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Auf neuen Wegen

Trends bei Sicherheits-Lichtgittern
Auf neuen Wegen

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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.

SICK AG Public Rela­ti­ons Frau Dipl.-Journ. Antje Stein Erwin-Sick-Straße 1 79183 Wald­kirch TOP Media Herrn Dirk S. Heyden Im Lang­ge­wann 18 69469 Wein­heim

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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