DE19930313C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Licht­ schrankensteuerung bei Dokumentenvernichtern, in der Regel zum Starten des Dokumentenvernichters nach dem Einführen von zu zerkleinerndem Material.

Es gibt starke Streuungen bei den Werten von als Sender eingesetzten Leuchtdioden und als Empfänger eingesetzten Fototransistoren. Weitere Unsicherheitsfaktoren sind Alterung der (Foto-)Halbleiter, Verschmut­ zung der Lichtschranke oder starker Fremdlichteinfall. Ebenso kann sich der Arbeitspunkt des Fototransistors durch Wärmeeinwirkung verschie­ ben. Des weiteren sind unterschiedliche Abstände der beiden Licht­ schrankenelemente bei verschiedenen Gerätemodellen zu berücksichti­ gen. Diese Umstände verursachen mehr oder weniger starke Span­ nungsschwankungen am Signalausgang des Fototransistors.

Die DE 44 13 079 beschreibt einen Dokumentenvernichter mit einer Lichtschranke zur Ansteuerung des Schneidwerk-Motors. Für einen Ab­ gleich der Lichtschranke bzw. ihrer Beschaltung ist u. a. ein A/D-Wandler vorgesehen. Der Abgleich der Lichtschranke dient dazu, Bauteil­ toleranzen u. a auszugleichen.

Die DE 44 36 319 A1 beschreibt einen Münzprüfer zur Bestimmung der Echtheit von Münzen mit einer Lichtschranke. Die Lichtschranke wird von einem Lichtgeber und einem Lichtempfänger gebildet, wobei der Lichtgeber mit dem Lichtempfänger gegengekoppelt ist. Die Gegen­ kopplung bewirkt, dass mit zunehmender Abdeckung des Lichtempfän­ gers durch eine durchlaufende Münze ein Lichtstrom an den Lichtgeber durch die Gegenkopplung ansteigt, bis ein Wert erreicht wird, der den Schaltpunkt bildet. Dadurch erfolgt das Schalten.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der eine auf­ wendige Abgleichschaltung o. dgl. eingespart bzw. stark vereinfacht wer­ den kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Durch eine Rückkopplung von dem lichtempfindlichen Bauelement zu der Lichtquelle kann die Möglichkeit geschaffen werden, nicht erst das Aus­ gangssignal des Empfängers bzw. dessen Auswertung zu beeinflussen, sondern die Lichtquelle selber. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist vorgesehen, daß die Rückkopplung den Betrieb der Lichtquelle ändert, insbesondere deren Energie- bzw. Stromversorgung. Es ist vorteilhaft, die Lichtschranke mit einer bestimmten Intensität der Lichtquelle zu betreiben und daran den Empfänger bzw. die Auswertung der von dem Empfänger erzeugten Signale anzupassen. Es wird durch eine er­ findungsgemäße Rückkopplung die Intensität der Lichtquelle geändert.

Die Rückkopplung senkt bei Überschreiten eines bestimmten Obergren­ ze bzw. Oberbereichs der Einstrahlung der Lichtquelle auf das lichtem­ pfindliche Bauelement die Intensität der Lichtquelle. Ein Verändern der Intensität der Lichtquelle erfolgt bevorzugt durch Veränderung des Stromflusses durch die Lichtquelle, also geringerer Stromfluß für gerin­ gere Intensität und umgekehrt. Beispielsweise kann es bei einer zu hell strahlenden Lichtquelle vorkommen, daß ein einzeln in den Dokumen­ tenvernichter eingeführtes Blatt Papier durchstrahlt wird und somit eine Unterbrechung der Lichtübertragung durch das Papier von dem Empfän­ ger nicht detektiert wird. Eine solche Erkennungsgrenze, insbesondere abhängig von Durchstrahlungseigenschaften o. dgl. zu erkennender Ge­ genstände, wie Papierbögen, kann herstellerseitig oder durch Einstel­ lung durch den Benutzer festgelegt werden. Stellt nun die Schaltungsan­ ordnung eine zu intensiv strahlende Lichtquelle bzw. das Überschreiten einer bestimmten Intensität am Empfänger, insbesondere bei freier Lichtübertragungsstrecke, fest, so wird durch die Rückkopplung diese als störende Intensität reduziert. Vorteilhaft wird die Intensität in einen bestimmten Bereich hinein geregelt, bei dem bereits ein einzelnes in den Lichtübertragungsweg eingebrachtes Blatt Papier eine von dem Em­ pfänger eindeutig erkennbare Intensitätsdifferenz bewirkt. Bei Unter­ schreiten eines bestimmten Unterbereiches bzw. einer Untergrenze der Einstrahlung der Lichtquelle auf das lichtempfindliche Bauelement wird die Intensität der Lichtquelle durch die Rückkopplung angehoben. Da­ durch soll insbesondere vermieden werden, daß bereits im Wartezu­ stand der Empfänger zu wenig Licht empfängt und an die Schaltungsan­ ordnung die falsche Meldung weitergibt, die Lichtübertragung sei unter­ brochen und somit der Dokumentenvernichter in Betrieb zu setzen.

