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Stellungsgeberanordnung mit mehreren Stellungsgebern und
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einer mit diesen verbundenen Steuereinheit Die Erfindung betrifft
eine Stellungsgeberanordnung~mit mehreren Stellungsgebern, von denen der jeweils
betätigte ein ihn kennzeichnendes Signal an eine Steuereinheit gibt.
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Stellungsgeber werden u. a. zur Steuerung von Anlagen und Maschinen
eingesetzt, um die Position von Werkstücken und Geräteteilen festzustellen und zu
melden. Hierzu wird von dem jeweiligen Werkstück oder Geräteteil ein Schalter betätigt,
der ein ihn kennzeichnendes Signal zur Steuereinheit abgibt. Als Stellungsgeber
sind auch Tasten anzusehen, wie sie in Tastaturen zur Eingabe von Daten in Datenverarbeitungsanlagen
eingesetzt sind. In der DE-OS 26 52 407 ist z. B. eine derartige Tastatur zum Eingeben
von Codesignalen für Zeichen, Symbole, Befehle und dergleichenbeschrieben, bei der
jeder Taste ein bestimmtes Zeichen zugeordnet ist. Durch Betätigen einer Taste wird
ein Zeichensignal erzeugt. Stellungsgeberanordnungen, vor allem Tastaturen, benötigen
im allgemeinen eine Stromversorgung. Häufig ist es jedoch erwünscht, keine Stromversorgung
in der Stellungsgeberanordnung zu haben, z. B., wenn sie in explosionsgefährdeten
Räumen aufgestellt. ist. Man kann zwar durch Begrenzen von -Strom und Spannung auch
Schalter in solchen Räumen betreiben, es kann aber zusätzlich noch das Problem auftreten,
daß die elektrischen Signale über Leitungen geführt werden müssen, die starken elektrischen
oder magnetischen Störfeldern ausgesetzt sind, die vor allem bei großen Leitungslängen
zu Störsignalen führen können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellungsgeberanordnung
zu schaffen, die keine Spannungsversorgung benötigt und deren Ausgangssignale mit
hoher Störsicherheit über große Entfernungen übertragen werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuereinheit
eine Lichtquelle enthält, deren Licht über mindestens einen Lichtleiter zu einem
oder mehreren mit den Stellungsgebern verbundenen Modulatoren und von dort zu einem
in der Steuerung enthaltenen Empfänger zurückgeleitet ist und daß bei Betätigen
eines Stellungsgebers das Licht in den betätigten Stellungsgeber kennzeichnender
Weise moduliert ist. Die Stellungsgeber können somit zu einer Einheit zusammengefaßt
sein, die räumlich weit entfernt von der Steuereinheit angeordnet ist und die keine
elektrische Versorgung benötigt.
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Der oder die Modulatoren können in unterschiedlicher Weise ausgebildet
sein. Im einfachsten Falle weist jeder Stellungsgeber einen Lichtschalter auf, der
im einen Schaltzustand des Stellungsgebers das über einen Lichtleiter zugeführte
Licht unterbricht. Im anderen Schaltzustand wird das Licht zur Steuerung zurückgeleitet.
Als Rückleiter kann ein gesonderter Lichtleiter vorgesehen- sein; es ist aber auch
möglich, das Licht an einem Spiegel -auf den Lichtleiter zurückzureflektieren, über
den es von der Steuerung zum Schalter gelangt ist. In dieser einfachsten Anordnung
sind somit jedem Stellungsgeber ein oder zwei Lichtleiter zugeordnet. Vorteilhaft
sind auch Modulatoren, mit denen Licht unmittelbar moduliert werden kann, wie piezoelektrische
Elemente, Flüssigkristalle und dergleichen.
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Die Anzahl der Lichtleiter kann verringert werden, wenn mit den Stellungsgebern
jeweils eine Kombination von Lichtschaltern betätigt wird, die jeweils über einen
bzw. zwei Lichtleiter mit der Steuereinheit verbunden sind.
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Eine weitere Verringerung der Zahl der Lichtleiter kann nach einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, daß den Stellungsgebe-rn
Resonatoren mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen zugeordnet sind, die beim Betätigen-
der Stellungsgeber angeregt werden, und daß mit der erzeugten Frequenz das Licht
moduliert ist. Die Resonatoren können Saiten sein, die durch Betätigen der Stellungsgeber,
z. B. durch Zupfen, Streichen oder Anschlagen, in Eigenschwingungen versetzt werden
und die im Strahlengang des Lichtes schwingen oder mit das Licht ablenkenden Spiegeln
verbunden sind. Es braucht nicht jedem Stellungsgeber eine Saite zugeordnet zu sein,
sondern es können auch mehrere Geber auf eine Saite einwirken, in der Weise, daß
ähnlich wie bei einer Violine beim Betätigen einerseits die Spannung und/oder die
Länge des in.
