Optische Schutzeinrichtungen

Optische Schutzeinrichtungen erkennen automatisch Objekte in ihrem Überwachungsbereich und erfordern keinerlei Maßnahme seitens des Maschinenbedieners. Daher gelten Sie als produktionsfreundlicher als andere Schutzeinrichtungen.

Unser breites Sortiment an optische Schutzeinrichtungen umfasst Lichtvorhänge, Lichtgitter und Einzelstrahl-Lichtschranken. Die einfacheren Ausführungen eignen sich für unkomplizierte Anwendungen, während andere Modelle für anspruchsvolle Anwendungen erweiterte Funktionen wie eine Überbrückung („Muting“) bieten.

Orion Lichtschranken

Sie reduzieren Komplexität, Kosten und Stillstandszeit. [EN]

Lichtvorhang oder Lichtgitter?

Muting

Blanking

Zurücksetzen

Sicherheitsanforderungen für optoelektronische Schutzeinrichtungen?

Orion optoelektronische Schutzeinrichtungen Übersicht

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Was unterscheidet einen Lichtvorhang von einem Lichtgitter?

Ein Lichtvorhang besteht aus mehreren eng beieinanderliegenden Lichtschranken, während ein Lichtgitter lediglich aus einer bis zu vier Lichtschranken besteht. Am engsten liegen die Lichtschranken bei einem Lichtvorhang nebeneinander, sodass er zur Fingererkennung verwendet wird. Hier beträgt die Auflösung 14 mm. Bei Lichtgittern liegen die einzelnen Lichtstrahlen dagegen in der Regel 300 bis 500 mm auseinander.

Die Entscheidung zwischen Lichtgitter und Lichtvorhang ist häufig eine Frage des verfügbaren Sicherheitsabstands, der Reichweite und nicht zuletzt des Preises. Lichtvorhänge kommen vorzugsweise bei kurzen Sicherheits-/Mindestabständen zum Einsatz. Lichtgitter erhalten dagegen den Vorzug bei längeren Sicherheits-/Mindestabständen und Erfassungsbereichen bis 40 m sowie aufgrund ihrer geringeren Kosten.

Lichtvorhang für kurze Sicherheitsabstände

Ein Lichtvorhang kann in einer Maschine oder Produktionsanlage auf dieselbe Weise genutzt werden wie eine mechanische Schutzeinrichtung. Kommt es jedoch zu einer Gefahrensituation, gibt es einen entscheidenden Unterschied: Wird vor einer gefährlichen Maschine ein Lichtvorhang mit kurzem Mindestabstand installiert, besteht ein hohes Risiko des spontanen Eingriffs in die Maschine – häufig als „Nachgreifen“ bezeichnet. Kann die gefährliche Maschinenbewegung bei einem solchen Eingriff nicht sofort angehalten werden, sind Verletzungen kaum zu vermeiden.

Daher ist es unverzichtbar, dass die gesamte Kette im Anhalteschaltkreis der Maschine redundant ausgelegt ist und überwacht wird. Das gilt in der Regel auch für Armaturen und Schaltschütze, die gefährliche Bewegungen steuern.

Die Vorschriften zu den Sicherheitsabständen werden in spezifischen Typ-C-Normen, wie in der EN 692 für mechanische Pressen, geregelt. Ist keine spezifische Typ-C-Norm verfügbar, gilt allgemein die EN ISO 13855.

Automaten

Für Lichtvorhänge an automatischen Maschinen ist eine Rückstellfunktion vorzusehen, die aktiv ist, wenn die Maschine auf Automatikbetrieb eingestellt ist – unabhängig davon, ob es sich um einen umgehbaren Schutz handelt oder nicht. Nachdem ein Lichtvorhang ausgelöst wurde, muss zunächst eine Rückstellfunktion betätigt werden und anschließend der Arbeitszyklus über eine separate Einschaltvorrichtung wieder aktiviert werden. Dasselbe gilt für Maschinen mit halbautomatischem Antrieb.

Bedienerschutz an Maschinen mit manuellen Arbeitsschritten

Manuell bediente Maschinen, an denen ein oder mehrere Bediener zwischen den einzelnen Arbeitszyklen Teile zuführen und entnehmen, bergen bei der Nutzung von Lichtvorhängen das höchste Risiko. Das liegt daran, dass die Eingriffe in den Gefahrenbereich der Maschine häufig mehrmals pro Minute erfolgen.