Es wird eine Art Hysterese-Fenster gebildet, innerhalb dessen sich die Schaltungsanordnung durch die Rückkopplung selbst justiert bzw. einpendelt.

Die Lichtquelle kann in einen Strompfad eingesetzt sein, der zusätzlich wenigstens ein Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses innerhalb des Strompfades bzw. zu der Lichtquelle setzt. Vorteilhaft ist die Rück­ kopplung mit diesem Schaltelement verbunden. Das Schaltelement kann ein Transistor sein, möglich sind jedoch auch andere gebräuchliche Bauelemente.

Gemäß einer Ausbildungsmöglichkeit der Erfindung ist das lichtempfind­ liche Bauelement aktiv, beispielsweise eine Solarzelle. Mit steigender einfallender Lichtintensität erzeugt sie in einem gewissen Bereich ein ansteigendes Spannungssignal.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das lichtempfindliche Bau­ element passiv ausgebildet, vorzugsweise ein Fototransistor. Vorteilhaft ist der Kollektor des Fototransistors über die Rückkopplung mit einem Schaltelement in dem Strompfad der Lichtquelle verbunden. Ist dieses Schaltelement ein Transistor, kann die Rückkopplung beispielsweise mit dessen Basis verbunden sein.

Die Lichtquelle und das lichtempfindliche Bauelement können von der­ selben Spannungsquelle versorgt werden, so läßt sich die Schaltung vereinfacht aufbauen. Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung vor, die durch die Rückkopplung von dem lichtempfindlichen Bauelement zu der Lichtquelle selbstregelnd ist. Bei einer solchen Schaltungsanordnung kann, beispielsweise bei der Verwendung in einem Dokumentenvernichter, ein zum Ausgleich von Bauteil­ toleranzen notwendiger manueller Abgleichvorgang eingespart werden.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu meh­ reren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungs­ form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Lichtschran­ ke vor dem Schneidwerk eines Dokumentenver­ nichters und

Fig. 2 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Schal­ tungsanordnung.

Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Vereinfachung eine Lichtschranke 11 vor dem Einzugsbereich eines Schneidwerks 12 eines Dokumentenvernichters als beispielhafte Anwendung für die Lichtschranke 11. Die Lichtschranke 11 besteht aus einer Leuchtdiode 14 als Sender und einem Fototransistor 16 als Empfänger. Leuchtdiode 14 und Fototransistor 16 sind mit einer als Kasten dargestellten Schaltungsanordnung 18 verbun­ den, die in Fig. 2 näher beschrieben ist. Von dieser Schal­ tungsanordnung 18 werden sie angesteuert bzw. wird eine Un­ terbrechung der Lichtschranke 11 festgestellt und als Signal an den Schneidwerksantrieb ausgegeben. Ein in das Schneidwerk 12 einzuführendes Papier wird zwischen Leuchtdiode 14 und Fototransistor 16 durchgeführt und unterbricht somit die Lichtübertragung. Diese Unterbrechung der Lichtschranke 11 wird von der Schaltungsanordnung 18 als Zeichen erkannt, das Schneidwerk 12 zum Zerkleinern in Gang zu setzen.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung einer Schaltungsanordnung 18 für eine Lichtschranke 11. Die Leuchtdiode 14 ist über den Widerstand R6 an eine Spannungsversorgung angeschlossen, in diesem Fall beträgt diese 8 Volt. Über einen Regeltransistor 20 ist die Leuchtdiode 14 gegen das Null-Potential geführt.

Des weiteren ist über einen Widerstand R5 der Kollektor des Fototransistors 16 mit der Spannungsversorgung verbunden. Seine Basis empfängt die Lichtstrahlung 15 der Leuchtdiode 14. Der Emitter ist gegen Null-Potential gelegt.

Die Rückkopplung verläuft vom Kollektor des Fototransistors über den Widerstand R8 zu der Basis des Regeltransistors 20. Dieser Zweig bildet die Rückkopplung 21.

Die Auswertung des am Kollektor des Fototransistors 16 anlie­ genden Signals erfolgt über einen Komparator bzw. Operations­ verstärker 23, an dessen negativen Eingang das Kollektor- Signal über einen Widerstand R4 angelegt wird. Mittels der Widerstände R3 und R3' wird ein Spannungsverhältnis über einen weiteren Widerstand R2 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 23 eingestellt. Des weiteren weist dieser mittels des Widerstandes R1 eine Rückkopplung von seinem Ausgang 24 zu seinem positiven Eingang aus. Am Ausgang 24 des Operationsverstärkers kann das Schaltsignal abgegriffen werden. Beispielsweise kann es zu einer Ansteuerung für das Schneidwerk 12 geführt sein. Anstelle des Operationsverstär­ kers 23 kann beispielsweise ein Schmitt-Trigger verwendet werden.

Die Leuchtdiode 14 ist vorzugsweise als Infrarot-Leuchtdiode ausgebildet, und der Fototransistor 16 für eben diesen Wel­ lenbereich. Dadurch ist zum einen die Lichtschranke nicht sichtbar und zum anderen die Störanfälligkeit durch den ge­ ringen IR-Anteil im Umgebungslicht bzw. künstlichem Licht gering.

