Unfallschutz bei gleichzeitig hoher Produktivität ist heute in Industriebetrieben ohne moderne Sicherheitstechnik gar nicht mehr vorstellbar. Moderne Maschinen liefern Qualität bei enormen Taktraten und agieren dabei mit starken Kräften, hohen Temperaturen oder scharfen Schneidwerkzeugen. Zäune und Einhausungen trennen Mitarbeiter von den gefahrbringenden Maschinenteilen, gesicherte Türen ermöglichen Wartung und Werkzeugwechsel. Soweit die Theorie.
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Denn trotz aller Automatisierung müssen auch immer wieder Menschen im laufenden Betrieb mit den Apparaten interagieren – um Bauteile in die Maschine einzulegen, Montagetätigkeiten durchzuführen oder um das aus der Fertigung oder Verpackung kommende Gut abzutransportieren. Als Absicherung derartiger „Löcher“ dienen heute unter anderem Kontaktmatten, Laserscanner, Kamerasysteme und – in den meisten Fällen – Lichtgitter. Sie sorgen dafür, dass die Maschine, solange sich ein Körperteil des Bedieners in der Öffnung befindet, in einer sicheren Position bleibt oder aber stoppt, falls unerwartet etwas eindringt. Das Prinzip der Lichtschranke und des aus der Hintereinanderschaltung entwickelten Lichtgitters oder Lichtvorhangs ist nicht neu. Es arbeitet traditionell mit einer Sender- und einer Empfängereinheit. Der Sender emittiert Infrarotlichtstrahlen, die von einem Sensor im Empfänger detektiert werden. Eine Codierung des Lichtstrahls über Pulse reduziert Störeinflüsse und sorgt dafür, dass sich die passenden Einheiten paaren. Aktuelle Lichtvorhänge haben Standard-Reichweiten von sechs Meter, einige Modelle erreichen auch bis zu 20 Meter. Mit Mehrstrahl-Lichtschranken lassen sich Strecken bis 70 Meter überwachen. In den vergangenen Jahren wurde immer mehr Intelligenz in die Geräte integriert, etwa Ausblendefunktionen um gewisse Objekte zu unterdrücken. Außerdem setzte sich der Trend zur Miniaturisierung auch in diesem Bereich durch, die Lichtleisten wurden immer kleiner.
Lichtgitter neu erfunden
Auf diesem Weg geht die Firma Sick nun einen weiteren Schritt voran. In der neuen Lichtgitterreihe „Minitwin“ wird sehr kompakte Bauweise mit einem innovativ neuen Grundkonzept vereint. Flexibilität und Einfachheit waren die Hauptanforderungen bei der Entwicklung des neuen Modells.
Der Namensbestandteil „Mini“ lässt es erahnen: Die kompakte Bauform ist eines der herausragenden Merkmale des neuen Lichtgitters. Weitaus interessanter ist jedoch die Namenshälfte „Twin“, die auf eine neuartige Konzeption hinweist. Denn mit dem Minitwin verlässt Sick das herkömmliche Prinzip von getrennten Sendern und Empfängern. Zumindest in der klassischen Form mit zwei komplett getrennten Geräten. Die Sick-Konstrukteure haben Sender und Empfänger schlicht in ein gemeinsames Gehäuse gepackt. Dadurch ergeben sich gleichartige Bauteile, Twins, die sich zu einem System zusammenschalten lassen. Den Senderelementen des einen Geräts stehen immer die Empfängerelemente