Insbesondere im vergangenen Jahrzehnt hat sich die Sicherheitstechnik für Maschinen und Anlagen, z.B. durch technische Verbesserungen und die Integra- tion von Zusatzfunktionen, vom Kostenfaktor zum Prozessoptimierer entwickelt. Sicherheits-Lichtgitter sind hierfür das beste Beispiel. Auch heute noch birgt die „eigentlich etablierte“ Technologie große Potenziale für mehr Prozess- und Kosteneffizienz – wie die Systeme miniTwin, C4000 Palletizer Advanced für „exit only“ Anwendungen und C4000 Fusion beweisen.
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Sicherheits-Lichtgitter: Aktuelle Momentaufnahme
Sicherheits-Lichtgitter sind bzw. waren bislang ausschließlich als Sender-Empfänger-Systeme ausgelegt. Sie erzeugen ein rechteckiges Überwachungsfeld und werden dazu eingesetzt, eine Fläche zu überwachen, die durch die Bauhöhe der Systeme und die Reichweite – marktüblich sind 0…20m (alternativ bis 6m) – definiert ist. Je nach Auslegung können so sowohl kleine als auch große Öffnungen bzw. Gefahrstellen an Maschinen überwacht werden. Dabei hat die technologische Entwicklung dazu geführt, dass die Ansprechzeiten der Systeme immer weiter verbessert, d.h. verkürzt werden konnten. Damit wurden immer kleinere Sicherheitsabstände realisierbar, die wiederum für viele Applikationen ein deutliches Plus an Ergonomie und damit Bedienerakzeptanz mit sich brachten. Die Integration intelligenter Steuerungsfunktionen, z.B. Schützkontrolle, Wiederanlaufsperre, Muting, Blanking oder Mustererkennung, hat aus Sicherheits-Lichtgittern wichtige Automatisierungskomponenten gemacht, die die Produktivität und Verfügbarkeit von Maschinen unterstützen und verbessern.
Innovation in der „WiFiKri“: Technologien erschließen Kostenvorteile
Die Basis-Technologie der Sicherheits-Lichtgitter kann als ausgereift bezeichnet werden, weshalb sich der Blick von Systemintegratoren und Anwendern auf anwendungsrelevante Zusatznutzen und – insbesondere in Zeiten der Wirtschafts- und Finanzkrise (WiFiKri) die Reduzierung der total cost of ownership (tco) richtet. Hierzu gehört zunächst die Senkung der Logistikkosten in Beschaffung, Lager und Service. Des Weiteren trägt der Einsatz möglichst standardisierter elektrischer wie auch mechanischer Anschlusskomponenten zu einer Verringerung der tco bei.
Vor Ort entscheiden die Schnelligkeit der Erstinbetriebnahme sowie ein im Bedarfsfall schneller und einfacher Gerätetausch über die Kosteneffizienz der Lösung – zumal, dann, wenn diese in der Lage ist, die Folgekosten eines Maschinenstillstandes zu minimieren.
Innovationspotenziale sind somit in drei Bereichen zu finden: Der generellen „Bedienfreundlichkeit“ von der Beschaffung bis zum Betrieb, der prozessgerechten Integration von spezieller Funktionalitäten sowie der weitreichenden Standardisierung der System- und Zusatzkomponenten. Schnelle Montage, leichte Inbetriebnahme, zielgerichteter Funktionsumfang und reduzierte Versionsvielfalt werden durch technische Innovationen erreicht und gewährleisten ein Höchstmaß an Prozesseffizienz und Wirtschaftlichkeit. Den dreifachen Beweis liefern – auf unterschiedliche und damit applikationsorientierte Weise – die Sicherheits-Lichtgitter miniTwin, C4000 Palletizer exit only und C4000 Fusion von SICK.
