SICK-Lichtvorhänge: Auswahlleitfaden für sicheren Zugang sowie Finger- und Handschutz

Ein Sicherheitslichtvorhang erzeugt zwischen Sender und Empfänger ein Schutzfeld aus unsichtbaren Infrarotstrahlen. Unterbricht eine Hand, ein Arm oder eine Person dieses Feld, ändern die sicheren Ausgänge ihren Zustand und die Maschinensteuerung stoppt die gefährliche Bewegung. Da häufig zugängliche Stellen ohne physische Schutztür abgesichert werden können, ergeben sich erhebliche Vorteile hinsichtlich Ergonomie und Produktivität bei der Pressenbeschickung, an Roboterzellen sowie beim Verpacken, Palettieren und Materialtransport. Neben dem richtigen Produkt bestimmen jedoch auch der Sicherheitsabstand, die Zugangsgeometrie und die tatsächliche Nachlaufzeit der Maschine das Ergebnis.

Dieser Katalog und Auswahlleitfaden behandelt die Sicherheitslichtvorhang-Familie SICK deTec als konkrete Produktplattform. deTec2 Core, deTec4 Core und die erweiterten deTec4-Funktionspakete bieten unter derselben Bezeichnung unterschiedliche Sicherheits- und Funktionsumfänge. Auflösung, Schutzfeldhöhe, Reichweite, Ansprechzeit, Anschluss und Zertifizierung müssen anhand des Bestellcodes ausgewählt werden. Die technischen Daten einer Variante dürfen nicht auf die gesamte Familie übertragen werden; die endgültige Auslegung muss anhand des aktuellen Datenblatts, der Betriebsanleitung, der Risikobeurteilung und einer Validierung bestätigt werden.

Sicherheitslichtvorhang und Automatisierungslichtgitter unterscheiden

Der offizielle technische Blog von SICK erläutert, dass Sicherheitslichtvorhänge und Automatisierungslichtgitter im Produktportfolio unterschiedliche Aufgaben erfüllen, auch wenn Lichtvorhang als Oberbegriff verwendet wird. Ein Automatisierungslichtgitter kann zur Objektvermessung, Höhenbestimmung oder Überwachung des Produktflusses eingesetzt werden. Ein Sicherheitslichtvorhang bildet dagegen als berührungslos wirkende Schutzeinrichtung den detektierenden Teil einer Sicherheitsfunktion, die Menschen vor gefährlichen Bewegungen schützt. Eine hohe Auflösung macht ein herkömmliches Messlichtgitter noch nicht zu einer Sicherheitseinrichtung.

Die Risikobeurteilung der Maschine legt zunächst fest, welches Ereignis abgesichert werden soll. Die Annäherung von Fingern an eine Gefahrstelle, der Zugriff mit Hand oder Arm, der Zutritt einer Person in eine Zelle und die automatische Durchfahrt einer Palette erfordern unterschiedliche Auflösungen und Anordnungen. Gerätetyp, Performance Level oder SIL-Anforderung werden nicht allein anhand der Maschinenbezeichnung ausgewählt. Risikoparameter einschließlich Schwere der Gefährdung, Exposition und Vermeidungsmöglichkeit werden bewertet; daraus wird die erforderliche Leistungsfähigkeit der gesamten Sicherheitsfunktion festgelegt.

Die deTec-Plattform: vom Basisschutz zum intelligenten Materialfluss

SICK stellt die deTec-Familie als skalierbare Plattform vor, die neben der Gefahrstellen- und Zugangsabsicherung auch im automatisierten Materialfluss zwischen Mensch und Material unterscheiden kann. Auf der aktuellen Produktseite ist das Funktionspaket Core mit deTec2 Core und deTec4 Core für die wirtschaftliche Absicherung einfacher Anwendungen vorgesehen. Die Systemstecker SP1 und SP2 können bei bestimmten deTec4-Varianten Funktionen wie Strahlcodierung und Smart Box Detection ohne Software aktivieren. Die Erweiterungsmodule DMM4 und DCM4 ergänzen Funktionen wie konfigurierbares Muting, Blanking und Objektmustererkennung.

