Sicherheits-Lichtgitter

Andreas Mühlbauer,

Kurze Reaktionszeiten und frei von Totzonen

Durch extrem kurze Reaktionszeiten und das Fehlen von Totzonen rücken Sicherheits-Lichtgitter noch näher an die Gefahrenzone. Wo Sicherheit, Flexibilität, einfache Verdrahtung und schnelle Inbetriebnahme gefragt sind, setzen solche Lichtgitter Standards im Segment barrierefreier Sicherheitslösungen.

Wenn in Produktionsprozesse eingegriffen werden muss, sichern Lichtgitter Maschinen und Anlagen optimal ab. Die PSENopt-Familie von Pilz erfüllt je nach Anforderung Finger-, Hand- und Körperschutz. © Pilz

Auf Lichtgittern basierende Sicherheitslösungen sind in der Produktion wie auch in der Logistik immer 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 ist.

Neue Typenklasse für Lichtgitter

Bei Maschinen und Anlagen sind gemäß Maschinenrichtlinie 2006/42/EG geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, die eine Gefährdung von Menschen ausschließen beziehungsweise auf ein verantwortbares Maß reduzieren. Sie müssen dem ermittelten Risikograd und den normativen Vorgaben entsprechen. Im Jahr 2015 stellte die Norm IEC/EN 61496 erstmals eine Verbindung zwischen den Typ-Klassen der berührungslos wirkenden  Schutzeinrichtungen (BWS), der Sicherheitsanforderungsstufe (Safety Integrity Level SIL – nach IEC 62061) und dem Grad an Zuverlässigkeit her, mit dem eine Steuerung eine Sicherheitsfunktion erfüllen muss (Performance Level PL – nach ISO 13849).

Dies führte dazu, dass Lichtgitter vom Typ 2 seit Mai 2015 nur noch in Applikationen bis Performance Level 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 ausweichen, um den Sicherheitsanforderungen nach PL d gerecht zu werden. In den meisten Fällen deutlich überdimensioniert – bei entsprechend höheren Kosten.

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Externe Vorgaben, Rahmenänderungen und die sich daraus ergebenden Folgewirkungen stoßen häufig innovative Prozesse an. Noch vor Inkrafttreten der Normenänderung beschloss der Automatisierer Pilz, diese „Typen-Lücke“ mit einem exakt darauf abgestimmten Lichtgitter vom Typ 3 zu schließen. Das PSENopt II Sicherheits-Lichtgitter Typ 3, das Totzonen komplett ausschließt, ist für Anwendungen bis PL d nach EN/IEC 61496-1 konzipiert.

Barrierefrei, sicher und vielfältig zugleich

Flexible Sicherheitslösungen, die den erforderlichen Sicherheitskategorien entsprechen und die weder Handhabung noch Produktivität einschränken, sind 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.

Das Besondere an Lichtgittern sind jedoch deren flexibel handhabbare Funktionen: Neben Sicherheitsfeatures wie Finger-, Hand- und Körperschutz lassen sich eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen wie Muting, Blanking und Kaskadierung realisieren. Damit lassen sich Lichtgitter optimal an die gewünschten Anforderungen anpassen.

Eine weitere Anforderung ist die Stoßfestigkeit. Sie muss essenziell funktional abgedeckt werden, wenn es um raue Umgebungen geht, in denen Vibration oder Kollision vorherrschen. Zudem müssen hier eine extrem schnelle Reaktionszeit und ein unbedingter Schutz des umgebenden Raums gegeben sein: Mit kurzen Ansprechzeiten von bis zu 6 ms und einer absoluten Totzonenfreiheit sichern zum Beispiel die Lichtgitter von Pilz auch solche Gefahrenzonen ab. Sie haben eine extrem hohe Stoßbeständigkeit von 50 g und sind damit äußerst robust. Dabei überbrückt die körperauflösende Variante Entfernungen von bis zu 50 m und sichert zuverlässig 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.

Spezielle Lösungen werden für raue Umgebungen benötigt, 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. 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. Sind beispielsweise drei Seiten einer Roboter-Applikation abzusichern, genügt ein Lichtgitterpaar in Verbindung mit zwei Spiegelsäulen.

Häufig sind Muting, Blanking oder Kaskadierung ein Thema. Modelle, die alle diese Funktionen bieten, sind hier gefordert. Denn, wo Zu- und Abführungen regelmäßig Objekte durch das Lichtgitter transportieren, ist ein Maschinenstillstand als Folge der Unterbrechung von Lichtstrahlen nicht erwünscht. Das Muting dient dazu, in einem Schutzfeld definierte Ausnahmen zuzulassen. Alternativ lässt sich Muting auch mit nachrüstbaren Lichtgittern umsetzen. Bei den Pilz-Lichtgittern lässt sich in Verbindung mit der Kleinsteuerung PNOZmulti 2 die integrierte Muting-Funktion umsetzen. 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 Teil 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.

Intuitiv bedienbare Software

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 sofort nachvollziehbar. Zudem ist das Auslesen des Fehlerspeichers mit Klartextnachrichten möglich. All diese Optionen reduzieren Stillstandszeiten und erhöhen die Verfügbarkeit einer Anlage. Auch können Anwender bei diesem Tool die einmal erstellte Konfiguration ohne großen Aufwand über den Programmieradapter auf andere Maschinen übertragen.

Flexibilität mit Blick auf den Raum ist das eine, das andere ist der Aspekt der räumlichen Enge. Denn, nicht immer ist ausreichend Platz in der Fertigung bzw. am Einsatzort. Ist gleichzeitig eine hohe Flexibilität gefragt, kommen schmale Lichtgitter in Frage. 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. Das führt am Ende zu schlanken Anlagenkonzepten mit reduziertem Platzbedarf.

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