Kosteneffizienz durch Standardisierung: Die miniTwin-Technologie
In der Symmetrie liegt die Zukunft – diesem Gedanken liegt die völlig neuartige Technologie des Sicherheits-Lichtgitters miniTwin zugrunde. Zugelassen für Anwendungen, in denen das höchstmögliche Schutzniveau vorgeschrieben ist, d.h. für Performance Level pl „e“ nach EN ISO 13849–1, alternativ SIL3 nach IEC 61508 bzw. der Sektornorm EN 62061, verlässt das miniTwin-Konzept das klassische Systemkonzept. Getrennte Sender und Empfänger sucht man vergebens – bei dem neuen Lichtgitter befinden sich die Sende- und Empfangselemente im gleichen Einheits-Stick – symmetrisch verteilt auf jeweils eine Gehäusehälfte. Zwei baugleiche Sensoren vereinen sich zu einem System: Das sichere Lichtgitter entsteht durch eine um 180° verdrehte Montage von zwei miniTwin-Sticks zueinander, so dass sich die Sender- und die Empfängermodule gegenüber befinden. Die kleinste Auflösung von 14mm und die schnelle Ansprechzeit des miniTwin ermöglichen – auch bei einem maximalen Aufbau von drei kaskadierten Systemen – bei Bedarf kurze Sicherheitsabstände für eine optimierte Arbeitsergonomie. Auffällig ist zudem die im Gegensatz zu anderen Lichtgittern deutlich verkleinerte Bauform der Gehäuse, die in Inkrementen von 60 mm zwischen 120 mm und 1.200 mm individuell abstufbar sind: Der Profilquerschnitt konnte mehr als halbiert werden. Die Zusammenführung von Sender und Empfänger in einem Gehäuse führt zu einer Standardisierung der Systemkomponenten und reduziert z.B. den Lagerplatzbedarf um bis zu 50%. Das gilt auch bei kaskadierten Systemen: Hier gibt es keinen Unterschied zur Stand alone – Versionen; der Einheitsstick ist für Host- und Guest-Varianten immer gleich. Ebenso deutlich ist die Vereinheitlichung bei der Anschlusstechnik: Der industrietaugliche, symmetrisch aufgebaute Geräteanschluss kann – bei freier Wahl der Richtung des Kabelabganges – auf der Geräterückseite des miniTwin angeschraubt werden. Der elektrische Anschluss erfolgt über ein Standard-Anschlusskabel und 5‑poligem M12 – Systemanschluss. All diese Standardisierungsmerkmale des miniTwin reduzieren den Aufwand in der Ausrüstungs‑, Lager- und Service-Logistik deutlich. Hinzu kommt die einfache mechanische Integration des miniTwin mit applikationsgerechten Halterungen, die automatische Hardwarekonfiguration sowie die intuitive Handhabung – mit den Vorteilen einer schnelleren, kosteneffizienten Inbetriebnahme und erhöhten Verfügbarkeit. Eine weitere Besonderheit ist die durchgehende LED Anzeige über die gesamte Schutzfeldhöhe. Sie dient als Ausricht‑, Status- und Diagnoseanzeige und visualisiert im Betrieb das Schutzfeld auf beiden Seiten des Sensorpaares.
Klare Richtung für Material und Kosten
Nicht ein Technologiesprung wie beim miniTwin, sondern ein Technologiewechsel kennzeichnen die aktuellen Ausbaustufen der Sicherheits-Lichtgitter C4000. Beim C4000 Palletizer Advanced für „exit only“ Anwendungen handelt es sich um eine klassische Sender-Empfänger-Lösung zur Zugangsabsicherung nach EN 61496, Typ 4 sowie IEC 61508 SIL3. Sie ist für Förderanlagen mit automatischem Materialtransport konzipiert und kommt – im Gegensatz zu installationsaufwändigen, dejustagegefährdeten und platzintensiven Mutingsystemen – ohne zusätzliche Sensorik, Pendeltüren oder Anzeigelampen aus. Konzeptioneller Hintergrund des Systems ist die Tatsache, dass in der überwiegenden Mehrzahl industrieller Palettier‑, Verpackungs- und Zuführanlagen beispielsweise in der Intralogistik der automatisierte Warenfluss nur in einer Richtung verläuft, z.B. von rechts in den Folienwickler hinein und nach links wieder hinaus. Bei horizontaler Installation nutzt das C4000 Palletizer exit only die Funktion der Richtungserkennung. Eine Palette, die aus einer Maschine ausfährt, deckt die Einzelstrahlen des Lichtgitters in einer anderen Reihenfolge ab als eine Person, die von der anderen Seite den gefahrbringenden Bereich betreten will. Hierbei ist es dann nicht relevant, ob der abgetastete Bereich der Palette Störungen aufweist, z.B. einen defekten Palettenfuß oder herabhängende Transportschutzfolie – es zählt alleine die Bewegungsrichtung. Darüber hinaus kann das Schutzfeld als dauerhafter Parkplatz benutzt werden und spart somit wertvollen Stellplatz gegenüber einer Mutinglösung. Hinzu kommt, dass durch die Voreinstellung des Systems ab Werk in der Regel kein Konfigurations- und Programmieraufwand vor Ort bei der Inbetriebnahme anfällt. Insgesamt hat so auch das C4000 Palletizer exit only das Zeug zu einer prozess- und kosteneffizienten Standardlösung: Es ist wirtschaftlich in Anschaffung und Installation und gibt in Planung, Konstruktion, Montage, Anschluss und Service die Richtung für die Kosten – nämlich nach unten – vor.
