Verbundglas-Sicherheitsscheiben: hohes Rückhaltevermögen

Lars Najorka, Produktentwicklung, Hema Maschinen und Apparateschutz

Manche Hersteller von Fräs-/Bohr-Bearbeitungszentren mit niedriger Schutzklasse verwenden ausschließlich Scheiben aus Polycarbonat, um die Bediener vor umherfliegenden Werkstücken oder Spänen zu schützen. Das Problem: Durch die fortwährende Benetzung mit Kühlschmierstoffen und Ähnlichem altern diese Scheiben sehr schnell. Unabhängige Tests haben ergeben, dass die Rückhaltekraft der reinen Polycarbonat-Sicherheitsscheiben schon nach neun Monaten um bis zu 60 % abnimmt.

Ganz anders verhält es sich mit Sicherheitsscheiben aus Verbundglas, wie sie die Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH fertigt. Das Unternehmen aus dem hessischen Seligenstadt verwendet für seine Maschinenschutzscheiben eine Kombination aus Polycarbonat und Sicherheitsglas. Zum Maschineninnenraum hin bestehen die Sicherheitsscheiben aus Einscheiben- oder Verbundscheibensicherheitsglas, auf der Bedienerseite aus abriebfest beschichtetem Polycarbonat (PC).

PC ist generell ein wichtiges Material für Maschinensicherheitsscheiben, denn es hat eine hohe Rückhaltefähigkeit. Konkret bedeutet das: Der Aufprall von Werkstücken führt bei PC anders als bei Glas nicht zu einem Bruch, sondern lediglich zu einer Verformung. Die Rückhaltefähigkeit einer 8 mm dicken PC-Scheibe lässt sich in etwa mit der eines 3 mm dicken St-12.03-Stahlblechs vergleichen. Der Nachteil von PC ist jedoch die Empfindlichkeit gegenüber Kühlschmierstoffen. Maschinensicherheitsscheiben werden daher in einer Kombination aus Polycarbonat und Glasscheiben eingesetzt. Zum Maschineninnenraum montiert schützt die Glasscheibe die PC-Scheibe vor dem direkten Kontakt zu Kühlschmierstoffen. Im Fall einer Beschädigung schützt die PC-Scheibe dank ihrer hohen Rückhaltefähigkeit wiederum den Bediener.

Die Rückhaltefähigkeit und Beständigkeit von Sicherheitsscheiben hängt aber nicht nur von der Stärke des verwendeten Polycarbonat-Materials ab, sondern auch von der Blechkonstruktion, in die sie eingebaut werden. Hierfür eignen sich am besten Klemm- und Klebeverbindungen sowie Rahmenlösungen. Um beim Aufprall von Teilen das Durchstoßen der Scheibe durch den Rahmen der Schutzeinrichtung zu verhindern, müssen die Verbindungen mit einer ausreichenden Überdeckung ausgeführt sein.

Die Scheibenkanten der Hema-Schutzscheiben sind außerdem diffusionsdicht und kühlmittelresistent versiegelt; so können die aggressiven Flüssigkeiten, die beim Produktionsprozess zum Einsatz kommen, nicht in die Zwischenräume zwischen PC- und Sicherheitsglasscheibe gelangen und das Material angreifen. Darüber hinaus liefert der Hersteller die Scheiben zur optimalen Montage auf Wunsch mit Edelstahlrahmen. Die PC-Scheiben, die Hema ausschließlich von namhaften Herstellern bezieht, sind in allen marktgängigen Stärken lieferbar. Das Grundmaterial besteht aus PC-Platten von 5 bis 15 mm Stärke.

Die hohe Rückhaltefähigkeit der Hema-Verbundscheiben haben auch Tests am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin bestätigt. Dabei haben die Experten des IWF die Scheiben in verschiedenen Stärken und Aufbauvarianten sogenannten Beschusstests unterzogen. Für den Beschusstest nach DIN EN 23125, Widerstandsklasse C3, wurden beispielsweise Scheiben mit 10 mm Einscheibensicherheitsglas und 15 mm PC in unterschiedlichen Ausführungen geprüft. Dazu spannten die Prüfer die Sicherheitsscheiben in den Beschussrahmen ein und beschossen sie mit einem Projektil von 2,5 kg. Die Projektilgeschwindigkeit wurde über den Arbeitsdruck der Anlage eingestellt. Die Messung der Geschwindigkeit erfolgte mithilfe einer doppelten Laser-Lichtschranke. Die Tests bestanden die Scheiben mit Bravour. Dabei zeigte besonders die Ausführung mit 15 mm Dicke eine besondere Robustheit: Sie hielt selbst einer kinetischen Energie von 8000 J stand.

