DE102012111433B4 - Opto-electric protective device for securing a danger spot - Google Patents

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Abstract

Optoelektronische Schutzeinrichtung zum Absichern einer Gefahrenstelle, mit einem optischen Sender (22) und einem optischen Empfänger (24), die in einem räumlichen Abstand (28) voneinander angeordnet sind, wobei der optische Sender (22) eine Spannungsversorgung (30) und eine Halbleiterlichtquelle (38) beinhaltet und Lichtimpulse zum optischen Empfänger (24) sendet, wobei der optische Sender (22) ein Schaltelement (34) und zumindest eine Speicherkapazität (36) aufweist, wobei die Speicherkapazität (36) mit der Halbleiterlichtquelle (38), der Spannungsversorgung (30) und dem Schaltelement (34) gekoppelt ist, wobei bei geschlossenem Zustand des Schaltelements (34) ein Entladestrom (50) der Speicherkapazität (36) durch die Halbleiterlichtquelle (38) fließt, so dass der entstehende Lichtimpuls in seiner Leistung von der Speicherkapazität (36) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (38) eine definierte Nennspannung besitzt, wobei die Spannungsversorgung (30) die Speicherkapazität (36) vor dem Schließen des Schaltelements (34) auf eine Ladespannung auflädt, die größer als die definierte Nennspannung ist, wobei die Speicherkapazität (36) direkt mit der Halbleiterlichtquelle (38) verbunden ist, und wobei zur Halbleiterlichtquelle (38) eine Bypass-Diode (40) antiparallel angeordnet ist.An optoelectronic protective device for securing a danger spot, comprising an optical transmitter (22) and an optical receiver (24), which are arranged at a spatial distance (28) from each other, wherein the optical transmitter (22) comprises a power supply (30) and a semiconductor light source ( 38) and transmitting light pulses to the optical receiver (24), the optical transmitter (22) having a switching element (34) and at least one storage capacitor (36), the storage capacitor (36) being connected to the semiconductor light source (38), the power supply (36). 30) and the switching element (34) is coupled, wherein in the closed state of the switching element (34) a discharge current (50) of the storage capacity (36) through the semiconductor light source (38) flows, so that the resulting light pulse in its performance of the storage capacity ( 36), characterized in that the semiconductor light source (38) has a defined nominal voltage, wherein the power supply (30) charges the storage capacitor (36) to a charging voltage that is greater than the defined nominal voltage before closing the switching element (34), the storage capacitor (36) being connected directly to the semiconductor light source (38), and to the semiconductor light source ( 38) a bypass diode (40) is arranged in antiparallel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Schutzeinrichtung und ein Verfahren zum Absichern einer Gefahrenstelle, mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger, die in einem räumlichen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der optische Sender eine Spannungsversorgung und eine Halbleiterlichtquelle beinhaltet und Lichtimpulse zum optischen Empfänger sendet, wobei die Speicherkapazität mit der Halbleiterlichtquelle, der Spannungsversorgung und dem Schaltelement gekoppelt ist, und wobei bei geschlossenem Zustand des Schaltelements ein Entladestrom der Speicherkapazität durch die Halbleiterlichtquelle fließt, so dass der entstehende Lichtimpuls in seiner Leistung von der Speicherkapazität abhängig ist.The present invention relates to an optoelectronic protective device and a method for securing a danger spot, comprising an optical transmitter and an optical receiver, which are arranged at a spatial distance from each other, wherein the optical transmitter includes a power supply and a semiconductor light source and sends light pulses to the optical receiver, wherein the storage capacity is coupled to the semiconductor light source, the power supply and the switching element, and wherein in the closed state of the switching element, a discharge current of the storage capacitor flows through the semiconductor light source, so that the resulting light pulse in its performance depends on the storage capacity.

Eine solche Schutzeinrichtung ist beispielsweise aus DE 31 44 747 A1 bekannt.Such a protective device is for example off DE 31 44 747 A1 known.

Die Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet der Sicherheitstechnik im Sinne von Schutz von Personen und/oder materiellen Werten vor Gefahren, die von automatisiert arbeitenden Anlagen oder Maschinen ausgehen, wie z. B. von automatisiert arbeitenden Robotern. Eine typische Schutzmaßnahme besteht darin, den Gefahrenbereich einer solchen Anlage abzusperren, so dass ein Betreten des Gefahrenbereiches entweder verhindert wird oder zum Anhalten, zum Abschalten oder anderweitigen Entschärfen der gefährlichen Betriebssituation führt. Zum Absperren eines solchen Gefahrenbereiches werden häufig mechanische Schutztüren oder Schutzzäune verwendet. In vielen Fällen ist jedoch ein Zugang in den abgesicherten Gefahrenbereich notwendig, sei es weil Bedienpersonal regelmäßig Zugang zu der Maschine benötigt und/oder weil Material in den oder aus dem Gefahrenbereich transportiert werden muss. Für solche Fälle werden häufig optoelektronische Schutzeinrichtungen eingesetzt, insbesondere Lichtschranken, Lichtgitter oder Lichtvorhänge. Solche optoelektronische Sensoren erzeugen einen oder mehrere Sendestrahlen, die mit einem oder mehreren Empfangselementen detektiert werden. Wird ein Sendestrahl beispielsweise von einem Körperteil einer Person unterbrochen, kann diese Unterbrechung mit Hilfe der Empfangselemente erkannt werden und die abgesicherte Anlage kann abgeschaltet oder angehalten werden.The invention relates generally to the field of safety engineering in the sense of protection of persons and / or material values against hazards emanating from automated systems or machines such. B. automated robots. A typical protective measure is to shut off the danger zone of such a system, so that entering the danger zone is either prevented or stops, shuts down or otherwise mitigates the dangerous operating situation. For shutting off such a danger area mechanical protective doors or protective fences are often used. In many cases, however, access to the secured danger area is necessary, either because operators require regular access to the machine and / or because material has to be transported into or out of the danger zone. For such cases, optoelectronic protective devices are often used, in particular light barriers, light grids or light curtains. Such optoelectronic sensors generate one or more transmitted beams that are detected with one or more receiving elements. If a transmission beam is interrupted, for example, by a body part of a person, this interruption can be detected with the aid of the reception elements and the protected system can be switched off or stopped.

Eine wesentliche Einschränkung von Lichtschranken und Lichtgittern ist die begrenzte Reichweite der optischen Sender, die im Wesentlichen durch die verwendete Lichtquelle im Sender bestimmt wird. Dies lässt sich durch die Einteilung des Schutzbereiches in kleinere Segmente lösen, jedoch werden dann wieder zusätzliche mechanische Zwischenelemente benötigt, um den Bereich vollständig zu sichern. Weiterhin gibt es Anwendungsfälle, in denen der Schutzbereich eine feste Größe aufweisen muss, beispielsweise wenn ein Fahrzeug in den Bereich einfahren soll und dieses eine feste Breite aufweist. In diesen Fällen muss entweder auf mechanische Schutztüren und -verriegelungen zurückgegriffen werden oder die Lichtschranke muss mit speziellen Hochleistungslichtdioden ausgestattet werden. Spezielle Hochleistungsdioden können dabei einen größeren Abstand überbrücken, sind jedoch sehr teuer in der Herstellung und damit für eine kostengünstige Ausstattung nicht geeignet.An essential limitation of light barriers and light curtains is the limited range of the optical transmitters, which is essentially determined by the light source used in the transmitter. This can be solved by dividing the protection area into smaller segments, but then again additional mechanical intermediate elements are needed to secure the area completely. Furthermore, there are applications in which the protection area must have a fixed size, for example, when a vehicle is to enter the area and this has a fixed width. In these cases either mechanical protective doors and interlocks must be used or the light barrier must be equipped with special high-performance light-emitting diodes. Special high-performance diodes can bridge a greater distance, but are very expensive to manufacture and thus not suitable for low-cost equipment.

DE 10 2008 039 351 B3 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Halbleiterlichtquelle, wobei ein Speicherkondensator parallel zu der Halbleiterlichtquelle angeordnet ist. Der Hauptstrompfad der Schaltungsanordnung besteht aus der Serienschaltung eines Schaltelements, einer Induktivität und einer Antiparallelschaltung bestehend aus einer Diode und der Halbleiterlichtquelle. Parallel zu dem Schaltelement ist noch ein Resonanzkondensator angeordnet. Bei geschlossenem Schaltelement fließt ein Strom von dem Speicherkondensator durch die Halbleiterlichtquelle und die Induktivität. Nachdem das Schaltelement geöffnet wurde, wird der Strom durch die Induktivität und die Spannung am Speicherkondensator weitergetrieben und der Resonanzkondensator aufgeladen. Wenn der Strom Null wird, ist die Spannung am Resonanzkondensator größer als die Spannung am Speicherkondensator. Es entsteht ein Strom in umgekehrter Richtung durch die Induktivität und die Diode. Die bekannte Schaltungsanordnung ermöglicht ein Schalten des Schaltelements bei einer Spannung, die jeweils weitgehend Null ist. DE 10 2008 039 351 B3 discloses a circuit arrangement for operating a semiconductor light source, wherein a storage capacitor is arranged parallel to the semiconductor light source. The main current path of the circuit arrangement consists of the series connection of a switching element, an inductor and an anti-parallel circuit consisting of a diode and the semiconductor light source. Parallel to the switching element, a resonance capacitor is still arranged. When the switching element is closed, a current flows from the storage capacitor through the semiconductor light source and the inductance. After the switching element has been opened, the current is further driven by the inductance and the voltage at the storage capacitor and charged the resonance capacitor. When the current becomes zero, the voltage at the resonant capacitor is greater than the voltage at the storage capacitor. It creates a current in the opposite direction through the inductor and the diode. The known circuit arrangement enables a switching of the switching element at a voltage which is each largely zero.

