Sicherheitslichtgitter in der Praxis

  • Mit einem Muting-Relais und zusätzlichen Sensoren erhalten Sicherheitslichtgitter zusätzliche Systemintelligenz. Das Beispiel zeigt eine Lösung mit sequenziellem Muting. Bild: ipfMit einem Muting-Relais und zusätzlichen Sensoren erhalten Sicherheitslichtgitter zusätzliche Systemintelligenz. Das Beispiel zeigt eine Lösung mit sequenziellem Muting. Bild: ipf

Sicherheitslichtgitter verhindern den unbeabsichtigten bzw. nicht autorisierten Eingriff oder Zutritt in Gefahren­bereiche. In der Praxis können die Anforderungen an ­solche Systeme mitunter komplexer sein – wie ein Beispiel aus einer Metallgießerei zeigt.

Eine Metallgießerei stellt unter anderem Schwungscheiben für den Fahrzeugbau her. Nach dem Metallguss und vor der mechanischen Bearbeitung müssen die Rohlinge für eine Wärmebehandlung in den Ofen, wobei ein Roboter das Ofenband automatisch bestückt. Ein Gabelstapler setzt die Transportgestelle mit den Schwungscheiben an einer separaten Übergabestation ab, um sie über Rollengänge dem Prozess zuzuführen. Der Gefahren- bzw. Bewegungsbereich des Roboters muss hierbei stets abgesichert sein. Da die Betätigung von Türen einen zu großen Zeitverlust bedeuten würde und deren Montage zudem zu aufwändig gewesen wäre, entschied man sich zur Installation der Sicherheitslichtgitter OY32 von IPF Electronic. Das Gesamtsystem ist mit Lichtgittern in einen äußeren und inneren Schutzbereich aufgeteilt. Um die Transportgestelle ungehindert dem Automationsprozess zuzuführen, sind die äußeren Sicherheitslichtgitter mit einer Muting-Funktion versehen.
Sicherheitslichtgitter der Reihen OY32 und OY36 von IPF Electronic lassen sich optional mit dieser Funktion ausstatten und damit auch bereits bestehende Systeme mit einem Muting-Relais sowie Muting-Sensoren nachrüsten. Als Muting-Sensoren kommen entweder Reflexionslichtschranken (Sensor und Reflektor) oder Einweglichtschranken (Sender und Empfänger) zum Einsatz. Das Muting hebt die Schutzfunktion eines Lichtgitters kurzfristig auf, um, wie in diesem Fall, Fördergüter ungehindert in einen abgesicherten Bereich zu transportieren. Passiert ein Fördergut das Lichtgitter, müssen die Sensoren in Verbindung mit dem Lichtgitter eine bestimmte Signalreihenfolge generieren, um den Muting-Zyklus zu starten. Eine Person ist indes nicht in der Lage, eine derartige Betätigungsreihenfolge durch einen Eingriff oder Zutritt in das Schutzfeld zu generieren, um die Muting-Funktion zu aktivieren.
Unterschiedliche Anordnungen der Sensoren ermöglichen sowohl ein sequenzielles als auch Kreuz-Muting.

Beim sequenziellen Muting werden mehrere hintereinander geschaltete Sensoren (zwei vor und zwei nach dem Schutzfeld) der Reihe nach vom Fördergut innerhalb des Schutzfeldes aktiviert. Das Kreuz-Muting erfordert nur zwei Sensoren mit einem kreuzförmig angeordneten Erfassungsbereich. Der Muting-Zyklus startet, wenn beide Sensoren durch das Fördergut aktiviert werden.
Zusammenspiel abgesicherter Bereiche
In der beschriebenen Metallgießerei ließen sich die spezifischen Applikationsanforderungen durch die Kombination von Schutzfunktionen erfüllen. Ein Gabelstapler setzt im konkreten Fall ein Gestell mit Schwungscheiben auf Rollengänge ab, um das Material zur Entnahmeposition des Roboters zu transportieren. Passiert das Gestell das äußere Lichtgitter, wird dessen Muting-Funktion und damit gleichzeitig auch das Lichtgitter für den inneren Schutzbereich aktiviert. Auf diese Weise lässt sich ein ungehinderter Materialtransport zur Entnahmeposition realisieren und parallel hierzu der innere Gefahrenbereich des Roboters absichern. Sollte der Roboterarm beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion Lichtstrahlen des inneren Lichtgitters unterbrechen, wird der Roboter sofort abgeschaltet. Hat das Transportgestell das äußere Lichtgitter durchlaufen, ist der Muting-Zyklus abgeschlossen. Daraufhin wird das innere Sicherheitslichtgitter deaktiviert, damit der Roboter das Ofenband bestücken kann. Der äußere Schutzbereich ist nun hingegen erneut vor unautorisiertem Zutritt abgesichert.