Der offizielle SICK-Produktbeitrag zu deTec4 nennt Schutzfeldhöhen von 300 bis 2.100 mm, eine Auflösung von 14 oder 30 mm, Typ 4, PL e, SIL 3, IP65/IP67 und Werte von −30 °C bis +55 °C. Diese Angaben beziehen sich auf den jeweiligen deTec4-Produktumfang und dürfen nicht automatisch auf deTec2 oder spezielle Gehäusevarianten übertragen werden. Auflösung, Höhe, Reichweite und Ansprechzeit des im aktuellen Konfigurator ausgewählten Sender-Empfänger-Paars müssen erneut geprüft werden.

Auflösung und Schutzfeldhöhe aus der Zugangsgeometrie ableiten

Die Auflösung steht im Zusammenhang mit der kleinsten Objektgröße, die das Schutzfeld zuverlässig erkennen kann. Für den Fingerschutz kann eine kleinere, für den Handschutz eine größere Auflösung eingesetzt werden. Eine kleinere Auflösung ist nicht automatisch immer die bessere Wahl; ihre Auswirkungen auf Reichweite, Ansprechzeit, Kosten und Montagetoleranz werden gemeinsam bewertet. Die gewählte Auflösung beeinflusst bei der Berechnung des Sicherheitsabstands die Möglichkeit des Eindringens.

Die Schutzfeldhöhe ist nicht nur das Nennmaß der Maschinenöffnung. Es muss untersucht werden, ob die Gefahrstelle durch Untergreifen, Übergreifen oder Umgreifen erreicht werden kann. Beginn und Ende der aktiven Bereiche von Sender und Empfänger, die Gehäuseenden und der Platzbedarf der Halterungen werden in der Zeichnung dargestellt. Sind bei einer breiten Öffnung Spiegel oder Schutzsäulen vorgesehen, werden Reichweitenverlust, Ausrichtung und Auswirkungen von Blindzonen anhand der Produktunterlagen berechnet. Durch Prüfung wird sichergestellt, dass reflektierende Maschinenoberflächen keine gefährliche optische Umgehung des Schutzfelds ermöglichen.

Sicherheitsabstand: Die Sensoransprechzeit allein reicht nicht aus

Der Lichtvorhang muss in einem Abstand installiert werden, der sicherstellt, dass die Maschine einen sicheren Zustand erreicht, bevor eine Person die Gefahrstelle erreicht. Bei der Berechnung werden Annäherungsgeschwindigkeit, der von der gewählten Auflösung abhängige Zuschlag, die Ansprechzeit des Lichtvorhangs, Sicherheitssteuerung oder Sicherheitsrelais, Kommunikation, Ausgangselemente und die mechanische Nachlaufzeit der Maschine gemeinsam berücksichtigt. Werden mehrere Lichtvorhänge kaskadiert oder Optionen wie Strahlcodierung eingesetzt, kann sich die gesamte Ansprechzeit ändern.

Die Maschinennachlaufzeit darf nicht anhand von Katalogdaten geschätzt werden, sondern muss unter ungünstigsten Betriebsbedingungen gemessen werden. Höchstgeschwindigkeit, schwerstes Werkzeug oder höchste Last, eine erwärmte Bremse und mögliche Versorgungstoleranzen können den Nachlauf beeinflussen. Da sich der Messwert durch Bremsenverschleiß im Laufe der Zeit ändern kann, wird ein Wartungs- und Nachmessplan erstellt. Wird der Lichtvorhang nachträglich näher an die Gefahrstelle versetzt, eine Softwareeinstellung geändert oder die Prozessgeschwindigkeit erhöht, kann die bisherige Berechnung des Sicherheitsabstands ungültig werden.

Kann eine Person, die den Lichtvorhang unterbricht, nach Verlassen des Schutzfelds im Gefahrbereich verbleiben, sind eine Wiederanlaufsperre und ein manueller Reset erforderlich. Das Reset-Befehlsgerät muss außerhalb des Gefahrbereichs an einer Stelle angeordnet werden, von der aus der gesamte Bereich einsehbar ist und die aus dem Inneren nicht erreicht werden kann. Ein automatischer Wiederanlauf kommt nur infrage, wenn Risikobeurteilung und Anwendungsnorm dies ausdrücklich zulassen.