Die eingangs genannte DE 31 44 747 A1 offenbart einen optoelektronischen Bandendesensor, der eine gepulste Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtimpulsen kurzer Dauer und hoher Intensität aufweist. Der Lichtquelle gegenüber ist ein Fotodetektor angeordnet, wobei ein Förderband zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor hindurchläuft, so dass im Normalbetrieb ein Lichtweg zwischen den beiden Einheiten unterbrochen ist. Die Sensorschaltung kann zwischen einem Bandende und Stiftlöchern in dem Band dadurch unterscheiden, dass eine ununterbrochene vorbestimmte Anzahl von Lichtimpulsen festgestellt werden muss vom Fotodetektor, bevor ein Bandendesignal erzeugt wird.The aforementioned DE 31 44 747 A1 discloses an optoelectronic tape end sensor having a pulsed light source for generating short duration, high intensity light pulses. Opposite the light source is a photodetector, wherein a conveyor belt passes between the light source and the photodetector, so that in normal operation an optical path between the two units is interrupted. The sensor circuit may distinguish between a tape end and pinholes in the tape in that an uninterrupted predetermined number of light pulses must be detected by the photodetector before a tape end signal is generated.

Die Offenlegungsschrift DE 24 50 648 offenbart eine weitere optoelektronische Schutzeinrichtung in Form einer Lichtschranke. Die offenbarte Vorrichtung verwendet einen Lichtsender, beispielsweise eine lichtemittierende Diode, die periodisch aktiviert wird, indem ein parallel liegender Kondensator, sobald dieser auf eine bestimmte Spannung aufgeladen ist, einen Thyristor schaltet, der die Lichtquelle kurzzeitig mit dem Kondensator verbindet. Auf diese Weise ist es möglich eine Lichtquelle mit einem Kondensator zu Betreiben, der von einer Netzspannung geladen wird, die wesentlich höher ist als die Spannung, die zum Betreiben der Lichtquelle vorgesehen ist. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optoelektronische Schutzeinrichtung anzugeben, die einerseits große Sicherheitsbereiche abdecken kann, gleichzeitig jedoch kostengünstig und aus Standardkomponenten herstellbar ist.The publication DE 24 50 648 discloses a further optoelectronic protective device in the form of a light barrier. The disclosed device uses a light emitter, for example a light emitting diode, which is periodically activated by switching a parallel capacitor, once charged to a certain voltage, to a thyristor which temporarily connects the light source to the capacitor. In this way it is possible a light source with a Capacitor, which is charged by a mains voltage which is substantially higher than the voltage which is provided for operating the light source. Against this background, it is an object of the present invention to provide an optoelectronic protective device, which can cover both large safety areas, but at the same time inexpensive and can be produced from standard components.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine optoelektronische Schutzeinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei der optische Sender ferner ein Schaltelement und zumindest eine Speicherkapazität aufweist, wobei die Halbleiterlichtquelle eine definierte Nennspannung besitzt, wobei die Spannungsversorgung die Speicherkapazität vor dem Schließen des Schaltelements auf eine Ladespannung auflädt, die größer als die definierte Nennspannung ist, und wobei die Speicherkapazität direkt mit der Halbleiterlichtquelle verbunden ist, wobei zur Haltleiterlichtquelle eine Bypass-Diode antiparallel angeordnet ist.According to one aspect of the present invention, this object is achieved by an optoelectronic protective device and a method of the aforementioned type, wherein the optical transmitter further comprises a switching element and at least one storage capacity, wherein the semiconductor light source has a defined nominal voltage, wherein the power supply before the memory Closing of the switching element charges to a charging voltage which is greater than the defined nominal voltage, and wherein the storage capacity is connected directly to the semiconductor light source, wherein the bypass light source, a bypass diode is arranged in anti-parallel.

Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, die optoelektronische Schutzeinrichtung mit einem gepulsten Lichtstrahl zu betreiben, welcher sich durch kurze Impulse mit einer hohen Lichtleistung auszeichnet. Die Speicherkapazität wird dazu auf eine Spannung aufgeladen, die größer, vorzugsweise mehr als das Doppelte und insbesondere das fünf- bis achtfache der Nennspannung der verwendeten Halbeleiterlichtquelle ist. Diese Spannung wird anschließend an der Halbleiterlichtquelle entladen, indem das Schaltelement, vorzugsweise ein Feldeffekttransistor (FET), kurzzeitig geschlossen wird. Die elektrische Energie, die zum Erzeugen des Lichtimpulses benötigt wird, wird hier von der Speicherkapazität zur Verfügung gestellt und nicht, wie häufig üblich, direkt der Spannungsversorgung entnommen. Die Nennspannung der Halbleiterlichtquelle bezeichnet dabei die Spannung, mit der die Halbleiterlichtquelle gewöhnlich betrieben wird oder nach Herstellerangaben normalerweise betrieben werden soll. In der Regel ist die Nennspannung durch den Hersteller der Halbleiterlichtquelle in einem Datenblatt spezifiziert. Die Spezifikation kann einen Toleranzbereich beinhalten, wobei die Speicherkapazität dann auf eine Ladespannung aufgeladen wird, die höher als die Nennspannung einschließlich des Toleranzbereichs ist. Bei einer handelsüblichen roten Leuchtdiode liegt die Nennspannung typischerweise zwischen 1,6 und 2,1 Volt, wohingegen die Ladespannung in einigen Ausführungsbeispielen größer 10 Volt ist.The invention is therefore based on the idea to operate the optoelectronic protective device with a pulsed light beam, which is characterized by short pulses with a high light output. The storage capacity is charged to a voltage which is greater, preferably more than twice and in particular five to eight times the rated voltage of the semiconductor light source used. This voltage is then discharged to the semiconductor light source by the switching element, preferably a field effect transistor (FET), is closed for a short time. The electrical energy needed to generate the light pulse is provided here by the storage capacity and not, as is often the case, taken directly from the power supply. The nominal voltage of the semiconductor light source indicates the voltage with which the semiconductor light source is usually operated or should normally be operated according to the manufacturer's instructions. In general, the nominal voltage is specified by the manufacturer of the semiconductor light source in a data sheet. The specification may include a tolerance range wherein the storage capacity is then charged to a charging voltage that is higher than the rated voltage including the tolerance range. In a commercially available red light emitting diode, the nominal voltage is typically between 1.6 and 2.1 volts, whereas in some embodiments the charging voltage is greater than 10 volts.

Beim Entladen der Speicherkapazität fließt die in der Speicherkapazität gespeicherte Energie in Form eines Entladestroms durch die Halbleiterlichtquelle. Der Entladestrom ist umso größer, je kleiner der entgegenwirkende Widerstand ist. Da die Halbleiterlichtquelle eine exponentielle Strom-Spannungskennlinie aufweist und die anliegende Spannung sehr hoch ist, wirkt die Halbleiterlichtquelle wie ein Kurzschluss, so dass sich die Speicherkapazität mit einem hohen Entladestrom, vorzugsweise zwischen 5 und 15 Ampere, nahezu blitzartig entlädt.When discharging the storage capacity, the stored energy in the storage capacity flows in the form of a discharge current through the semiconductor light source. The discharge current is greater, the smaller the counteracting resistance. Since the semiconductor light source has an exponential current-voltage characteristic and the applied voltage is very high, the semiconductor light source acts as a short circuit, so that the storage capacity discharges almost instantaneously with a high discharge current, preferably between 5 and 15 amperes.

Je höher der Strom ist, umso höher ist die Lichtleistung, die von der Halbleiterlichtquelle abgegeben werden kann. Durch den hohen Entladestrom emittiert die Halbleiterlichtquelle daher eine besonders hohe Lichtleistung. Eine Belastung mit einem derart hohen Strom zerstört gewöhnlich die Halbleiterlichtquelle, so dass diese nur für einen sehr kurzen Zeitraum derart hoch bestromt werden darf. Über ein Schaltelement ist eine derart kurze Belastungsdauer mit einem derart hohen Strom schwer realisierbar, so dass bei der neuen Schutzeinrichtung die Impulsdauer und infolge dessen die Belastungsdauer maßgeblich von der Dimension der Speicherkapazität abhängt. Mit anderen Worten liegt der hohe Entladestrom in bevorzugten Ausführungsbeispielen aufgrund des begrenzten Speichervermögens der Speicherkapazität nur sehr kurzzeitig an der Halbleiterlichtquelle an. Die Lichtquelle wird maximal mit der in der Speicherkapazität gespeicherten elektrischen Energie belastet. Dadurch wird eine Zerstörung der Halbleiterlichtquelle vermieden.The higher the current, the higher the light output that can be output from the semiconductor light source. Due to the high discharge current, the semiconductor light source therefore emits a particularly high light output. A load with such a high current usually destroys the semiconductor light source, so that it may be energized so high only for a very short period of time. About a switching element such a short load duration with such a high current is difficult to implement, so that in the new protection device, the pulse duration and consequently the load duration depends significantly on the dimension of the storage capacity. In other words, the high discharge current in preferred embodiments due to the limited storage capacity of the storage capacity is only very briefly at the semiconductor light source. The light source is loaded with the maximum stored in the storage capacity of electrical energy. As a result, destruction of the semiconductor light source is avoided.

Durch die gewählte Schaltungsanordnung im optischen Sender können somit Impulse mit hoher Lichtleistung auch mit handelsüblichen „einfachen” Halbleiterlichtquellen erzeugt werden, insbesondere mit einer einfachen Infrarotdiode, deren Nennspannung deutlich unterhalb der Ladespannung der Speicherkapazität spezifiziert ist. Die Leistung des erzeugten Lichtimpulses ist dabei so hoch, dass auch ein weiter Abstand zwischen Sender und Empfänger überbrückt werden kann, welcher unter Normalbetrieb der verwendeten Halbleiterlichtquelle, also bei Nennspannung, nicht möglich gewesen wäre. Gleichzeitig ist die benötigte Schaltung zum Erzeugen dieser Lichtimpulse einfach und mit wenigen Bauteilen realisiert, so dass die Herstellkosten für die optoelektronische Schutzeinrichtung gering gehalten werden können.The selected circuit arrangement in the optical transmitter thus pulses can be generated with high light output even with commercially available "simple" semiconductor light sources, in particular with a simple infrared diode whose rated voltage is specified well below the charging voltage of the storage capacity. The power of the generated light pulse is so high that a wide distance between transmitter and receiver can be bridged, which would not have been possible under normal operation of the semiconductor light source used, ie at rated voltage. At the same time the required circuit for generating these light pulses is simple and implemented with few components, so that the manufacturing costs for the optoelectronic protective device can be kept low.

