Ratgeber
Vorhänge und Schranken aus Licht – was sich so harmlos anhört, kann durchaus Unfälle vermeiden. Und zwar dann, wenn sich jemand bewusst, fahrlässig oder rein zufällig in gefährliche Bereiche begibt. Sicherheits-Lichtvorhänge und -Lichtschranken lösen hier rechtzeitig und automatisch Alarm oder stoppen Maschinen.
Wie diese sicherheitsrelevanten Komponenten funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist, das erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Alle Technologien gehören zur optoelektronischen Sensorik.
Sicherheits-Lichtvorhänge, Sicherheits-Lichtschranken und Sicherheits-Lichtgitter bestehen jeweils aus einem Sender und einem Sensor für Lichtstrahlen im für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarotbereich.
Eine sicherheitsrelevante Aktion wird ausgelöst, wenn der Lichtstrahl unterbrochen wird, wie etwa durch eine Person oder ein Körperteil.
Ein typisches Beispiel ist die Absicherung von Bedienern gefährlicher Maschinen.
Diese optoelektronisch wirkenden Schutzeinrichtungen bieten mehr Flexibilität und geringere Ermüdung des Bedienpersonals im Vergleich zu herkömmlichen Schutzmethoden wie mechanischen Schranken, Schiebetoren und Rückhaltevorrichtungen.
Indem sie den Bedarf an massiven Schutzvorrichtungen verringern, vereinfachen lichtgesteuerte Sicherheitssysteme zudem Routineaufgaben wie das Einrichten, die Wartung und die Reparatur von Maschinen.
Sicherheits-Lichtvorhänge, -Schranken und -Gitter dienen als messende und zugleich schaltende Sensoren in erster Linie dem Schutz des Maschinenbedieners in Gefahrenbereichen.
Außerdem können sie in automatisierten Produktions- und Verarbeitungsprozessen Fehler bei der Positionierung von Material signalisieren. Diese Art der Absicherung findet sich überwiegend bei mechanischen und hydraulischen Pressen, Formpressen, Stanz-, Umform-, Niet-, Ösen- und automatischen Montagemaschinen, zum Beispiel zum Schutz von Fingern und Händen.
Sogenannte Perimeterschutzvorrichtungen schützen die von einer Maschine, einem Roboter oder einer anderen Ausrüstung definierten Grenzen. Hier erkennen die Schutzeinrichtungen die Anwesenheit von Personen. Solange sie sich im geschützten Bereich aufhalten, wird die automatisch Maschine gestoppt.
Der Rückstellschalter der Zugangssicherung muss sich dabei außerhalb des geschützten Bereichs und in Sichtweite befinden, um eine versehentliche Wiederaufnahme der Maschinenbewegung zu verhindern.
In jedem dieser Geräte projiziert ein fotoelektrischer Sender unsichtbare Infrarot-Lichtstrahlen auf eine Empfängereinheit, den Sensor. Wenn ein undurchsichtiges Objekt einen oder mehrere Strahlen im Erfassungsfeld unterbricht, sendet die Steuerlogik beispielsweise ein Stoppsignal an die bewachte Maschine.
Professionelle, lichtgesteuerte Sicherheitssysteme enthalten in der Regel Leuchtdioden, die Infrarot-Impulse aussenden. Die Impulse verlassen den Sender sequenziell – eine LED wird nach der anderen eingeschaltet – und sind mit einer bestimmten Frequenz moduliert. Fototransistoren und unterstützende Schaltungen in der Sensor-Einheit sind so ausgelegt, dass sie nur den spezifischen Impuls und die dafür vorgesehene Frequenz erkennen. Diese Ausführung bietet eine hohe Sicherheit und unterdrückt Fehlinterpretationen durch externe Lichtquellen. Die Steuerlogik, die Bedienelemente und Diagnoseanzeigen können in einem separaten Gehäuse untergebracht sein oder sich im selben Gehäuse wie die Empfängerelektronik befinden.
Je nach Art der zu schützenden Anlage übernimmt eine Steuerungselektronik das vom Sensor übermittelte Alarmsignal und leitet es an Relaisschaltungen weiter, die dann Sicherheitsmaßnahmen aktivieren, vom Abstellen einer Maschine bis zum Öffnen oder Schließen von Türen.
Sicherheits-Lichtschranken
Sie repräsentieren die einfachste Form einer Sicherheitsbarriere. Die Sendeeinheit produziert nur einen einzigen Lichtstrahl, der in der Regel waagerecht verläuft und von der Empfängereinheit bis zu einer Entfernung von mehreren Metern verarbeitet werden kann.
