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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein Schnittstellen und Verbindungskästen und
insbesondere mehrere verbundene Verbindungskästen, die Logikfunktionen umfassen.
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Die
Robotik wird zunehmend bei Fertigungsgegebenheiten verwendet, um
Werkstücke
zu hantieren. Es ist bekannt, dass solche Robotereinrichtungen Werkstücke aufnehmen,
das Werkstück
zu einer Arbeitsstation transportieren, beispielsweise für einen
numerisch gesteuerten Bearbeitungsvorgang, und das Werkstück auf der
Arbeitsstation einsetzen. Die Robotereinrichtungen umfassen häufig einen Arm,
der sich drehen kann, sich ausstrecken kann und sich heben kann,
um das Werkstück
zu bewegen. Das Werkstück
selbst wird in einem Greifer gehalten, der am Ende des Arms angebracht
ist. Solche Greifer sind üblicherweise
so konstruiert, dass sie das spezielle Werkstück aufnehmen und können eine Mehrzahl
von Fingern umfassen, die sich daran schließen und dadurch das Werkstück greifen.
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Die
Greifer sind üblicherweise
mit einer Mehrzahl von Positionssensoren ausgerüstet, die die Position der
Greiferfinger gegenüber
dem Werkstück bestimmen.
Solche Positionssensoren können
einfache Endschalter sein, die aufgrund der Berührung des Werkstücks mechanisch
geöffnet
oder geschlossen werden, oder können
ausgeklügeltere
Näherungssensoren
sein, die einen Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung erzeugen,
während
sich die Finger dem Werkstück
nähern.
Die Positionssensoren können
auch auf dem Roboterarm selbst angebracht sein. Die Positionssensoren
vom Näherungstyp
umfassen typischerweise eine Ausgangsstufe, die das Sensorausgangssignal
der Robotereinrichtung bereitstellt. Beim Empfangen der Sensorausgangssignale
derart, dass alle der Finger am Werkstück angelegt sind, fährt die
Robotereinrichtung mit dem nächsten
Schritt ihres Zyklus fort, beispielsweise mit dem Transportieren
des Werkstücks zur
nächsten
Arbeitsstation. Folglich muss die Robotereinrichtung eine Anzahl
von Sensorausgangssignalen erhalten.
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Positionssensoren
finden auch eine weit verbreitete Anwendung bei Werkzeugmaschinen
und anderen mechanischen Einrichtungen, wo eine automatische Bewegungssteuerung
erforderlich ist. Folglich umfassen automatische Verarbeitungsmaschinen
und ein Fertigungsgerät
häufig
Positionssensoren in ihren Steuerungssystemen, um ihren Logikschaltungen
Eingangssignale bereitzustellen.
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Wie
zuvor beschrieben wurde, können
die Positionssensorausgangssignale Stromquellen sein, die durch
PNP-Ausgangstransistoren gebildet werden, oder Stromsenken, die
durch NPN-Ausgangstransistoren gebildet werden. Die Eingangsschaltung der
zugeordneten Robotereinrichtung kann auch entweder PNP- oder NPN-Einrichtungen
aufweisen. In der Vergangenheit wurde ein spezieller Anschlusskasten
vorgesehen, der sowohl mit den speziellen Sensorausgangssignalanforderungen
als auch mit den speziellen Eingangssignalanforderungen der Robotereinrichtung
kompatibel ist. Dies vergrößerte die
Komplexizität
der Konstruktion der Robotereinrichtungen. Demgemäß wäre es wünschenswert, eine
gemeinsame Anschlusseinrichtung oder einen gemeinsamen Anschlusskasten
bereitzustellen, der mit den unterschiedlichen Sensorausgangssignalen kompatibel
ist. Es wäre
auch wünschenswert,
eine Logikfunktion in der Verbindungseinrichtung oder im Verbindungskasten
vorzusehen, der ein einziges Ausgangssignal der Robotereinrichtung
bereitstellt, sobald alle Sensoren einen geschlossenen Zustand anzeigen.
Durch Verlagern der Logik zum Verbindungskasten oder zur Verbindungseinrichtung
würde die
Komplexität
der Verdrahtung der Robotereinrichtung signifikant reduziert werden.
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Zusätzlich ist
es bekannt, mehrere Näherungssensoren
in Reihe zu schalten. Folglich wird ein Eingangssignal bereitgestellt,
wenn sich alle Sensoren in einer "geschlossenen Stellung" befinden. Bei einem
Verbindungskasten des Stands der Technik wird das gemeinsame Signal,
das durch die in Reihe geschalteten Näherungssensoren erzeugt wird,
direkt zum Ausgang des Verbindungskastens geleitet. Es wurde jedoch
beobachtet, dass, falls mehr als zwei Näherungssensoren in Reihe geschaltet
sind, der kumulative Spannungsabfall über die Sensoren das Ausgangssignal übermäßig verschlechtert.
Demgemäß wäre es wünschenswert,
einen Verbindungskasten oder eine Verbindungseinrichtung bereitzustellen,
die nicht durch die Reihenschaltung von Sensoren am Eingang des
Kastens beeinträchtigt
ist. Demgemäß wäre es wünschenswert,
eine Erweiterungsmöglichkeit
zu haben, um eine variable Anzahl von Sensoren einzubeziehen, die
in Reihe geschaltet sind.
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KURZER ABRISS DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft mehrere verbundene Verbindungskästen, die
Logikfunktionen umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen verbesserten Verbindungskasten
oder eine verbesserte Verbindungseinrichtung gerichtet, die Ausgangssignale
von einer Mehrzahl von Sensoren oder anderen Einrichtungen erhält und derart
arbeitet, dass ein einziges Ausgangssignal beim Empfang von Ausgangssignalen
von allen Sensoren erzeugt wird. Der Verbindungskasten oder die
Verbindungseinrichtung umfasst die Möglichkeit, dass er bzw. sie
an einen zweiten Verbindungskasten angeschlossen werden kann, um
die Anzahl von Eingangssignalen auszudehnen, die akzeptiert werden
können.
