Ratgeber
In unserer zunehmend automatisierten Welt spielen Lichtschranken und Lichttaster eine entscheidende Rolle. Ob in der Produktion, in Logistikzentren oder in öffentlichen Gebäuden – diese optoelektronischen Sensoren überwachen Abläufe, sichern Bereiche und schützen Menschen und Maschinen.
In diesem Ratgeber gehen wir detailliert auf die Funktionsweise von Lichtschranken und Lichttastern ein. Wir erläutern die verschiedenen Bauarten und ihre spezifischen Einsatzbereiche. Zudem befassen wir uns mit den unterschiedlichen Bewegungen, die mit diesen Sensoren erfasst werden können, von der einfachen Objekterkennung bis hin zur Messung von Geschwindigkeiten.
Darüber hinaus klären wir die Frage, welche Aufgaben Lichtschranken in verschiedenen Branchen übernehmen.
Ob als Sicherheitsbarriere in der Produktion, zur Überwachung von Förderbändern oder zur Steuerung von Türen – die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig.
Abschließend gehen wir auf die rechtlichen Aspekte ein und klären, wer für die Überprüfung und Wartung von Lichtschranken zuständig ist.
Lichtschranken und Lichttaster sind optische Sensoren. Beide arbeiten nach dem Prinzip der Licht- oder Infrarotstrahlung und dienen zur Erkennung von Objekten oder zur Auslösung von Schaltvorgängen.
Eine Lichtschranke besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem Sender und einem Empfänger. Der Sender emittiert einen Lichtstrahl, meist im Infrarotbereich, der zum Empfänger gerichtet ist. Ein Lichttaster funktioniert ähnlich, mit dem Unterschied, dass Sender und Empfänger immer in einem Gerät integriert sind und der Lichtstrahl nicht zu einem Reflektor, sondern direkt auf das zu erkennende Objekt gerichtet wird. Der Lichttaster detektiert das Objekt anhand des von ihm reflektierten Lichts.
Es gibt sowohl hellschaltende als auch dunkelschaltende Ausführungen: Hellschaltende erzeugen ein Ausgangssignal, wenn der Empfänger das Licht des Senders empfängt. Das bedeutet, dass die Lichtschranke im normalen Zustand, wenn der Lichtstrahl nicht unterbrochen wird, ein Signal ausgibt, das einen Schaltvorgang auslöst. Bei dunkelschaltenden Typen ist es genau umgekehrt – sie erzeugen ein Ausgangssignal, wenn der Empfänger das Licht des Senders nicht empfängt. Im Handel verfügbar sind auch Modelle, die wahlweise beide Funktionen beherrschen.
Eine Lichtschranke funktioniert nach dem Prinzip der Lichtunterbrechung. Der Sender strahlt einen Lichtstrahl aus, der zum Empfänger gerichtet ist. Wird der Lichtstrahl durch ein Objekt unterbrochen, registriert der Empfänger diese Unterbrechung und gibt ein entsprechendes Signal aus. Das wird zur Erkennung von Objekten oder zur Auslösung von Schaltvorgängen genutzt.
Bei Einweg-Lichtschranken befinden sich Sender und der Empfänger an getrennten Orten, üblicherweise gegenüberliegend. Der Sender strahlt einen kontinuierlichen Lichtstrahl zum Empfänger. Solange der Lichtstrahl ununterbrochen bleibt, registriert der Empfänger das Licht. Gerät ein Objekt in den Strahlweg, reagiert der Empfänger auf den Lichtausfall und gibt ein Signal aus, das beispielsweise eine Maschine stoppt oder einen Alarm auslöst.
Reflexions-Lichtschranken oder Reflexions-Lichttaster wie Gabel-Lichtschranken enthalten den Sender und den Empfänger in einem Gerät. Dafür gibt es einen Reflektor, der dem Gerät gegenüberliegt. Der Sender strahlt auch hier einen Lichtstrahl aus, er trifft auf den Reflektor und kehrt von diesem zurück zum Empfänger. Wenn ein Objekt im Strahlweg den Lichtstrahl unterbricht, reagiert der Empfänger mit einem Signal.
