Wie Lichtschranken mit Funktionsreserven spezielle Anforderungen bewältigen

Opto-Sensoren gibt es mit den unterschiedlichsten Funktionsprinzipien. Die Performance-Varianten sind in der Regel jedoch als Einwegsysteme aufgebaut, das heißt sie bestehen aus Sender, Empfänger und einem Verstärker. Es ist genau diese Kombination im Zusammenspiel mit dem verwendeten Infrarotlicht als Sendesignal, das durch seine Wellenlänge von rund 880 nm nahezu alles durchdringt – die zu detektierenden Objekte natürlich ausgenommen. Das prädestiniert diese Lichtschranken-Technologie geradezu für Einsätze unter extrem rauen Umgebungsbedingungen.

Bessere Kompensation durch exakte Ausrichtung

Je nach Auswahl von Sender, Empfänger und Verstärker erzielen die Systeme Gesamtreichweiten bis 70 Metern. Dennoch werden sie mit ähnlichen Arbeitsabständen genutzt, die eher von klassischen Lichtschranken bekannt sind. Die hohe Sendeleistung sorgt für Leistungsreserven, die vor allem der Kompensation von Schmutz und anderen widrigen Bedingungen dient, die im Betrieb die Optiken von Sender und Empfänger beeinflussen können.

Infrarotlicht ist unsichtbar. Dennoch lassen sich Hochleistungs-Lichtschranken aufgrund der relativ großen Öffnungswinkel (Abstrahlwinkel) von Sender und Empfänger (6, 12 oder 25°) sowie durch eine im Verstärker integrierte Ausrichtfunktion selbst bei größeren Entfernungen leicht ausrichten. Dennoch lohnt es, bei der Justage etwas mehr Sorgfalt walten zu lassen. Der Grund: Je besser Sender und Empfänger ausgerichtet sind, desto größer ist die Verschmutzungskompensation. Generell sind kleine Öffnungswinkel zu bevorzugen, da sich die Reichweite einer Lichtschranke mit zunehmender Größe des Abstrahlwinkels verringert.

Zentrale Komponente sind die Ein- und Mehrkanal- Verstärker. Multiplex-Verstärker ermöglichen den Anschluss von bis zu acht Lichtschranken, die sich nicht gegenseitig beeinflussen. Daher sind mithilfe einer speziellen Verstärkerfunktion auch Lichtgitter realisierbar. Die Verstärker bieten Grundfunktionen für ein breites Einsatzspektrum, darunter auch eine messende Betriebsart, eine manuelle und automatische Leistungsregelung. Die automatische Betriebsart führt eine anfänglich vorgegebene Sendeleistung situationsbedingt nach. Der Verstärker hält hierzu die Lichtschranke auf einer kontinuierlich überwachten minimalen Sendeleistung. Verringert sich dann auf der Empfängerseite die Signalstärke, wegen zunehmender Verschmutzung, erhöht der Sender die Leistung der IR-Diode automatisch, bis das Empfangssignal den anfangs parametrierten Signalpegel erreicht. Klassische Einsatzgebiete für Systeme mit dieser Betriebsart sind Waschstraßen, Säge- und Zementwerke sowie Tor- oder Schrankenansteuerungen im Außenbereich.

Diverse Anwendungen belegen, dass Hochleistungs-Lichtschranken weitaus mehr können, als eine Verschmutzungskompensation: Nach einem Ofendurchlauf soll die Anwesenheit von flachen, großformatigen Kunststoffteilen auf einem Förderband zur Übergabe an einen nachfolgenden Transportprozess kontrolliert werden. Im Kontrollbereich herrschen aufgrund der heißen Kunststoffteile höhere Temperaturen und prozessbedingt eine hohe Staubentwicklung. Das Förderband besteht aus einem Stabgeflecht, was die Detektion zusätzlich erschwert. Um das Förderband zur Anwesenheitskontrolle der Kunststoffteile sicher zu durchdringen, wurde ein Sender mit 6° Abstrahlwinkel (maximale Sendeleistung und Reichweite) mit einem Empfänger (25°) und einem Einkanal-Verstärker kombiniert. Zur exakten Justierung von Sender und Empfänger wird ein Analogausgang (0-10V) genutzt, der die Winkelabweichung darstellt. Aufgrund der hohen Reichweiten ließen sich Sender und Empfänger in einem thermisch unkritischen Bereich des Förderbandes montieren. Im Gegensatz zu anfänglich erfolglosen Versuchen mit anderen Lösungen, ermöglicht dieses System seit mehreren Jahren eine sichere und durchgängige Anwesenheitskontrolle der Kunststoffteile.

Geringste Eintrübungen sicher erkennen

Verschmutzungen erkennen statt kompensieren sollen Hochleistungslichtschranken in einer kathodischen Tauchlackierung, in deren Becken mit Gleichspannung versorgte und über ein Vor- und Rücklaufsystem gekühlte Rundzellen installiert sind. Da ­Membran und Titan-Anode der Rundzellen einem natürlichen Alterungsprozess unterliegen, können hierdurch und durch andere äußere Einflüsse einzelne Zellen und deren Membranen beschädigt werden. Dann würde Lack eindringen und den Kühlkreislauf kontaminieren. Dadurch könnten wiederum weitere Zellen im Tauchbecken verunreinigt werden. Um dies zu verhindern, beziehungsweise eine Beschädigung einer Zelle rechtzeitig zu erkennen, befindet sich am Rücklauf jeder Rundzelle ein Glasröhrchen zur sogenannten Trüblauf-Überwachung. An sämtlichen der insgesamt 156 Messstellen ist eine autark arbeitende Hochleistungslichtschranke mit separater Auswertung über einen Multiplexverstärker installiert. Da die Applikation eine hohe Empfindlichkeit erfordert, wird die Sendeleistung manuell eingestellt. Schon eine geringe Eintrübung des Kühlmediums unterbricht daher die Lichtschranke und erzeugt über den entsprechenden Auswertekanal am Verstärker ein Schaltsignal, welches über eine SPS im Leitstand einen Alarm auslöst. Die defekte Rundzelle ist somit eindeutig identifiziert und kann nach dem Abschalten des Kühlsystems deaktiviert sowie ausgetauscht werden. Auch das restliche Kühlmittel sowie weitere Rundzellen im Tauchbecken werden somit vor Verunreinigungen geschützt. Die Hochleistungs-Lichtschranken haben bereits mehrere Ausfälle von Zellen sicher detektiert, wodurch sich größere Stillstände sowie aufwendigere Instandsetzungsmaßnahmen vermeiden ließen und die Verfügbarkeit der Anlage nachhaltig gesteigert werden konnte.