Muting: Sicherheit nicht beliebig abschalten, um Material passieren zu lassen

Muting bezeichnet die kontrollierte und vorübergehende Überbrückung der Schutzfunktion, während eine Palette oder ein Karton den Sicherheitslichtvorhang passiert. Eine korrekte Muting-Logik soll anhand der erwarteten Sensorreihenfolge, Bewegungsrichtung, des Zeitfensters und der Geometrie zwischen Material und dem Zutritt einer Person unterscheiden. Wird das Muting-Signal in einer Standard-PLC über ein einzelnes Bit dauerhaft aktiv gehalten oder lassen sich die Sensoren leicht von Hand auslösen, kann eine Sicherheitslücke entstehen. Muting-Leuchte, Zeitüberwachung und Verhalten nach einem Fehler werden entsprechend der einschlägigen Norm und der Risikobeurteilung behandelt.

Das Funktionspaket DMM4 der SICK deTec-Plattform wird auf der Produktseite für konfigurierbares Muting mit zwei oder vier Signalen angeboten. Ob Anordnungen wie X, L oder T geeignet sind, hängt davon ab, ob das Material nur einläuft, nur ausläuft oder sich in beide Richtungen bewegt. Sensorabstände und Schaltfolge müssen anhand der kleinsten und größten Last sowie der Fördergeschwindigkeit berechnet werden. Lücken zwischen den Lasten, überhängende Verpackungen und unregelmäßige Ladung auf der Palette können die Muting-Sequenz stören.

Blanking, Objektmuster und Smart Box Detection

Blanking bezeichnet die feste oder kontrollierte Ausblendung bestimmter Strahlen in einem definierten Teil des Schutzfelds. Dies kann für eine Vorrichtung oder Material nützlich sein, das dauerhaft durch das Schutzfeld ragt; zusätzliche mechanische Maßnahmen müssen jedoch sicherstellen, dass die entstehende Öffnung keinen Zugang für Personen ermöglicht. Bei Systemen mit Toleranz für bewegliche Objekte, etwa Floating Blanking, müssen die zulässige Objektgröße und die Auswirkungen auf die Auflösung sorgfältig bewertet werden.

Smart Box Detection und die Objektmustererkennung, die in geeigneten deTec4-Paketen angeboten werden, können den Materialfluss unterstützen, indem sie ein erwartetes Muster wie eine rechteckige Last oder Palette im aktiven Schutzfeld unterscheiden. Diese Funktion ist kein universelles Bildverarbeitungssystem, das jede Art von Last automatisch sicher erkennt. Lastabmessungen, Strahlmuster, Förderrichtung, Abstände und mögliche Überstände müssen innerhalb der zulässigen Grenzen liegen; Szenarien, in denen eine Person zusammen mit der Last oder unmittelbar dahinter passiert, müssen in die Validierung einbezogen werden.

Die Rolle von NFC, IO-Link und Diagnosedaten

Die aktuelle deTec-Seite führt Optionen auf, die eine Diagnose vor Ort über NFC mit der App SICK Safety Assistant sowie Ferndiagnose und Automatisierungsdaten über IO-Link unterstützen. Diese Informationen können helfen, Ausrichtungsqualität, Fehlerursache oder Wartungsbedarf schneller zu erkennen. Strahldaten können über IO-Link für Prozessmessungen oder Produktkontrollen genutzt werden; die sichere Abschaltfunktion erfolgt jedoch weiterhin über zertifizierte sichere Ausgänge und die Steuerungsarchitektur.

Der Diagnosezugriff und die Berechtigung zur Änderung von Sicherheitsparametern müssen getrennt werden. Der über ein Telefon oder eine Engineering-Software angezeigte aktuelle Zustand ersetzt keine physische Validierung. Parameter und Gerätekonfigurationen müssen versionskontrolliert gespeichert werden; die ändernde Person, das Datum und die Begründung sind zu dokumentieren. Bei der Übertragung von Einstellungen auf ein Ersatzgerät müssen Produktcode, Auflösung, Höhe und Kompatibilität des Systemsteckers überprüft werden.

Auswahl für raue Umgebungen und Sondervarianten

Die Schutzart des Standardgehäuses bedeutet nicht automatisch, dass es für intensive Nassreinigung, aggressive Chemikalien oder explosionsgefährdete Umgebungen geeignet ist. Das SICK deTec-Portfolio umfasst IP69K-Gehäuse für hygienisch sensible Reinigungsbereiche in der Lebensmittelverarbeitung, HG-Varianten mit einer Frontscheibe aus chemisch gehärtetem Glas sowie Optionen für bestimmte Kategorien explosionsgefährdeter Umgebungen. Die genaue Eignung muss anhand des gewählten Produktcodes, der Chemikalienliste, der Zoneneinteilung und der Montageanleitung bestätigt werden.