Die hohe Ladespannung der Speicherkapazität liegt unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle an und das Schaltelement schließt den Entladestromkreis. Durch die hohe Spannung und die exponentielle Strom-Spannungskennlinie der Halbleiterlichtquelle kann kurzeitig ein sehr hoher Strom fließen, der die Leistung des resultierenden Lichtimpulses maßgeblich bestimmt.The high charging voltage of the storage capacitor is applied directly to the semiconductor light source and the switching element closes the Entladestromkreis. Due to the high voltage and the exponential current-voltage characteristic of the semiconductor light source, a very high current can flow for a short time, which decisively determines the power of the resulting light pulse.

Die Bypass-Diode ist antiparallel, d. h. mit einer zur Halbleiterlichtquelle gegenläufigen Durchlassrichtung, an der Halbleiterquelle angeschlossen und dazu eingangsseitig mit der Kathode der Halbleiterlichtquelle und ausgangsseitig mit der Anode der Halbleiterlichtquelle verbunden. Ferner ist die Anode der Halbleiterlichtquelle mit der positiven Elektrode der Speicherkapazität verbunden. Der Ladestrom fließt somit über die Bypass-Diode an der Halbleiterquelle vorbei. Die Bypass-Diode vermeidet ein Nachleuchten der Halbleiterlichtquelle, das durch einen Ladestrom bei geschlossenem Schaltelement oder durch einen parasitären Strom, der durch eine unvermeidbare parasitäre Kapazität am Schaltelement bspw. zwischen Drain und Source eines FET entsteht, hervorgerufen wird.The bypass diode is connected in anti-parallel, ie with a direction of passage opposite to the semiconductor light source, to the semiconductor source and to the input side connected to the cathode of the semiconductor light source and the output side to the anode of the semiconductor light source. Further, the anode of the semiconductor light source is connected to the positive electrode of the storage capacitor. The charging current thus flows via the bypass diode past the semiconductor source. The bypass diode avoids afterglow of the semiconductor light source, which is caused by a charging current when the switching element is closed or by a parasitic current, which is caused by an unavoidable parasitic capacitance on the switching element, for example, between the drain and source of an FET.

Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above object is therefore completely solved.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Entladestrom ein Vielfaches höher als der Nennstrom der Halbleiterlichtquelle.In a further preferred embodiment, the discharge current is a multiple higher than the rated current of the semiconductor light source.

In dieser Ausgestaltung fließt ein Strom durch die Halbleiterlichtquelle, der weit über dem Nennstrom der Halbleiterlichtquelle liegt. Der Nennstrom ist dabei der Strom, den der Hersteller angibt, mit dem die Halbleiterlichtquelle kontinuierlich betrieben werden kann. Vorzugsweise ist der Entladestrom größer als der Nennstrom, der für die Halbleiterlichtquelle für einen gepulsten Betrieb vorgegeben ist. Um die Halbleiterlichtquelle nicht zu zerstören, fließt der Entladestrom aufgrund des begrenzten Speichervermögens der Speicherkapazität nur für einen sehr kurzen Augenblick, beispielsweise 20 Nanosekunden. Da die Lichtleistung maßgeblich vom Strom abhängig ist, der die Halbleiterlichtquelle durchfließt, entsteht so ein sehr kurzer, aber leistungsstarker Lichtimpuls.In this embodiment, a current flows through the semiconductor light source, which is far above the rated current of the semiconductor light source. The rated current is the current that the manufacturer indicates, with which the semiconductor light source can be operated continuously. Preferably, the discharge current is greater than the rated current, which is predetermined for the semiconductor light source for a pulsed operation. In order not to destroy the semiconductor light source, the discharge current flows only for a very short instant, for example 20 nanoseconds, due to the limited storage capacity of the storage capacitor. Since the light output is significantly dependent on the current flowing through the semiconductor light source, so a very short but powerful light pulse.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltdauer des Schaltelements im Mikro- oder Nanosekundenbereich, insbesondere im zweistelligen Nanosekundenbereich.In a further preferred embodiment, the switching duration of the switching element in the micro or nanosecond range, in particular in the two-digit nanosecond range.

Die Schaltdauer des Schaltelements ist in dieser Ausgestaltung die Zeitdauer, während der das Schaltelement geschlossen ist. Die Entladung der Speicherkapazität erfolgt bei geschlossenem Schaltzustand des Schaltelements, vorzugsweise unmittelbar beim Umschalten. Die Schaltdauer ist in den bevorzugten Ausführungsbeispielen kleiner als eine 1 ms, vorzugsweise kleiner 1 μs. Die Entladung der Speicherkapazität erfolgt noch schneller und ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen beendet, bevor das Schaltelement in den offenen Zustand zurückkehrt. Vorzugsweise ist das Schaltelement nur während der Entladezeit im geschlossen Zustand. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass ein Stromfluss durch die Halbleiterlichtquelle definiert unterbrochen werden kann, und zwar unabhängig von der Entladezeitdauer der Speicherkapazität. Damit kann vorteilhaft verhindert werden, dass ein durch den Ladestrom hervorgerufener parasitäre Strom aus der Spannungsversorgung durch die Halbleiterlichtquelle fließt und diese zusätzlich belastet. Weiterhin könnte ein parasitärer Strom zu einem Nachleuchten der Halbleiterlichtquelle führen, nachdem der Entladestrom abgeklungen ist. Durch eine kurze Schaltdauer des Schaltelements kann die Zeit, in der ein unerwünschter Strom durch die Halbleiterlichtquelle fließt, beschränkt werden.The switching duration of the switching element in this embodiment is the time duration during which the switching element is closed. The discharge of the storage capacity takes place when the switching state of the switching element is closed, preferably immediately when switching over. In the preferred exemplary embodiments, the switching duration is less than 1 ms, preferably less than 1 μs. The discharge of the storage capacity is even faster and is completed in preferred embodiments, before the switching element returns to the open state. Preferably, the switching element is only in the closed state during the discharge time. The embodiment has the advantage that a current flow through the semiconductor light source can be interrupted defined, regardless of the discharge time of the storage capacity. This can advantageously be prevented that caused by the charging current parasitic current from the power supply flows through the semiconductor light source and this charged additionally. Furthermore, a parasitic current could lead to afterglow of the semiconductor light source after the discharge current has subsided. By a short switching period of the switching element, the time in which an unwanted current flows through the semiconductor light source can be limited.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Dauer des Lichtimpulses abhängig von der Speicherkapazität.In a further preferred embodiment, the duration of the light pulse is dependent on the storage capacity.

Eine wesentliche Charakteristik des Senders einer optischen Schutzeinrichtung ist die Dauer des Lichtimpulses. Vorzugsweise hängt diese Dauer hier in erster Linie von der Dimensionierung der Speicherkapazität und von der Spannung ab, auf die die Speicherkapazität aufgeladen wird. Liegt eine hohe Spannung an der Halbleiterlichtquelle an, ist ihr Widerstand und somit der Widerstand des gesamten Schaltkreises gering, wodurch ein hoher Strom fließen kann. Weiterhin wird durch die Wahl des Speicherkapazitätswertes, vorzugsweise 5 nF, die Energiemenge festgelegt, die die Speicherkapazität bei einer bestimmten Spannung aufnehmen kann. Die Energiemenge wiederum ist maßgeblich für die Menge an Strom, die insgesamt aus der Speicherkapazität fließen kann. Steht dem Strom nur ein sehr geringer Widerstand entgegen, ist die Zeitdauer des Stromflusses folglich durch die Menge der zur Verfügung stehenden Energie in der Speicherkapazität bestimmt. Die Speicherkapazität legt somit die maßgebliche Dauer des Lichtimpulses fest, was vorteilhaft ist, weil dann die Ansteuerung des Schaltelements, insbesondere das Öffnen des Schaltelements, unkritisch ist. Die Schutzeinrichtung kann dementsprechend kostengünstiger realisiert werden.An essential characteristic of the transmitter of an optical protection device is the duration of the light pulse. Preferably, this duration depends primarily on the dimensioning of the storage capacity and the voltage to which the storage capacity is charged. If a high voltage is applied to the semiconductor light source, its resistance and thus the resistance of the entire circuit is low, whereby a high current can flow. Furthermore, the choice of the storage capacity value, preferably 5 nF, determines the amount of energy that can absorb the storage capacity at a certain voltage. The amount of energy, in turn, determines the amount of electricity that can flow from the storage capacity. Is the current only a very low resistance against, the duration of the current flow is thus determined by the amount of available energy in the storage capacity. The storage capacity thus determines the relevant duration of the light pulse, which is advantageous because then the control of the switching element, in particular the opening of the switching element, is not critical. The protective device can be realized accordingly cheaper.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Halbleiterlichtquelle eine durchschnittliche Lichtleistung auf und der Lichtimpuls weist eine optische Leistungsspitze auf, die um ein Vielfaches höher ist als die durchschnittliche Lichtleistung der Halbleiterlichtquelle.In a further preferred embodiment, the semiconductor light source has an average light output and the light pulse has an optical power peak that is many times higher than the average light output of the semiconductor light source.

In dieser Ausgestaltung sendet die Halbleiterlichtquelle einen Lichtimpuls aus, dessen Leistung wesentlich höher ist als die durchschnittliche Lichtleistung der Halbleiterlichtquellen. Die Lichtleistung bestimmt maßgeblich die Entfernung, in der das Licht noch zuverlässig auswertbar empfangen werden kann und ist einerseits abhängig vom verwendeten Material der Halbleiterlichtquelle und andererseits von dem Strom, der durch die Halbleiterlichtquelle fließt. Die durchschnittliche Lichtleistung ist die Lichtleistung, die bei anliegen des Nennstroms der Halbleiterlichtquelle, emittiert wird. Im gepulsten Betrieb der Halbleiterlichtquelle wird herstellerseitig üblicherweise ein höherer Nennstrom als für einen Dauerbetrieb angegeben, so dass auch die Lichtleistung der Impulse höher sein kann als im Dauerbetrieb. In der bevorzugten Ausgestaltung liegt die optische Leistungsspitze jedoch höher, vorzugsweise ein fünf- bis zehnfaches über der Lichtleistung beim herstellerseitig vorgeschriebenen gepulsten Betrieb. Auf diese Weise können mit einfachen Halbleiterlichtquellen, wie beispielsweise einfachen Infrarotdioden, höhere Pulssendeleistungen und höhere Änderungsraten der Pulssendeleistung erreicht werden. Somit können beim Einsatz in einer Lichtschranke weitere Entfernungen überbrückt werden. Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, wenn vom Empfänger nicht die Leistung des Impulses gemessen wird, sondern dessen Änderung über die Zeit. Ein kurzer Impuls mit einer hohen Leistungsspitze hat eine sehr hohe Änderungsrate.In this embodiment, the semiconductor light source emits a light pulse whose power is significantly higher than the average light output of the semiconductor light sources. The light output decisively determines the distance in which the light can still be reliably evaluated and is dependent, on the one hand, on the material used for the semiconductor light source and, on the other hand, on the current flowing through the semiconductor light source. The average light output is the light output emitted when the rated current of the semiconductor light source is present. In pulsed operation of the semiconductor light source is the manufacturer usually a higher rated current than specified for continuous operation, so that the light output of the pulses may be higher than in continuous operation. However, in the preferred embodiment, the optical power peak is higher, preferably five to ten times greater than the light output at the pulsed operation prescribed by the manufacturer. In this way, with simple semiconductor light sources, such as simple infrared diodes, higher pulse transmission powers and higher rates of change of the pulse transmit power can be achieved. Thus, when used in a light barrier further distances can be bridged. This embodiment is particularly advantageous if the receiver does not measure the power of the pulse, but rather its change over time. A short pulse with a high peak power has a very high rate of change.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Speicherkapazität einen Kapazitätswert im Mikro- oder Nanofaradbereich auf, insbesondere im einstelligen Nanofaradbereich.In a further preferred refinement, the storage capacity has a capacitance value in the micro or nanofarad range, in particular in the single-digit nanofarad range.

