlängern. Lebensdauer-Verlängerung im Zentrum der ForschungGerade das ist die Zielsetzung des Engagements von Bayer Sheet Europe im Bereich der Neuentwicklungen von verschiedenen Polycarbonat-Verbundmaterialien. So ist zum Beispiel Glas ein Werkstoff, der kratz- und abriebfest ist und von Chemikalien nicht negativ beeinflusst wird. Stoßfestigkeit und Durchschlagfestigkeit gehören jedoch nicht zu dessen Eigenschaften. Die für die Schutzfunktion der Sichtscheiben notwendige Rückhaltefähigkeit lässt sich mit reinen Glasverbünden daher erst bei einer hohen Masse erzielen, die für den Einsatz in Maschinenhauben ungeeignet ist. Weil sich aber die Elastizität und das Rückhaltevermögen von Polycarbonat und die Abrasionsfestigkeit von Glas optimal ergänzen, führen die beiden Werkstoffe im Verbund zur angestrebten langen und sicherheitsgerechten Lebensdauer von Sichtfenstern in trennenden Schutzeinrichtungen. Beidseitig mit Glas geschützte Scheiben aus dem Polycarbonat Markolon behalten zum Beispiel ihre Rückhaltefähigkeit durchschnittlich mehr als zehn Jahre lang. Auf ein häufiges Austauschen von spröde gewordenen Verscheibungen kann also verzichtet werden. Wichtig ist es hervorzuheben, dass die schützende Funktion der trennenden Maschinenabdeckung nicht ausschließlich von der Beschaffenheit der Sichtscheiben abhängig ist, sondern auch von der Qualität der Schnittstelle zwischen Maschine und Abdeckungen. So muss beispielsweise vom Maschinenhersteller gewährleistet sein, dass die Einfassung des Polycarbonat-Glas-Verbundes so erfolgt, dass durch die Gummieinfassung der Kontakt von Polycarbonat mit den Aerosolen der Kühl- und Schmierstoffe vermieden wird. Nutzung als Desginelement im MaschinenbauNeben der Schutzfunktion und optischen Transparenz übernimmt die Maschinensichtscheibe zunehmend auch eine Funktion als gestalterisches Element im Maschinendesign (Bild 3). Denn mit der technischen und sicherheitstechnischen Entwicklung der Maschine ist die Abdeckung zu einem vollwertigen Bestandteil der Gesamtkonstruktion geworden.Bei den hochautomatisierten, modernen Maschinensystemen liegt der Designfokus daher nicht nur auf der Maschine selbst, sondern auch auf der Schutzabdeckung. Im Trend liegen große Sichtscheiben. Sie lassen die Maschine zugänglich und kontrollierbar erscheinen. Dadurch tragen große Scheiben nicht unerheblich zum positiven Erscheinungsbild der Maschine bei. In gewisser Weise sollen die Abdeckungen durch ihr modernes Design die hohe Qualität und die Leistungsfähigkeit der Maschine symbolisieren: eine Entwicklung, die auf das wachsende Designbewusstsein in der Investitionsgüterindustrie zurückzuführen ist und mit der zunehmenden Bedeutung des Werkzeugmaschinen-Designs für die Hersteller- und Markenerkennung einhergeht. Literatur[1] DIN EN 12415: Sicherheit von Werkzeugmaschinen - kleine numerisch gesteuerte Drehmaschinen und Drehzentren. Mai 2003.[2] DIN EN 12417: Sicherheit von Werkzeugmaschinen - Bearbeitungszentren. Dezember 2001[3] DIN EN 12417/A1 (Norm-Entwurf): Werkzeugmaschinen - Sicherhei - Bearbeitungszentren. April 2005.