Unsichtbar gerüstet

Lichtgitter - Sicher, einfach zu verdrahten und für raue Umgebungen geeignet: Lichtgitter haben verschiedenste Anforderungen zu erfüllen, die je nach Einsatzfall variieren. Das Besondere aber sind ihre flexibel handhabbaren Funktionen.

30. Oktober 2019
Unsichtbar gerüstet
In der räumlichen Anordnung müssen Lichtgitter frei und nach Umsetzungsanforderung flexibel installierbar sein. (Bild: Pilz)

Auf Lichtgittern basierende Sicherheitslösungen sind in der Produktion wie auch in der Logistik dann erste Wahl, wenn prozess- oder fertigungsbedingt kontinuierlich Zu- und Abführungen, Barrierefreiheit oder im Zuge innovativer MRK-Anwendungen der Austausch zwischen Mensch und Maschine erforderlich sind. Flexible Sicherheitslösungen, die den erforderlichen Sicherheitskategorien entsprechen und die weder Handhabung noch Produktivität einschränken, sind dabei eine Basisanforderung an Lichtgitter.

In ihrer Grundfunktion sichern Lichtgitter daher auch einen definierten Bereich gegen jedweden Eingriff. Sie beruhen im Kern auf einem simplen Sender-Empfänger-Prinzip, bestehend aus einzelnen, unsichtbaren Infrarotstrahlen. Werden einer oder mehrere dieser Strahlen unterbrochen, versetzt die Steuerung potenziell gefährliche Bewegungen in den sicheren Halt.

Bei Maschinen und Anlagen sind gemäß der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, die eine Gefährdung von Menschen ausschließen respektive auf ein verantwortbares Maß reduzieren. Sie müssen dem ermittelten Risikograd und den normativen Vorgaben entsprechen. 2015 stellte die Norm IEC/EN 61496 erstmals eine Verbindung her zwischen den Typ-Klassen der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen (BWS), der Sicherheitsanforderungsstufe (SIL) und dem Grad an Zuverlässigkeit, mit dem eine Steuerung eine Sicherheitsfunktion erfüllen muss (Performance Level PL). Dies führte dazu, dass Lichtgitter vom Typ 2 seit Mai 2015 nur noch in Applikationen bis PL c beziehungsweise SIL 1 und SIL CL 1 eingesetzt werden dürfen. Lichtschranken der Typklasse 3 gab es am Markt bis dahin nicht. Anwender sahen sich gezwungen, auf den für Anforderungen nach PL e bestimmten Typ 4 auszuweichen, um den Sicherheitsanforderungen nach PL d gerecht zu werden.

Totzonen ausgeschlossen

Noch vor Inkrafttreten der Normenänderung beschloss der Automatisierer Pilz diese Typen-Lücke mit einem darauf abgestimmten Lichtgitter Typ 3 zu schließen. Das PSENopt-II-Sicherheits-Lichtgitter Typ 3, das Totzonen komplett ausschließt, ist laut dem Anbieter bis heute das einzige für Anwendungen bis PL d nach EN/IEC 61496–1 konzipierte Modell.

Eine weitere Anforderung an Lichtgitter ist die Schockbeständigkeit. Sie muss essenziell funktional abgedeckt werden, wenn es um raue Umgebungen geht, in denen Vibration oder Kollision vorherrschen. Zudem müssen hier eine schnelle Reaktionszeit und ein unbedingter Schutz des umgebenden Raumes gegeben sein: Mit kurzen Ansprechzeiten von bis zu sechs Millisekunden und einer absoluten Totzonenfreiheit sichern zum Beispiel die Lichtgitter von Pilz auch solche Gefahrenzonen ab. Sie sind mit einer sehr hohen Schockbeständigkeit von 50 g ausgerüstet und damit sehr robust. Dabei überbrückt die körperauflösende Variante Entfernungen von bis zu 50 Metern und sichert den Zugang zu Roboterzellen, Verpackungsmaschinen oder Pressen. Bei sämtlichen Lichtschranken dieser Reihe lässt sich über die LED-Diagnose der Status auch unter diesen Bedingungen gut ablesen.

Raue Umgebungen sind Bedingungen, die spezielle Lösungen benötigen. Genauso aber sind es auch die Platzverhältnisse, die Vorgaben machen. In der räumlichen Anordnung müssen Lichtgitter frei und nach Umsetzungsanforderung flexibel installierbar sein, ohne sich in ihrer Funktionalität zu beeinträchtigen: Eine Codierung kann hier die Lösung sein, dann stören sich selbst eng nebeneinander montierte Lichtgitter nicht gegenseitig.