Lichtvorhänge an Pressen

Lichtvorhänge gelten seit vielen Jahren als gängige Schutzeinrichtung an Pressen. Fast genauso lange gibt es ausführliche Informationen zu deren Nutzung an solchen Maschinen (siehe folgende Doppelseite „Taktbetrieb per Lichtvorhang“. An Pressen sind ausschließlich Lichtvorhänge des Typs 4 zulässig.

Rückstelleinrichtung

An der Bedienseite – d. h. an der Seite oder den Seiten, an denen Bediener die Teile zuführen und entnehmen – muss eine separate Rückstelleinrichtung für den Lichtvorhang vorgesehen werden, in der Regel in Form eines Druckschalters. Bei mehreren Lichtvorhängen, beispielsweise an der Vorder- und Rückseite der Maschine, ist pro Vorhang je eine solche Einrichtung erforderlich. Wird der Lichtvorhang während einer gefährlichen Maschinenbewegung ausgelöst, darf die Presse erst nach dem Rückstellen wieder angefahren werden können. Bei einer Auslösung nach dem Ende eines Zyklus ist dagegen keine Rückstellung erforderlich.

Taktbetrieb per Lichtvorhang

Beim Taktbetrieb ist die Maschine so konfiguriert, dass durch Auslösen des Lichtvorhangs ein neuer Zyklus beginnt. Ein Zyklus ist per Definition der Vorgang, bei dem die Hand einmal in die Maschine hinein greift und wieder zurückgezogen wird. Üblicherweise kann man zwischen dem Eintakt- und dem Zweitaktbetrieb wählen. Beim Eintaktbetrieb beginnt eine neue Aktion nach einmaligem Auslösen des Lichtvorhangs, beim Zweitaktbetrieb muss der Lichtvorhang zweimal ausgelöst werden. Das heißt, der Bediener steuert die Maschine durch das Zuführen bzw. Entnehmen der Teile.

Bei Pressen ist dieser „Taktbetrieb“ weit verbreitet. Da eine Presse jedoch ohne besonderen Befehl anläuft, besteht ein Restrisiko. Aus diesem Grund müssen vor der Inbetriebnahme der Maschine zahlreiche Voraussetzungen erfüllt sein.

Für kleinere Pressen ohne Zutrittsmöglichkeit gelten bestimmte, einschränkende Vorschriften: Die Tischhöhe muss mindestens 750 mm betragen, die Hublänge ist auf 600 mm, die Tischtiefe auf 1000 mm begrenzt. Der Lichtvorhang muss eine Auflösung von mindestens 30 mm aufweisen. Wird die Presse nicht innerhalb von ca. 30 Sekunden nach Zyklusende gestartet, muss der Lichtvorhang zunächst manuell zurückgestellt werden, um einen neuen Zyklus zu starten. Für Maschinen mit Taktbetrieb muss die Installation des Lichtvorhangs gemäß den Maschinenparametern sowie sämtlichen einschlägigen Normen und Vorschriften erfolgen.

Installation des Lichtvorhangs

Der Lichtvorhang ist so zu installieren, dass niemand in einen Bereich mit Quetsch- oder sonstiger Verletzungsgefahr gelangen kann, ohne den Lichtvorhang auszulösen. Vor allen Dingen darf es während des Zyklus unterhalb, seitlich und oberhalb keinerlei Eingriffsmöglichkeiten geben. Das Schutzfeld des Lichtvorhangs muss daher etwas unterhalb der Pressentischkante beginnen. Bleibt oberhalb des Lichtvorhangs ein offener Bereich, muss die Höhe so angepasst werden, dass ein Hinübergreifen über das Schutzfeld ausgeschlossen ist (siehe ISO 13855). Die mechanischen Einstellmöglichkeiten müssen so begrenzt werden, dass alle gefährlichen Bewegungen der Maschine außerhalb der Bediener-Reichweite erfolgen.

Um zu verhindern, dass sich Personen im Gefahrenbereich aufhalten können, darf der Abstand zwischen dem Schutzfeld der Lichtvorhänge und den Maschinenkomponenten höchsten 75 mm betragen. In der Praxis müssen zur Einhaltung dieser Vorgabe und des erforderlichen Sicherheitsabstands üblicherweise zusätzliche, z. B. feststehende trennende Schutzeinrichtungen oder weitere horizontale Lichtvorhänge vorgesehen werden, die durch Eintreten ausgelöst werden. Ein anderer Lösungsansatz wäre ein waagerecht oder schräg ausgerichteter Lichtvorhang.