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Eigenschwingung versetzten Teils verändert wird.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Resonatoren
einseitig eingespannte Zungen, die durch Betätigen der Stellungsgeber, z. -B. durch
Zupfen oder Anschlagen, in Eigenschwingungen anregbar sind und die nach Anregung
im Strahlengang des Lichtes schwingen oder mit das Licht umlenkenden Spiegeln verbunden
sind.
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Anstatt die Stellungsgeber mechanisch mit dem oder den Modulatoren
zu verbinden, kann ihre Bewegung auch, z. B.
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durch Induktion, in ein elektrisches Signal umgesetzt werden, mit
welchem der Modulator angesteuert wird. Eine solche Anordnung zur Umsetzung der
Betätigung eines von mehreren Stellungsgeern in ein den jeweils betätigten Stellungsgeber
kennzeichnendes Signal ist z. B. in der DE-AS 29 20 087 beschrieben. Dieser ist
dann nach Art eines Strommeßwerkes aufgebaut, dessen beweglicher Teil mit einem
das Licht umlenkenden Spiegel versehen oder im Lichtstrahl derart angeordnet ist,
daß die Abschattung des Lichtes von der Stromstärke abhängig ist.
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Anstelle der bisher beschriebenen mechanischen Resonatoren können
auch gegenseitig entkoppelte elektrische Schwingkreise verwendet werden, die mittels
eines mit dem Stellungsgeber gekoppelten, in den Schwingkreisspulen beweglichen
Magneten oder mittels den Schwingkreiskondensatoren parallelgeschalteter Piezoelemente
oder mittels Wiegand-Sensoren anregbar sind und deren Spannung oder Strom zum Modulator
übertragen ist. Dieser kann nach Art eines Spannungs- bzw. Strommeßwerkes aufgebaut
sein, dessen beweglicher Teil mit einem das Licht umlenkenden Spiegel versehen oder
im Lichtstrahl derart angeordnet ist, daß die Abschattung des Lichtes von der Stromstärke
abhängig ist.
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Zur gegenseitigen Entkopplung der Schwingkreise können in die Verbindungsleitungen
zum Modulator Schalter gelegt sein, die im Ruhezustand der Stellungsgeber geöffnet
und bei deren Betätigen geschlossen sind. Der Modulator kann aber auch vorteilhaft
ein Flüssigkristall oder eine ähnliche elektrisch steuerbare Einrichtung zum Abschwächen
von Licht sein.
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Außer durch die bisher beschriebene Amplitudenmodulation mit verschiedenen
Frequenzen kann auch durch Auswahl von verschiedenen Wellenlängen des Lichtes der
jeweils betätigte Stellungsgeber gekennzeichnet werden. Hierzu wird eine unterschiedliche
Farben abgebende Lichtquelle verwendet. In der die Stellungsgeber enthaltenden Einheit
ist ein das Licht in seine Farben zerlegender Farbteiler, der z. B.
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aus dichroidischen Spiegeln oder Filtern besteht, vorhanden. In den
Strahlengängen des Ausgangslichtes des Strahlenteilers sind mit den Stellungsgebern
verbundene Codierblenden angeordnet, die im unbetätigten Zustand der Stellungsgeber
das Licht durchlassen und bei betätigten Stellungsgebern eine jeder Taste zugeordnet(
Kombination von Lichtstrahlen sperren. Das von den Codierblenden durchgelassene
Licht kann einem Mischer zugeführt sein, dessen Ausgangslicht zu einem in der Steuereinheit
enthaltenen Farbteiler rückgeführt ist, dessen Ausgangslicht dieselbe
Zusammensetzung
wie das von den Codierblenden durchgelassene Licht hat. Daraus kann auf den betätigten
Stellungsgeber geschlossen werden.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Anordnung, Figur 2 eine Anordnung, in der jedem Stellungsgeber ein Lichtschal-ter
zugeordnet ist, Figur 3 eine Anordnung, bei der mehrere Lichtleiter codiert schaltbar
sind, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer Saite als Resonator und einem Spiegel
als Modulator, Figur 5 ein Ausführungsbeispiel mit Zungenresonatoren, Figur 6 ein
Ausführungsbeispiel mit elektrischer Ubertragung der Resonatorschwingungen zum Modulator,
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel mit elektrischen Schwingkreisen als Resonatoren
und Figur 8 eine Ausgestaltung mit einem Farbteiler.