Zusätzliche Verbindungskästen können an
den zweiten Verbindungskasten angeschlossen werden, um die zur Verfügung stehende
Anzahl von Eingangssignalen weiter auszudehnen, die akzeptiert werden
können.
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Demgemäß betrachtet
die vorliegende Erfindung einen Verbindungskasten mit einer Mehrzahl von
Eingangseinrichtungen bzw. Eingangsbauteile, die dazu ausgebildet
sind, dass sie an zumindest zwei Signalquellen angeschlossen werden.
Eine Isolationseinrichtung bzw. ein Isolationsbauteil ist an die Eingangseinrichtungen
und an einen elektrischen Erweiterungsverbinder mit zumindest zwei
Stiften elektrisch angeschlossen, wobei einer der Stifte an die Isolationseinrichtung
angeschlossen ist. Der Verbindungskasten umfasst auch zumindest
eine Ausgangseinrichtung bzw. Ausgangsbauteil, die bzw. das dazu
ausgebildet ist, dass sie an eine elektrische Einrichtung angeschlossen
werden kann, wobei die Ausgangseinrichtung an den anderen Stift
des Erweiterungsverbinders angeschlossen ist und durch die Isolationseinrichtung
von den Eingangseinrichtungen isoliert ist. Die Ausgangseinrichtung
ist in der Lage, dass sie zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten
Zustand geschaltet werden kann. Der Verbindungskasten umfasst ferner
eine Einrichtung, die entfernbar in den Erweiterungsverbinder eingesetzt ist,
die einen elektrischen Pfad zwischen den zwei Stiften des Erweiterungsverbinders
bereitstellt, wobei die Isolationseinrichtung über den elektrischen Pfad derart
arbeiten kann, dass sie bewirkt, dass die Ausgangseinrichtung vom
ersten Zustand zum zweiten Zustand umschaltet, wenn ein Signal an
jeder der Eingangseinrichtungen vorhanden ist.
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Die
Erfindung betrachtet ferner, dass die in den Erweiterungsverbinder
eingesetzte Einrichtung entweder ein Jumper, d. h. eine konfigurierbare Drahtbrücke, oder
ein Verbinder zu einer zweiten Verbindungseinrichtung ist, die eine
zweite Isolationseinrichtung umfasst, die elektrisch an eine zweite Mehrzahl
von Eingangseinrichtungen angeschlossen ist. Die zweite Isolationseinrichtung
kann so arbeiten, dass sie einen Stromfluss dadurch lediglich dann
ermöglicht,
wenn ein Signal in jeder der zweiten Mehrzahl von Eingangseinrichtungen
vor handen ist, wobei die erste und die zweite Kommunikationseinrichtung
so zusammenarbeiten, dass sie bewirken, dass die Ausgangseinrichtung
vom ersten Zustand zum zweiten Zustand lediglich dann umschaltet,
wenn ein Signal an jeder der ersten Mehrzahl von Eingangseinrichtungen
und der zweiten Mehrzahl von Eingangseinrichtungen vorhanden ist.
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Verschiedene
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden Fachleuten aus der
folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
ersichtlich, wenn sie im Licht der begleitenden Zeichnungen gelesen
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Frontansicht einer erfindungsgemäßen Schnittstellenverbindungseinrichtung.
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2 ist
eine Rückansicht
der in 1 gezeigten Schnittstellenverbindungseinrichtung.
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3 zeigt
die Eingangs-/Ausgangs-Logik der in 1 gezeigten
Schnittstellenverbindungseinrichtung.
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4 ist
ein Schaltplan für
die Schnittstellenverbindungseinrichtung, die in 1 gezeigt
ist.
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4A ist
ein Schaltplan für
die in 1 gezeigte Schnittstellenverbindungseinrichtung,
die für PNP-Eingangseinrichtungen
ausgestaltet ist.
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4B ist
ein Schaltplan für
die in 1 gezeigte Schnittstellenverbindungseinrichtung,
die für PNP-Eingangseinrichtungen
ausgestaltet ist.
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5 ist
eine Rückansicht
der Verbindung von zwei Schnittstellenverbindungseinrichtungen, wie
sie in 1 gezeigt sind.
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6 ist
ein Teilschaltplan, der das Verbinden der zwei in 5 gezeigten
Schnittstellenverbindungseinrichtungen zeigt.
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7 ist
ein Schaltplan einer alternativen Ausführungsform der in 1 gezeigten
Schnittstellenverbindungseinrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Jetzt
wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wo in 1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schnittstellenverbindungseinrichtung 10 gezeigt
ist. Die Verbindungseinrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12,
das bei der bevorzugten Ausführungsform
ein stabiles Spritzgussgehäuse
ist. Es versteht sich, dass die Erfindung auch durch andere handelsüblich erhältliche
Gehäuse
ausgeführt
werden kann, beispielsweise durch ein tropfdichtes Gehäuse des
Typs NEMA 4. Ein Paar von Anbringungsausnehmungen 13 ist
an jedem Ende des Gehäuses
ausgebildet, und eine Bohrung 14 erstreckt sich durch das
Gehäuse 12 von
der Grundfläche
jeder der Ausnehmungen 13, um ein Anbringen des Verbindungskastens 10 an
einer Oberfläche
zu erlauben. Wie am besten in 2 gesehen werden
kann, erstreckt sich eine Ausnehmung 15 für mehrere
Verbinder entlang einer Rückseite
des Gehäuses 12 und
zwischen den Anbringungsbohrungen 14.
