Sicherheitslichtgitter Maximaler Schutz durch richtige Installation von Lichtgittern

Autor / Redakteur: Christian Fiebach* / Jan Vollmuth

Bei der fachgerechten Installation von Sicherheitslichtgittern treten immer wieder Fragen auf. Was ist grundsätzlich bei der Wahl und Montage solcher Systeme zu beachten?

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Sicherheitslichtgitter von IPF Electronic für den Finger- und Handschutz (links, Mitte) und den Körperschutz (rechts).
Sicherheitslichtgitter von IPF Electronic für den Finger- und Handschutz (links, Mitte) und den Körperschutz (rechts).
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Ein Arbeiter in einem metallverarbeitenden Betrieb legt ein Blech in eine Abkantpresse. Er gähnt und reibt sich die Augen. Es ist Montagmorgen und ihm steckt noch die feuchtfröhliche Feier vom Vortag in den Knochen. Der Tag hat bereits schlecht begonnen: Beim Frühstück hat er seine Kaffeetasse umgeworfen und seinen Spindschüssel hat er zu Hause liegen lassen. Jetzt liegen seine Sachen einfach so im Aufenthaltsraum herum. Er seufzt innerlich und drückt den Schalter, um die Presse in Gang zu setzen. Da bemerkt er, dass er das Blech falsch herum eingelegt hat. Ohne nachzudenken greift er in die Presse, um das Blech schnell noch herauszuziehen.

Wesentlicher Bestandteil der Maschinensicherheit

Zum Glück wird der Zugang zur Presse durch ein Sicherheitslichtgitter geschützt. Kaum greift der Arbeiter zum Blech, unterbricht er den Lichtstrahl des Schutzgitters – die Presse bleibt sofort stehen. Glück gehabt, denkt der Arbeiter, und schnauft erschrocken durch.

Sicherheitslichtgitter sind ein wesentlicher Bestandteil der Maschinensicherheit. Sie lassen sich in drei Kategorien einteilen: Fingerschutz, Handschutz und Körperschutz. Bei der Wahl eines solchen Systems sollten je nach Einsatzort und Gefahrenbewertung zunächst folgende Eigenschaften berücksichtigt werden: Auflösung des Systems, Höhe der Schutzbereichs und Mindestabstand des Systems zum Gefahrenbereich.

Unter „Auflösung“ ist die Größe eines matten Objektes zu verstehen, das mindestens einen Strahl des Abtastbereichs eines Lichtgitters unterbricht.
Unter „Auflösung“ ist die Größe eines matten Objektes zu verstehen, das mindestens einen Strahl des Abtastbereichs eines Lichtgitters unterbricht.
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Unter Auflösung ist die Größe eines matten Objektes zu verstehen, das mindestens einen Strahl des Abtastbereichs eines Lichtgitters unterbricht. Die Auflösung eines Sicherheitslichtgitters wird somit nicht von den Umgebungs- und Betriebsbedingungen beeinflusst, sondern von den geome­trischen Eigenschaften der Gerätelinsen, dem Durchmesser der einzelnen Strahlen und deren Abstand zueinander.

Die Schutzfeldhöhe ist bei den Systemen OY32 von ipf electronic für den Finger- und Handschutz durch eine gelbe Linie auf der Frontscheibe der Geräte (hier oberhalb der Ausrichthilfe auf dem Empfänger) eingegrenzt.
Die Schutzfeldhöhe ist bei den Systemen OY32 von ipf electronic für den Finger- und Handschutz durch eine gelbe Linie auf der Frontscheibe der Geräte (hier oberhalb der Ausrichthilfe auf dem Empfänger) eingegrenzt.
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Die Höhe des von einem Sicherheitslichtgitter abgesicherten Gesamtbereichs wird als Schutzfeldhöhe (Hp) bezeichnet. Diese ist bei den Systemen OY32 von IPF Electronic für den Finger- und Handschutz (Auflösung 14 bzw. 30 mm) durch eine gelbe Linie auf der Frontscheibe der Geräte eingegrenzt.

