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Artikel und Hintergründe zum Thema

Lichtgitter

Sezgin Yumuk | Inka Krischke,

Barrierefreie Sicherheit

Dank Reaktionszeiten von maximal 6 ms und dem Fehlen von Totzonen rücken heutige Sicherheits-Lichtgitter noch näher an die Gefahrenzone. Doch was macht diese Geräte aus?

© Pilz

Auf Lichtgittern basierende Sicherheitslösungen sind in Produktion sowie Logistik immer dann erste Wahl, wenn prozess- oder fertigungsbedingt kontinuierlich Zu- und Abführungen, Barrierefreiheit oder im Zuge von Mensch-Roboter-Kollaboration der Austausch zwischen Mensch und Maschine erforderlich sind. 

Bei Maschinen und Anlagen sind gemäß 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. 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 zu dem Zeitpunkt 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. In den meisten Fällen deutlich überdimensioniert – bei entsprechend höheren Kosten.

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

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Funktional flexibel handhabbar

Sicherheitslösungen, die den erforderlichen Sicherheitskategorien entsprechen und 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. 

Für die Lichtgitter 'PSENopt II' bietet Pilz eine Komplett­lösung aus Lichtgittern plus sichere konfigurierbare Kleinsteuerung 'PNOZmulti 2'.

© Pilz

Das Besondere an Lichtgittern sind jedoch ihre flexibel handhabbaren Funktionen: Neben Sicherheits-Features wie Finger-, Hand- und Körperschutz sind je nach Ausführung zusätzliche Funktionen wie Muting, Blanking und Kaskadierung realisierbar. Damit lassen sich Lichtgitter an die gewünschten Anforderungen anpassen. 

Eine weitere Anforderung ist die Schockbeständigkeit. Sie muss essenziell funktional abgedeckt werden, wenn es um raue Umgebungen geht, in denen Vibration oder Kollision vorherrschen.

2015 stellte die Norm IEC/EN 61496 erstmals eine Verbindung zwischen den Typ-Klassen der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen, dem Safety Integrity Level SIL und dem Performance Level PL her.

© Pilz

Zudem muss hier eine extrem schnelle Reaktionszeit und ein unbedingter Schutz des umgebenden Raums gegeben sein: Mit kurzen Ansprechzeiten von maximal 6 ms und einer absoluten Totzonenfreiheit sichern zum Beispiel die Lichtgitter von Pilz auch solche Gefahrenzonen ab. Sie sind mit einer Schockbeständigkeit von 50 g ausgerüstet. Dabei überbrückt die körperauflösende Variante Entfernungen von maximal 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.

Die Platzverhältnisse vor Ort bedingen aber oft spezielle Lösungen. In der räumlichen Anordnung müssen Lichtgitter frei und nach Umsetzungsanforderung flexibel installierbar sein, ohne sich in ihrer Funktionalität zu beeinträchtigen. Die Lösung kann hier eine Codierung sein, sodass sich selbst eng nebeneinander montierte Lichtgitter nicht gegenseitig stören. Sind mehrere Lichtgitterpaare im Einsatz, werden sie unterschiedlich codiert: Sollte eine Empfängereinheit das Licht einer fremden Sende-Einheit empfangen, bleibt dies folgenlos. Mit dem Zubehör Spiegelsäulen lassen sich Sicherungsbereiche kostengünstig einrichten. Sind zum Beispiel drei Seiten einer Roboter-Applikation abzusichern, genügt ein Lichtgitterpaar in Verbindung mit zwei Spiegelsäulen. 

Weitergehende Funktionen

Spiegel ermöglichen ein Umlenken der Lichtgitterstrahlen, um so ein größeres Schutzfeld abzusichern, für das sonst weitere Lichtgitter notwendig wären.

© Pilz

Häufig sind Muting, Blanking oder Kaskadierung Thema. Denn dort, wo Zu- und Abführungen regelmäßig Objekte durch das Lichtgitter transportieren, ist ein Maschinenstillstand als Folge der Unterbrechung von Lichtstrahlen nicht erwünscht. Muting dient dazu, definierte Ausnahmen in einem Schutzfeld zuzulassen. Sollte ein Modell diese Funktionen nicht inklusive bieten, lässt sich Muting alternativ auch beispielsweise mit Lichtgittern umsetzen, die nachrüstbar sind. Bei den Pilz-Lichtgittern etwa kann die in der Kleinsteuerung integrierte Muting-Funktion umgesetzt werden, wenn die sichere konfigurierbare Kleinsteuerung ‚PNOZmulti 2‘ des Herstellers hinzugenommen wird.

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 Verdrahtungsaufwand. 

Intuitiv bedienbare Software

Die multifunktionalen Lichtgitter 'PSENopt Advanced' bieten erweiterte Funktionen, die Muting, Blanking und/oder Kaskadierung abdecken.

© Pilz

Auf Lichtgitter abgestimmte Software-Tools unterstützen bei Installation, Inbetriebnahme und der Handhabung. Pilz zum Beispiel hat für das Lichtgitter ‚PSENopt Advanced‘ eine spezielle Software: Der ‚PSENopt Configurator‘ macht jeden einzelnen Strahl sichtbar. Von der Ausrichtung bis 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. Zudem ist das Auslesen des Fehlerspeichers mit Klartextnachrichten möglich. All diese Angebote des Tools reduzieren Stillstandzeiten und erhöhen die Verfügbarkeit einer Anlage. Zudem können Anwender die einmal erstellte Konfiguration über den Programmier-Adapter auf andere Maschinen übertragen.

Autor:
Sezgin Yumuk ist Product Manager Sensors bei Pilz in Ostfildern.

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