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Eine
Mehrzahl elektrischer Eingangsverbinder 16 ist an der Vorderseite
des Gehäuses 10 angeordnet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
werden vier PICO-Verbinder mit 8 mm und drei Stiften für die Eingangsverbinder 16 verwendet.
Die Erfindung kann jedoch auch durch andere Verbinder als diejenigen,
die in 1 gezeigt sind, ausgeführt werden. Die Eingangsverbinder 16 sind über den
oberen Bereich der Oberseite des Gehäuses 10 in 1 angeordnet.
Folglich ist der in 1 gezeigte Verbindungskasten 10 so
konstruiert, dass er bis zu vier diskrete Eingangssignale empfängt. Die
Erfindung kann auch für
mehr oder weniger Eingangssignale in die Praxis umgesetzt werden.
Insbesondere haben die Erfinder Kästen für zwei, vier, sechs oder acht
Eingangssignale konstruiert. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass
die maximale Anzahl von Eingangssignalen auf acht beschränkt ist.
Auf ähnliche
Weise kann, wie nachstehend erläutert
wird, die Erfindung auch für
eine ungerade Anzahl von Eingangssignalen in die Praxis umgesetzt
werden. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Kurzschlussstecker 17 mit
zwei Stellungen in der hinteren Verbinderausnehmung 15 angeordnet.
Wie nachstehend erläutert
wird, wird die Stellung eines Jumpers für den Kurzschlussstecker 17 mit
zwei Stellungen so ausgewählt,
um die Eingangsverbinder 16 an Eingangseinrichtungen bzw. Eingangsbauteile
anzupassen, wobei der Jumper für PNP-Eingangseinrichtungen
in einer ersten Stellung aufgesetzt wird und für NPN-Eingangseinrichtungen in einer zweiten
Stellung aufgesetzt wird. Bei beiden Möglichkeiten wird der mittlere
Stift des Kurzschlusssteckers 17 gemeinsam verwendet. Folglich
wird bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform beabsichtigt, dass
alle Eingangsverbinder 16 am gleichen Typ von Eingangseinrichtung
bzw. Eingangsbauteil angeschlossen sind. Es versteht sich, dass
durch Bereitstellen zusätzlicher
Kurzschlussstecker für
jeden der Eingangsverbinder 16 (nicht gezeigt) die Erfindung
auch mit einer individuellen Auswahl eines jeden der Eingangsverbinder
zum Anpassen der daran angeschlossenen Eingangseinrichtung ausgeführt werden
kann. Folglich können
unterschiedliche Einrichtungen an die Eingangsverbinder des Verbindungskastens
angeschlossen sein.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird ein einziger Ausgangsverbinder 18 mit fünf Stiften und
mit 12 mm entlang dem unteren Bereich der Vorderseite des Gehäuses 10 in 1 vorgesehen.
Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch mit anderen Ausgangsverbindern
ausgeführt
werden kann. Wie in den 3 und 4 gezeigt
ist, werden vier der fünf
Stifte im Ausgangsverbinder 18 verwendet. Ein gemeinsamer
Stift oder ein Massestift 20 ist im Mittelpunkt des Ausgangsverbinders
vorgesehen, während
dem mit 21 bezeichneten Stift Strom zugeführt wird.
Wie nachstehend erläutert
wird, werden der Stromversorgungsanschluss 21 und der Masseanschluss 20 verwendet,
um den Bauteilen innerhalb des Verbindungskastens 10 Strom
zuzuführen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Stromversorgung +24 Volt Gleichspannung. Jedoch kann die Erfindung
auch mit anderen Werten für
eine Stromversorgung ausgeführt
werden, beispielsweise 12 Volt oder 48 Volt. Zusätzlich kann die Erfindung auch
mit Versorgungsgleichspannungen von –12 Volt, –24 Volt oder –48 Volt
ausgeführt
werden, die an den gemeinsamen Anschluss 20 und an eine
Masseverbindung angeschlossen sind, die am anderen Anschluss 21 angebracht
ist. Der Ausgangsverbinder 18 umfasst auch einen ersten
Ausgangsstift, der mit 22 bezeichnet ist und der mit einem
PNP-Festkörperbauteil
kompatibel ist. Auf ähnliche
Weise ist ein zweiter Ausgangsstift, der mit 24 bezeichnet
ist, mit einem NPN-Festkörperbauteil
kompatibel.
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Eine
Stromversorgungsleuchtdiode (LED) 30 ist an der Vorderseite
des Gehäuses 12 angeordnet und
leuchtet, um anzuzeigen, dass der Verbindungskasten 10 mit
Strom versorgt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Stromversorgungs-LED 30 eine
Bernsteinfarbe auf. Es ist eine Mehrzahl von LEDs vorgesehen, die
mit 32 bezeichnet sind, wobei jede der LEDs 32 einem
entsprechenden Eingangsverbinder 16 benachbart ist und
einer Eingangsschaltung zugeordnet ist, die an einen speziellen
Eingangsverbinder angeschlossen ist. Die LED 32 leuchtet,
wenn ein Eingangssignal am zugeordneten Eingangsverbinder 16 erhalten
wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform
haben die Eingangsschaltungs-LEDs 32 eine gelbe Farbe. Schließlich ist
eine Logikanzeige-LED 34 an der Vorderseite des Gehäuses 12 vorgesehen.
Wie nachstehend erläutert
wird, erzeugt der Verbindungskasten 10 ein Ausgangssignal
lediglich dann, wenn ein Eingangssignal an allen Eingangsverbindern 16 vorhanden
ist. Demgemäß umfasst
der Verbindungskasten 10 eine "UND"-Logikschaltung.
Die Logikanzeige-LED 34 leuchtet, wenn alle Eingänge vorhanden sind
und weist in der bevorzugten Ausführungsform eine grüne Farbe
auf. Folglich stellt der Verbindungskasten eine visuelle Anzeige
des Zustands der Stromversorgung, jeder Eingangsquelle und eines
logischen "WAHR"-Zustands bereit.
