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Kontrolleinrichtung für Lichtgitterschranken Bei Mehrstrahl-Lichtgitterschranken
sind auf der lSmpfangsseite die verwendeten photo elektronischen Bauelemente (Zellen)
üblicherweise in Reihe geschaltet, damit bei der Unterbrechung auch nur eines Lichtstrahls
die gesamte Lichtgitterschranke anspricht d z. B. die zu schützende Maschine stillsetzt.
GrundsStzlich wird bei derartigen Anlagen durchgehend das Ruhestromprinzip verwendet,
d. h. daß, solange kein Alarm, also ein Eindringen in das Lichtgitter vorliegt,
alle Bauelemente Strom führen, Infolge dieser Schaltungstechnik sind alle Fehler
an Bauelementen oder Baugruppen einer solchen Lichtgitterschranke ungefährlich,
die durch Ausbleiben der Versorgungsspannung oder durch Taubwerden einzelner Bauelemente
eintreten, da somit kein oder weniger Strom fließt als gießen sollte.
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Kritisch hingegen ist das Auftreten von Leitfähigkeit in Leitungen,
Baugruppen oder einzelnen Bauelementen, weil hier das Fließen von Photostrom vorgetäuscht
wird, obwohl die Abdunkelung einzelner oder mehrerer Strahlengänge gegeben sein
kann.
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Infolge der eingangs erwähnten Reihenschaltung der photo elektronischen
Bauelemente war es bislang nicht oder nur unter großen Schwierigkeiten möglich festzustellen,
ob einzelne dieser photoelektronischen Bauelemente eine Dunkelleitfähigkeit aufweisen.
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Man hätte sie dazu entweder aus ihrer Schaltung durch Kontakte herausnehmen
und getrennt prüfen müssen, was mit großem Aufwand verbunden ist, oder aber logische
Schaltungen anwenden müssen. Die logischen Schaltungen bedingen einen Verzicht auf
einfache Reihenschaltungen und führen zusätzlich zu den photoelektronischen Bauelementen
andere ueber wachungsschaltelemente ein, welche ihrerseits die Ursache von Fehlern
sein können. Die erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung vermeidet diese Nachteile.
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Bei einer Kontrolleinrichtung der angeführten Ausbildung mit in Reihe
geschalteten photoelektrischen Bauelementen (Photozellen) wird erfindungsgemäß eine
Wechselspannung über Kondensatoren, und zwar abwechselnd jedem zweiten Verbindungspunkt
der photo elektronischen Bauelemente zugeführt und über andere Kondensatoren an
den dazwischenliegenden Verknüpfungspunkten abgeführt. Auf diese Weise kann die
Einzelleitfähigkeit festgestellt werden, unter Belassung der Reihenschaltung der
einzelnen Bauelemente (Zellen) für den Meßzeitstrom, denn es fließt nur dann ein
Strom, wenn eines der Bauelemente Leitfähigkeit aufweist. Es ist dabei vorteilhaft,
die Kontrolle durch Umschalter od. dgl. nur dann vorzusehen, wenn die Gleichspannung
für die Reihenschaltung unterbrochen ist bei gleichzeitiger Verdunkelung der Lichtquellen.
Diese Umschaltung erfolgt wie bisher üblich dabei vorteilhaft durch die Maschine
selbst.
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Bei der Erfindung ist es wichtig, die Kondensatoren klein genug zu
halten, um die Zeitkonstante für die Lichtgitterreihenschaltung nicht unerwünscht
zu erhöhen. Durch Steigerung der Kontrollfrequenz ist eine Steigerung des Stromdurchlasses
der Kondensatoren leicht möglich. Es hat eine Frequenz von 15 kHz sich als besonders
günstig erwiesen.
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Sobald sich im Wechselstromkontrollkreis während der Kontrolle ein
Strom zeigt, liegt eine Leitfähigkeit eines oder mehrerer Bauelemente (Zellen) vor.
Diese Tatsache ist durch Verstärker und/oder Relaisanordnung leicht festzustellen.
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Wenn man einzelne Bauelemente (Zellen) ausschaltet, was die Praxis
häufig fordert, so wird in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung, insbesondere
wenn Zellen mit Diodenverhalten vorliegen, jeder Zelle eine gewöhnliche Diode parallel
und/oder in Reihe geschaltet, wobei die Zelle kurzgeschlossen bzw. ausgeschaltet
und dafür die Diode eingeschaltet wird.