des anderen Geräts gegenüber – automatisch, da die gegenüberliegende Stange um 180° gedreht montiert wird. Diese Bauweise hat zusammen mit den kompakten, optimierten Abmaßen mehrere Vorteile. Zum einen gibt es für jede Baulänge nur noch ein Gerät. Das reduziert Lagerhaltungs- und Logistikaufwand. Der Vorteil verstärkt sich noch, da sich die Elemente problemlos kaskadieren lassen. Lichtquellen und Sensoren sind auf voller Länge bis an die Enden so angebracht, dass sich Elemente aneinander reihen lassen, ohne dass die Auflösung an den Stoßstellen reduziert wird. Auf diese Weise kann man sich beispielsweise darauf beschränken, nur 600-mm-Baulängen auf Lager zu legen, kann aber Öffnungen von 600, 1200 oder 1800 mm problemlos schützen. Da die Stangen sehr schmal sind, kann man sie auch über Eck anordnen, ohne dass die Auflösung an den Ecken darunter leidet. Dadurch lassen sich Eck- und U-Öffnungen absichern, Konstruktionen, die aus ergonomischen Gründen im modernen Maschinenbau immer beliebter werden. Ein weiterer Vorteil der neuartigen Konstruktionsweise des Minitwin ist die Tatsache, dass jedes Element nicht nur Sender, sondern auch Empfänger ist. Das schafft erweiterte Kommunikationsmöglichkeiten. So kann bei herkömmlichen Lichtgittern immer nur der Empfänger signalisieren, ob das Lichtgitter in Funktion ist. Fehlerdiagnose ist da nur eingeschränkt möglich. Auch die Visualisierung für den Werker, ob der Schutz aktiv ist, ist bei der klassischen Bauweise nur an der Empfängerseite möglich. Bei Minitwin hingegen ist aufgrund der bidirektionalen Arbeitsweise jedes Element über den Zustand des Partner-Twins informiert. Das bedeutet im Falle eines Defekts oder wenn ein Stick mechanisch beschädigt wurde, dass nicht mehr das gesamte zweiteilige Sender-Empfänger-Set getauscht werden muss, sondern nur noch das beschädigte Bauteil. Dieses kann leicht gefunden werden, da es durch die Kommunikationsfähigkeit melden kann, wo der Fehler liegt. Die beidseitige Visualisierung der Funktion nutzt Sick intensiv. An den Leisten sind in regelmäßigen Abständen LEDs, die bei intaktem Schutzfeld grün leuchten und bei einer Unterbrechung des Schutzfeldes rot. Der Werker sieht jederzeit, ob die Sicherheitstechnik arbeitet. Ein weiterer Vorteil der Kommunikation zwischen den Twins: Sie helfen beim Einrichten. Eine Logik erkennt, wie gut die jeweiligen Sender und Empfänger sich „sehen“ und signalisiert das mittels mehrerer blauer LEDs in der Mitte der Leiste.
Einfach und flexibel
Flexibilität war eines der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung des Minitwin. Um für jeden Zweck gerüstet zu sein, beginnt das Basismodul schon bei einer Länge von 120 mm und ist dann verfügbar in 60-mm-Inkrementen bis zu einer Länge von 1200 mm. Damit sollten sich zusammen mit der Möglichkeit, zu kaskadieren, nahezu alle denkbaren Maschinengeometrien bedienen lassen. Die Minitwins sind dabei so schmal, dass sie auch elegant in Konstruktionen integrierbar sind.