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Alternativ
kann der Verbindungskasten 10 mit mehreren Anschlüssen (nicht
gezeigt) anstelle der Verbinder mit mehreren Stiften ausgestaltet
sein. Die Verbinder 16 und 18 mit mehreren Stiften
können elektrisch
an Kabeln angeschlossen sein, die in entsprechenden Steckbuchsen
enden.
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In 2 ist
eine Rückansicht
des Verbindungskastens 10 gezeigt. Wie in 2 gezeigt
ist, sind innerhalb einer Ausnehmung 15 für mehrere Verbinder
Eingangs- und Ausgangsverbinder 36 bzw. 38 für mehrere
Verbindungskästen
mit vier Stiften angebracht. Wie nachstehend erläutert wird, ermöglichen
die Verbinder 36 und 38 für mehrere Kästen eine Reihenschaltung mehrerer
Verbindungskästen 10.
Zusätzlich
ist ein Widerstand 40 mit 0 Ω auch in der Ausnehmung 15 angeordnet.
Wie nachstehend erläutert
wird, fungiert der Widerstand 40 als ein Erweiterungs-Jumper,
der entfernt wird, um den Verbindungskasten in eine Konfiguration
für mehrere
Einheiten umzuwandeln. Schließlich
ist ein Abschlussstecker 42 gezeigt, der in den Ausgangsverbinder 38 eingesteckt
ist. Wie nachstehend erläutert
wird, wird der Abschlussstecker 42 durch ein Erweiterungskabel
(nicht in 2 gezeigt) ersetzt, wenn mehrere Verbindungskästen verbunden
sind. 2 zeigt die Konfiguration des Verbindungskastens 10 für einen Betrieb
als einzigen Verbindungskasten.
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Ein
Blockdiagramm, das die Logikschaltung für den in 1 gezeigten
Verbindungskasten 10 darstellt, ist in 3 bereitgestellt.
Die in 3 gezeigten Bauteile, die mit den in 1 gezeigten gleich
sind, weisen die gleichen numerischen Bezugszeichen auf. Zwei unterschiedliche
Typen von Eingangsschaltungen können
an die Eingangsverbinder 16 angeschlossen sein. Der mittlere
Stift jedes Verbinders 16 ist eine Eingangsverbindung,
während der
obere Stift in 3 eine positive Stromversorgung
und der untere Stift in 3 eine Masseverbindung ist.
Folglich sind PNP-Bauteile über
den oberen Stift und den Eingangsstift eines jeden Verbinders 16 angeschlossen
und NPN-Bauteile sind über
den Eingangsstift und die Masse jedes Verbinders verbunden. Jeder
der Eingangsverbinder 16 ist an eine entsprechende Logikschaltung 44 angeschlossen,
die nachstehend beschrieben ist. Ein Kurzschlussstecker 17 mit
zwei Stellungen ist elektrisch mit jeder der Logikschaltungen 44 verbunden
und wird in eine erste Stellung für PNP-Eingangssignale und eine
zweite Stellung für
NPN-Eingangssignale
gesetzt. Folglich ist der Verbindungskasten 10 mit allen
PNP-Eingangs Bauteilen oder allen NPN-Eingangsbauteilen kompatibel.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind
die Eingangseinrichtungen Positionssensoren vom Näherungstyp.
Jedoch kann die Erfindung auch mit anderen die Eingangssignale liefernden
Einrichtungen in die Praxis umgesetzt werden.
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Ein
p-Kanal-Leistungsfeldeffekttransistor (FET) 46 ist zwischen
die Stromversorgungsleitung und den PNP-Ausgangsstift 22 geschaltet,
während ein
n-Kanal-Leistungs-FET 48 zwischen die Masseleitung und
den NPN-Ausgangsstift 42 geschaltet ist. Wie in 4 gezeigt
und nachstehend erläutert
ist, sind die Gates eines jeden FETs an den Logikschaltungen 44 angeschlossen.
Wenn kein Gate-Signal vorhanden ist, befinden sich die FETs 46 und 48 in
ihrem nicht leitenden Zustand. Obwohl der obere Ausgangstransistor 46 in 3 als
ein p-Kanal-Leistungsfeldeffekttransistor
(FET) gezeigt ist, kann der obere Ausgangstransistor 46 auch
ein PNP-Bipolarbauteil (nicht gezeigt) sein. Auf ähnliche
Weise kann auch der untere Ausgangstransistor 48 eine NPN-Bipolarbauteil
(nicht gezeigt) sein, obwohl der untere Ausgangstransistor 48 in 3 als
ein n-Kanal-Leistungsfeldeffekttransistor (FET) dargestellt ist.
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In 3 sind
auch die Eingangs- und Ausgangsverbinder 36 und 38 für mehrere
Verbindungskästen
und der Abschlussstrecker 42 gezeigt. Der obere Stift und
der untere Stift der Eingangs- und Ausgangsverbinder 36 und 38 für mehrere
Verbindungskästen
sind miteinander verbunden. Der zweite Stift von oben des Eingangsverbinders 36 ist
an die obere in 3 gezeigte Logikschaltung 44 angeschlossen,
während
der dritte Stift von oben an Masse angeschlossen ist. Der zweite
Stift von oben des Ausgangsverbinders 38 ist an die untere
Logikschaltung 44 angeschlossen, während der dritte Stift von oben
an die Masse des Verbindungskastens angeschlossen ist und folglich
auch mit dem dritten Stift von oben des Eingangsverbinders verbunden
ist. Wie in 3 gezeigt ist, sind beim Abschlussstecker 42 der
zweite Stift und der dritte Stift von oben elektrisch miteinander
verbunden, während
der obere Stift und der untere Stift offen bleiben. Wenn der Abschlussstift 42 in
den Ausgangsverbinder 38 eingesteckt ist, ist der Verbindungskasten 10 für eine Betriebsweise
als einziger Verbindungskasten konfiguriert. Wie auch in 3 gezeigt
ist, wird der Erweiterungs-Jumper 40 zwischen der Stromquelle
und der oberen Logikschaltung 44 eingesteckt.
