Ratgeber
Gabellichtschranken sind optoelektronische Systeme, die Objekte anhand der Unterbrechung eines Lichtstrahls detektieren. Sie arbeiten wie konventionelle Einweglichtschranken, bieten aber mehr Vorteile. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Gabellichtschranken funktionieren und was es beim Kauf zu beachten gibt.
Gabellichtschranken sind vielseitig einsetzbar. Häufig finden sie Verwendung, um Zähl- und Erfassungsaufgaben durchzuführen. Mithilfe von Gabellichtschranken ist es beispielsweise möglich, berührungslos die Drehzahl von Motoren zu messen oder die Anzahl transportierter Teile auf einem Fliessband zu ermitteln. Gabellichtschranken sind daher häufig in der Montage- und Zuführautomation und in Produktionsanlagen vertreten.
Positionen von Bauteilen und Geräten, etwa die Endlage eines Kolbens oder Scanners, lassen sich mit Gabellichtschranken ebenfalls bestimmen. Ausserdem dienen sie dazu, das Öffnen und Schliessen von Garagentoren oder Türen zu kontrollieren. Darüber hinaus werden Gabellichtschranken in der Etikettiertechnik und Papierkantensteuerung, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik genutzt.
Gabellichtschranken stellen eine Sonderausführung der Einweglichtschranken dar. Sie bestehen aus zwei eigenständigen elektronischen Bauteilen: einer Lichtstrahlenquelle als Sender und einem Sensor als Empfänger. Beide Teile sind einander gegenüberliegend angebracht und befinden sich in den Armen eines Gehäuses, die eine Gabel bilden. Die Gabelweite kann zwischen wenigen Millimetern und mehreren Zentimetern variieren. Je breiter die Gabel ist, desto höher ist der Abstand zwischen Sender und Empfänger.
Die Funktionsweise einer Gabellichtschranke ist simpel: Wird der Sender mit Spannung versorgt, entsendet er eine Lichtstrahlung, die direkt auf den Empfänger trifft und ihn leitend macht. Dadurch fliesst ein Strom. Sobald ein Objekt den Lichtstrahl unterbricht, kann der Empfänger nicht mehr leiten und der Strom nicht fliessen. Das hat zur Folge, dass ein elektronisches Signal, beispielsweise ein Alarm, ausgelöst wird. Das Licht wird nur in eine Richtung ausgesendet und bildet eine optische Grenze.
Gabellichtschranken bieten im Vergleich zu konventionellen Einweglichtschranken mehrere Vorteile. Da Sender, Empfänger und Elektronik in einem Gehäuse untergebracht sind, gestaltet sich die Montage unkompliziert. Gabellichtschranken sind quasi einbaufertig, so dass keine aufwändigen Verkabelungen und Ausrichtungen mehr vorgenommen werden müssen. Eine Justierung der optischen Achsen entfällt ebenfalls. Darüber hinaus sind Gabellichtschranken besonders gut für die Erfassung kleiner Objekte oder Objektpositionen geeignet. Aufgrund ihrer speziellen Bauform arbeiten sie sehr präzise und können schnelle Bewegungsabläufe detektieren. Ein weiterer Vorteil von Gabellichtschranken besteht darin, dass der Lichtstrahl konstruktionsbedingt unverstellbar ist. Dadurch sind sie wenig störanfällig und können auch in Umgebungen mit hohen Vibrationen eingesetzt werden.
Beim Kauf von Gabellichtschranken sind einige Faktoren zu berücksichtigen. Die zuverlässige Erfassung von Objekten steht an erster Stelle. Eine Gabel-Lichtschranke muss in der Lage sein, Gegenstände unabhängig von deren Farbe, Form und Oberflächenbeschaffenheit registrieren zu können. Idealerweise erkennt das System auch transparente und spiegelnde Objekte.