Die verfügbaren Auflösungen betragen 14 mm (Fingerschutz) sowie 24 mm und 34 mm. Die beiden gröberen Auflösungen sind um jeweils 6 mm besser als bisher bei Lichtgittern üblich (30 und 40 mm). Das kam durch die Geometrie der Linsen zustande und wurde von den Sick-Ingenieuren direkt an die Kunden weitergegeben. Schließlich bedeutet das am Ende rund zwei Zentimeter weniger Abstand zur Gefahrenstelle – ein Vorteil, der sich auch konstruktiv nutzen lässt. Ein weiteres Merkmal der sehr schlanken, schmalen Bauweise: Es gibt auf beiden Seiten der Sensorleisten keine Blindzonen. Das ermöglicht es, ohne Verringerung der Auflösung auch um Ecken zu bauen, etwa um U-Konstruktionen zu ermöglichen. Das ermöglicht in vielen Fällen einfacher und schneller zu bedienende Maschinen, da der Werker in fließenden Bewegungen mit dem Werkzeug interagieren kann. Ergonomie erfordert Barrierefreiheit und auch aus psychologischer Sicht ist es sinnvoll, nur einen kleinen optischen Zaun um die Maschine zu legen. Auch bei Befestigung und Anschluss der Minitwins legten die Entwickler Wert auf besonders einfache, nutzwertige Lösungen. Das Anschlusskabel nutzt M12-Steckverbinder mit fünf Pins, die überall preiswert verfügbar sind. Teure Spezialkabel sind nicht notwendig. Auch der Anschluss des Kabels an den Minitwin ist innovativ: Der Stecker ist drehbar, sodass das Anschlusskabel wahlweise nach oben oder nach unten herausgeführt werden kann. Ein falsches Anstecken ist bei der symmetrischen Bauweise ausgeschlossen. Das ist sowohl für die Erstinstallation, als auch für die spätere Wartung von Vorteil.
Modellpflege bei der Serie C4000
Die Sick-Entwickler haben sich nicht nur um die Neuentwicklung gekümmert, sondern auch um Innovationen bei der bewährten Produktreihe C4000. Beim C4000 Fusion wurden zwei Funktionen fusioniert: die Fähigkeiten eines normalen C4000 oder C4000 Advanced mit denen des C4000 Palletizer. Der neue Fusion kann vertikal und horizontal verbaut werden. Das ist vor allem für Kunden interessant, die vielseitige Applikationen haben und doch eine Standardisierung der verwendeten Komponenten wollen. Ein derartiger Trend findet sich derzeit in der Automobilindustrie. Für Umgebungen mit Staub und Spänen wie etwa in der holzverarbeitenden Industrie hat das Modell Fusion über eine Mehrfachauswertung auch eine Unterdrückungsfunktion, die den Einsatz in solchen rauen Umgebungen erst sinnvoll ermöglicht, da sich die Verfügbarkeit deutlich erhöht. Das Ausrichten wurde mittels einer integrierten Laserausrichthilfe vereinfacht.
Wer lediglich den Ausgang einer Verpackungsstation oder etwas ähnliches überwachen will, der kann statt des Fusion den liegend zu montierenden Palletizer nehmen. Die grundsätzliche Funktionalität ist vom Thema Ausblendung – etwa von Kabeln oder Streben – bekannt. Die Unterbrechung eines oder mehrerer Strahlen wird bewusst ignoriert. Das Lichtgitter des Palletizers erweitert das Prinzip und arbeitet wie eine Zeilenkamera. Es lernt, welche Palettenfüße in welchen Anständen das Schutzfeld durchlaufen. Personen haben andere Geometrien, sodass sicher abgeschaltet werden kann. Die neue Funktion für den Palletizer nennt sich nun „Exit Only“ und arbeitet mit einer Richtungserkennung. Dabei macht sie sich eine einfache Logik zunutze: Die Palette kommt immer aus dem Palettierer nach draußen, ein Mensch geht immer nach innen. Alleine über diese Richtungserkennung lässt sich bei derartigen Applikationen eine Sicherheitsfunktion implementieren. Der Vorteil gegenüber dem klassischem Palletizer ist, dass keine Objekte oder Palettenfußabstände mehr identifiziert werden müssen. Eine Geometrie muss nicht zwingend erfüllt werden; wenn ein Wickler die Palettenfüße mit einwickelt, dann macht das kein Problem.
Fazit
Effizienz ist Trumpf. Sick hat das erkannt und das Lichtgitter neu erfunden. Die neuen Lichtgitter bieten in vielerlei Hinsicht einen Mehrwert, der in zahlreichen Anwendungen zu günstigeren Total Costs führt als bei herkömmlichen Systemen. Sie lassen lassen sich wesentlich einfacher einrichten; zudem müssen nicht mehrere unterschiedliche Komponenten vorgehalten werden – ein echtes Plus in diesen Zeiten.
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