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Wenn
ein Signal an einem Paar von Eingangsverbinderstiften vorhanden
ist, leuchtet die entsprechende gelbe Eingangsstatusanzeige-LED 32. Beim
Detektieren eines Signals an einem Paar von Eingangsverbinderstiften
wird ein Signal zu einer "UND"-Logikschaltung gesendet,
die nachstehend diskutiert wird. Beim Empfangen von Signalen von
allen Eingängen
lässt die
Logikschaltung 44 die grüne Statusanzeige-LED 34 leuchten
und die FETs 46 und 48 werden in ihren leitfähigen Zustand
geschaltet. Wenn der obere Ausgangs-FET 46 in seinen leitfähigen Zustand
geschaltet wird, liefert er folglich Strom vom Stromversorgungsanschluss 21 des
PNP-Ausgangsanschlusses 22. Wenn der untere Ausgangs-FET 48 in
seinen leitenden Zustand geschaltet wird, zieht er folglich Strom
vom NPN-Ausgangsanschluss 24 und leitet den Strom zum gemeinsamen
Anschluss oder Masseanschluss 20. Folglich ist der Verbindungskasten 10 für eine Ausgangsverbindung
entweder mit einem PNP-Bauteil, einem NPN-Bauteil oder gleichzeitig
sowohl mit einem PNP-Bauteil als auch mit einem NPN-Bauteil kompatibel.
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In 4 ist
ein Schaltplan für
die Version der Erfindung mit vier Eingangsverbindern gezeigt. Wie zuvor
weisen die Bauteile in 4, die die gleichen wie die
in 1 bis 3 gezeigten Bauteile sind, die
gleichen numerischen Bezugszeichen auf. Jeder der Eingangsverbinder 16 ist
an eine identische Logikschaltung 44 angeschlossen. Demgemäß wird lediglich
eine der vier Logikschaltungen 44 detailliert beschrieben.
Die Stifte der Eingangsverbinder 16 sind an einen Vollwellenbrückengleichrichter 60 angeschlossen.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der untere Stift eines jeden
der Eingangsverbinder der Eingangsstift, der an den Brückengleichrichter 60 angeschlossen
ist. Der obere Stift ist an die positive Stromversorgungsleitung
angeschlossen, während der
mittlere Stift an Masse angeschlossen ist. Der Brückengleichrichter 60 ermöglicht entweder
die Annahme eines positiven oder eines negativen Eingangssignals.
Die Referenz für
jeden Eingang wird unter Verwendung des Kurzschlusssteckers 17 mit zwei
Stellungen ausgewählt.
Wie in 4A gezeigt ist, ist ein unterer
Stift oder ein Massestift des Kurzschlusssteckers 17 mit
einem Jumper mit dem mittleren Stift für Eingangssignale von PNP-Bauteilen
verbunden. Die Stromflussrichtung durch das PNP-Bauteil und die
Brückengleichrichter 60 ist
für den
oberen Eingangsverbinder 16 durch die kleinen Pfeile in 4A gezeigt.
Wie in 4B dargestellt ist, ist der obere
Stift des Kurzschlussstreckers 17 mit einem Jumper mit
dem mittleren Stift für
Eingangssignale von NPN-Bauteilen verbunden. Die resultierende umgekehrte
Stromflussrichtung durch die NPN-Bauteile und den Brückengleichrichter 60 ist
wieder für den
oberen Eingangsverbinder 16 durch die kleinen Pfeile in 4B dargestellt.
Obwohl in den 4, 4A und 4B ein
Kurzschlussstecker 17 gezeigt wurde, versteht es sich,
dass die Erfindung auch mit einem Miniaturschalter, beispielsweise
einem DIP-Schalter, einer programmierbaren EPROM-Zelle, einem aktiven
Halbleiterschalter oder einem Kippschalter ausgeführt werden
kann.
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Der
Ausgang des Brückengleichrichters 60 ist
an eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungswiderstands 62 und
einer optischen Koppeldiode 64 angeschlossen. Eine Zener-Diode 66,
die das Spannungsniveau begrenzt, und die entsprechende Eingangszustand-LED 32 sind
zwischen den Strombegrenzungswiderstand 62 und den Brückengleichrichter 60 geschaltet.
Ein Kondensator 68 ist über
die Zener-Diode 66, die Zustand-LED 32 und die
optischen Kopplerdiode 64 geschaltet, um Hochfrequenzsignale
und elektromagnetische Streuungseffekte herauszufiltern.
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Ein
herkömmlicher
dualer Optoisolator-Transistor 70, der einen Ausgangstransistor 72 aufweist, umfasst
die optische Kopplerdiode 64. Wenn ein Signal über die
Stifte des Eingangs verbinders 16 vorhanden ist, bewirkt
der Brückengleichrichter 60 einen Stromfluss über die
optische Kopplerdiode 64. Die Diode reagiert auf den Strom,
um den Ausgangstransistor 72 zu beleuchten. Beim Beleuchten
wird der Transistor 72 gesättigt oder verändert sich
von einem nicht-leitenden Zustand zu einem leitfähigen Zustand. Der Ausgangstransistor 72 bleibt
solange gesättigt
wie ein Eingangssignal über
die Eingangsanschlüsse 16 vorhanden
ist. Beim Entfernen des Eingangssignals erlischt die Diode 64 und
der Ausgangstransistor 72 kehrt in seinen nicht-leitfähigen Zustand
zurück.