Darüber hinaus gilt es die Art der Schaltung zu berücksichtigen. Grundsätzlich ist zwischen der sogenannten Dunkelschaltung und Hellschaltung zu unterscheiden. In der Regel beruhen Gabellichtschranken auf Dunkelschaltung: Sie schalten, sobald der Lichtstrahl unterbrochen wird. Bei der Hellschaltung ist das Gegenteil der Fall. Hier wird der Schaltvorgang ausgelöst, sobald der Lichtstrahl auf den Empfänger trifft. Welche Schaltungsart sinnvoll ist, hängt von der konkreten Anwendung ab. Moderne Gabellichtschranken sind mit antivalenten Ausgängen ausgestattet, was die Möglichkeit bietet, beide Schaltungsarten zu realisieren.
Gabellichtschranken werden mit unterschiedlich grossen Gabelöffnungen angeboten. Die Gabelweite sollte auf den Verwendungszweck abgestimmt sein. Sie ist gleichzusetzen mit der Erfassungsweite. Zur Veranschaulichung: Beträgt die Gabelweite einer Gabellichtschranke 10mm, so können Objekte innerhalb dieser 10mm erfasst werden. In den meisten Fällen schadet es nicht, die Gabelweite etwas grosszügiger zu wählen. Grösse und Bauform müssen zur Applikation passen. Eine Miniatur-Gabellichtschranke eignet sich aufgrund ihrer kompakten Form zum Beispiel sehr gut für den Einbau in Maschinen oder für begrenzte Platzverhältnisse. Je grösser das Bauteil ist, desto grösser ist in der Regel auch die Reichweite.
Darüber hinaus ist darauf zu achten, dass die Gabellichtschranke die Spannung aufweist, die der Schaltplan und die individuellen Spezifikationen erfordern. In unserem Onlineshop finden Sie Modelle mit einer Betriebsspannung von 5 bis 24V.
Unser Praxistipp: Anschlüsse richtig zuordnen
Jede Gabellichtschranke ist mit vier Anschlüssen ausgestattet, von denen zwei zum Sender und zwei zum Empfänger gehören. Um die Anschlüsse besser zuordnen zu können, ist bei manchen Ausführungen auf der Gehäuseoberseite eine Beschriftung angebracht. Während die Plus-Zeichen („+“) die jeweiligen Pluspole kennzeichnen, zeigen die Buchstaben E und D an, auf welcher Seite Sender und Empfänger untergebracht sind. E steht für Emitter (Lichtquelle), D für Detektor (Sensor). Wer sich merkt, dass E für LED steht, weiss immer, auf welcher Seite sich die Lichtquelle befindet.
Welches Licht kommt bei Gabellichtschranken zum Einsatz?
Gabellichtschranken können mit Rotlicht, Infrarot oder Laser realisiert sein. Je nach zu erzeugendem Licht werden unterschiedliche Dioden verbaut. Rotlicht hat einen Wellenlängenbereich von etwa 660 nm und ist für den Menschen sichtbar, wohingegen Infrarotlicht für den Menschen unsichtbar ist. Das kann bei manchen Anwendungen vorteilhaft sein, etwa beim Einbau in Alarmanlagen oder Kamerasystemen, die durch Fremdlicht irritiert werden können. Eine Laser-Gabellichtschranke liefert die exaktesten Ergebnisse, wenn es darum geht, Kleinteile und schnelle Bewegungsabläufe zu erkennen. Sie ist für anspruchsvolle Anwendungen geeignet und kommt beispielsweise in der Robotik oder Automation zum Einsatz.
Was ist der Unterschied zwischen Gabellicht- und Rahmenlichtschranken?
Gabellichtschranken und Rahmenlichtschranken gehören zu den Positionssensoren und funktionieren wie konventionelle Einweglichtschranken, allerdings unterscheiden sie sich in ihrer Bauweise. Bei Gabellichtschranken stehen sich Sender und Empfänger an den Gabelauslegern gegenüber. Rahmenlichtschranken bilden ein Lichtgitter, das aus mehreren parallel verlaufenden Einweglichtschranken besteht.
Welche Vorteile haben Gabellichtschranken mit IO-Link?
Gabellichtschranken mit IO-Link bieten eine digitale Schnittstelle, über die verschiedene Konfigurationen vorgenommen werden können. So ist es beispielsweise möglich, Parameter zu aktualisieren und Sensoren so anzupassen, dass sie für verschiedene Applikationen verwendet werden können.