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Haben die Bauelemente (Zellen) kein Diodenverhalten, so genügt es,
sie kurzzuschließen, wobei jedoch meist besondere Vorkehrungen zu beachten sind,
die weiter unten beschrieben werden.
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In den Beispielen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in ihren
Einzelheiten erläutert.
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A b b. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtgitterschranke; Ab b. 2
zeigt die Ausschaltung einzelner Lichtschranken (Photozellen) für photoelektrische
Bauelemente mit Diodenverhalten in Reihenschaltung; A b b. 3 zeigt dasselbe für
Parallelschaltung; A b b. 4 zeigt die Parallelschaltung von Schwingungskreisen;
Ab b. S zeigt die Umschaltung der Wechselstrom leitungen bei Ausschaltung einzelner
photoelektriseher Bauelemente (Zellen);
Abb. 6 zeigt die Wirkung
von Abb. 4; Ab b. 7 zeigt den zusätzlichen Schutz zweier Reihenausgänge durch die
erfindungsgemäße Wechselstromanordnung.
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A b b. 1 zeigt die Photowiderstände 1, die üblicherweise in Reihe
geschaltet sind. Die Betriebsspannung für diese Reihenschaltung ist eine durch +
+ ,- gekennzeichnete Gleichspannung, die beispielsweise an dem Steuerwiderstand
2 einen Spannungsabfall erzeugt, wenn ein Photostrom fließt.
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Die eigentliche Kontrollschaltung besteht darin, daß über Kondensatoren
4 an dem ersten und an jedem übernächsten Verknüpfungspunkt zweier photo elektronischer
Bauelemente 1 eine Wechselspannung zugeführt wird, die andererseits über Kondensatoren
3 an jedem dazwischenliegenden Verknüpfungspnnkt zweier photoelektronischer Bauelemente
sowie an den Endpunkten der Reihenschaltung abgeführt wird.
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Wie aus der Abbildung ersichtlich, liegen für diese Prüfwechselspannung
sämtliche photo elektronischen Bauelemente 1 in einer Kontrollschaltung.
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Zur Kontrolle ist es lediglich erforderlich, die Lichtquellen 18
der Lichtgitterschranke zum Verlöschen zu bringen, 5,19, oder die Strahlengänge
auf andereWeise zu unterbrechen. Sodann ist es vorteilhaft, die Betriebsgleichspannung
abzuschalten, was durch den geöffnete Kontakt 16 am Schalter 6 erfolgt, und die
Prüfwechselspannung an die Kondensatoren 3 und 4 anzulegen, was durch die Kontakte
7 erfolgt. Die Kondensatoren 3 und 4 werden mit einem an sich bekannten Wechselspannungsverstärker
mit der Röhre 8, Drossel 9, Gleichrichter 10 und Widerstand 11 verbunden; der beispielsweise
mit einem auf einen Schwellwert ansprechenden Ausgangsrelais 14 prüft, ob der in
9 fließende Wechselstrom einen zulässigen Wert überschreitet. Dies ist ein Zeichen
dafür, daß einer oder mehrere der parallel geschalteten Kanäle eine unzulässig große
Leitfähigkeit, d. h. einen Fehler besitzt. Der Motor 15 für die Maschine wird dann
beispielsweise angehalten.
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Ist die Kontrolle ohne Feststellung eines Fehlers verlaufen, wird
durch den Schalter 6 wieder auf den Gleichspannungspfad zurückgeschaltet, und die
Lichtquellen der Lichtgitterschranke werden durch Kontakt 5 wieder eingeschaltet.
Der Umschalter 6 wird zweckmäßig durch die Maschinen betätigt.
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Da in dem Gleichspannungspfad die Kondensatoren 3 und 4 gemeinsam
mit der Leitung usw. ein Zeitverzögerungsglied bilden, müssen sie so klein gewählt
werden, daß sie in diesem Schaltkreis keine unzulässige Zeitverzögerung bewirken.
Als unzulässig gilt eine solche Zeitverzögerung, die größer ist als die Zeitkonstante
der ohnehin in diesem Kreis befindlichen Schaltelemente, z. B. Relais oder Schütze.
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In dem Beispiel Ab b. 1 bezeichnen: 17 Drosseln im Gleichstrompfad,
18 Glühlampen mit Transformator 19, 20 Optiken, 21 die Röhre für den Gleichstrompfad
mit Relais 22.