Der duale Optoisolator-Transistor 70 stellt eine Isolation
zwischen den Eingangssignalen und dem Ausgangssignal bereit.
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Wie
in 4 gezeigt ist, umfasst jede der Logikschaltungen 55 einen
entsprechenden dualen Optoisolator-Transistor 70, der einen
Ausgangstransistor 72 aufweist. Alle Ausgangstransistoren 72 sind
in Reihe geschaltet, um die zuvor erwähnte UND-Logikschaltung zu
bilden. Die Reihenschaltung der Ausgangstransistoren 72 ist
sowohl von der Stromversorgung als auch von Masse durch Paare von Gate-Vorspannungswiderständen 74 und 76 separiert.
Zusätzlich
sind die grüne
Logikzustands-LED 34 und der Erweiterungs-Jumper 40 mit
0 Ω mit
dem oberen Paar von Vorspannungswiderständen und dem Ausgangstransistor 72 der
oberen Logikschaltung 44 in Reihe geschaltet. Ferner sind
die mittleren Stifte der Ausgangsverbinder 38 zwischen
dem Emitter des Ausgangstransistors der unteren Logikschaltung 44 und
dem unteren Paar von Vorspannungswiderständen 76 geschaltet.
Die Reihenschaltung der Ausgangstransistoren 72 stellt
die UND-Logikfunktion bereit, da ein Strom lediglich durch den Transistor 72 fließen kann,
wenn sich alle Transistoren 72 in ihrem leitfähigen Zustand
befinden und der Kurzschlussstecker 42 in den Ausgangsverbinder 38 eingesetzt
ist. Diese Bedingung kann nur vorhanden sein, wenn alle der dualen
Optoisolator-Transistoren 70 durch Eingangssignale aktiviert
sind, die an allen der Eingangsverbinder 16 vorhanden sind.
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Das
Gate des oberen Ausgangstransistors 46, der als ein p-Kanal-Leistungs-FET
in 4 gezeigt ist, ist über das obere Paar von Vorspannungswiderständen 74 an
den Kollektor des oberen Ausgangstransistors 72 angeschlossen,
während
das Gate des unteren Ausgangstransistors 48, der als ein n-Kanal-Leistungs-FET
gezeigt ist, über
das untere Paar von Vorspannungswiderständen 76 an den Emitter
des unteren Ausgangstransistors 72 angeschlossen ist. Die
Drain des p-Kanal-Leistungs-FET 46 ist an den PNP-Ausgangsanschluss 22 angeschlossen.
Auf ähnliche
Weise ist die Drain des n-Kanal-FET 48 an den NPN-Ausgangsanschluss 24 angeschlossen.
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Wie
auch in 4 gezeigt ist, ist schließlich ein
Anschluss für
die bernsteinfarbene Stromversorgungszustands-LED 30 durch
ein Paar von Strombegrenzungswiderständen 78 und 80 an
den Stromversorgungsanschluss 21 angeschlossen, während der andere
Anschluss an den Masseanschluss 20 angeschlossen ist. Folglich
leuchtet die Stromversorgungszustands-LED 30 immer dann,
wenn ein Strom am Stromversorgungsanschluss 21 vorhanden
ist.
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Die
Arbeitsweise der Schaltung wird jetzt erläutert. Die Ausgänge der
Näherungssensorschaltungen
sind an die Eingangsverbinder 16 angeschlossen. Sobald
ein Sensorsignal über
ein Paar von Eingangsverbinderstiften erzeugt wird, leuchtet die
entsprechende gelbe Eingangszustands-LED 32 und der entsprechende
duale Optoisolator-Transistor 70 wird in seinen leitfähigen Zustand
geschaltet. Wenn Sensorsignale an allen Eingängen vorhanden sind, leiten
alle dualen Optoisolator-Transistoren 70 und der resultierende
Stromfluss durch die Gate-Vorspannungswiderstände bewirkt, dass eine Spannung über die
Gates der FETs 46 und 48 vorhanden ist, die beide
FETs von ihren nicht-leitenden Zuständen zu ihren leitfähigen Zuständen schaltet.
Wenn eine Konfiguration für
einen Betrieb als einziger Kasten vorliegt, fließt ein durch die dualen Optoisolatiortransistoren
fließender
Strom auch durch den Erweiterungs-Jumper 40 und die mittig
geschalteten Stifte des Abschlusssteckers 42. Zusätzlich leuchtet
die grüne
Logikzustand-LED 34. Während
sich die FETs 46 und 48 in ihrem leitfähigen Zustand
befinden, kann ein Strom durch die entsprechenden Ausgangsanschlussstifte 22 bzw. 24 fließen.
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Sobald
eines der Eingangssignale unterbrochen wird, wird der entsprechende
duale Optoisolator-Transistor 72 in seinen nicht-leitenden
Zustand zurückkehren,
der den Stromfluss durch die Gate-Vorspannungswiderstände 73 blockiert.
Folglich werden die Ausgangs-FETs 46 und 48 zu
ihrem nicht-leitenden Zustand zurückkehren und dadurch jeglichen
Stromfluss durch ihre entsprechenden Ausgangsanschlüsse 22 und 24 blockieren.
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Wie
zuvor angegeben wurde, ist beabsichtigt, dass die in 3 gezeigte
Schaltung beispielhaft ist. Die Erfindung kann mit zwei oder mehr
Eingangsschaltungen in die Praxis umgesetzt werden. Es ist beabsichtigt,
dass bei der bevorzugten Ausführungsform
die Anzahl von Eingangsschaltungen eine gerade Anzahl ist. Jedoch
ist es möglich,
die Schaltung mit einer ungeraden Anzahl von Eingangsschaltungen
(nicht gezeigt) in die Praxis umzusetzen. Zusätzlich ist es auch möglich, eine
Ausführungsform
des Verbindungskastens mit einer geraden Anzahl von Eingangsschaltungen
mit einer ungeraden Anzahl von Eingangssignalen zu verwenden. Alles
was erforderlich ist, ist die Eingangsanschlüsse der nicht erforderlichen
Eingangsschaltung mit der Stromquelle und Masse mittels einer Jumper-Brücke zu verbinden,
um ein Eingangssignal zu simulieren und zu bewirken, dass der zugeordnete
duale Optoisolator-Ausgangstransistor 72 in seinen leitfähigen Zustand
schaltet.