Verfügbarkeit und Kostenkontrolle „fusionieren
Industrielle Sensorik kommt eher selten unter reinraumnahen Bedingungen zum Einsatz – wesentlich häufiger anzutreffen sind Einsatzbedingungen, die für eine zuverlässige Funktion und Verfügbarkeit ein gewisses Maß an Robustheit erfordern. Das ist bei Sicherheits-Lichtgittern nicht anders. Das von dem Sender- und dem Empfängermodul erzeugte „sichere Schutzfeld“ erkennt eine Person oder deren Gliedmaßen und schaltet die Maschine dann sofort ab. Dieses Abschalten wird durch das Unterbrechen eines oder mehrerer Lichtstrahlen im Schutzfeld ausgelöst – ein Prinzip, das jedoch viele Lichtvorhänge dann an ihre Grenzen bringt, wenn sie im besonders rauen Umfeld eingesetzt und entsprechend hohen Verschmutzungsgefahren ausgesetzt sind. So führen Sägemehl, Späne und Holzsplitter bei den meisten herkömmlichen Lichtgitter-Systemen sehr schnell zur Unterbrechung einzelner Lichtwege und damit zum Ansprechen der Sicherheitseinrichtung und zum ungewünschten Stopp in einem Prozess. Mit dem C4000 Fusion steht jetzt eine Lösung zur Verfügung, die speziell auf solche Applikationen abzielt, in denen statt Trittmatten, Seilzugschaltern oder mechanischen Klappen berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen gewünscht sind, die aber bislang aufgrund von Verschmutzungsgefahren und anderen Umfeldbedingungen nicht die erforderliche Prozessverfügbarkeit aufwiesen.
Drei Merkmale bzw. Funktionen gewährleisten beim horizontal wie vertikal einsetzbaren C4000 Fusion eine höchstmögliche Verfügbarkeit: Das Multiscan-Verfahren, die reduzierte Auflösung und die redundante Sender-Empfänger-Synchronisation. Multiscan beruht auf einer Erhöhung der Scanrate, d.h. der Mehrfachabfrage der nicht unterbrochenen Lichtwege der einzelnen Sende-Elemente, sowie der intelligenten Auswertung der Scanergebnisse. Dadurch kann das System sicher unterscheiden, ob ein Arm oder eine Person einzelne Strahlen des Schutzfeldes unterbricht oder ob es sich z.B. um herabfallende Holzspäne handelt. Der erste Fall führt zur sicherheitsgerichteten Abschaltung einer Maschine oder einer Fördereinrichtung; im zweiten Fall wird der jeweilige Prozess ohne Unterbrechung fortgesetzt. Für Aufgabenstellungen, in denen ein Eingreifen durch den Lichtvorhang erlaubt sein soll, ein Betreten des überwachten Bereiches jedoch sicher gemeldet werden muss, bietet die Funktion reduzierte Auflösung die erforderliche Systemflexibilität: Bewegliche Objekte bis zu 240 mm Durchmesser – also z.B. der Arm eines Maschinenbedieners inklusive Bekleidung – können in das Schutzfeld „hineinragen“, ohne ein Ansprechen der Sicherheitseinrichtung auszulösen. Dabei muss der Bereich der reduzierten Auflösung nicht ortsfest sein, sondern ist auch dynamisch definierbar: es wird nur die Anzahl der auszublendenden Strahlen des C4000 Fusion festgelegt; der Ort der Ausblendung ergibt sich dann aus dem tatsächlichen Eingreifen in die Maschine.
Schließlich trägt auch die redundante Synchronisation des C4000 Fusion zur höchstmöglichen Verfügbarkeit bei, denn die elektronische Abstimmung des Sende- und des Empfängermoduls erfolgt innerhalb des Lichtvorhanges über mehrere Lichtstrahlen.
Die unterschiedlichen technologischen Lösungsansätze bei den Sicherheits-Lichtgittern miniTwin, C4000 Palletizer exit only und C4000 Fusion zeigen, dass die konsequente Umsetzung von Prozessanforderungen und Kundenwünschen auch bei etablierten Technologien interessante Innovations- und damit Effizienzpotenziale eröffnet kann. Die sich bei allen Systemen ergebende Möglichkeit zur Reduzierung der tco wird dabei gerade in „kostenbewußten“ Zeiten zu einem entscheidenden Zusatznutzen.
Hartmut Dages, Business Unit Manager (Marketing & Vertrieb) Light Beam Systems in der Division Industrial Safety Systems der SICK AG, Waldkirch.
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