Muting (Überbrücken)

Ein Überbrücken der Schutzeinrichtung kann aus unterschiedlichen Gründen notwendig sein. Eines der häufigsten Szenarios ist der automatische Materialtransport auf einem Förderband, einem fahrerlosen Transportsystem (FTS) oder Ähnlichem. Ebenso üblich ist die Überbrückung, um mit einem Drei-Stellungs-Zustimmschalter in den Gefahrenbereich zu gelangen.

Bei der Überbrückungsfunktion ist unbedingt sicherzustellen, dass sie sicher funktioniert, nicht versehentlich aktiviert werden kann und schwer zu umgehen ist. Mit anderen Worten, sie muss den Materialtransport erlauben, aber gleichzeitig Personen zuverlässig am Zugang hindern. Um hier ein Höchstmaß an Sicherheit zu erreichen, ist ein redundant ausgelegtes und überwachtes System erforderlich (in der Regel mit mindestens zwei unabhängigen Signalquellen). Wird dies über Sensoren realisiert, sollten unterschiedliche Typen eingesetzt werden. Andernfalls könnten beide Sensoren aus demselben Grund versagen (z. B. infolge einer gemeinsamen Ursache). Ein Beispiel einer solchen Lösung wäre die Nutzung eines mechanischen Endlagenschalters in Kombination mit einer Fotozelle.

Um eine vorsätzliche Umgehung/Manipulation der Überbrückungssensoren/-signalquellen auszuschließen, wird ein Sicherheitsrelais oder eine Sicherheits-SPS angeschlossen. Damit wird überwacht, ob in jedem Überbrückungszyklus beide Sensoren aktiviert und deaktiviert werden.

Die Variationsmöglichkeiten für Überbrückungssysteme sind nahezu unbegrenzt. Die Auswahl hängt letztlich von den individuellen Anforderungen der jeweiligen Anlage/Maschine ab. Für Focus II stehen eine Reihe vorkonfektionierter Muting-Funktionen zur Wahl.

Blanking (Ausblenden)

Beim Blanking werden einige Strahlen im Schutzfeld eines Lichtvorhangs dauerhaft ausgeblendet. Diese Funktion ist zulässig und einsetzbar, wenn sich ein Gegenstand, der größer ist als die Auflösung des Lichtvorhangs, dauerhaft im Schutzfeld befindet, ohne dass die Sicherheitsausgänge (OSSD) abgeschaltet werden. Wird der Gegenstand aus dem Schutzfeld entfernt, wechseln die Sicherheitsausgänge in den AUS-Zustand.

Das Blanking verfügt über unterschiedliche Toleranzeinstellungen, die eine Bewegung oder Vibration der im Schutzfeld befindlichen Gegenstände zulassen.

Eine solche Toleranzeinstellung ist das sogenannte „gleitende Ausblenden“ (Floating Blanking). Hierbei kann sich der ausgeblendete Bereich bei laufender Maschine innerhalb des Schutzfeldes bewegen. Die übrigen Lichtstrahlen bleiben aktiv und bieten normalen Schutz, jedoch häufig mit geringerer Auflösung.
Beim Einsatz einer Blanking-Funktion muss unbedingt sichergestellt werden, dass der Lichtvorhang weiterhin unverminderten Schutz bietet. Außerhalb der ausgeblendeten Zone muss er an jeder Stelle, je nach Auflösung, Objekte in der Größe eines Fingers oder einer Hand erfassen. Beim Blanking sind möglicherweise zusätzliche mechanische Schutzeinrichtungen und/oder größere Sicherheitsabstände zum Gefahrenbereich erforderlich.

Die Blanking-Funktion kann nur per Schlüssel, Spezialwerkzeug oder sonstigem Freischaltgerät aktiviert werden.

Rückstelleinrichtung – drei Alternativen

Überwachte manuelle Rückstellung

Wird ein Lichtvorhang/-gitter unterbrochen, erhalten die Maschinen im überwachten Gefahrenbereich einen Stoppbefehl und es wird bei Bedarf eine Rückstellungsleuchte aktiviert. Bevor die Maschine wieder angefahren werden kann, muss zunächst der Lichtvorhang bzw. das Lichtgitter zurückgestellt werden. Dies geschieht mit einem Rückstellschalter, der sich an einer Stelle befindet, von der aus der gesamte Gefahrenbereich einsehbar ist – und der nicht von der Schutzzone aus erreichbar ist. An die Rückstellfunktion werden hohe Anforderungen gestellt: weder ein Kurzschluss noch ein fehlerhaftes Bauteil dürfen eine automatische Rückstellung auslösen. Nach Betätigen der Rückstelleinrichtung werden die Ausgänge aktiviert und die Rückstellungsleuchte abgeschaltet.