Vollvergossene Sicherheitsscheiben verursachen bei einer Beschädigung nahezu keine Verschmutzung der Maschine durch Splitter. Nachteil des Vergusses von Glas und PC mittels PUR/Silikon kann eine reduzierte Transparenz und verringerte Lichtdurchlässigkeit sein. Auch kann es zu Einschlüssen von Luft und Blasenbildung und damit zu einer optischen Beeinträchtigung kommen.

Hier setzt Hema auf ein innovatives Fertigungsverfahren für Maschinensicherheitsscheiben. Die Sicherheitsscheiben werden unter Vakuum autoklavenfrei in einem automatisierten Fertigungsprozess gefertigt. Alle Parameter des computergestützten Herstellungsverfahrens werden gespeichert und sind wieder abrufbar – damit ist eine lückenlose Chargenverfolgung möglich. Durch dieses Herstellungsverfahren werden Fertigungszeiten weiter reduziert. Der Verbund von Polycarbonat- und Glasscheiben wird durch eine transparente Zwischenfolie erreicht. Unter Vakuum entfernt man die Luft, verklebt die Folie mit oder ohne thermische Aktivierung blasenfrei und verschweißt schließlich Kontaktflächen vollflächig miteinander. Darüber hinaus lässt sich durch das innovative Verfahren eine bessere Eigenstabilität und höhere Widerstandsfähigkeit der Maschinensicherheitsscheiben erzielen.

Im Fall einer Beschädigung der Scheibe vermeidet die vollflächige Verklebung die Verschmutzung der Maschine durch Glassplitter nahezu vollständig, eine aufwendige Reinigung entfällt und auch die Verletzungsgefahr wird minimiert.

Maschinensicherheitsscheiben der nächsten Generation werden mehr leisten und mehr bieten als die reine „Durchsicht“-Funktion. Das Hauptaugenmerk des Bedieners ist auf den Fertigungsvorgang gerichtet, damit bieten sich die Scheiben auch für die Bereitstellung von Informationen an. Es ist beispielsweise denkbar, sie mithilfe neuer Technologien als Plattform für Rückmeldungen aus aktiven Fertigungsprozessen zu nutzen. Neuartige Reinigungstechniken für einen besseren Durchblick werden bestehende Systeme ablösen.

Ein Problem, das bei Sicherheitsscheiben aller Bauarten auftritt und auch in der Zukunft zu lösen sein wird, ist die Sicht in den Maschinenraum während des aktiven Herstellungsprozesses. Kühlmittel und Späne sammeln sich durch den Bearbeitungsvorgang an der Scheibe und beeinträchtigen die Sicht. Aktuell ermöglicht die zusätzliche Ausstattung der Scheiben jeder Bauart mit Drehfenstern dem Bediener während des aktiven Fertigungsprozesses die Sicht in den Maschinenraum. Hierbei handelt es sich – vereinfacht ausgedrückt – um ein schnell rotierendes Fenster, das jegliche Schmutzablagerungen „abschüttelt“ und somit stets eine klare Sicht erlaubt. Die Drehfenster lassen sich sowohl in der OEM-Erstausrüstung als auch im nachträglichen Einbau problemlos integrieren. Durch den Einbau wird die Maschinenschutzscheibe nicht beschädigt.

Neben einer klaren Sicht benötigt der Maschinenbediener auch eine ausreichende Beleuchtung im Innenraum der Werkzeugmaschine. Herkömmliche Beleuchtungen sind – abhängig vom zur Verfügung stehenden Bauraum und der Position der Lichtquelle – häufig anfällig für Ansammlungen von Verschmutzungen. Die bereits in den Sicherheitsscheiben Hema Window integrierten LED-Leuchten sind platzsparend und vermeiden die Bildung von Spänenestern. Mit dieser Lösung gehören Schmutzansammlungen an verbauten Maschinenleuchten im Maschineninnenraum der Vergangenheit an.

Die LED-Beleuchtungsleisten bietet Hema auch separat für andere Anwendungen an. Im Speziellen lässt sich die Variante Secret Flood als kompakte Aufbau- oder Einbau-Ausführung verwenden. Sie ist stoßfest und unempfindlich gegenüber Kühl- und Schmiermitteln. Weitere Varianten der Produktfamilie sind die Ausführungen der Baureihe Secret MTL mit einer klaren oder milchigen Vergussoptik. Diese kompakten und robusten Maschinenleuchten gewährleisten eine diffuse, blendfreie Lichtabgabe. Die Montage der Leuchte durch Haltersyteme ist horizontal wie vertikal sehr flexibel. Beide genannten Varianten können durch einen direkten 24-V-Anschluss ohne zusätzliche Komponenten verbaut werden.

Auch im Retrofit sorgen die LED-Maschinenleuchten für „erhellende“ Momente. Durch die lange Lebensdauer der LEDs von bis zu 50.000 Stunden und die einfache Montage lassen sich erhebliche Wartungs- und Montagekosten einsparen. bec