Beim Körperschutz ist hingegen zwischen der Höhe des Abtastbereichs und des Schutzbereichs zu unterscheiden. Der Abtastbereich ist der Abstand zwischen dem obersten Punkt der ersten und dem untersten Punkt der letzten Linse eines Sicherheitslichtgitters. Die Höhe des Schutzbereichs definiert die mit einem solchen System effektiv abgesicherte Höhe, in der ein nicht-transparentes Objekt zuverlässig einen Strahl des Lichtgitters unterbricht. Die Abmessung des Objekts muss hierzu genauso groß oder größer wie die Auflösung des Lichtvorhangs sein.

Beim Mindestsicherheitsabstand eines Lichtgitters zu einer Gefahrenquelle treten am häufigsten Fragen auf. Der korrekte Abstand einer Schutzeinrichtung zu einem Gefahrenbereich ist essentiell, denn das rechtzeitige Auslösen eines Sicherheitslichtgitters bzw. ESPE (Electro-sensible Protective Equipment) und damit der vollständige Stopp der Bewegung eines Maschinen- oder Anlagenteils muss sichergestellt sein, noch bevor ein Objekt durch den Eintritt in den Schutzbereich mit der Gefahrenquelle in Berührung kommt.

Die Entfernung eines Sicherheitslichtgitters hängt in diesem Zusammenhang gemäß EN ISO 13855:2010 vor allem von der Ansprechzeit der ESPE, der Nachlaufzeit einer Maschine, der Auflösung der ESPE und der Annäherungsgeschwindigkeit ab, also der Geschwindigkeit, mit der sich ein zu erfassendes Objekt dem Gefahrenbereich nähert. Die Ansprechzeit ist die verstrichene Zeit zwischen der effektiven Unterbrechung der Lichtstrahlen und Öffnung der Kontakte des Ausgangsschaltelements (OSSD – Output Signal Switching Device). Mit der Nachlaufzeit der Maschine ist die Zeit gemeint, die nach der Öffnung der ESPE-Kontakte und dem effektiven Stopp der gefährdenden Maschinenbewegung verstreicht.

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Mindestsicherheitsabstand berechnen

Lichtgitter wie hier für den Körperschutz müssen einen Mindestsicherheitsabstand zur Gefahrenquelle haben. Hierbei ist die Nachlaufzeit einer Maschine oder Anlage unbedingt zu berücksichtigen.
Lichtgitter wie hier für den Körperschutz müssen einen Mindestsicherheitsabstand zur Gefahrenquelle haben. Hierbei ist die Nachlaufzeit einer Maschine oder Anlage unbedingt zu berücksichtigen.
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Der Mindestsicherheitsabstand eines senkrecht montierten ESPE wird mit folgender Formel berechnet: S = K (t1+t2) + C. S ist der Sicherheitsabstand in mm, K die Annäherungsgeschwindigkeit in mm/s, t1 die Ansprechzeit der ESPE in Sekunden, t2 die Nachlaufzeit der Maschine in Sekunden und C der zusätzliche Abstand, der die Möglichkeit berücksichtigt, dass ein Objekt vor dem Ansprechen des Sicherheitslichtgitters in den Gefahrenbereich gelangt. Je nach Auflösung eines Sicherheitslichtgitters wird C unterschiedlich bewertet: Ist die Auflösung > 40 mm (Körperschutz) ist C = 850 mm. Bei einer Auflösung ≤ 40 mm lautet die Formel C = 8 (R - 14).

Nachlaufzeit korrekt bewerten

Bei der Berechnung des Mindestsicherheitsabstandes und insbesondere der Bewertung der Nachlaufzeit einer Maschine (t2) kommt es mitunter zu irrtümlichen Einschätzungen. Ein Grund hierfür ist teilweise die Auffassung, eine Maschine stehe bei einem ausgelösten Notstopp sofort still, was jedoch in der Regel nicht der Fall ist. Immerhin geht es nicht um Sekunden, sondern um Millisekunden bis zu einem absoluten Stopp, wie ein Beispiel verdeutlicht.

Sicherheitslichtgitter der Reihe OY32 für den Fingerschutz haben eine Auflösung (R) von 14 mm. Gemäß der genannten Formel für Geräte mit einer Auflösung ≤ 40 mm würde die Berechnung des Faktors C (zusätzlicher Abstand) folgendes Ergebnis liefern: 8 (14-14) = 0.

