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Die verschiedenen Gehäusevarianten der Laser-Lichtschranken ermöglichen zahlreiche Einsatzgebiete – auch in der Lebensmittelindustrie.

Die verschiedenen Gehäusevarianten der Laser-Lichtschranken ermöglichen zahlreiche Einsatzgebiete – auch in der Lebensmittelindustrie.Sick

Das weitgehend parallele Laserlicht bietet bei Lichtschranken und -tastern eine Reihe von Vorteilen. So erreichen die Laser-Varianten der Sensoren auch bei kleinen Bauformen deutlich höhere Reichweiten als welche mit Rotlicht-LED oder Infrarot-Sender. Der schmale Strahlengang des Lasers ermöglicht es außerdem, Objekte durch enge Öffnungen in einer Maschine, wie Bohrlöcher und Blenden, zu erfassen. Überdies erzeugen die Sensoren auch über große Entfernungen einen kleinen Lichtfleck auf dem Detektionsgut. Der Durchmesser des Lichtflecks auf einem 500 m weit entfernten Gegenstand beträgt etwa 1 mm. Deshalb lassen sich mit Lasern auch sehr kleine Objekte und Merkmale erkennen.

Harmlos fürs Auge

Ein Laser ist aber nicht nur hinsichtlich des Strahlenganges eine besondere Lichtquelle, sondern auch wegen der Lichtintensität. Aus diesem Grund sind sie in der Norm EN 60825-1:2008-05 ‚Sicherheit von Laser-Einrichtungen‘ in Schutzklassen eingeteilt: Während in Klasse 1 durch die geringe Lichtintensität keinerlei Gefahr für das Auge besteht, geht man in Klasse 2 davon aus, dass die Dauer eines eventuellen Blickkontaktes durch den Abwendungsreflex so kurz ist, dass keine Schädigungen entstehen können. Der Sensorhersteller Sick setzt in seinem gesamten Portfolio der Anwesenheitskontrollen ausschließlich Laser der Klassen 1 und 2 ein. Für den Anwender bedeutet dies, dass er keine technischen oder organisatorischen Schutzmaßnahmen treffen muss. Für die Klasse 2 fordert die Norm lediglich eine Begrenzung des Strahls am Ziel seines zweckdienlichen Weges durch eine Vorrichtung, zum Beispiel ein Blech, sowie ein Warnschild. Ansonsten können Lasersensoren genauso betrieben werden wie Geräte mit Rotlicht-LED oder Infrarot-Sender – zumal sie in der Regel mechanisch wie auch elektrisch anschlusskompatibel sind.

Welche Laser-Lichtschranke aus dem Portfolio jeweils zur Applikation passt, hängt unter anderem vom verfügbaren Bauraum, dem geforderten Schaltabstand, der gewünschten Ausstattung und anderen Einsatzfaktoren ab.

Lasersensoren erzeugen einen kleinen Lichtfleck auf dem Detektionsgut, sodass auch winzige Objekte sicher erkannt werden können.

Lasersensoren erzeugen einen kleinen Lichtfleck auf dem Detektionsgut, sodass auch winzige Objekte sicher erkannt werden können.Sick

Für platzkritische Anwendungen geeignet

Die Produktfamilie W4SL-3 beinhaltet alle relevanten Detektionsprinzipien: eine Einweg- und eine Reflexions-Lichtschranke, die auch transparente Materialien erkennt, sowie einen Reflexions-Lichttaster, bei dem eine zweite Sende-LED im Zusammenspiel mit der Elektronik für eine zuverlässige Hintergrundausblendung sorgt. Der Laserlichtfleck ermöglicht es, sehr präzise Lage-, Anwesenheits-, Überstands- und Höhenkontrollen durchzuführen. Die Geräte erkennen winzige Objekte wie Spritznadeln, Drähte, Bohrungen oder Löcher – auch unter kritischen Umgebungsbedingungen. Denn die Asics der neuesten Generation von Sick, genannt Siric, machen die Miniatur-Laser-Lichtschranken unempfindlich gegenüber optischen und elektronischen Störeinflüssen im Umfeld, zum Beispiel Energiesparlampen, indem sie die Frequenz des Lichts herausrechnen. Damit erreichen die Sensoren eine hohe Detektions- und Schaltsicherheit. Die Einstellung der Sensoren kann wahlweise über Teach-in-Taste, per Potenziometer oder über die Steuerleitung erfolgen. Gerade im rauen Umfeld ist die IO-Link-Option sinnvoll. Sie erlaubt es unter anderem, jederzeit die Anlagenleistung zu überprüfen oder Zusatzfunktionen des Sensors zu aktivieren. Die Auswahl an funktionsgerechten Gehäusematerialien in Verbindung mit hoher Konstruktions- und Fertigungsqualität, die eine 100-%-Prüfung aller Laser-Inlays und vollautomatischen Verschweiß- und Klebeprozesse beinhaltet, macht sie sehr zuverlässig – was die Wartungskosten entsprechend niedrig hält.