Die Wahl des entsprechenden Kapazitätswertes der Speicherkapazität bestimmt hier vorteilhaft die Lade- und Endladezeit der Speicherkapazität, sowie die Menge der gespeicherten Energie. Ein Kapazitätswert im Nanofaradbereich, vorzugsweise kleiner 100 nF und insbesondere kleiner als 10 nF, erzeugt einen besonders geeigneten Lichtimpuls an der Halbleiterlichtquelle ohne Zerstörung selbiger. Ein kleiner Kapazitätswert verringert zudem die Ladezeit und begrenzt weiterhin die Energiemenge. Die Energiemenge ist maßgeblich für die Dauer des Stromflusses und somit für die Belastung der HalbleiterlichtquelleThe choice of the corresponding capacitance value of the storage capacity advantageously determines the charging and discharging time of the storage capacity, as well as the amount of stored energy. A capacitance value in the nanofarad range, preferably less than 100 nF and in particular less than 10 nF, generates a particularly suitable light pulse at the semiconductor light source without destroying same. A small capacity value also reduces the charging time and continues to limit the amount of energy. The amount of energy is decisive for the duration of the current flow and thus for the load of the semiconductor light source

In einer weiteren Ausgestaltung fließt beim Entladen der Speicherkapazität ein vernachlässigbarer parasitärer Strom durch die Halbleiterlichtquelle.In a further embodiment, when discharging the storage capacity, a negligible parasitic current flows through the semiconductor light source.

In dieser Ausgestaltung ist der Ladestrom für die Speicherkapazität wesentlich kleiner als der Entladestrom. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Ladestrom im Bereich von 100 mA und der Pulsstrom im Bereich um 10 A. Dementsprechend ist der Ladestrom in bevorzugten Fällen höchstens 1/10 des Entladestroms, vorzugsweise höchstens 1/50 und insbesondere in der Größenordnung von etwa 1/100 des Entladestroms. Der Sender weist vorteilhaft einen Ladewiderstand auf, welcher den Ladestrom bestimmt. Der Ladestrom, somit auch ein eventueller parasitärer Strom, der zur Halbleiterquelle abfließt, ist zu Beginn der Ladezeit am größten und nimmt über die Zeit exponentiell ab. Der Anfangsstromwert wird maßgeblich durch den Ladewiderstand bestimmt. Je größer der Ladewiderstand, desto kleiner ist der Ladestrom. Bei geschlossenem Zustand des Schaltelements kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Teil des Ladestroms als parasitärer Strom durch die Halbleiterquelle fließen. Dieser parasitäre Strom soll möglichst klein und insbesondere sehr viel kleiner sein als der große Entladestrom aus der Speicherkapazität. Er belastet jedoch die Halbleiterquelle zusätzlich und kann zu einem Nachleuchten der Halbleiterquelle nach dem Entladen der Speicherkapazität führen, solange das Schaltelement geschlossen ist. Als besonders geeignet hat sich in einigen Ausführungsbeispielen ein Widerstand in dreistelligen Ohmbereich, vorzugsweise mehr als 300 Ohm, erwiesen zum Einstellen eines günstigen Verhältnis zwischen Ladedauer und Größe des Ladestroms, so dass allenfalls ein vernachlässigbarer parasitärer Strom fließt.In this embodiment, the charging current for the storage capacity is substantially smaller than the discharge current. In a preferred embodiment, the charging current is in the range of 100 mA and the pulse current is in the range of 10 A. Accordingly, the charging current is in preferred cases at most 1/10 of the discharge current, preferably at most 1/50 and in particular of the order of about 1/100 the discharge current. The transmitter advantageously has a charging resistor, which determines the charging current. The charge current, thus also a possible parasitic current that drains to the semiconductor source, is greatest at the beginning of the charging time and decreases exponentially over time. The initial current value is largely determined by the charging resistance. The greater the charging resistance, the smaller the charge current. In the closed state of the switching element, in some embodiments, a portion of the charging current may flow as a parasitic current through the semiconductor source. This parasitic current should be as small as possible and in particular very much smaller than the large discharge current from the storage capacity. However, it additionally loads the semiconductor source and may lead to afterglow of the semiconductor source after the discharge of the storage capacity, as long as the switching element is closed. Particularly suitable in some embodiments, a resistor in three-digit ohmic range, preferably more than 300 ohms, proved to set a favorable ratio between the charging time and size of the charging current, so that at most a negligible parasitic current flows.

In einer weiteren Ausgestaltung ist am Schaltelement eine Treiberstufe angeordnet, die dazu ausgebildet ist, das Schaltelement mit einer Schaltübergangsdauer im Nanosekundenbereich oder kleiner zu betätigen.In a further embodiment, a driver stage is arranged on the switching element, which is designed to actuate the switching element with a switching transition duration in the nanosecond range or less.

In dieser Ausgestaltung wird das Schaltelement, vorzugsweise ein FET, mittels einer Treiberstufe mit der betätigenden Logikeinheit verbunden. Die Logikeinheit betätigt taktgesteuert oder individuell das Schaltelement. Das Betätigen des Schaltelements triggert den Entladevorgang der Speicherkapazität und vorzugsweise wird das Schaltelement unmittelbar nach dem Entladen wieder geöffnet. Da die kürzeste Schaltübergangsdauer, welche die Logikeinheit, in dem Fall, dass diese direkt mit dem Schaltelement verbunden wäre, bereitstellen könnte, in der Regel viel grösser ist, als die angestrebte Entladezeit, und die damit verbundene Impulsdauer, ist zwischen der Logikeinheit und dem Schaltelement eine Treiberstufe angeordnet, wobei die Treiberstufe in erster Linie eine externe Verstärkerschaltung für den Ausgang der Logikeinheit ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Treiberstufe Widerstände, Transistoren und gegebenenfalls weitere Kapazitäten auf, wobei die Leistung und/oder Dauer des Lichtpulses weitgehend unabhängig von den weiteren Kapazitäten sind. Die Treiberstufe verkürzt die Schaltübergangsdauer des Schaltelements auf eine Dauer vergleichbar der Impulsdauer und Entladezeit. Bei der bevorzugten Verwendung eines FET als Schaltelement ist die Schaltübergangsdauer durch die Aufladedauer des Gates bestimmt, wobei die Ladung des Gates sich aus dem Strom multipliziert mit der Zeit ergibt. Die Zeit ist von der Impulsdauer vorgegeben, so dass zum Aufladen des Gates mit einer bestimmten Ladung kurzeitig ein hoher Strom von der Logikeinheit bereitgestellt werden muss. Dieser Strom wird durch die Treiberstufe bereitgestellt.In this embodiment, the switching element, preferably a FET, connected by means of a driver stage with the actuating logic unit. The logic unit operates clock-controlled or individually the switching element. The actuation of the switching element triggers the discharge of the storage capacity and preferably the switching element is opened again immediately after the discharge. Since the shortest switching transition duration that could provide the logic unit, in the event that it would be directly connected to the switching element, is usually much greater than the desired discharge time, and the associated pulse duration, is between the logic unit and the switching element a driver stage, wherein the driver stage is primarily an external amplifier circuit for the output of the logic unit. In a preferred embodiment, the driver stage comprises resistors, transistors and optionally further capacitances, the power and / or duration of the light pulse being largely independent of the further capacitances. The driver stage shortens the switching transition duration of the switching element to a duration comparable to the pulse duration and discharge time. In the preferred use of a FET as a switching element, the switching transition duration is determined by the charging time of the gate, the charge of the gate resulting from the current multiplied by time. The time is given by the pulse duration, so that a high current must be provided by the logic unit for charging the gate with a certain charge. This stream is provided by the driver stage.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Schaltelement durch eine Steuereinheit derart betätigt, dass ein codiertes Signal entsteht.In a further embodiment, the switching element is actuated by a control unit such that a coded signal is produced.