Drei wichtige Eigenschaften berücksichtigen

Applikationen wie die hier beschriebene, lassen sich nur dann erfolgreich realisieren, wenn nach einer entsprechenden Gefahrenbewertung auch das richtige System ausgewählt wird. Mit Blick auf die zukünftige Schutzfunktion eines Sicherheitslichtgitters sind, abgesehen von speziellen Anforderungen, wie in dem Applikationsbeispiel, generell mindestens drei wichtige Eigenschaften zu berücksichtigen: Auflösung des Schutzsystems, Höhe des Schutzbereichs und der Mindestsicherheitsabstand des Systems zur gefahrbringenden Bewegung. Ohne detaillierter auf die beiden ersten Eigenschaften eingehen zu wollen, wirft vor allem der Mindestsicherheitsabstand eines Sicherheitslichtgitters zum Gefahrenbereich in der Praxis immer wieder Fragen auf.
Für die Berechnung des Mindestsicherheitsabstandes (der Abstand, in der ein System vor einer gefahrbringenden Anlagenbewegung zu installieren ist) erfolgt mit einer entsprechenden Formel, die unter anderem auch die Nachlaufzeit einer potenziell gefährlichen Bewegung berücksichtigt. Das ist die Zeit, die zwischen der Öffnung der Kontakte eines Sicherheitslichtgitters und dem effektiven Stopp einer gefahrbringenden Bewegung verstreicht. Bei der Bewertung dieser Nachlaufzeit kommt es aber immer wieder zu irrtümlichen Einschätzungen. So sind Anwender von Sicherheitslichtgittern mitunter der Auffassung, dass beispielsweise eine Maschine bei einem Notstopp, ausgelöst durch die Schutzvorrichtung, sofort stillsteht. In der Regel ist das aber nicht so, denn bei der Nachlaufzeit geht es oftmals nicht um Sekunden, sondern Millisekunden.
Ein Beispiel: Ein senkrecht montiertes Sicherheitslichtgitter mit einer Feldhöhe von 1.000 mm und einem Abstand von zum Beispiel 4 Metern zwischen Sender und Empfänger sollte bei einer Nachlaufzeit einer Maschine von 0,2 s einen Abstand von mindestens 466 mm zum Gefahrenbereich haben. Bei einer Nachlaufzeit von 0,3 s vergrößert sich der Mindestabstand des gleichen Systems schon auf mehr als 532 mm.

App hilft bei der Lösungssuche

Anstelle zur Berechnung des Mindestsicherheitsabstandes eine Formel heranzuziehen, können es sich Anwender auch leichter machen, zum Beispiel mit dem in der Sensor-App von IPF Electronic integrierten Berechnungstool für Sicherheitslichtgitter des Sensoranbieters.
Durch Eingabe weniger Daten lässt sich mit diesem Tool der Abstand zu einem Gefahrenbereich unter Berücksichtigung der Nachlaufzeit ermitteln und eine passende Lösung auswählen. Zu dem oben genannten Beispiel schlägt das Berechnungstool beispielweise bei einer Nachlaufzeit von 0,3 s insgesamt 13 Systeme vor, wobei der geringste Sicherheitsabstand 532,6 mm beträgt.
Würde die konkrete Anwendung indes noch kleinere Montageabstände benötigen, müsste die Nachlaufzeit der gefahrbringenden Bewegung reduziert werden, wobei schon geringfügige Anpassungen große Wirkung haben können. Ließe sich etwa in dem genannten Beispiel die Nachlaufzeit von 0,3 s auf 0,25 s reduzieren, könnte bereits ein Sicherheitsabstand des Lichtgitters von rund 452 mm realisiert werden. Eine Verringerung der Nachlaufzeit um nur 0,05 s reduziert den Sicherheitsabstand somit um rund 80 mm, was bei der Montage eines Lichtgitters in der Praxis mitunter entscheidend sein kann.

Nicht nur die Distanz ist entscheidend

Vermutlich wäre die Suche nach einem Sicherheitslichtgitter einfacher, wenn sich mit dem App-Tool die passende Lösung nur durch Eingabe der Distanz zu einer gefahrbringenden Bewegung finden ließe. Das ist aber aus mehreren Gründen nicht möglich. So verbergen sich hinter dem Eingabefeld für die Montage unterschiedliche Berechnungsformeln für die senkrechte bzw. waagerechte Anordnung eines Lichtgitters. Zudem ist für die Produktsuche unter anderem die Angabe der gewünschten Feldhöhe eines Lichtgitters erforderlich, weil hiervon die Form der Absicherung (z. B. Finger-, Hand- oder Körperschutz) und auch die Reaktionszeit des Lichtgitters abhängt. Das Tool würde daher mit der Suche nach einer Lösung allein anhand der Distanz zur gefahrbringenden Bewegung keine praktikablen Ergebnisse liefern.

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