Vibrationen, mechanische Stöße und die Durchbiegung von Säulen können die Ausrichtung zwischen Sender und Empfänger beeinträchtigen. Bei langen Schutzfeldern können stabile Halterungen und Schutzsäulen erforderlich sein. Für Schweißfunken, glänzende Oberflächen, andere optische Geräte und starkes Umgebungslicht sind die Herstellergrenzwerte zu prüfen. Die Optik wird mit geeignetem, nicht kratzendem Material gereinigt; eine Verschlechterung der Ausrichtungsqualität kann über die Diagnose überwacht werden.

Inbetriebnahme und wiederkehrende Prüfung

Bei der Erstinbetriebnahme werden Sender-Empfänger-Ausrichtung, Strahlcodierung, Kaskadenaufbau, EDM, Reset sowie Muting- und Blanking-Parameter mit dem Schaltplan abgeglichen. Ein geeigneter Prüfstab wird durch den oberen, mittleren und unteren Bereich sowie alle zugänglichen Stellen des Schutzfelds geführt; dabei wird geprüft, ob die sicheren Ausgänge wie erwartet abschalten und die gefährliche Bewegung stoppt. Bei Muting-Anwendungen werden Szenarien wie zulässige Last, falsche Reihenfolge, Gegenrichtung, Zeitüberschreitung, fehlender Sensor und das Nachfolgen einer Person hinter der Last geprüft.

Bei der wiederkehrenden Prüfung werden optische Oberflächen, Halterungen, Kabel, Steckverbinder und die physische Begrenzung des Schutzfelds kontrolliert. Maschinennachlaufzeit und Sicherheitsabstand werden in festgelegten Abständen erneut überprüft. Wurden Schutzsäule, Spiegel, Förderer oder Vorrichtung versetzt, wird die Prüfung vorzeitig wiederholt. Sämtliche Ergebnisse werden mit Datum, Geräteidentifikation, Messmethode und verantwortlicher Person dokumentiert.

Erforderliche Angaben für Angebot und Projektierung

1. Gefährdung beschreiben: Geben Sie Bewegungsart, Zugangsrichtung, Betriebsarten und die erforderliche Sicherheitsleistung an.
2. Öffnung vermessen: Geben Sie aktive Schutzfeldhöhe, Breite, Montagefreiraum und die Möglichkeit des Untergreifens, Übergreifens oder Umgreifens an.
3. Nachlaufzeit bereitstellen: Geben Sie die unter ungünstigsten Geschwindigkeits- und Lastbedingungen gemessene Nachlaufzeit sowie die Reaktionszeiten der Steuerungskette an.
4. Beschreiben Sie den Objektfluss: Geben Sie Produktabmessungen, Geschwindigkeit, Richtung, Abstand, Palettenüberstand und das Szenario zur Trennung von Personen und Material an.
5. Wählen Sie die Funktionen aus: Geben Sie den Bedarf an Reset, EDM, Strahlcodierung, Kaskadierung, Muting, Blanking, IO-Link und Diagnose an.
6. Klassifizieren Sie die Umgebungsbedingungen: Machen Sie Angaben zu Temperatur, Wasser, Chemikalien, Hygiene, explosionsgefährdeten Bereichen, Vibrationen und Umgebungslicht.
7. Definieren Sie den Abnahmeplan: Legen Sie Prüfstab, Nachlaufzeitmessung, Fehlerszenarien und Aufzeichnungen der wiederkehrenden Prüfungen fest.

Oskon projektiert den Sicherheitslichtvorhang nicht lediglich als Sensor zur Absicherung einer Öffnung, sondern als Sicherheitsfunktion, die zusammen mit dem gemessenen Stillsetzverhalten der Maschine validiert wird. Die richtige Lösung erfordert neben dem geeigneten Gerätetyp, der Auflösung, der Höhe und dem Funktionspaket auch unzugängliche Blindbereiche, einen sicheren Reset, eine manipulationssichere Materialdurchfahrt und dokumentierte Prüfungen. Dieser Leitfaden ersetzt weder eine Risikobeurteilung noch eine Konformitätserklärung; die Produktverfügbarkeit wird zum Angebotsdatum gesondert bestätigt.