Eine besondere Form der Lichtschranke ist die Retroreflexions-Lichtschranke. Wie bei der Reflexions-Lichtschranke sind Sender und Empfänger in einem Gehäuse vereint, es wird aber ein spezieller Reflektor verwendet. Er ist so gestaltet, dass er das Licht exakt zum Empfänger zurück lenkt, auch wenn der Strahl aus verschiedenen Winkeln auf den Reflektor trifft. Die Funktionsweise bleibt gleich: Bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein Objekt gibt der Empfänger ein Signal aus.
Eine Lichtschranke erfasst grundsätzlich jede Bewegung, die den Lichtstrahl zwischen dem Sender und dem Empfänger unterbricht. Wenn ein Objekt in einer geraden Linie den Lichtstrahl durchquert, registriert die Lichtschranke diese Bewegung.
Das wird beispielsweise beim Zählen von Objekten auf einem Förderband genutzt. Bewegt sich ein Objekt entlang des Lichtstrahls und unterbricht dabei den Strahl direkt – indem es in beispielsweise in den Strahl hineinragt –, wird dies ebenfalls erfasst.
Ähnlich verhält es sich bei rotierenden Objekten, sofern die Rotation Teile des Objekts in den Weg des Strahls befördert.
Moderne Lichtschranken können sehr schnelle Bewegungen erfassen, solange die Unterbrechung des Lichtstrahls kurz, aber deutlich genug ist. Diese Eigenschaft ist bei Hochgeschwindigkeitsprozessen wichtig. Ein Beispiel sind schnelle Förderbänder in der Verpackungsindustrie.
Ebenso können Lichtschranken langsame Bewegungen wie bei einer Zugangskontrolle detektieren. Aber auch, wenn ein Objekt unregelmäßig hin und her schwankt oder sich nicht linear bewegt, wird jede Unterbrechung des Lichtstrahls von der Lichtschranke erkannt.
Grundsätzlich gilt: Jede unerwartete Bewegung, die den Lichtstrahl unterbricht, wird registriert. Genutzt wird dies vor allem in sicherheitskritischen Anwendungen. Hier kommt es darauf an, jede Art von Störung zu erkennen.
Lichtschranke |
Lichttaster |
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Funktionsweise |
Besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die entweder getrennt voneinander (Einweg-Lichtschranke) oder zusammen in einem Gehäuse mit einem Reflektor (Reflexions-Lichtschranke) angeordnet sind. Der Sender strahlt einen kontinuierlichen Lichtstrahl aus, der vom Empfänger detektiert wird. Wenn dieser Strahl durch ein Objekt unterbrochen wird, erkennt der Empfänger die Unterbrechung und gibt ein Signal aus. |
Sender und Empfänger sind immer in einem Gehäuse integriert. Der Lichtstrahl wird auf das zu erkennende Objekt gerichtet. Das Objekt reflektiert das Licht, und der Empfänger registriert diese Reflexion. Der Taster erkennt Objekte basierend auf der Menge des reflektierten Lichts.