In dieser Ausgestaltung wird zwischen Sender und Empfänger ein codiertes Signal versandt. Das codierte Signal wird von einer Steuereinheit erzeugt, die Bestandteil der optoelektronischen Schutzeinrichtung sein kann, und an den Sender übermittelt. Das codierte Signal ist vorzugsweise ein Taktsignal und wird vorzugsweise über eine Treiberstufe mit dem Schaltelement verbunden. Das Schaltelement wird folglich im Takt des Taktsignal betätigt, wobei bei jeder steigenden, oder alternative bei jeder fallenden, Flanke ein Lichtimpuls von der Halbleiterquelle ausgesandt wird. Der Empfänger empfängt die Lichtimpulse, erzeugt ein Empfangssignal und leitet dieses an die Steuereinheit zurück. Die Steuereinheit vergleicht das Empfangssignal mit einem Erwartungswert des ursprünglichen codierten Signals und prüft, ob das Signal fehlerfrei übertragen wurde. Diese bevorzugte Ausgestaltung erhöht die Fehlersicherheit des Systems. Alternativ kann eine Steuereinheit auch im Sender integriert sein, die das Testsignal erzeugt. Ebenso kann im Empfänger eine entsprechende Auswerteeinheit integriert sein, die das empfangene Signal auswertet. Eine nachgeschaltete Steuereinheit, beispielsweise ein Sicherheitsschaltgerät, muss folglich nicht an die Vorrichtung angepasst werden, sondern muss lediglich über eine Ein- und Ausgabeeinheit verfügen, an welche der aktuelle Zustand übermittelt wird. In this embodiment, a coded signal is sent between transmitter and receiver. The coded signal is generated by a control unit, which may be part of the optoelectronic protective device, and transmitted to the transmitter. The coded signal is preferably a clock signal and is preferably connected to the switching element via a driver stage. The switching element is consequently actuated in time with the clock signal, a light pulse being emitted by the semiconductor source at each rising edge or alternatively at each falling edge. The receiver receives the light pulses, generates a received signal and returns it to the control unit. The control unit compares the received signal with an expected value of the original coded signal and checks whether the signal has been transmitted without error. This preferred embodiment increases the reliability of the system. Alternatively, a control unit can also be integrated in the transmitter, which generates the test signal. Likewise, a corresponding evaluation unit can be integrated in the receiver, which evaluates the received signal. A downstream control unit, for example, a safety switching device, therefore, does not have to be adapted to the device, but only has to have an input and output unit to which the current state is transmitted.

In einer weiteren Ausgestaltung schaltet das Schaltelement mehrere Schaltkreise, die jeweils eine Halbleiterlichtquelle und eine gekoppelte Speicherkapazität umfassen.In a further embodiment, the switching element switches a plurality of circuits, each comprising a semiconductor light source and a coupled storage capacity.

In dieser Ausgestaltung weist der Sender mehrere Schaltkreise, die jeweils eine Halbleiterlichtquelle und eine Speicherkapazität beinhalten, auf. Die Schaltkreise sind jeweils mit der Spannungsversorgung verbunden, welche die Speicherkapazitäten auflädt. Beim Betätigen des einen Schaltelements wird die Entladung der Speicherkapazitäten getriggert. Beim Entladen fließt in den einzelnen Schaltkreisen jeweils ein Entladestrom durch die jeweilige Halbleiterlichtquelle und erzeugt einen Lichtimpuls. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Speicherkapazitäten abwechselnd aufgeladen, um eine asynchrone Pulsbarkeit mit nur einem Schaltelement zu ermöglichen. Zunächst wird eine erste Speicherkapazität aufgeladen und durch Betätigung des Schaltelements entladen und erst danach wird eine der weiteren Kapazitäten geladen, die dann auch durch Betätigen desselben Schaltelements entladen wird. Auf diese Weise kann ein Lichtgitter mit asynchron aktivierten Lichtstrahlen erzeugt werden, wobei nur ein Schaltelement mit entsprechender Ansteuerung benötigt wird. Dies ermöglicht eine sehr kostengünstige Realisierung eines Lichtgitters mit hoher Fehlersicherheit gegen Übersprechen. Alternativ können aber auch synchrone Lichtimpulse mit dieser Anordnung generiert werden, wenn die einzelnen Halbleiterlichtquellen und Speicherkapazität gleich dimensioniert sind. Dies ist vorteilhaft zum Aussenden synchroner Lichtimpulse, die sich beispielsweise gegenseitig verstärken.In this embodiment, the transmitter has a plurality of circuits each including a semiconductor light source and a storage capacity. The circuits are each connected to the power supply, which charges the storage capacities. Upon actuation of the one switching element, the discharge of the storage capacities is triggered. When discharging flows in the individual circuits each have a discharge current through the respective semiconductor light source and generates a light pulse. In a preferred embodiment, the storage capacities are alternately charged to allow asynchronous pulsability with only one switching element. First, a first storage capacity is charged and discharged by actuation of the switching element and only then is one of the other capacitors charged, which is then discharged by operating the same switching element. In this way, a light grid can be generated with asynchronously activated light beams, wherein only one switching element with appropriate control is needed. This allows a very cost-effective realization of a light grid with high reliability against crosstalk. Alternatively, synchronous light pulses can also be generated with this arrangement if the individual semiconductor light sources and storage capacity are dimensioned the same. This is advantageous for emitting synchronous light pulses that reinforce each other, for example.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der optische Empfänger ein Reflektor und der optische Sender sendet und empfängt Lichtimpulse.In a further embodiment, the optical receiver is a reflector and the optical transmitter transmits and receives light pulses.

In dieser Ausgestaltung wird der optische Empfänger durch einen passiven Reflektor beispielsweise ein Spiegel ersetzt. Weiterhin ist am optischen Sender ein zusätzlicher, vorzugsweise aktiver, Empfänger angeordnet. Ein Lichtimpuls wird vom Sender erzeugt und zum Reflektor gesendet, wobei der Reflektor den Lichtimpuls reflektiert und entweder an den aussendenden Sender oder einen anderen Sender zurückwirft. Am Sender ist ein aktiver Empfänger angeordnet oder alternativ ein weiterer Reflektor. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass ein optischer Empfänger ein rein passives Element seien kann. Ein passiver Empfänger benötigt keine elektrischen Anschlüsse oder elektrischen Bauteilen. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich eine Lichtschranke oder ein Lichtgitter realisieren, bei denen nur eine Seite aktive Elemente aufweist. Solche Lichtschranken und Lichtgitter sind einfacher und kostengünstiger zu montieren und lassen sich mit der neuen Schutzeinrichtung sehr vorteilhaft realisieren, weil der räumliche Abstand bei Reflektorlichtschranken wegen des Hin- und Rückwegs für das Licht stärker begrenzt ist als bei anderen Lichtschranken.In this embodiment, the optical receiver is replaced by a passive reflector, for example, a mirror. Furthermore, an additional, preferably active, receiver is arranged on the optical transmitter. A light pulse is generated by the transmitter and sent to the reflector, the reflector reflects the light pulse and either to the emitting transmitter or another transmitter throws back. At the transmitter an active receiver is arranged or alternatively another reflector. The advantage of this embodiment is that an optical receiver can be a purely passive element. A passive receiver requires no electrical connections or electrical components. With this embodiment, a light barrier or a light grid can be realized in which only one side has active elements. Such light barriers and light grids are easier and cheaper to install and can be realized very advantageous with the new protection device, because the spatial distance is more limited for reflector light barriers because of the outward and return path for the light than other light barriers.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine automatisiert arbeitende Anlage mit einem Ausführungsbeispiel der neuen optoelektronische Schutzeinrichtung, 1 an automated system with an embodiment of the new optoelectronic protective device,

2 eine vereinfachte schematische Darstellung des optischen Senders, 2 a simplified schematic representation of the optical transmitter,

3 eine exemplarische Schaltung eines Ausführungsbeispiels, und 3 an exemplary circuit of an embodiment, and

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optoelektronische Schutzeinrichtung mit einer Vielzahl von Halbleiterlichtquellen. 4 a further embodiment of an optoelectronic protective device with a plurality of semiconductor light sources.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Schutzeinrichtung 10 zum Absichern eines Gefahrenbereichs dargestellt. Der Zugang zu einem Roboter 12, dessen Bewegungsbereich ein Gefahrenbereich für Personen darstellt, wird hier durch die neue Vorrichtung 10 überwacht. Betritt eine Person den Gefahrenbereich, wird dies mit Hilfe der Schutzeinrichtung 10 erkannt und der Roboter wird in einen gefahrlosen Zustand überführt, insbesondere abgeschaltet.In the 1 is an embodiment of the new protection device 10 to hedge a Hazardous area shown. Access to a robot 12 , whose range of motion represents a danger zone for persons, is here by the new device 10 supervised. If a person enters the danger zone, this is done with the help of the protective device 10 detected and the robot is transferred to a safe state, in particular switched off.

Die Vorrichtung 10 beinhaltet in diesem Beispiel eine Vielzahl von Sendern 22 und Empfängern 24, die in einem Abstand 28 voneinander angeordnet sind. Die Sender erzeugen in zeitlichen Intervallen Lichtimpulse, die von den jeweiligen Empfängern empfangen werden. Zwischen einem Sender 22 und einem Empfänger 24 breitet sich somit ein gepulster Lichtstrahl 29 aus. Die einzelnen Lichtstrahlen 29 spannen zusammen zwischen den Sendern und Empfängern ein sog. Lichtgitter auf. Das Lichtgitter wird derart vor der Gefahrenstelle angeordnet, dass eine Person beim Eintreten in den Gefahrenbereich mindestens einen Lichtstrahl 29 mindestens kurzzeitig unterbricht, d. h. dass die Sichtverbindung zwischen einem Sender 22 und dem zugehörigen Empfänger 24, solange sich die Person zwischen den beiden Elementen befindet, getrennt wird.The device 10 includes in this example a variety of stations 22 and receivers 24 that at a distance 28 are arranged from each other. The transmitters generate at time intervals light pulses which are received by the respective receivers. Between a transmitter 22 and a receiver 24 thus spreads a pulsed beam of light 29 out. The individual light rays 29 together create a so-called light grid between the transmitters and receivers. The light grid is placed in front of the danger spot so that a person when entering the danger zone at least one light beam 29 at least temporarily interrupts, ie that the line of sight between a transmitter 22 and the associated receiver 24 as long as the person is between the two elements, is disconnected.

Über eine Leitung 20 sind die optischen Sender 22 mit einer Steuereinheit 16 verbunden. Eine weitere Leitung 18 verbindet die Empfänger mit der Steuereinheit. Die Steuereinheit 16 ist hier mit Schützen 14 verbunden, die zwischen der Stromzufuhr 26 und dem Roboter 12 angeordnet sind. Wenn ein Lichtstrahl 29 unterbrochen wird, unterbricht die Steuereinheit 16 mit Hilfe der Schütze 22 die Stromzufuhr 26 zum Roboter 12 und bringt den Roboter 12 somit zum Stillstand. In diesem Ausführungsbeispiel ist den gängigen Normen entsprechend die Ansteuerung der Schütze und die Unterbrechung der Stromzufuhr 26 redundant ausgebildet.About a line 20 are the optical transmitters 22 with a control unit 16 connected. Another line 18 connects the receivers to the control unit. The control unit 16 is here with shooters 14 connected between the power supply 26 and the robot 12 are arranged. If a ray of light 29 is interrupted, interrupts the control unit 16 with the help of the shooter 22 the power supply 26 to the robot 12 and bring the robot 12 thus to a standstill. In this embodiment, the current standards according to the control of the contactors and the interruption of the power supply 26 designed redundant.