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Wie
zuvor beschrieben wurde, betrachtet die Erfindung auch das Verbinden
von zwei oder mehr Verbindungskästen
in Reihe, um zusätzliche
Eingangssignale einzubeziehen. Eine solche Verbindung für zwei Verbindungskästen ist
in 5 dargestellt, wo Rückansichten eines ersten und
eines zweiten Verbindungskastens, die mit 10 bzw. 10' bezeichnet
sind, gezeigt sind. Wie zuvor, haben Bauteile, die ähnlich zu
den in den anderen Zeichnungen gezeigten Bauteilen sind, die gleichen
numerischen Bezugszeichen. In 5 ist der
linke Verbindungskasten 10 der Master-Verbindungskasten,
während
der rechte Verbindungskasten 10' der Erweiterungsverbindungskasten
ist. Demgemäß wird der
Abschlussstecker 42 vom Ausgangsverbinder 38 des
Master-Verbindungskastens 10 zum Ausgangsverbinder 38' des Erweiterungsverbindungskastens 10' versetzt. Ein
Erweiterungskabel 90 mit vier Drähten wird dann zwischen den
Ausgangsverbinder 38 des Master-Verbindungskastens 10 und
den Eingangsverbinder 36' des
Erweiterungsverbindungskastens 10' geschaltet. Zusätzlich werden
die Erweiterungs-Jumper 40' des
Erweiterungsverbindungskastens 10' geöffnet, um den Verbindungskasten
in eine Konfiguration als Erweiterungsverbindungskasten umzusetzen. Falls
ein Widerstand mit 0 Ω für den Erweiterungs-Jumper 40' verwendet wird,
kann der Widerstand einfach durch Schneiden mit einem Seitenschneider
entfernt werden. Falls ein DIP-Schalter oder eine ähnliche
Einrichtung als Jumper verwendet wird, kann eine einfache Bewegung
des Umschalters den Jumper 40' öffnen. Eine erneute Betrachtung
der 4 zeigt, dass das Öffnen des Jumpers 40' das Fließen eines
Stroms von der Stromquelle zum Kollektor des Ausgangstransistors 72 der
oberen Logikschaltung 44 verhindert. Jedoch wird beim Anschließen des
Erweiterungskastens 10' an
den Master-Kasten 10 Strom für die Logikschaltungen 44 vom Master-Verbindungskasten über den
zweiten Stift von der Oberseite des Eingangsverbinders 36 verfügbar.
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Die
Schaltungen der verbundenen Verbindungskästen 10 und 10' sind in 6 gezeigt,
wobei Bauteile, die mit den in anderen Figuren gezeigten Bauteilen ähnlich sind,
die gleichen numerischen Bezugszeichen aufweisen. Im Sinne der Verständlichkeit
und weil die Schaltungen der Verbindungskästen 10 und 10' mit Ausnahme
des Entfernens des Erweiterungs-Jumpers 40' identisch sind,
werden Details der Erweiterungsverbindungskastenschaltung in 6 weggelassen.
Folglich sind lediglich die dualen Optoisolator-Transistoren 70' für den Erweiterungsverbindungskasten 10' gezeigt.
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Wenn
ein Signal an allen Eingangsverbindern 16 des Master-Kastens 10 vorhanden
ist, fließt, wie
in 6 gezeigt ist, der Ausgangsstrom vom Emitter des
unteren Optoisolator-Ausgangstransistors 72 im
Master-Verbindungskasten 10 durch den zweiten Stift von
der Oberseite des Ausgangsverbinders 38 zum Eingangsverbinder 36' des Erweiterungsverbindungskastens.
Der Strom fließt
dann zum Kollektor des oberen Optoisolator- Ausgangstransistors 72'. Wenn Signale
an allen Eingangsverbindern (nicht gezeigt) des Erweiterungskastens
vorhanden sind, werden alle Optoisolator-Ausgangstransistoren 72 leitfähig und
der Strom wird durch die Transistoren zum zweiten Stift von der
Oberseite des Ausgangsverbinders 38' fließen. Der Abschlussstecker 42 wird
dann den Strom zum dritten Stift von der Oberseite des Ausgangsverbinders 38' zurückführen. Von
dort wird der Strom direkt durch den dritten Draht von der Oberseite
des Erweiterungskabels 90 und in den entsprechenden Stift
des Ausgangsverbinders 38 des Master-Kastens zurückfließen. Der Strom
fließt
dann weiterhin zum unteren Paar von Vorspannungswiderständen 76.
Der gleiche Strom fließt
auch durch das obere Paar von Vorspannungswiderständen 74.
Demgemäß bewirken
die über
die Vorspannungswiderstände 74 und 76 sich
entwickelnden Spannungen, dass beide Leistungs-FETs 46 und 48 von
einem nicht-leitenden Zustand in leitfähige Zustände schalten. Folglich leuchtet
die grüne LED 34,
und die PNP- und NPN-Stifte 22 und 24 des Ausgangsverbinders 18 auf
dem Master-Kasten 10 sind aktiviert. Weil der Erweiterungs-Jumper 40' offen ist,
sind die grüne
LED und die PNP-Vorspannungswiderstände im Erweiterungskasten 10' nicht aktiviert.
Folglich ist nur das Ausgangssignal des Master-Kastens 10' verfügbar und
lediglich dann verfügbar,
wenn alle acht Eingänge
des zusammengeschlossenen Master-Kastens 10 und Erweiterungskastens 10' Signale aufweisen.