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Erkennungsmethode |
Ein Objekt wird erkannt, wenn es den Lichtstrahl zwischen Sender und Empfänger unterbricht. Dies macht Lichtschranken perfekt für die zuverlässige Detektion von Objekten, unabhängig von deren Oberflächeneigenschaften oder Farbe. |
Ein Objekt wird erkannt, wenn es das ausgesendete Licht zurück zum Empfänger reflektiert. Die Erkennung hängt von den Reflexionseigenschaften des Objekts ab, zum Beispiel von der Farbe und dem Material. |
Typische Reichweite |
Kann über größere Entfernungen arbeiten, da der Lichtstrahl über eine lange Strecke gesendet werden kann. Einweg-Lichtschranken haben oft Reichweiten von mehreren Metern. |
Hat in der Regel eine kürzere Reichweite, da der Sensor darauf angewiesen ist, dass das Licht vom Objekt zurück zum Empfänger reflektiert wird. Typische Reichweiten liegen im Bereich von wenigen Zentimetern bis zu einem Meter, abhängig vom Modell und den Reflexionseigenschaften des Objekts. |
Anwendungsgebiete |
Wird oft in Situationen eingesetzt, in denen eine zuverlässige Erkennung über größere Distanzen erforderlich ist, wie zum Beispiel bei der Absicherung von Zutrittsbereichen, in Förderanlagen oder bei der Objekterkennung über weite Strecken. |
Wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Objekte nah am Sensor vorbeigeführt werden. Dazu gehören beispielsweise die Produktionsautomatisierung, die Positionserkennung oder Maschinenprozesse, in denen Objekte in kurzer Distanz detektiert werden müssen. |
Objekteigenschaften |
Die Erkennung hängt nicht von den optischen Eigenschaften des Objekts ab (Farbe, Material). Ein Objekt wird erkannt, wenn es den Lichtstrahl unterbricht, unabhängig davon, wie es reflektiert. |
Die Erkennung ist stark von den Reflexionseigenschaften des Objekts abhängig. Dunkle oder nicht reflektierende Oberflächen können schwieriger zu erkennen sein als helle oder reflektierende Oberflächen. |
Fehlertoleranz |
Tendenziell robuster gegenüber Staub, Schmutz und anderen Störfaktoren, da sie auf eine klare Unterbrechung des Lichtstrahls reagiert. |
Kann empfindlicher auf Verschmutzungen oder Veränderungen in der Umgebung reagieren, da diese die Reflexion des Lichts beeinflussen können. |
Sicherheitsüberwachung
Lichtschranken werden in Industrieanlagen eingesetzt, um den Zugang zu gefährlichen Maschinenbereichen zu überwachen. Wenn jemand den abgesicherten Bereich betritt und den Lichtstrahl unterbricht, schaltet die Maschine automatisch ab, um Unfälle zu verhindern. In sicherheitskritischen Bereichen, wie bei Toren, Schranken oder Aufzügen, verhindern Lichtschranken, dass sich Türen schließen oder Maschinen in Betrieb gehen, solange sich eine Person oder ein Objekt im Weg befindet.
Positionserkennung und -kontrolle
Lichtschranken können feststellen, ob ein Objekt eine bestimmte Position erreicht hat, um daraufhin weitere Produktionsschritte einzuleiten. Dies ist in der Automatisierungstechnik von entscheidender Bedeutung.
Bei der Steuerung von Maschinen wie beispielsweise Pressen, wird die Endposition von Werkstücken mithilfe von Lichtschranken überwacht. Das stellt sicher, dass die Maschine ordnungsgemäß funktioniert.
Objekterkennung und -zählung
In der Produktions- und Verpackungsindustrie sind Lichtschranken im Einsatz, die das Vorhandensein und die Anzahl von Objekten auf Förderbändern erkennen. Sie können Objekte zählen oder prüfen, ob alle Teile korrekt positioniert sind. Sortieranlagen verwenden Lichtschranken, um die Position von Objekten zu erfassen und zu steuern, wann und wohin diese weitergeleitet werden sollen.
Sicherheitsanwendungen in Gebäuden
In automatischen Tür- und Torantrieben verhindern Lichtschranken, dass sich Türen schließen, solange eine Person oder ein Objekt im Durchgang ist. Ein wichtiger Sicherheitsaspekt in öffentlichen Gebäuden, Aufzügen und Parkhäusern. In Sicherheitsanlagen detektieren sie Bewegungen in einem überwachten Bereich und lösen einen Alarm aus, wenn jemand unbefugt dieses Areal betritt.