Sicherheitsabstand ermitteln

Zum Ermitteln des Sicherheitsabstandes bleiben die Varia­blen für die Annäherungsgeschwindigkeit (K) sowie die Zeiten (t1 und t2), wobei K mit 2 m/s spezifiziert ist. Der Abstand des Sicherheitslichtgitters zum Gefahrenbereich ergibt sich somit aus der Summe der Ansprechzeit und der Maschinenlaufzeit (jeweils in ms) multipliziert mit 2 (K). Benötigt eine Maschine z.B. 50 ms für einen vollständigen Stopp und hätte ein Lichtgitter eine Ansprechzeit von 11 ms, müsste der rechnerische Abstand der Schutzeinrichtung für den Fingerschutz 122 mm vom Gefahrenbereich betragen. Bei einer Nachlaufzeit einer Maschine von 500 ms betrüge der erforderliche Abstand des Sicherheitslichtgitters schon 1022 mm.

Mit Blick auf das Beispiel ist zu berücksichtigen, dass für den Wert K beim Finger-, Hand- und Körperschutz eine Ausnahmeregel existiert. Ist der berechnete Abstandswert ≤ 500 mm, so wird K wie beschrieben mit 2000 mm/s spezifiziert. Ergibt die erste Berechnung jedoch > 500 mm, so darf für K eine Annäherungsgeschwindigkeit von 1600 mm/s angesetzt werden. Würde diese Regel für das genannte Beispiel angewendet, wäre bei einer Nachlaufzeit von 0,5 s der Abstand des Sicherheitslichtgitters immer noch 817,6 mm.

Für den Körperschutz korrekt positionieren

Sicherheitslichtgitter für den Körperschutz wie die Reihe OY36 lassen sich entweder senkrecht oder waagerecht in­stallieren. Bei senkrecht installierten Systemen muss der obere Strahl des Lichtgitters ausgehend von einer Bezugsebene in einer Höhe von ≥ 900 mm und der untere Strahl des Systems in einer Höhe von ≤ 300 mm positioniert sein, damit Personen nicht über das Lichtgitter steigen und darunter hindurchkriechen können. Zur waagerechten Installation ist der Abstand (S) zwischen dem Gefahrenbereich und dem hiervon am weitesten entfernten optischen Strahl zu berechnen. Die Formel lautet: S = 1600 mm/s (t1+t2) + 1200 - 0,4 H. H beschreibt die Höhe der Strahlen über dem Boden, die einen Abstand von 1000 mm nicht überschreiten darf.

Die richtige Ausrichtung eines Sicherheitslichtgitters bietet den höchsten Schutz und gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit auch bei rauen Umgebungseinflüssen. Daher müssen Sender und Empfänger immer parallel zueinander angeordnet sein und sich die Strahlen in einem rechten Winkel zur Sender- und Empfängerfläche befinden. Die Orientierung der Anschlussstecker von Sender und Empfänger muss bei der Montage in der gleichen Richtung erfolgen.

Störungsfrei installieren

Bei der Installation mehrere Schutzeinrichtungen in direkt aneinander grenzenden Bereichen muss der potenziell störende Sender (TXB) des einen Systems in einem Sicherheitsabstand (Ddo) positioniert werden, der sich nicht vor der Strahlachse des anderen Sender- und Empfängerpaares (TXA - RXA) befindet.
Bei der Installation mehrere Schutzeinrichtungen in direkt aneinander grenzenden Bereichen muss der potenziell störende Sender (TXB) des einen Systems in einem Sicherheitsabstand (Ddo) positioniert werden, der sich nicht vor der Strahlachse des anderen Sender- und Empfängerpaares (TXA - RXA) befindet.
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Müssen mehrere Schutzeinrichtungen in direkt angrenzenden Bereichen installiert werden, darf der Sender des einen Lichtgitters nicht den Empfänger des anderen stören. Der potenziell störende Sender (TXB) des einen Systems ist daher in einem Sicherheitsabstand (Ddo) zu positionieren, der sich nicht vor der Strahlachse des anderen Sender- und Empfängerpaares befindet.

Bei nebeneinander und in Linie geschalteten Sicherheitssystemen lassen sich Interferenzen zwischen gleichen Systemen durch Sender und Empfänger vermeiden: Sender-Empfänger neben Sender-Empfänger (TX-RX) (Strahlen beider Systeme bewegen sich in die gleiche Richtung) wäre falsch und müsste auf RX-TX neben TX-RX geändert werden. (jv)

* Christian Fiebach ist Geschäftsführer der ipf electronic GmbH

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