Weil jeder Verbindungskasten mit einem PNP-/NPN-Kurzschlussstecker 17 versehen
ist, ermöglicht
das wahlweise Positionieren des Kurzschlusssteckers, dass der Master-Kasten
und der Erweiterungskasten die gleiche Polarität oder unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Folglich können
die Eingänge
des Master-Verbindungskastens und des Erweiterungsverbindungskastens
an alle PNP-Bauteile, alle NPN-Bauteile oder eine beliebige Kombination
von sowohl PNP- als auch NPN-Bauteilen angeschlossen sein.
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Obwohl
die zwei Verbindungskästen 10 und 10' in 6 gezeigt
sind, versteht es sich, dass zusätzliche
Erweiterungskästen
(nicht gezeigt) bis zu 10n hinzugefügt werden
können,
um die Anzahl von Eingangssignalen, die zugelassen werden können, weiter
zu erhöhen.
Der Erweiterungs-Jumper eines jeden zusätzlichen Verbindungskastens
wird entfernt und ein zusätzliches
Erweiterungskabel wird verwendet, um den Eingangsverbinder des neuen
Erweiterungskastens mit dem Ausgangsverbinder des letzten Erweiterungs-Verbindungskastens
zu verbinden. Zusätzlich
wird der Abschlussstecker 42 in den Ausgangsverbinder 38n des letzten Erweiterungsverbindungskastens 10n eingesetzt.
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Ein
Erweiterungskasten kann zu einer Konfiguration mit einem einzigen
Kasten zurückgeführt werden,
indem der Erweiterungs-Jumper 40 geschlossen wird und der
Abschlussstecker 42 im Ausgangsverbinder 38 ersetzt
wird. Falls ein Widerstand mit 0 Ω für den Erweiterungs-Jumper 40 verwendet wird,
wird ein Verbindungsdraht einfach über die Enden des durch trennten
Widerstands gelötet.
Falls ein DIP-Schalter als Erweiterungs-Jumper 40 verwendet wird,
wird der Umschalter zur ursprünglichen
Stellung zurückgeführt. Das
Schließen
des Erweiterungs-Jumpers 40 und das Anschließen eines
Erweiterungskabels 90 an den Ausgangsverbinder 38 wandelt
einen Erweiterungskasten in einen Master-Kasten um.
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Die
Erfinder betrachten auch eine alternative Ausführungsform, die in 7 dargestellt
ist. Wie zuvor, weisen die Bauteile in 7, die gegenüber den Bauteilen
in den vorangegangenen Figuren gleich sind, die gleichen numerischen
Bezugszeichen auf. Wie in 7 gezeigt
ist, sind die Eingangsschaltungen gleich wie die in 4 gezeigten,
außer
dass ein Draht von einem der Stifte in jeden der Eingangsverbinder 16 zu
einem entsprechenden Stift in einem zweiten Ausgangsverbinder 92 mit
fünf Stiften
verläuft.
Ein fünfter
Stift im zweiten Ausgangsverbinder 92 ist an Masse angeschlossen.
Folglich wird ein am Eingangsverbinder 16 erscheinendes
Signal zu einem entsprechenden Stift am zweiten Ausgangsverbinder 92 weitergeleitet.
Weil ein Ausgangssignal vorhanden ist, sobald ein beliebiges Eingangssignal vorhanden
ist, fungiert die Schaltung in 7 auch als
eine Weiterleitungsschaltung. Die Erfinder haben herausgefunden,
dass eine Leiterplatte verwendet werden kann, um beide der in 4 und 7 gezeigten
Schaltungen herzustellen und haben folglich eine wesentliche Aufwandsreduzierung
erreicht.
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In Übereinstimmung
mit den Vorschriften der Patentgesetze wurde das Prinzip und die
Arbeitsweise dieser Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform
erläutert
und dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung anders
als speziell erläutert
und dargestellt ausgeführt
werden kann, ohne von ihrem Bereich und Geist abzuweichen. Obwohl die
Erfindung als ein Verbindungskasten und eine Schnittstelle zwischen
einer Mehrzahl von Sensoren und einer Robotereinrichtung dargestellt
und beschrieben wurde, versteht es sich folglich, dass die Erfindung
auch für
andere Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise für eine Verdrahtung
von einer Maschine zu einer Steuerungseinrichtung für PLC-Steuerungen
(PLC: programable logical controller; programmierbare logische Steuerungseinrichtung
in der NC-Technik).
Folglich kann die Erfindung von einer beliebigen Werkzeugmaschine
oder einer anderen Einrichtung umfasst sein, die erfordert, dass Eingänge an Ausgängen angeschlossen
sind. Die Erfindung stellt nicht nur die Möglichkeit bereit, Eingangssignale
zu kombinieren, sondern stellt auch eine visuelle Anzeige des Zustands
der einzelnen Sensoren und der internen Logik bereit.
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In Übereinstimmung
mit den Vorschriften der Patentgesetze wurden die Prinzipien und
die Arbeitsweise dieser Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform
erläutert
und darge stellt. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung anders
als speziell erläutert
und dargestellt in die Praxis umgesetzt werden kann, ohne von ihrem
Geist und Bereich abzuweichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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VERBINDUNGSEINRICHTUNG MIT
LOGIK UND ERWEITERUNGSMÖGLICHKEIT
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Ein
Verbindungskasten erhält
eine Mehrzahl von Eingangssignalen. Die Eingangssignale werden entsprechend
einer UND-Logik kombiniert, um ein Ausgangssignal bereitzustellen,
wenn alle Eingangssignale vorhanden sind. Mehrere Verbindungskästen können miteinander
verbunden werden, um die Anzahl von Eingangssignalen zu erhöhen, die
zugelassen werden.