Logistik und Lagerhaltung
Logistikzentren nutzen Lichtschranken zum Erkennen von Bewegung und Position der Paketen oder Waren auf Förderbändern. Sie unterstützen dabei den Materialfluss. In automatisierten Lagersystemen helfen Lichtschranken bei der Überwachung der Lagerpositionen und beim Zählen von Beständen.
Fahrzeugerkennung
Lichtschranken erkennen, ob ein Parkplatz belegt oder frei ist und leiten die Information an ein Parkleitsystem weiter, das Autofahrer zu freien Stellplätzen führt. In Parkhäusern oder gesicherten Bereichen überwachen Lichtschranken die Ein- und Ausfahrt von Fahrzeugen, um die Schranke oder das Tor nur bei Bedarf zu öffnen.
Qualitätskontrolle
In der Qualitätskontrolle stellen Lichtschranken sicher, dass alle Produkte auf einer Produktionslinie vorhanden und korrekt positioniert sind. Fehlerhafte Produkte, die den Lichtstrahl nicht richtig unterbrechen, lassen sich so aussortieren.
Personenzählung
Öffentlichen Gebäude, Museen oder Veranstaltungsstätten sind oft mit diesen Schranken ausgestattet, um die Anzahl der ein- und austretenden Personen zu zählen. Die Anlage hilft, die Kapazität zu überwachen und Sicherheitsvorgaben einzuhalten.
Die Prüfung der Funktion einer Lichtschranke sollte von qualifiziertem Personal durchgeführt werden. Dies ist besonders wichtig, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Lichtschranke zu gewährleisten, insbesondere wenn sie in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt wird.
Elektrofachkräfte
Zu den fachkundigen Personen zählen Elektrofachkräfte mit einer entsprechenden Ausbildung und Qualifikation in der Elektrotechnik. Sie sind berechtigt, die Funktion von Lichtschranken zu prüfen. Sie verfügen über das notwendige Wissen, um die Installation, Prüfung und Wartung von elektrischen und elektronischen Sensoren sicher durchzuführen.
Geschultes Personal und Sicherheitsbeauftragte
Auch Fachkräfte, die speziell im Bereich der Sicherheitstechnik ausgebildet sind, dürfen ebenfalls Lichtschranken prüfen, insbesondere wenn diese in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt werden. In Unternehmen kann geschultes Personal – wie Betriebselektriker – für die regelmäßige Überprüfung und Wartung von Lichtschranken verantwortlich sein. Diese Personen sollten über spezifische Schulungen zur Funktionsweise und zum Umgang mit Lichtschranken verfügen.
Mitarbeiter, die für die Instandhaltung von Maschinen und Anlagen verantwortlich sind, können nach entsprechender Schulung ebenfalls die Funktion von Lichtschranken prüfen. Einige Unternehmen verfügen über Sicherheitsbeauftragte oder Arbeitsschutzverantwortliche zur Einhaltung und Überwachung von Sicherheitsvorschriften. Diese Personen können die Prüfung der Lichtschranken überwachen oder durchführen, um sicherzustellen, dass die Sicherheitsstandards eingehalten werden.
Externe Fachfirmen oder Hersteller
Ebenso können externe Fachfirmen, die auf die Installation und Wartung von sicherheitstechnischen Anlagen spezialisiert sind, mit der Prüfung beauftragt werden. Diese Unternehmen verfügen über die notwendigen Zertifizierungen und das Know-how, um die Sensoren korrekt zu prüfen und zu warten. Oft bieten die Hersteller von Lichtschranken selbst oder deren autorisierte Servicepartner Prüf- und Wartungsdienste an. Diese Experten haben spezifisches Wissen über die Geräte und können die Funktionalität gemäß den Herstelleranforderungen sicherstellen.
Grundsätzlich:
Es liegt in der Verantwortung des Arbeitgebers, sicherzustellen, dass die Prüfung der Lichtschranken durch qualifiziertes Personal durchgeführt wird. Der Arbeitgeber muss sicherstellen, dass die Prüfer entsprechend geschult und befugt sind, solche Aufgaben auszuführen.