Der Regeltransistor 20 ist bevorzugt ein Darlington-Transi­ stor, ebenso sind jedoch andere Ausführungen möglich.

Funktion

Im folgenden soll die Funktion, insbesondere die Selbstrege­ lung der Lichtschranke, anhand der Fälle der Über- bzw. Un­ terschreitung der Einstrahlung der Lichtquelle beschrieben werden.

Überschreitung

Bei einer Leuchtdiode mit zu hoher Lichtemission wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Fototransistors stark leitend. Die Spannung am Kollektor des Fototransistors sinkt und der Basisstrom über R8 wird kleiner, wodurch der Regeltransistor 20 stärker sperrt. Dadurch wiederum wird der Strom durch die Leuchtdiode 14 weniger, die Schaltungsanordnung 18 regelt sich selbsttätig nach unten.

Unterschreitung

Sendet die Leuchtdiode 14 zu wenig Licht aus, ist die Kollek­ tor-Emitter-Strecke am Fototransistor 16 nur geringfügig lei­ tend. Die Spannung am Kollektor steigt bzw. ist hoch. Dadurch wird der Basisstrom über R8 größer und der Regeltransistor 20 läßt mehr Strom durch die Leuchtdiode 14 fließen. Auf die­ se Weise wird die zu geringe Lichtemission ausgeglichen, die Schaltungsanordnung ist somit selbstregelnd nach oben.

Durch die Schaltung können auch die negativen Auswirkungen von Fremdlichteinfall reduziert werden. Wird der Fototransi­ stor 16 beispielsweise durch eine starke Fremdlichtquelle be­ strahlt, sperrt der Regeltransistor 20. Der Strom durch die Leuchtdiode 14 geht gegen Null. Wird nun ein Papier zwischen Fremdlicht und Empfänger bzw. Fototransistor 16 eingeschoben, so kann die Unterbrechung der Lichtübertragungsstrecke den­ noch detektiert werden.

Die Schaltung nach Fig. 2 stellt im übrigen bei offener Lichtschranke eine hochgenaue Konstantstromquelle dar. Der konstante Strom fließt in dem Zweig der Leuchtdiode 14. Auch dadurch ist erkennbar, daß es sich um eine sehr genaue, kom­ fortable und effiziente Lichtschrankenregelung handelt.

Beispielshafte Werte für die Widerstände sind R1 = 10 Mega­ ohm, R2 = 100 Kiloohm, R3 = 22 Kiloohm, R3' = 33 Kiloohm, R4 = 1 Megaohm, R5 = 3,3 Kiloohm, R6 = 68 Ohm und R8 = 1 Megaohm. Als Regeltransistor 20 kann beispielsweise ein BC 517 verwendet werden. Bei diesen Werten kann bei total abgedunkeltem Fototransistor der Strom durch die Leuchtdiode ca. 98 mA erreichen. Dies kann die Leuchtdiode jedoch problemlos verkraften. Im Normalfall fließt durch die Leuchtdi­ ode 14 bei offener Lichtschranke ein Strom von etwa 30 mA.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung (18) zum Betrieb einer Lichtschranke (11) bei Dokumentenvernichtern, bestehend aus wenigstens einer elektrischen Lichtquelle (14) als Sender und einem lichtempfind­ lichen Bauelement (16) als Empfänger, mit einer Rückkopplung von dem lichtempfindlichen Bauelement (16) zu der Licht­ quelle (14), dadurch gekennzeichnet dass die Rückkopplung bei Überschreiten eines bestimmten Oberbereichs der Einstrah­ lung der Lichtquelle auf das lichtempfindliche Bauelement (16) die Intensität der Lichtquelle senkt und dass die Rückkopplung bei Unterschreiten eines bestimmten Unterbereichs der Einstrah­ lung der Lichtquelle (14) auf das lichtempfindliche Bauelement (16) die Intensität der Lichtquelle steigert, wobei durch den Unter­ bereich und den Oberbereich ein Hysterese-Fenster gebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung die Stromversorgung zu der Licht­ quelle (14) ändert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückkopplung bei Überschreiten des Ober­ bereichs die Intensität der Lichtquelle (14) senkt durch ver­ ringerten Stromfluß durch die Lichtquelle.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung bei Unterschreiten des Unterbereichs die Intensität der Lichtquelle (14) steigert durch erhöhten Stromfluß durch die Lichtquelle.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) in einen Strompfad eingesetzt ist, in dem zusätzlich ein Schaltele­ ment (20) zur Steuerung des Stromflusses in dem Strompfad sitzt, wobei vorzugsweise die Rückkopplung mit dem Schaltelement verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Transistor (20) ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bau­ element (16) aktiv ist, insbesondere eine Solarzelle.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bauelement passiv ist, vorzugsweise ein Fototransistor (16).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Fototransistors (16) über eine zweite Rückkopplung (21) mit einem Schaltelement (20) in dem Strompfad der Licht­ quelle (14) verbunden ist.