Die Steuereinheit 16 erzeugt hier ein Testsignal und sendet dieses zu den Sendern 22. Die Sender 22 übertragen das Testsignal mit Hilfe des jeweils zugehörigen gepulsten Lichtstrahls 29 zu den Empfängern. Das Aufmodulieren des Testsignals kann beispielsweise durch eine Variation der einzelnen Impulsabstände in Abhängigkeit des Testsignals erfolgen. Alternative kann auch eine andere Modulationstechnik eingesetzt werden, mit deren Hilfe das Testsignal über den gepulsten Lichtstrahl 29 übertragen wird. Die Empfänger 24 empfangen das Testsignal und senden es zurück an die Steuereinheit 16. Die Steuereinheit 16 vergleicht das ursprüngliche ausgesandte Testsignal mit dem empfangen Testsignal.The control unit 16 generates a test signal here and sends it to the transmitters 22 , The transmitters 22 transmit the test signal with the help of the respectively associated pulsed light beam 29 to the recipients. The modulating of the test signal can be done for example by a variation of the individual pulse intervals as a function of the test signal. Alternatively, another modulation technique can be used, with the help of which the test signal via the pulsed light beam 29 is transmitted. The recipients 24 receive the test signal and send it back to the control unit 16 , The control unit 16 compares the original transmitted test signal with the received test signal.

Betritt eine Person den Gefahrenbereich, wird mindestens einer der Lichtstrahlen 29 mindestens kurzeitig unterbrochen, sodass das Testsignal nicht vollständig vom Sender 22 zum Empfänger 24 gelangt. Wird ein unvollständiges Signal vom Empfänger 24 an die Steuereinheit 16 zurückgegeben, erkennt dies die Steuereinheit 16 beim Vergleichen des ausgehenden Signals mit dem eingegangenen Signal und trennt daraufhin mittels der Schütze die Stromzufuhr 26 zum Roboter 12. Der Roboter 12 kommt zum Stillstand und stellt keine Gefahr mehr für die Person dar.If a person enters the danger zone, at least one of the light rays will be emitted 29 interrupted at least briefly, so that the test signal is not completely from the transmitter 22 to the recipient 24 arrives. Will be an incomplete signal from the receiver 24 to the control unit 16 returned, this recognizes the control unit 16 when comparing the outgoing signal with the incoming signal and then disconnects by means of the contactors, the power supply 26 to the robot 12 , The robot 12 comes to a standstill and no longer represents a danger to the person.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Generierung des Testsignals und dessen Auswertung alternativ auch in einer integrierten Einheit innerhalb des Sender und/oder Empfängers erfolgen. Die Steuereinheit 16 müsste in diesem Fall nicht speziell für die Verwendung dieser Vorrichtung ausgelegt sein, sondern könnte beispielsweise ein handelsübliches Sicherheitsschaltgerät mit einer Ein- und Ausgabeeinheit sein, wobei die Vorrichtung dem Sicherheitsschaltgerät signalisiert, ob ein Lichtstrahl unterbrochen worden ist.In another embodiment, the generation of the test signal and its evaluation can alternatively also take place in an integrated unit within the transmitter and / or receiver. The control unit 16 would in this case not be designed specifically for the use of this device, but could for example be a commercially available safety switching device with an input and output unit, the device signals the safety switching device, if a light beam has been interrupted.

2 zeigt vereinfacht das Prinzip einer vorteilhaften Impulsgeneratorschaltung im optischen Sender 22 der neuen Vorrichtung 10. Die Speicherkapazität 36 befindet sich mit der Halbleiterlichtquelle 38 und einem Schaltelement 34 in einem Schaltkreis 54. Dabei ist ein erster Pol der Speicherkapazität 36 mit der Anode 58 der Halbleiterlichtquelle 38 und ein zweiter Pol mit der Masse 60 verbunden. Die Kathode 56 der Halbleiterlichtquelle 38 ist hier über das Schaltelement 34 mit der Masse 60 verbunden. An der Anode 58 der Halbleiterlichtquelle 38 und dem ersten Pol der Speicherkapazität 36 ist über einen Ladewiderstand 42 eine Spannungsversorgung 30 angeschlossen. Das Schaltelement 34 weist einen Eingang 32 auf, über den das Schaltelement 34 geschaltet werden kann. 2 shows simplified the principle of an advantageous pulse generator circuit in the optical transmitter 22 the new device 10 , The storage capacity 36 is located with the semiconductor light source 38 and a switching element 34 in a circuit 54 , Here is a first pole of the storage capacity 36 with the anode 58 the semiconductor light source 38 and a second pole with the ground 60 connected. The cathode 56 the semiconductor light source 38 is here via the switching element 34 with the crowd 60 connected. At the anode 58 the semiconductor light source 38 and the first pole of the storage capacity 36 is about a charging resistor 42 a power supply 30 connected. The switching element 34 has an entrance 32 on, over which the switching element 34 can be switched.

Während sich das Schaltelement 34 im offenen Zustand befindet, wird die Speicherkapazität 36 über den Ladewiderstand 42 auf die Betriebsspannung 30, in diesem Ausführungsbeispiel 15 Volt, geladen. Dabei fließt ein Ladestrom 52, der im Wesentlichen von der Größe des Ladewiderstandes 42 abhängt. Prinzipiell kann die Speicherkapazität 36 auch auf andere Weise geladen werden.While the switching element 34 when open, the storage capacity becomes 36 over the charging resistance 42 on the operating voltage 30 , in this embodiment, 15 volts charged. In this case, a charging current flows 52 which essentially depends on the size of the charging resistor 42 depends. In principle, the storage capacity 36 can also be loaded in other ways.

Beim Betätigen des Schaltelements 36 wird der Schaltkreis 54 geschlossen und die Speicherkapazität 36 beginnt sich über die Halbleiterlichtquelle 38 blitzartig zu entladen. Der Entladestrom 50 fließt durch die Halbleiterlichtquelle 38 und bringt diese zum Aufleuchten. Da die Speicherkapazität 36 zuvor auf die Ladespannung 30 von beispielsweise 15 Volt aufgeladen worden ist, liegt unmittelbar nach Schließen des Schaltelements diese Spannung an der Halbleiterlichtquelle 38 an. Die Spannung ist um ein Vielfaches größer als die Spannung, mit der die Halbleiterlichtquelle im Nennbetrieb betrieben wird. Beispielsweise wird eine gewöhnliche rote LED mit ca. 20 mA bestromt, wobei in ihr eine Spannung von ca. 1,6 V bis 2,1 V abfällt. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Spannung wirkt die Halbleiterlichtquelle 38 hier wie ein Kurzschluss. Der Entladung der Speicherkapazität 36 steht kein nennenswerter Widerstand entgegen. Infolgedessen entlädt sich die Speicherkapazität 36 blitzartig mit einem sehr hohen Entladestrom 50. Da der hohe Strom 50 wegen der begrenzten Kapazität der Speicherkapazität 36 nur sehr kurz an der Halbleiterlichtquelle 38 anliegt, wird die Halbleiterlichtquelle 38 trotz des hohen Entladestroms nicht zerstört oder beschädigt.When operating the switching element 36 becomes the circuit 54 closed and the storage capacity 36 begins over the semiconductor light source 38 to discharge in a flash. The discharge current 50 flows through the semiconductor light source 38 and makes them light up. Because the storage capacity 36 previously on the charging voltage 30 has been charged, for example, 15 volts, this voltage is applied to the semiconductor light source immediately after closing the switching element 38 at. The voltage is many times greater than the voltage with which the semiconductor light source is operated in nominal operation. For example, an ordinary red LED will come with 20 mA are energized, in which a voltage of about 1.6 V to 2.1 V drops. Due to the relatively high voltage, the semiconductor light source acts 38 here like a short circuit. The discharge of the storage capacity 36 there is no significant resistance. As a result, the storage capacity is discharged 36 lightning-fast with a very high discharge current 50 , Because of the high current 50 because of the limited capacity of the storage capacity 36 only very briefly at the semiconductor light source 38 is applied, the semiconductor light source 38 not destroyed or damaged despite the high discharge current.

Die Leistung und Dauer des Lichtimpulses wird dabei maßgeblich von der Speicherkapazität 36 bestimmt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde beispielsweise eine Speicherkapazität 36 von 5 Nanofarad ausgewählt, womit ein Lichtimpuls von wenigen Nanosekunden erzeugt werden kann. Der Entladestrom 50, der maßgeblich für die Leistung des ausgesandten Lichtes ist, kann dabei bis zu 15 Ampere annehmen. Der entstehende Lichtimpuls weist somit eine sehr kurze Impulsdauer bei einer sehr hohen Lichtleistung auf. Durch diese kurzeitige hohe Leistungsspitze kann der Impuls eine wesentlich weitere Distanz detektierbar überbrücken als das Licht der Halbleiterlichtquelle im Normalbetrieb.The power and duration of the light pulse is thereby determined by the storage capacity 36 certainly. In a preferred embodiment, for example, a storage capacity 36 selected from 5 Nanofarad, with which a light pulse of a few nanoseconds can be generated. The discharge current 50 , which is responsible for the power of the emitted light, can assume up to 15 amps. The resulting light pulse thus has a very short pulse duration at a very high light output. By virtue of this short-term high power peak, the pulse can detectably bridge a significantly wider distance than the light of the semiconductor light source during normal operation.

