CH364043A - Logisches Gatter für den Aufbau kontaktloser Steuer- oder Regeleinrichtungen - Google Patents

Description

  Logisches Gatter für den Aufbau kontaktloser Steuer- oder Regeleinrichtungen    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein  logisches Gatter für den Aufbau kontaktloser     Steuer-          oder    Regeleinrichtungen. Solche Gatter sind zur  Kommandoverarbeitung, insbesondere bei der Steue  rung von     Werkzeugniaschinen,    bekanntgeworden.  Die Gatter ersetzen dabei Relaisschaltungen und  sind imstande, bei geeignetem Aufbau jede beliebige  Relaiskombination nachzubilden.  



  An ein ideales kontaktloses Relais werden im  wesentlichen die folgenden Anforderungen gestellt:  Die Leitfähigkeit der Schaltstelle im     Durchlasszustand     soll von der Polarität, Amplitude, Frequenz, Phase  und Kurvenform von Spannung, Strom oder Leistung  unabhängig sein. Ferner soll ein hohes Verhältnis  der Widerstände im Sperr- und     Durchlasszustand     vorliegen. Das kontaktlose Relais wird um so besser  sein,<B>je</B> mehr sich seine Eigenschaften in dieser Hin  sicht denen des normalen Relais annähern, wo die  Durchlässigkeit praktisch unendlich und die Leit  fähigkeit im gesperrten Zustand gleich Null ist. Fer  ner sollen Steuereingang und Lastausgang vonein  ander wirksam elektrisch isoliert sein.

   Die Schaltlei  stung des Relais soll wesentlich höher     seiin    als die  Steuerleistung. Schliesslich wird kurze Ansprechzeit,  lange Lebensdauer, Wartungsfreiheit sowie robuster  und kleiner Aufbau gefordert.  



  Die üblichen kontaktlosen Relais weisen diese  Eigenschaften nicht sämtlich auf. Der Transistor, das       Thyratron    und die Vakuumröhre arbeiten jeweils nur  in einer Richtung. Um sie als Relais zu verwenden,  ist es notwendig, eine     Vorspannung    einzuführen, die  die einheitliche Polarität aufrechterhält. Vor der Ver  wertung des Ausgangssignals     muss    dann der der     Vor-          spannung    entsprechende Anteil entfernt werden. Dies  kann zu beträchtlichen Schwierigkeiten führen, wenn    bereits im Steuersignal ein Gleichstromanteil enthal  ten ist, der auch im Ausgang wieder aufscheinen soll.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim  Aufbau von Gattern von kontaktlosen Relais Ge  brauch zu machen, die die oben angeführten Anfor  derungen besser erfüllen. Die Erfindung besteht     darini          dass    das Gatter Mittel zur photoelektrischen Verar  beitung wenigstens eines     Strahlungseingangssignals     besitzt und weitere photoelektrische Mittel aufweist,  um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen. Man  kann auf diese Weise annähernd die vorteilhaften  Betriebseigenschaften mechanischer Relais mit der  Schnelligkeit und     Verlässlichkeit    der kontaktlosen  Relais kombinieren.  



  Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im  folgenden anhand der     Fig.   <B>3-6</B> der Zeichnung be  schrieben werden.  



  Zunächst ist in     Fig.   <B>1</B> ein bekanntes photoelek  trisches Relais dargestellt, das aus einer Strahlungs  quelle<B>E</B> und einem lichtempfindlichen Empfänger<B>D</B>  besteht. Legt man an die Strahlungsquelle<B>E</B> über  die     Klernmen   <B>10, 11</B> eine elektrische Spannung an,  so wird der Empfänger<B>D</B> bestrahlt, so     dass    sich sein  elektrischer Widerstand ändert. Schaltet man ihn  mit den Klemmen 12,<B>13</B> in einen elektrischen  Stromkreis<B>'</B> so kann in bekannter Weise eine Steue  rung des Laststromes erzielt werden.  



  In     Fig.    2 ist dieses bekannte Prinzip auf ein  spezielles Beispiel angewendet, bei dem als Strah  lungsquelle eine Glimmlampe dient. In Reihe mit  der Glimmlampe 20 liegt     ein    Begrenzungswider  stand 21, parallel zur Glimmlampe ein Widerstand  22. Die beiden Widerstände bilden einen     Spannungs-          teiler,    und die Glimmlampe ist an dem Mittelpunkt  <B>23</B> und die Klemme<B>11</B> angeschlossen.      Als Strahlungsempfänger<B>D</B> können     beüspiels-          weise    lichtempfindliche Halbleiterwiderstände<B>16, 17</B>  Verwendung finden.

