Lichtschranke

Eine Lichtschranke ist ein elektronisch-optisches System, das die Unterbrechung eines Lichtstrahls erkennt. Auf diese Weise können automatische Vorrichtungen bewegliche Objekte detektieren. Zum Beispiel können Hindernisse bei selbsttätig schließenden Türen erkannt werden oder Eindringlinge durch Alarmanlagen.

Man unterscheidet je nach Bauart zwischen Einweg-Lichtschranken und Reflexlichtschranken.

Funktionsweise

Lichtschranken bestehen aus einer Lichtstrahlenquelle (dem Sender) und einem Sensor (dem Empfänger) für diese Strahlung. Sie sind wie Optokoppler aufgebaut, haben jedoch einen offenen oder zugänglichen optischen Strahleingang.

Der Sender kann eine Glühlampe (heute nicht mehr Stand der Technik), eine Infrarotstrahlung oder sichtbares Licht abgebende Leuchtdiode oder eine Laserdiode sein. Der Empfänger ist meist ein Phototransistor.

Das Funktionsprinzip einer Lichtschranke besteht darin, die durch ein Objekt hervorgerufene Unterbrechung des Lichtweges mit dem Sensor zu registrieren und meist in elektrische Schaltsignale umzuwandeln, die zur weiteren Verarbeitung geeignet sind.

Um die Lichtschranke unempfindlich gegenüber Fremdlicht zu machen, wird die Strahlung insbesondere der weitreichenden Modelle moduliert, um sie vom Umgebungslicht unterscheiden zu können. Zusätzlich kann ein Infrarotfilter vor dem Empfänger sein, um Tageslicht abzuschirmen.

Um die Reichweite zu erhöhen, sind Sender, Empfänger oder beide mit einer bündelnden Sammellinse versehen. Oft haben die Bauteile (Phototransistor und Leuchtdiode) selbst bereits ein bündelndes und Tageslicht herausfilterndes Kunststoffgehäuse.

Einweg-Lichtschranken

Reflexkoppler und Gabelkoppler (IR-Strahlwege sind in magenta dargestellt)

Bei Einweglichtschranken stehen sich Sender und Empfänger gegenüber. Hierzu zählen auch Gabelkoppler bzw. Gabellichtschranken, bei denen Sender und Empfänger in geringem Abstand zueinander bereits vormontiert sind. Sind Sender und Empfänger in getrennten Gehäusen, müssen sie bei der Montage zueinander ausgerichtet montiert werden.

Reflexlichtschranken

Das Lichtsignal wird bei diesen über einen Reflektor oder das zu detektierende Objekt selbst zurückgeworfen; Sender und Empfänger befinden sich parallel zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse.

Die Versionen mit Reflektor unterscheiden sich noch hinsichtlich der Verwendung eines Polarisationsfilters. Versionen mit Polarisationsfilter arbeiten nur mit einem Retroreflektor bzw. Rückstrahler, nicht jedoch mit einer glatten Spiegelfläche. Eine solche wird als Unterbrechung erkannt; das schafft zusätzliche Sicherheit, da z. B. so auch ein blanker Metallgegenstand sicher als Unterbrechung erkannt wird.

Die Verwendung von Retroreflektoren und Reflexlichtschranken vereinfacht deren Montage erheblich, da geringerer Verkabelungsaufwand erforderlich ist und keine genaue Ausrichtung des Reflektors zur Lichtschranke erfolgen muss.

Kleine Reflexlichtschranken werden auch als Reflexkoppler bezeichnet, sie arbeiten meist mit für sie auf bewegten Teilen angebrachten reflektierenden, selbstklebenden Folienmarken.

Eine andere Entwicklungsrichtung von Reflexlichtschranken sind solche, die lediglich die diffuse Reflexion des zu detektierenden Objektes zum Ansprechen benötigen. Sind sie darüber hinaus zur Entfernungsbestimmung in der Lage, heißen sie Abstandssensor - sie arbeiten dann meist nach dem Prinzip der Triangulation und mit einem PSD (von engl. position-sensitive device - Positionsempfindliche Photodiode) statt des Phototransistors. Mit diesen können Reflexlichtschranken aufgebaut werden, die verschiedene Objekte (z. B. auf einem Transportband) voneinander unterscheiden können.

Weitere Bauformen

Neben den einfachen Versionen mit nur einem Lichtstrahl gibt es auch sogenannte Lichtgitter oder Lichtvorhänge, die mit mehreren Lichtstrahlen arbeiten. Mit diesen kann eine große Fläche überwacht werden, z. B. der Zugang zu einer Maschine oder einem alarmgesicherten Raum.

Verwendungsgebiete

• Alarmanlagen (Lichtvorhänge)
• äußere Gebäudeabsicherung (Lichtschranken)
• Automatisierungstechnik, Verpackungs- und Lebensmittelindustrie und Fertigungstechnik: Lageerkennung, Objekterkennung, Zählen, Positionserkennung (Einweg- und Reflexlichtschranken)
• Drehgeber, z. B. in Computer-Mäusen, an Servomotoren und zur Drehzahlmessung (Gabelkoppler)
• Rauchmelder (wertet nicht die Unterbrechung des Lichtstrahls aus, sondern registriert Streulicht von Aerosolen)
• Sanitärbereich: automatische Spülung von Urinalen (Reflexlichtschranke)
• Personenschutz bei gefährlichen Maschinen (Lichtvorhänge)
• Sport: Zeitnahme (Einweglichtschranke)
• Aufzüge: Türüberwachung und Positionsüberwachung (Reflexlichtschranke mit Retroreflektor)
• Überwachung/Steuerung von Garageneinfahrten und -türen sowie Rolltoren (Einweglichtschranke, Reflexlichtschranke mit Retroreflektor)
• Positionserkennung in elektronischen Geräten (Videorecorder, CD- und DVD-Spieler): Abtastung des Löschschutzes von Kassetten, Endschalter u. a. der CD-Schublade und Lageerkennung und Überwachung einer Vielzahl anderer Hebel und Motoren (meist Gabelkoppler, auch Reflexkoppler).
• Waschanlagen und Waschstraßen für PKW, LKW, Straßenbahn, Bus und Züge
• Autotandem-Melkstände (Melkstand)

Weblinks