Die 3 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Impulsgeneratorschaltung, die in diesem Beispiel mit der Bezugsziffer 46 bezeichnet ist. Am Eingang 32 der Impulsgeneratorschaltung befindet sich eine Treiberstufe 44. Über diese Treiberstufe 44 wird die Impulsgeneratorschaltung mit der Logik innerhalb des Senders, beispielsweise einem Schieberegister (hier nicht dargestellt), gekoppelt. Die Treiberstufe 44 bestimmt die Schaltübergangsdauer des Schaltelements 34. Die Schaltdauer ist hier höher als die Impulsdauer der zu erzeugenden Lichtimpulse, d. h. dass die Speicherkapazität 36 vollständig entladen ist, bevor das Schaltelement 34 vom geschlossenen in den offenen Zustand zurückkehrt. Die Treiberstufe 44 und das Schaltelement 34 lösen den Lichtimpuls aus, sie bestimmen hier aber nicht seine Dauer oder die Leistung. Dauer und Leistung werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen vor allem von der Speicherkapazität 36 und der Spannung, auf die die Speicherkapazität aufgeladen ist, bestimmt.The 3 shows a particularly preferred embodiment of the pulse generator circuit, in this example by the reference numeral 46 is designated. At the entrance 32 the pulse generator circuit is a driver stage 44 , About this driver level 44 For example, the pulse generator circuit is coupled to the logic within the transmitter, such as a shift register (not shown). The driver stage 44 determines the switching transition duration of the switching element 34 , The switching duration is higher here than the pulse duration of the light pulses to be generated, ie the storage capacity 36 is completely discharged before the switching element 34 returns from the closed to the open state. The driver stage 44 and the switching element 34 trigger the light pulse, but they do not determine its duration or performance here. Duration and performance are in the preferred embodiments, especially of the storage capacity 36 and the voltage to which the storage capacity is charged.

Die Impulsgeneratorschaltung beinhaltet auch hier das Schaltelement 34, die Speicherkapazität 36 und die Halbleiterlichtquelle 38. Zusätzlich ist in diesem Fall noch eine Bypass-Diode 40 zur Halbleiterlichtquelle 38 antiparallel, d. h. mit einer gegenläufigen Durchlassrichtung, angeordnet. Weiterhin ist die Spannungsversorgung 30 über den Ladewiderstandes 42 an die Kathode der Halbleiterlichtquelle 38 angelegt.The pulse generator circuit also includes the switching element here 34 , the storage capacity 36 and the semiconductor light source 38 , In addition, in this case, there is still a bypass diode 40 to the semiconductor light source 38 antiparallel, ie arranged with an opposite direction of passage. Furthermore, the power supply 30 over the charging resistance 42 to the cathode of the semiconductor light source 38 created.

Während das Schaltelement 34 geöffnet ist, fließt ein Ladestrom 52 von der Spannungsversorgung 30 über den Ladewiderstand 42 und durch die Bypass-Diode 40 in die Speicherkapazität 36, bis diese auf die Höhe der Versorgungsspannung abzüglich der Diodenspannung der Bypass-Diode aufgeladen ist.While the switching element 34 is open, a charging current flows 52 from the power supply 30 over the charging resistance 42 and through the bypass diode 40 in the storage capacity 36 until it is charged to the level of the supply voltage minus the diode voltage of the bypass diode.

Ist das Schaltelement 34 geschlossen, kann sich die Speicherkapazität 36 entladen. Dabei fließt der Entladestrom 50 durch die Halbleiterlichtquelle 38 und erzeugt einen Lichtimpuls. Die charakteristischen Eigenschaften des Lichtimpulses hängen im Wesentlichen von der Dimensionierung der Speicherkapazität 36 ab.Is the switching element 34 closed, the storage capacity may be 36 discharged. The discharge current flows 50 through the semiconductor light source 38 and generates a light pulse. The characteristic properties of the light pulse depend essentially on the dimensioning of the storage capacity 36 from.

In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Speicherkapazität 36 auf eine Spannung von 15 Volt aufgeladen. Diese Spannung liegt dabei deutlich über der Nennspannung der verwendeten Halbleiterlichtquelle. Durch die exponentiell ansteigende Strom-Spannungskennlinie entspricht die Halbleiterlichtquelle 38 bei Anlegen einer derart hohen Spannung fast einem Kurzschluss. Die Speicherkapazität 36 kann sich daher blitzartig entladen, so dass kurzzeitig ein Entladestrom von bis zu 15 Ampere fließen kann. Bei einem geringen Kapazitätswert der Speicherkapazität 36 entlädt sich die Speicherkapazität 36 sehr schnell, so dass die Halbleiterlichtquelle 38 nur sehr kurz mit diesem hohen Strom 50 belastet wird. Der entstehende Lichtimpuls ist somit ein sehr kurzer Lichtimpuls von wenigen Nanosekunden, jedoch mit einer sehr hohen Leistung.In this embodiment, the storage capacity became 36 charged to a voltage of 15 volts. This voltage is well above the rated voltage of the semiconductor light source used. Due to the exponentially increasing current-voltage characteristic corresponds to the semiconductor light source 38 when applying such a high voltage almost a short circuit. The storage capacity 36 can therefore discharge in a flash, so that a short discharge current of up to 15 amps can flow. With a small capacity value of the storage capacity 36 the storage capacity is discharged 36 very fast, making the semiconductor light source 38 only very briefly with this high current 50 is charged. The resulting light pulse is thus a very short light pulse of a few nanoseconds, but with a very high power.

Die Bypass-Diode 40 dient in diesem Ausführungsbeispiel dazu, den Ladestrom 52, welcher über den Ladewiderstand 42 von der Spannungsversorgung 30 her fließt, an der Halbleiterlichtquelle 38 vorbeizuführen. Durch diese Anordnung fließt auch bei geschlossenem Zustand des Schaltelements 34 der Ladestrom nicht durch die Halbleiterlichtquelle 38, wodurch diese nicht zusätzlich belastet wird und es nicht zu einem unerwünschten Nachleuchten der Halbleiterlichtquelle 38 im Anschluss an die vollständige Entladung der Speicherkapazität kommt. Insbesondere bei codierten sicherheitskritischen Lichtschranken ist es von Vorteil, wenn die Halbleiterlichtquelle 38 nur zu einem definierten Zeitpunkt einen Lichtimpuls erzeugt. Dies wird durch die oben genannte Anordnung auf sehr einfache und effiziente Weise erreicht.The bypass diode 40 used in this embodiment, the charging current 52 , which is about the charging resistance 42 from the power supply 30 flows forth, at the semiconductor light source 38 passing out. By this arrangement flows even when the closed state of the switching element 34 the charging current is not through the semiconductor light source 38 , whereby this is not additionally burdened and it does not lead to an undesirable afterglow of the semiconductor light source 38 comes after the complete discharge of the storage capacity. In particular, in coded safety-critical light barriers, it is advantageous if the semiconductor light source 38 only generates a light pulse at a defined time. This is achieved by the above arrangement in a very simple and efficient manner.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Ladewiderstand 42 so dimensioniert, dass der Ladestrom 52 wesentlich kleiner ist als der Entladestrom 50. In diesen Ausführungsbeispielen kann die Speicherkapazität 36 mit einem geringen Ladestrom aufgeladen werden, was die Verwendung von kleinen und kostengünstigen Netzteilen in der Spannungsversorgung ermöglicht. Des Weiteren besitzt ein kleiner Ladestrom den Vorteil, dass ein etwaiger parasitärer Strom von der Spannungsquelle 30 durch die Halbleiterlichtquelle 38 nur ein geringes „Nachleuchten” verursacht. Andererseits ermöglicht ein kleiner Ladewiderstand 42 ein schnelles Aufladen der Speicherkapazität 36. Je kleiner der Ladewiderstand 42 ausgelegt ist, desto schneller wird die Speicherkapazität 36 geladen.In preferred embodiments, the charging resistance is 42 dimensioned so that the charging current 52 is much smaller than the discharge current 50 , In these embodiments, the storage capacity 36 be charged with a low charging current, which allows the use of small and inexpensive power supplies in the power supply. Furthermore, a small charging current has the advantage that any parasitic current from the voltage source 30 through the semiconductor light source 38 only a slight "afterglow" caused. On the other hand allows a small charging resistance 42 a quick recharge of the storage capacity 36 , The smaller the charging resistance 42 is designed, the faster the storage capacity 36 loaded.

Die 4 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Hier werden durch einen gemeinsamen Impulsgenerator mehrere Lichtimpulse erzeugt. Der Impulsgenerator beinhaltet hier wieder das Schaltelement 34, die Speicherkapazität 36 und die Halbleiterlichtquelle 38. Zusätzlich sind jedoch parallel zur Kathode 56 der Halbleiterlichtquelle 38 und der Masse 60 zwei weitere Schaltkreise 54a, 54b angeordnet. Jeder Schaltkreis weist eine Speicherkapazität 36 und eine Halbleiterlichtquelle 38 auf. Gemeinsam ist den drei Schaltkreisen 54, 54a, 54b das Schaltelement 34, welches die Halbleiterlichtquellen der einzelnen Schaltkreise von der Masse 60 trennt. Die Speicherkapazitäten werden, wie in den bereits zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf eine hohe Ladespannung, vorzugsweise 15 Volt oder gar 24 Volt, aufgeladen.The 4 shows a further preferred embodiment. Here, several light pulses are generated by a common pulse generator. The pulse generator includes here again the switching element 34 , the storage capacity 36 and the semiconductor light source 38 , In addition, however, are parallel to the cathode 56 the semiconductor light source 38 and the crowd 60 two more circuits 54a . 54b arranged. Each circuit has a storage capacity 36 and a semiconductor light source 38 on. Common to the three circuits 54 . 54a . 54b the switching element 34 which the semiconductor light sources of the individual circuits from the ground 60 separates. The storage capacities are, as in the previously described embodiments, to a high charging voltage, preferably 15 volts or even 24 volts, charged.

Wird das Schaltelement 34 geschlossen, entladen sich die geladenen Speicherkapazitäten 36 gleichzeitig. Aus jeder geladenen Speicherkapazität 36 fließt ein Entladestrom 50 durch jeweils eine Halbleiterquelle 38 und erzeugt einen Lichtimpuls. Insgesamt können so drei synchron Lichtimpulse erzeugt werden, wenn die Speicherkapazitäten 36 gleich dimensioniert sind. Alternativ können auch unterschiedliche Speicherkapazitäten gewählt werden, wodurch synchron beginnende Lichtimpulse mit unterschiedlicher Lichtleistung und Lichtdauer entstehen.Will the switching element 34 closed, the charged storage capacity discharges 36 simultaneously. From every loaded storage capacity 36 a discharge current flows 50 by a respective semiconductor source 38 and generates a light pulse. Overall, so three synchronous light pulses can be generated when the storage capacities 36 are the same size. Alternatively, different storage capacities can be selected, whereby synchronously incipient light pulses with different light output and light duration arise.