   Sie liegen in Reihe mit einer  Last<B>26</B>     bzw.   <B>27</B> in einem Stromkreis, der über die  Klemmen 12,<B>13</B>     bzw.    14,<B>15</B> an eine     Speisespan-          nungsquelle    angeschlossen ist. Sobald die Glimm  lampe 20 gezündet hat, werden die beiden lichtemp  findlichen Halbleiterwiderstände durchlässig. Die  Spannung an den Klemmen 12 bis<B>15</B> kann eine  Gleich- oder Wechselspannung sein. Bei Bestrahlung  haben die lichtempfindlichen Halbleiterwiderstände  einen verhältnismässig geringen Widerstand in der  Grössenordnung von<B>100</B> oder<B>1000</B> Ohm, während  der Sperrwiderstand bei fehlender Bestrahlung sich  dem Wert unendlich nähert.

   Um Streueffekte zu  verhindern, wird das photoelektrische Relais vor  teilhaft in ein lichtdichtes Gehäuse eingebaut.  



  Während der Widerstand 21 zur Begrenzung des       Glimmlampenstromes    dient, führt der Widerstand  22 zu rascher     Entionisierung    nach Unterschreiten  der Brennspannung und damit zu kurzen Schaltzeiten  des Relais.  



  Verwendet man statt der Glimmlampe eine     Elek-          trolumineszenzschicht,    so wird der Widerstand 22 ent  behrlich. Auch der Widerstand 21 kann dann fort  gelassen werden.  



  In     Fig.   <B>3</B> ist ein Nichtgatter als Ausführungsbei  spiel der Erfindung dargestellt, bei dem gleichartige  Schaltungselemente mit dem gleichen Bezugszeichen  wie in     Fig.    2 bezeichnet worden sind. Im Parallel  kreis zum Widerstand 22 liegt ein weiterer lichtemp  findlicher Widerstand<B>28,</B> der als Signalempfänger  dient, in Reihe mit einem Widerstand<B>29.</B>  



  Die Versorgungsspannung an den Klemmen<B>10,</B>  <B>11</B> bleibt in diesem Fall dauernd bestehen, und die  Glimmlampe 20 brennt so lange, wie der lichtemp  findliche Widerstand<B>28</B> unbelichtet bleibt. Die Be  lichtung dieses Widerstandes stellt das     Eingangs-          signaldar.DasGatter        gibtalso        einAusgangssignalab,     wenn das Eingangssignal nicht vorhanden ist. Bei  Belichtung des Widerstandes<B>28</B> entsteht ein     kurz-          schlussartiger    Stromweg, so     dass    die Spannung an  der Glimmlampe 20 die Brennspannung unterschrei  tet. Damit sperrt der Widerstand<B>16</B> und das Relais  schaltet ab.  



       Fig.    4 zeigt den Aufbau eines     Undgatters    als  Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in Reihe  mit der Speisespannung für     die    Glimmlampe 20 zwei  oder mehrere lichtempfindliche Widerstände<B>31, 32</B>  liegen, die als Signalempfänger dienen und die Ein  gänge des     Undgatters    darstellen. Die     Glimmlampe     20 kann nur dann zünden, wenn sämtliche Wider  stände<B>31, 32</B> belichtet und dadurch durchlässig  sind, wie es der Funktion eines     Undgatters    entspricht,  dessen sämtliche Eingänge besetzt sein müssen.  



       Fig.   <B>5</B> zeigt eine Möglichkeit zum Aufbau eines  Odergatters. In die Speiseleitung für die     Glimm-          lampe    20 ist hier eine Parallelschaltung von licht  empfindlichen Widerständen<B>31, 32</B> geschaltet, und    zwar entsprechend der gewünschten Zahl der Ein  gänge. Sobald ein einziger dieser Widerstände be  lichtet wird, zündet die Glimmlampe 20 und die  Last<B>26</B> wird eingeschaltet.  



  Schliesslich ist in     Fig.   <B>6</B> der Aufbau eines     Weder-          Noch-Gatters    angedeutet. Es stellt praktisch ein  Nichtgatter nach     Fig.   <B>3</B> mit mehreren Eingängen  dar. Parallel zur Glimmlampe 20 sind zwei oder  mehrere lichtempfindliche Widerstände<B>31, 32</B> jeweils  in Reihe mit Widerständen<B>33,</B> 34 angeordnet. So  bald einer dieser Widerstände belichtet wird, unter  schreitet die Spannung an der Glimmlampe 20 die  Brennspannung, so     dass    die Last<B>26</B> abgeschaltet  wird.