Muting und Blanking

Sind mehrere Lichtgitterpaare im Einsatz, werden diese unterschiedlich codiert. Sollte eine Empfängereinheit das Licht einer fremden Sendeeinheit empfangen, bleibt dies folgenlos. Mit dem Zubehör Spiegelsäulen lassen sich Sicherungsbereiche kostengünstig einrichten, wie Pilz hervorhebt. Seien etwa drei Seiten einer Roboter-Applikation abzusichern, genüge ein Lichtgitterpaar in Verbindung mit zwei Spiegelsäulen.

Neben Sicherheitsfeatures wie Finger-, Hand- und Körperschutz können, je nach Ausführung der Lichtgitter, eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen wie Muting, Blanking und Kaskadierung realisiert werden. Damit lassen sich die Systeme an die gewünschten Anforderungen anpassen.

Wo zum Beispiel Zu- und Abführungen regelmäßig Objekte durch das Lichtgitter transportieren, ist ein Maschinenstillstand als Folge der Unterbrechung von Lichtstrahlen nicht erwünscht. Muting dient hier dazu, in einem Schutzfeld definierte Ausnahmen zuzulassen.

Muting lässt sich auch mit Lichtgittern umsetzen, die nachrüstbar sind. Bei den Pilz-Lichtgittern etwa kann, wenn die Kleinsteuerung PNOZmulti 2 des Herstellers hinzugenommen wird, die in der Kleinsteuerung integrierte Muting-Funktion umgesetzt werden.

Ragt ein Bau- oder Maschinenteil prozess- oder konstruktionsbedingt dauerhaft in ein definiertes Schutzfeld, lässt sich dieser Teil per Software ausblenden. Die Funktion Blanking blockiert diesen Part des Schutzfeldes dauerhaft (Fixed Blanking). Ragen Objekte nur zeitweise in ein Schutzfeld, kommt »Floating Blanking« zum Zuge. Für Applikationen, die entweder hohe Schutzfelder oder einen Hintertretschutz erfordern, bietet Kaskadierung eine geeignete Lösung. Die so übereinander angeordneten und in Reihe geschalteten Lichtgitter reduzieren den Aufwand für die Verdrahtung.

Auf Lichtgitter abgestimmte Software-Tools unterstützen bei Installation, Inbetriebnahme und der Handhabung. Pilz zum Beispiel hat für sein Lichtgitter-Portfolio eine spezielle Software: Der PSENopt Configurator macht jeden einzelnen Strahl sichtbar. Von der Ausrichtung bis hin zu Funktionen wie Muting, Blanking und Kaskadierung erfolgt die Konfiguration der Lichtschranken mit nur einem Tool.

Eine schnelle und zielgerichtete Diagnose, Ort und Ursache einer Unterbrechung sind ebenso sofort nachvollziehbar, so der Hersteller. Zudem sei das Auslesen des Fehlerspeichers mit Klartextnachrichten möglich. All diese Angebote des Tools würden Stillstandszeiten reduzieren und die Verfügbarkeit einer Anlage erhöhen. Auch können Anwender die einmal erstellte Konfiguration ohne großen Aufwand über den Programmieradapter auf andere Maschinen übertragen.

Wenn es eng wird

Flexibilität mit Blick auf den Raum ist das eine, der Aspekt der räumlichen Enge das andere. Nicht immer ist ausreichend Platz in der Fertigung oder am Einsatzort. Ist gleichzeitig eine hohe Flexibilität gefragt, kommen schmale Lichtgitter infrage. Ihre kompakte Größe und vielseitigen Montagemöglichkeiten rücken sie noch näher an den Ort des Geschehens.

Die hohe Auflösung unterstützt schnelles Abschalten, ohne dabei die Sicherheit zu beeinträchtigen, wie Pilz hervorhebt. Das führt am Ende zu schlanken Anlagenkonzepten mit reduziertem Platzbedarf.

Wer eine exakt auf Anwendungen bis PL d und nach EN/IEC 61496–1 abgestimmte barrierefreie Sicherheitslösung braucht, kommt an schnellen und extrem robusten Lichtgittern nicht vorbei, so das Fazit des Herstellers. Wer Lichtgitter für Anwendungen bis PL e gemäß EN/IEC 61496–1/-2 sucht, sollte solche in Erwägung ziehen, die schnell und robust sind und sich in Verbindung mit Steuerungstechnik durch eine komplette Leistungsbandbreite effizient nutzen lassen.

FMB: Halle 20, Stand D6

Erschienen in Ausgabe: 07/2019
Seite: 34 bis 35