Die rudimentäre Version einer Lichtschranke ist die Sicherheitsbarriere an Aufzugtüren: Bei einer Unterbrechung des Lichtstrahls während des Schließvorgangs fährt die Tür automatisch wieder in die offene Position zurück. Häufig sind Sende- und Empfangseinheiten in einem Modul vereint und nutzen eine Spiegelfolie zur Reflexion des Lichtstrahls.
Größter Vorteil von Lichtschranken ist die einfache und meist kostengünstige Installation. Sie erfassen allerdings nur einen sehr kleinen Bereich und können – je nach Art der Montage – leicht über- oder unterquert werden und damit ihre Sicherheitsfunktion vollkommen verlieren.
Sicherheits-Lichtvorhänge und Sicherheits-Lichtgitter
Wesentlicher Unterschied zu einfachen Lichtschranken ist die Anzahl und die Ausrichtung der ausgesendeten Lichtstrahlen. Lichtvorhänge bestehen sozusagen aus mehreren Lichtschranken, deren Leuchtdioden übereinander und – bei Lichtgittern – auch nebeneinander ausgerichtet sind. Bei Lichtvorhängen laufen die Strahlen somit horizontal und bei Lichtgittern zusätzlich noch vertikal.
Dabei gilt: Je mehr Strahlen es gibt und je enger sie beieinander liegen, desto größer sind die Auflösung und Empfindlichkeit. Zur Personenerkennung genügen nur einige wenige horizontal ausgerichtete Strahlen. Für die Erkennung mittelgroße Objekte wie Hände sollte der Strahlenvorhang erheblich dichter sein und möglichst auch vertikal wirken. Dies gilt erst recht für die Erkennung kleiner Objekte wie Finger.
Im Gegensatz zu Lichtschranken verwenden Sicherheitslichtvorhänge beziehungsweise Sicherheitslichtgitter Schaltungen zur ständigen Überwachung auf interne Fehler. Wird ein solcher Fehler erkannt, sendet der Vorhang sofort ein Stoppsignal an die überwachte Maschine und geht dann in einen Verriegelungszustand über. Erst nach dem Austausch des defekten Bauteils und einem entsprechenden Reset lässt sich der Vorhang wieder in Betrieb nehmen.
Die Alternative: Sicherheits-Laserscanner
Ein Sicherheits-Laserscanner sendet extrem fokussierte und modulierte Infrarot-Laserstrahlen aus und detektiert Objekte aus deren diffuser Reflexion. Sender und Empfänger befinden sich dabei im gleichen Gehäuse. Laserscanning erfasst die 3D-Form eines Objekts in sehr kurzer Zeit und mit großer Genauigkeit.
Die Einsatzbereiche liegen überwiegend in der Überwachung definierter Raumbereiche, beispielsweise rund um Maschinen oder in Lagerhallen.
Wichtigstes Kriterium ist die Art der Objekte, die erfasst werden sollen, sowie deren Bewegungsrichtung. Während zur Personenerkennung Lichtschranken oft ausreichen, benötigen kleinere Objekte Lichtvorhänge oder Lichtgitter.
Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Anordnungen von Sender und Empfänger in Betracht. Wesentlich sind hier der Erfassungsbereich, die Schutzfeldhöhe sowie der maximale Abstand zwischen den Sende- und Empfangselementen. Einige Installationen verwenden Spiegel, um die Infrarotstrahlen vom Sender um Ecken und zurück zum Empfänger zu leiten. Spiegel absorbieren allerdings Teile des Infrarotlichts und reduzieren daher die Reichweite um 12 bis 18 Prozent.
Selbst wenn die Auflösung und die Schutzfeldhöhe perfekt auf den Einsatzzweck abgestimmt sind, kann es zu ungewollten und damit gefährlichen Fehlern kommen. Und zwar durch reflektierende Oberflächen. Befindet sich das Sensorfeld in der Nähe einer reflektierenden Oberfläche, zum Beispiel glänzendes Metall, Folie, Kunststoff oder ein ähnliches Material, kann diese Oberfläche den Strahl ablenken. Das führt dazu, dass ein Hindernis im Erfassungsfeld eventuell nicht erkannt wird.
Zu den Korrekturmethoden gehören die Vergrößerung des Abstands des Erfassungsfelds von der reflektierenden Oberfläche und die Verringerung des Reflexionsvermögens der Oberfläche durch Anstrich, Abdecken oder Austausch von Materialien.