   Dies entspricht der Funktion des     Weder-Noch-          Gatters,    nur dann ein     Ausgangssginal    abzugeben,  wenn keiner der Eingänge besetzt ist.  



  Die in den     Fig.   <B>3</B> bis<B>6</B> angedeuteten Gatter  können in jeder beliebigen Kombination zusammen  gestellt werden, die in der Steuertechnik üblich oder  erforderlich ist. Beispielsweise kann man die Einrich  tungen nach     Fig.    4 und<B>5</B> kombinieren, wodurch ein       Und-Oder-Gatter    entsteht. Es enthält eine Mehrzahl  von Signalempfängern in Reihenschaltung sowie  eine Mehrzahl von Signalempfängern in Parallelschal  tung. Die     Kaskadenschaltung    mehrerer Gatter ist auf  einfache Weise dadurch erzielbar,     dass    die in den  Figuren angedeuteten lichtempfindlichen Widerstände  <B>16</B> zugleich als Signalempfänger für die nachgeschal  teten Gatter dienen.  



  Die beschriebenen Gatter weisen eine Reihe von  wesentlichen Vorteilen auf. Zunächst besteht zwi  schen Steuer- und Arbeitskreis völlige elektrische  Isolation. Das Verhältnis zwischen     Durchlass-    und  Sperrwiderstand der Schaltstelle ist relativ hoch.  Sämtliche Kreise können aus einer gemeinsamen       Wechselstromquelle    oder einer Gleichstromquelle be  liebiger Polarität gespeist werden. Es treten keinerlei  Anpassungsprobleme auf, wie sie bei der     Kaskaden-          schaltung    von Gattern üblichen Aufbaus vorliegen.  Da auch hier bewegliche Teile fehlen, erzielt man  eine grosse Betriebssicherheit und lange Lebensdauer.

    Ausserdem ist auch die Baugrösse der Gatter sehr  gering, und die einzelnen Elemente, die in lichtdichte  Gehäuse eingebaut werden, haben kleines Gewicht  und robusten Aufbau.  



  Welche Strahlungsquellen und lichtempfindlichen  Widerstände man verwendet, ist für die Einrichtung  grundsätzlich gleichgültig. Die Glimmlampen sind,  wie bereits angedeutet, durch     Elektrolumineszenz-          schichten    oder auch, wenn es auf sehr geringe An  sprechzeit nicht ankommt, durch einfache<B>Glüh-</B>  lampen ersetzbar.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Logisches Gatter für den Aufbau kontaktloser Steuer- oder Regeleinrichtungen, dadurch gekenn zeichnet, dass es Mittel<B>(28; 31, 32)</B> zur photoelektri schen Verarbeitung wenigstens eines Strahlungsein- gangssignals besitzt und weitere photoelektrische Mittel (20,<B>16)</B> aufweist, um ein elektrisches Aus gangssignal zu erzeugen.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Gatter nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens ein lichtempfindlicher Signalempfänger<B>(28, 31, 32)</B> die Speisespannung für eine Strahlungsquelle (20) steuert, die ihrerseits einen lichtempfindlichen Schaltwiderstand<B>(16)</B> be- einflusst. 2. Gatter nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass es als Strahlungsquelle (20) eine Glimmlampe enthält. <B>3.</B> Gatter nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass es als Strahlungsquelle eine Lumines- zenzschicht enthält. 4.

   Gatter nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass als Strahlungsempfänger der Mittel lichtempfindliche Halbleiterwiderstände dienen. <B>5.</B> Gatter nach Patentanspruch, mit Nicht-Wir- kung, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalemp fänger<B>(28)</B> in einem Parallelzweig zur Strahlungs quelle (20) angeordnet ist (Fig. <B>3).</B> <B>6.</B> Gatter nach Patentanspruch, mit Und-Wir- kung, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Eingangs signal ein Signalempfänger<B>(31, 32)</B> in Reihe mit der Strahlungsquelle (20) angeordnet ist (Fig. 4).

   <B>7.</B> Gatter nach Patentanspruch, mit Oder-Wir- kung, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Ein gangssignal ein Signalempfänger<B>(31, 32)</B> vorhanden ist, die parallel geschaltet sind, wobei die Parallel schaltung in Reihe mit der Strahlungsquelle (20) liegt (Fig. <B>5).</B> <B>8.</B> Gatter nach Patentansprach, mit Weder-Noch- Wirkung, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Eingang ein Signalempfänger<B>(31, 32)</B> vorhanden ist, welche<B>je</B> in einem Parallelzweig zur Strahlungs quelle angeordnet sind (Fig. <B>6).</B>