Barrierefreie Sicherheit: Optoelektronische Systeme müssen sämtliche Schutzanforderungen abdecken

Sicherheits-Lichtgitter rücken – dank extrem kurzer Reaktionszeiten von bis zu 6 ms und frei von Totzonen –  näher an die Gefahrenzone. Wo ­Sicherheit, Flexibilität, einfache Verdrahtung und schnelle Inbetriebnahme gefragt sind, setzen solche Lichtgitter Standards im Segment barrierefreier Sicherheitslösungen.

In Produktion und Logistik gleichermaßen sind auf Lichtgittern basierende Sicherheitslösungen 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 sind.  

Neue Typenklasse für Lichtgitter
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 bzw. 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.

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 Typ 3 zu schließen. Das PSENopt II Sicherheits-Lichtgitter Typ 3, das Totzonen komplett ausschließt, ist bis heute das einzige für Anwendungen bis PL d nach EN/IEC 61496-1 konzipierte Modell.

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 können, je nach Ausführung, eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen wie Muting, Blanking und Kaskadierung realisiert werden. Damit lassen sich Lichtgitter optimal an die gewünschten Anforderungen anpassen.

Schneller, nahezu unverwüstlich, näher dran
Eine weitere Anforderung ist die Schockbeständigkeit. Sie muss essentiell funktional abgedeckt werden, wenn es um raue Umgebungen geht, in denen Vibration oder Kollision vorherrschen. Zudem muss hier eine extrem schnelle Reaktionszeit und ein unbedingter Schutz des umgebenden Raumes 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. Als einzige auf dem Markt sind sie mit einer extrem hohen Schockbeständigkeit von 50 g ausgerüstet und 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.

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. 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 z. B. drei Seiten einer Roboter-Applikation abzusichern, genügt ein Lichtgitterpaar in Verbindung mit zwei Spiegelsäulen.

Advanced-Modelle bedeutet: „Mehr“
Häufig sind Muting, Blanking oder Kaskadierung Thema. Modelle, die alle diese Funk­tionen inklusive 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. Von Vorteil ist, wenn sich Lichtgitter hier nachrüsten lassen: Alternativ lässt sich Muting auch mit zum Beispiel mit Lichtgittern umsetzen, die nachrüstbar sind. Bei den Pilz-Lichtgittern etwa kann, wenn die konfigurierbare 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.

Intuitiv bedienbare Software
Auf Lichtgitter abgestimmte Software-Tools unterstützen bei Installation, Inbetriebnahme und der Handhabung, so dass einfach umzusetzen. Pilz zum Beispiel hat hier für sein Lichtgitter-Portfolio eine spezielle Software: Der so genannte 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. Zudem ist das Auslesen des Fehlerspeichers mit Klartextnachrichten möglich. All diese Angebote des Tools 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.

Variante slim – wenn‘s eng wird
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.

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