Überwachte zeitgesteuerte Rückstellung

Die überwachte zeitgesteuerte Rückstellung (Pre-Reset) erlaubt erst dann eine Rückstellung von außerhalb des Gefahrenbereichs, nachdem sichergestellt wurde, dass sich keine Person unbemerkt im Gefahrenbereich aufhält. Zur Rückstellung des Lichtstrahls (siehe Abbildung) muss zuerst Schalter 1 betätigt werden und anschließend, z. B. innerhalb von fünf Sekunden, Schalter 2. Eine solche Vorrichtung ist immer dann unverzichtbar, wenn es nicht möglich ist, den gesamten Schutzbereich von einer Stelle aus einzusehen.

Automatische Rückstellung

Die automatische Rückstellung wird immer dann verwendet, wenn die Lichtstrahlen einen ganzen Bereich überwachen. Wird ein Lichtstrahl unterbrochen, bedeutet das, dass sich z. B. ein Roboter in dem Bereich befindet. Betritt eine Person denselben Bereich, beispielsweise durch eine Tür, wird der Roboter angehalten. Ist das Lichtfeld wieder frei, wird die Steuereinheit automatisch zurückgestellt.

Welche Sicherheitsanforderungen gelten für die optoelektronischen Schutzeinrichtungen?

In der Norm EN 61496-1 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen sind hohe Sicherheitsanforderungen festgelegt. Zu den Hauptforderungen gehören ein sicheres Anhalten der Maschine und die Gewährleistung, dass fremde Lichtquellen bzw. sonstige Störungen die Sicherheitsfunktion nicht beeinträchtigen.

Je nach Ausprägung der Sicherheitsfunktion kann zwischen Sicherheitsbauteilen des Typs 2 und 4 gewählt werden. Typ 2 und 4 entsprechen im Wesentlichen den Kategorien 2/PL c bzw. 4/PL e gemäß EN ISO 13849-1.

Typ 4 entspricht der höchsten Sicherheitsstufe und besagt, dass eine Störung keinesfalls die Sicherheitsfunktion beeinträchtigen darf, und dass diese Störung durch einen sofortigen Pegelabfall an den Ausgängen erkennbar ist, bzw. dass diese nach einer Trennung nicht wieder verbunden werden. Der maximal zulässige Streuwinkel des Lichts beträgt ±2,5°.

Typ 2 besagt, dass eine grundlegende, jedoch überwachte Sicherheitsfunktion erforderlich ist. Das heißt, die Sicherheitsfunktion muss durch regelmäßige Tests überprüft werden, die den Ausgang unterbrechen, sobald eine Störung erkannt wird. Diese Testfunktion kann entweder in die Schutzvorrichtung integriert werden oder über eine externe Einheit (z. B. die Maschinensteuerung) realisiert werden. Der maximal zulässige Streuwinkel des Lichts beträgt bei diesem Typ ±5°.

Lichtgitter und Lichtvorhänge zählen zu den Sicherheitsbauteilen in Anhang 4 der Maschinenrichtlinie. Somit ist eine Baumusterprüfung durch eine offiziell anerkannte Stelle erforderlich.

Unser Angebot

Optische Schutzeinrichtungen

Orion1 Base Lichtvorhang

Für Finger und Hand Detektion
Bis zu 6 m (Finger)
Bis zu 19 m (Hand)

Optische Schutzeinrichtungen

Orion2 Extended Lichtgitter

Körper Detektion
Stummschaltung-Funktion
Sender und Empfänger
Bis zu 50 m - schmal

Optische Schutzeinrichtungen

Orion1 Extended Lichtvorhang

Finger und Hand Detektion
Erweiterte Funktionen
Bis zu 7 m (Finger)
Bis zu 20 m (Hand)

Optische Schutzeinrichtungen

Orion3 Base Lichtgitter

Körper Detektion
Aktive und passive Einheit
Bis zu 8 m - robust

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Orion2 Base Lichtgitter

Körper Detektion
Sender und Empfänger
Bis zu 50 m - schmal

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Orion3 Extended Lichtgitter

Körper Detektion
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Aktive und passive Einheit
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