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Damit die Schaltung mit den durch vorstehende Bedingung in ihrer
Kapazität begrenzten Kondensatoren 3 und 4 zuverlässig arbeitet, wird eine entsprechend
hohe Frequenz der Prüfwechselspannung gewählt.
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Im Beispiel A b b. 2 sind den einzelnen Zellen 1 mit Diodenverhalten
gewöhnliche Dioden 24 in Reihe geschaltet. Durch einen Umschalter 25 kann entweder
die Photodiodel oder auch die gewöhnliche Diode 24 eingeschaltet werden. Je nach
Lage des Umschal-
ters 25 wird entweder 1 eingeschaltet und 24 kurzgeschlossen, oder,
wie im dritten Falle von oben dargelegt, die Diode24 eingeschaltet und die Zellel
überbrückt.
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A b b. 3 zeigt die Diode 24 in Parallelschaltung zum photoelektrischen
Bauelement 1. Der Umschalter 26 schaltet wiederum entweder die Zelle 1 oder die
Diode 24 ein, so daß das gleiche Ergebnis wie bei Abb. 2 entsteht, d. h., man kann
einzelne Schranken ausschalten, ohne die erfindungsgemäße Kontrolle aller übrigen
Bauelemente zu beeinträchtigen.
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Hat das photoelektrische Bauelement (Zelle) kein Diodenverhalten,
wird es also z. B. durch einen Photowiderstand gebildet, so vermag man es ebenfalls,
wie in A b b. 2 und 3, mit einem Gleichrichter 24 in Reihe oder parallel zu schalten,
oder man kann es, wie in A b b. 4 dargestellt, durch einen Schwingungskreis überbrücken,
der im eingeschalteten Zustand (Schalter 27) die Zelle 1 überbrückt, aber für die
Wechselstromkontrolle wiederum nicht gestört wird.
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Eine weitere Möglichkeit zeigt Abt.5, wo von einer Seite ausgehend
bei einem Kurzschluß einer Zelle 1 jedesmal eine Umpolung sämtlicher nach der einen
Seite verlaufenden Wechselstromzu- und -abflüsse erfolgt. Dies geschieht durch den
Umschalter 28, der im vorliegenden Falle dreifach tätig sein muß.
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Abt. 6 zeigt das Ergebnis, wie die zweite Zelle von unten überbrückt
wird. Durch die Umkehr der Wechselstromzuführung AB wird erreicht, daß die überbrückte
Photozelle 1 aus der Kontrolle herausgenommen wird.
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Im Beispiel A b b. 7 wird dargestellt, wie der zur Verfügung stehende
Kontrollwechselstrom gleichzeitig zur Kontrolle der letzten Ausgangsrelais Verwendung
finden kann. Es ist üblich, auf der Empfangsseite des Lichtgitters nicht nur eine
Reihe von photoelektrischen Bauelementen anzuordnen, sondern zwei Reihen, die kammartig
ineinandergreifen. Die Ausgangsrelais 28 und 29 zeigt die A b b. 7, die während
der Kontrollzeit durch einen Schalter 30 überbrückt werden, der durch die Maschine
selbst betätigt wird und daher keine Kurzschlußgefahr bringt. Im Beispiel ist gezeigt,
wie die Kontrollwechselspannung über Kondensatoren 31 und 32 eingespeist wird. Es
fließt nur dann Wechselstrom, wenn einer der beiden Schalter 28 oder 29 klebt oder
sonstigen Kurzschluß aufweist. Diese wichtige Kontrolle kann nach der Erfindung
leicht hinzugefügt werden, da die Wechselspannung ohnehin verfügbar ist.
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Es hat sich als außerordentlich wichtig erwiesen, jede Reihe von
Photoelementen, die mit der erfindungsgemäßen Kontrolle ausgerüstet ist, geradzahlig
auszubilden, wie es zum Beispiel in Ab b. 1 der Fall ist. Damit wird erreicht, daß
einer der zur Kontrolle vorgesehenen Kondensatorenschar, in diesem Falle die Kondensatoren
4, alle über photoelektronische Bauelemente 1 mit der normalen Lichtgitterschranke
und ihren Verstärkerteilen usw. verbunden ist. Auf diese Weise können meist die
Drosseln 17 eingespart werden, und der Betrieb der Schrankenkontrolle wird zuverlässiger
und einfacher.