Robust und hygienisch

Für Applikationen, in denen Maschinen und Sensoren, zum Beispiel beim Reinigen, ihre Belastungsgrenzen erreichen, eignen sich die Produktfamilien W4SL-3V und W4SL-3H als Sensor­varianten in Inox-Gehäusen. ‚V‘ bezeichnet das Washdown-­beständige, ‚H‘ das Hygiene-Gehäuse-Design. Beide bestehen aus kohlenstoffarmem Edelstahl (Werkstoffnummer 1.4404/AISI 316L), der gegen chlorhaltige Medien wie Desinfektionsmittel auf Hypochlorit-Basis oder chloralkalische Schaumrei­niger beständig ist. Die Wahl des Edelstahls hat noch einen weiteren Vorteil: der Werkstoff wurde von der amerikanischen Behörde FDA (Food & Drug Administration) für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen – weshalb sich die Sensoren auch für den Einsatz in der internationalen Lebensmittelindustrie eignen. Die Hygiene-Version des Sensors berücksichtigt zusätzliche konstruktive Gestaltungsrichtlinien: Basierend auf Leitlinien der ­European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) meint dies unter anderem den Verzicht auf Bohrlöcher sowie metallische Kontaktflächen durch das Verwenden von O-Ringen.

Die Hygiene-Version des Sensors verzichtet auf Bohrlöcher sowie metallische Kontaktflächen durch das Verwenden von O-Ringen.

Die Hygiene-Version des Sensors verzichtet auf Bohrlöcher sowie metallische Kontaktflächen durch das Verwenden von O-Ringen.Sick

Hergestellt wird das Gehäuse mittels Metal Injection Molding (MIM), einem pulvermetallurgischen Spritzgießverfahren, das eine durchgehende, aus einem Stück gefertigte Gehäusekons­truktion mit integrierter Stecker-Anschlusstechnik ermöglicht. Hinzu kommt eine für den Einsatz in industriellen Nassbereichen angepasste Dichtungstechnik, die der Hersteller mithilfe eines eigenen Long-Life-Tests bis an die Grenzen testet. Dieser Test vereint chemische und dichtigkeitsrelevante Prüfungen. Ein Zyklus, der einen typischen Wash-Down-Prozess simuliert, be­inhaltet wechselnde Belastungen durch Temperaturschwankungen, verschiedene Druckverhältnisse, Kälteschocks und künstliche Alterung. In Anlagen der Lebensmittelverarbeitung, der Getränkeabfüllung oder bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte halten die Geräte daher dem Dauerkontakt mit alkalischen, chlorhaltigen und oxidativen Reinigungs- und Desinfektionsmitteln stand. Dementsprechend sind die Sensoren von Ecolab, ­einem US-amerikanischen Anbieter von Produkten und Dienstleistungen im Bereich der industriellen Reinigung, hinsichtlich ihrer Materialbeständigkeit gegen Reinigungs- und Desinfektionsmittel sowie ihrer Dichtigkeit zertifiziert. Darüber hinaus erfüllen die Sensoren die Anforderungen der Schutzarten IP66, IP67, IP68 und IP69K.