In einem anderen Ausführungsbeispiel können alternativ auch asynchrone Impulse erzeugt werden, indem die Speicherkapazitäten abwechselnd voneinander aufgeladen werden. Die Entladung erfolgt weiterhin über das Schaltelement 34, wobei nur die Halbleiterlichtquellen einen Lichtimpuls erzeugen, deren zugehörige Speicherkapazität zuvor geladen worden ist. In dieser Ausführungsform kann ein asynchrones Lichtgitter erzeugt werden, wobei zum Erzeugen der einzelnen Lichtimpulse jeweils das Schaltelement 34 betätigt wird. Folglich können zusätzlich Schaltelemente eingespart werden, wodurch die Vorrichtung insgesamt günstiger zu realisieren ist.Alternatively, asynchronous pulses may alternatively be generated by alternately charging the storage capacitances. The discharge continues to take place via the switching element 34 wherein only the semiconductor light sources generate a light pulse whose associated storage capacity has been previously charged. In this embodiment, an asynchronous light grid can be generated, wherein for generating the individual light pulses in each case the switching element 34 is pressed. Consequently, in addition switching elements can be saved, whereby the device is cheaper to realize overall.

Diese parallele Anordnung ist nicht auf die drei gezeigten Impulsgeneratorschaltungen beschränkt, sondern kann beliebig erweitert werden. Besonders vorteilhaft ist eine derartige Anordnung, um ein Signal zu verstärken, indem mehrere synchrone Lichtimpulse zu einem Empfänger geschickt werden oder aber um ein Lichtgitter mit asynchronen Lichtstrahlen 29 zu bilden. Das in 1 gezeigte Lichtgitter kann mit einer hier vorstellten Anordnung vorteilhaft realisiert werden. Die Vielzahl der einzelnen Sender kann in diesem Fall durch die Parallelisierung von vielen Speicherkapazitäten und Halbleiterlichtquellen ersetzt werden. Ein Lichtgitter kann so einfacher und kostengünstiger realisiert werden.This parallel arrangement is not limited to the three pulse generator circuits shown, but may be arbitrarily extended. Such an arrangement is particularly advantageous for amplifying a signal by sending a plurality of synchronous light pulses to a receiver or a light grid with asynchronous light beams 29 to build. This in 1 shown light grid can be advantageously realized with an arrangement presented here. The plurality of individual transmitters can be replaced in this case by the parallelization of many storage capacities and semiconductor light sources. A light curtain can be realized in a simpler and cheaper way.

Claims (12)

Optoelektronische Schutzeinrichtung zum Absichern einer Gefahrenstelle, mit einem optischen Sender (22) und einem optischen Empfänger (24), die in einem räumlichen Abstand (28) voneinander angeordnet sind, wobei der optische Sender (22) eine Spannungsversorgung (30) und eine Halbleiterlichtquelle (38) beinhaltet und Lichtimpulse zum optischen Empfänger (24) sendet, wobei der optische Sender (22) ein Schaltelement (34) und zumindest eine Speicherkapazität (36) aufweist, wobei die Speicherkapazität (36) mit der Halbleiterlichtquelle (38), der Spannungsversorgung (30) und dem Schaltelement (34) gekoppelt ist, wobei bei geschlossenem Zustand des Schaltelements (34) ein Entladestrom (50) der Speicherkapazität (36) durch die Halbleiterlichtquelle (38) fließt, so dass der entstehende Lichtimpuls in seiner Leistung von der Speicherkapazität (36) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (38) eine definierte Nennspannung besitzt, wobei die Spannungsversorgung (30) die Speicherkapazität (36) vor dem Schließen des Schaltelements (34) auf eine Ladespannung auflädt, die größer als die definierte Nennspannung ist, wobei die Speicherkapazität (36) direkt mit der Halbleiterlichtquelle (38) verbunden ist, und wobei zur Halbleiterlichtquelle (38) eine Bypass-Diode (40) antiparallel angeordnet ist.Opto-electronic protective device for securing a danger spot, with an optical transmitter ( 22 ) and an optical receiver ( 24 ), which are at a distance ( 28 ) are arranged from each other, wherein the optical transmitter ( 22 ) a power supply ( 30 ) and a semiconductor light source ( 38 ) and light pulses to the optical receiver ( 24 ), the optical transmitter ( 22 ) a switching element ( 34 ) and at least one storage capacity ( 36 ), wherein the storage capacity ( 36 ) with the semiconductor light source ( 38 ), the power supply ( 30 ) and the switching element ( 34 ) is coupled, wherein in the closed state of the switching element ( 34 ) a discharge current ( 50 ) the storage capacity ( 36 ) through the semiconductor light source ( 38 ) flows, so that the resulting light pulse in its performance of the storage capacity ( 36 ), characterized in that the semiconductor light source ( 38 ) has a defined rated voltage, the power supply ( 30 ) the storage capacity ( 36 ) before closing the switching element ( 34 ) is charged to a charging voltage that is greater than the defined rated voltage, wherein the storage capacity ( 36 ) directly to the semiconductor light source ( 38 ), and wherein to the semiconductor light source ( 38 ) a bypass diode ( 40 ) is arranged antiparallel. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (38) einen definierten Nennstrom besitzt, wobei der Entladestrom (50) ein Vielfaches des definierten Nennstroms ist.Optoelectronic protective device according to claim 1, characterized in that the semiconductor light source ( 38 ) has a defined rated current, wherein the discharge current ( 50 ) is a multiple of the defined nominal current. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdauer des Schaltelements (34) im Mikro- oder Nanosekundenbereich liegt, insbesondere im zweistelligen Nanosekundenbereich.Optoelectronic protective device according to claim 1 or 2, characterized in that the switching duration of the switching element ( 34 ) in the micro or nanosecond range, in particular in the two-digit nanosecond range. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Lichtimpulses von der Speicherkapazität (36) abhängt.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the duration of the light pulse of the storage capacity ( 36 ) depends. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (38) eine durchschnittliche Lichtleistung aufweist und dass der Lichtimpuls eine optische Leistungsspitze aufweist, die um ein Vielfaches höher ist als die durchschnittliche Lichtleistung der Halbleiterlichtquelle (38).Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the semiconductor light source ( 38 ) has an average light output and that the Light pulse having an optical power peak that is many times higher than the average light output of the semiconductor light source ( 38 ). Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität einen Kapazitätswert im Mikro- oder Nanofaradbereich aufweist, insbesondere im einstelligen Nanofaradbereich.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the storage capacity has a capacitance value in the micro or nanofarad region, in particular in the single-digit nanofarad region. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entladen der Speicherkapazität (36) ein vernachlässigbarer parasitärer Strom durch die Halbleiterlichtquelle (38) fließt.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 6, characterized in that when unloading the storage capacity ( 36 ) a negligible parasitic current through the semiconductor light source ( 38 ) flows. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaltelement (34) eine Treiberstufe (44) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, das Schaltelement (34) mit einer Schaltübergangsdauer im Nanosekundenbereich oder kleiner zu betätigen.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching element ( 34 ) a driver stage ( 44 ) is arranged, which is adapted to the switching element ( 34 ) with a switching transition duration in the nanosecond range or less. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) durch eine Steuereinheit (16) derart betätigt wird, dass ein codiertes Signal entsteht.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switching element ( 34 ) by a control unit ( 16 ) is actuated such that a coded signal is formed. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) mehrere Schaltkreise, die jeweils eine Halbleiterlichtquelle und eine gekoppelte Speicherkapazität umfassen, schaltet.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the switching element ( 34 ) switches a plurality of circuits, each comprising a semiconductor light source and a coupled storage capacity. Optoelektronische Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger (24) ein Reflektor ist und der optische Sender (22) Lichtimpulse sendet und empfängt.Optoelectronic protective device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the optical receiver ( 24 ) is a reflector and the optical transmitter ( 22 ) Sends and receives light pulses. Verfahren zum Absichern einer Gefahrenstelle mit einem optischen Sender (22) und einem optischen Empfänger (24), die in einem räumlichen Abstand (28) voneinander angeordnet sind, wobei der optische Sender (22) eine Spannungsversorgung (30) und eine Halbleiterlichtquelle (38) beinhaltet und Lichtimpulse zum optischen Empfänger (24) sendet, wobei der optische Sender (22) ein Schaltelement (34) und zumindest eine Speicherkapazität (36) aufweist, wobei die Speicherkapazität (36) mit der Halbleiterlichtquelle (38), der Spannungsversorgung (30) und dem Schaltelement (34) gekoppelt wird, so dass bei geschlossenem Zustand des Schaltelement (34) ein Entladestrom (50) der Speicherkapazität (36) durch die Halbleiterlichtquelle (38) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der entstehende Lichtimpuls in seiner Leistung von der Speicherkapazität (36) bestimmt wird, wobei die Spannungsversorgung (30) die Speicherkapazität (36) vor dem Schließen des Schaltelements (34) auf eine Ladespannung auflädt, die größer als die definierte Nennspannung ist, und wobei die Speicherkapazität (36) direkt mit der Halbleiterlichtquelle (38) verbunden ist, wobei zur Halbleiterlichtquelle (38) eine Bypass-Diode (40) antiparallel angeordnet ist.Method for securing a danger spot with an optical transmitter ( 22 ) and an optical receiver ( 24 ), which are at a distance ( 28 ) are arranged from each other, wherein the optical transmitter ( 22 ) a power supply ( 30 ) and a semiconductor light source ( 38 ) and light pulses to the optical receiver ( 24 ), the optical transmitter ( 22 ) a switching element ( 34 ) and at least one storage capacity ( 36 ), wherein the storage capacity ( 36 ) with the semiconductor light source ( 38 ), the power supply ( 30 ) and the switching element ( 34 ) is coupled, so that when the closed state of the switching element ( 34 ) a discharge current ( 50 ) the storage capacity ( 36 ) through the semiconductor light source ( 38 ) flows, characterized in that the resulting light pulse in its performance of the storage capacity ( 36 ), the power supply ( 30 ) the storage capacity ( 36 ) before closing the switching element ( 34 ) charges to a charging voltage that is greater than the defined nominal voltage, and wherein the storage capacity ( 36 ) directly to the semiconductor light source ( 38 ), wherein to the semiconductor light source ( 38 ) a bypass diode ( 40 ) is arranged antiparallel.
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