Erkennt auch Durchsichtiges

Die Reflexions-Lichtschranken WL4SLG-3 (V/H), die ebenfalls zur Produktfamilie W4SL-3 gehören, verfügen über einen zuschaltbaren Betriebsmodus für das Erkennen transparenter Objekte aus Glas und Kunststoff. Dieser Modus beinhaltet außerdem eine automatische Schaltschwellenanpassung zur Kompensation von Staub oder Verschmutzung. Mit einer einzigen Gerätevariante lassen sich also sowohl durchsichtige als auch nicht transparente Objekte detektieren. Diese Flexibilität des Sensors verringert die Variantenvielfalt und damit die Lagerhaltungskosten von Maschinenbauern.

Die Klein-Lichtschranken-Serie W9L-3 stört sich nicht an optischen Einflüssen wie metallischen Reflexionen.

Die Klein-Lichtschranken-Serie W9L-3 stört sich nicht an optischen Einflüssen wie metallischen Reflexionen.Sick

Nutzt jede Lücke

Die Klein-Lichtschranken-Serie W9L-3 eignet sich wegen ihrer geringen Größe für eine Vielzahl von Einbausituationen und ­Detektionsaufgaben, zum Beispiel in Verpackungsmaschinen. Zur Baureihe gehören Einweg- und Reflexions-Lichtschranken, Lichttaster mit elektronischer Hintergrundausblendung sowie Glaslichtschranken mit Continuous Threshold Adaption (CTA), einer kontinuierlichen Schaltschwellennachführung zur Erkennung transparenter Materialien.

Die Kombination aus Laser- und Siric-Technologie ermöglicht für diese Sensorklasse vergleichsweise hohe Reichweiten von bis zu 60 m sowie eine hohe Störsicherheit gegen optische und elektromagnetische Einflüsse. Reflexionen aus dem Hintergrund oder Energiesparlampen im Umfeld – das von Sick entwickelte und patentierte Frequenzbewertungs-Verfahren unterdrückt die unerwünschten Signalanteile von optischen oder hochfrequenten Störquellen.

Harte Schale für raue Umgebungen

Der schmale Strahlengang des Lasers ermöglicht es, Objekte auch durch enge Öffnungen hindurch zu erfassen.

Der schmale Strahlengang des Lasers ermöglicht es, Objekte auch durch enge Öffnungen hindurch zu erfassen.Sick

Um den in rauen Umgebungen hohen mechanischen Anfor­derungen zu genügen, besteht das Gehäuse der Baureihe W9L-3 aus einem speziellen Material: aus dem glasfaserverstärkten Kunststoff Vistal – sprich: ‚wie Stahl‘. Es verleiht dem Gehäuse eine vielfach höhere Festigkeit als Standard-Kunststoffe. Auch das Innenleben der Sensoren ist auf hohe Robustheit ausgelegt: Ein weicher Kunststoff umgibt die Kontaktpins beziehungsweise das Anschlusskabel. Das schützt vor Schäden durch Schocks und Vibrationen. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim Umspritzen Kabelmaterial und Kunststoff miteinander verschmelzen – was die Sensoren zusätzlich abdichtet. Darüber hinaus erzeugen Hochleistungsklebstoffe feste und dichte Verbindungen zwischen Gehäuse, Deckel und Frontscheibe, die einem deutlich höheren Druck standhalten, als er bei der Reinigung von Maschinen üblich ist.

Einweg-Lichtschranke, Reflexions-Lichtschranke mit Reflektor, Lichttaster oder der Sensor für transparente Materialien wie Glas oder Kunststoff – die Baureihe W9L-3 lässt dem Konstrukteur freie Hand bei der Wahl des geeigneten Sensortyps. Die Vielfalt der Varianten wird ergänzt durch elektrische Anschlussmöglichkeiten in Form von M8- oder M12-Steckern, Kabel oder Pigtail. Die Geräte sind mechanisch kompatibel zu den Sensoren der Sick-Baureihen W9-3 mit Rotlicht-LED oder Infrarot-Sender, zur Vorgänger-Produktfamilie W9-2 sowie zu Geräten anderer Hersteller. Ermöglicht wird das durch zwei Gehäuseversionen mit Langlöchern für M3- oder M4-Schrauben.

Tobias Güttler

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ist Produktmanager in der Division Presence Detection der Sick AG in Waldkirch.

Jochen Steger

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ist Produktmanager in der Division Presence Detection der Sick AG in Waldkirch.

(dl)

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