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In Figur 1 ist mit STE eine Steuereinheit bezeichnetj die eine Lichtquelle
LQ enthält. Das von dieser ausgesandte Licht wird über einen Lichtleiter -L zu einem
Modulator MOD übertragen, der in Abhängigkeit des Schaltzustandes eines von mehreren
Stellungsgebern SG1, SG2 ... SGn das von der Steuereinheit STE empfangene Licht
moduliert. Das modulierte Licht kann über den Leiter L zu einem in der Steuereinheit
STE enthaltenen Empfänger zurückübertragen werden.
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Wegen der dazu notwendigen Verzweigung in der Steuereinheit hat dies
im allgemeinen eine Abschwächung der Intensität des Lichtes zur Folge. Diese Abschwächung
kann dadurch verhindert werden, daß der Leiter L nur als Hinleitung und für die
Rückleitung des modulierten Lichtes ein zweiter
Lichtleiter L'
verwendet ist, an den ein Empfänger E' angeschlossen ist. Das von der Lichtquelle
LQ ausgesandte Licht kann Wechsel- oder Gleichlicht sein.
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Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Einfachheit
halber davon ausgegangen, daß die Stellungsgeber Tasten sind. In der Anordnung nach
Figur 2 sind als einfacher Modulator Lichtschalter verwendet. In der Steuereinheit
STE sind ebenso viele Lichtquellen LQ1, LQ2, LQ3 und Empfänger LE1, LE2, LE3 enthalten,
wie Tasten TS1, TS2, TS3 vorhanden sind. Mit jeder Taste ist ein Lichtschalter gekoppelt,
der im Falle der Tasten TS1, TS2 aus einem Spiegel SP1 besteht, der durch Betätigen
der Tasten um eine Achse A schwenkbar ist. In der einen Spiegelstellung wird das
von der Lichtquelle LQ1 über einen Lichtleiter L1 übertragene Licht auf den Lichtleiter
zurückreflektiert und trifft in der Steuereinheit STE auf einen Lichtempfänger LE1.
In der anderen Tastenstellung ist der Spiegel SP1 um die Achse geschwenkt, so daß
der Empfänger LE1 kein Signal mehr erhält. Das vom Spiegel reflektierte Licht kann
in diesem Falle auf den Betätigungsknopf der Taste reflektiert werden und diese
zum Aufleuchten bringen. Die Lichtquelle LQ1 kann niederfrequent moduliert werden,
so daß die Betätigungstaste flackert. Der mit der Taste TS3 gekoppelte Lichtschalter
arbeitet in der Weise, daß die Stirnfläche eines Lichtleiters L3, aus der das von
der Lichtquelle LQ3 ausgesandte Licht austritt, der Eintrittsfläche eines Rückleiters
L'3 im einen Schaltzustand gegenüberliegt. Durch Betätigen der Taste TS3, die mit
dem Ende des Lichtleiters L3 verbunden ist, wird dessen Austrittstelle gegenüber
der Eintrittstelle des Leiters L'3 verschoben, so daß die Ubertragung des Lichtes
von der Quelle LQ3 zum Empfänger LE3 unterbrochen ist.
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Während in der Anordnung nach Figur 2 für jede Taste ein Lichtleiter
erforderlich ist, ist in Figur 3 eine Anordnung gezeigt, für die eine geringere
Anzahl von Lichtlei-
tern genügt. Vier Lichtleiter L4, L5, L6.,
L7 führen vonder Steuereinheit STE zu je einem Lichtschalter, welcher in der anhand
der Figur 2 beschriebenen Weise arbeiten kann. Die Lichtschalter werden aber in
der Anordnung nach Figur 3 nicht unmittelbar von Tasten TS4, TS5 .... betätigt,
sondern über Codiermasken CM1, CM2, CM3, die an ihrer, die Lichtschalter betätigenden
Seite Ansätze aufweisen, welcheS wenn die zugehörige Taste gedrückt wird, die ihnen
gegenüberliegenden Lichtschalter betätigen. Beim Drücken jeder Taste wird dadurch
eine andere Kombination der Lichtleiter L4, L5 ... unterbrochen, so daß die Steuereinheit
STE die über die Rückleitungen L'4, L'5, L'6, L'7 empfangenen Signale in elektrische
Signale- umsetzen kann, deren Kombination jeweils eine bestimmte Taste kennzeichnet.
An die vier Lichtleiterpaare L4, L4'; L5, L5' ... kann daher eine Tastatur mit sechzehn
Tasten angeschlossen werden.
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In den Anordnungen nach den Figuren 2 und 3 bestanden die Modulatoren
aus Lichtschaltern, die den Vorteil haben, daß der Schaltzustand von Stellungsgebern,
z. B. Schalstern, stets zur Steuereinheit STE gemeldet wird. Häufig, z. B. im Falle
von Tasten, genügt es jedoch, nur den Betätigungsvorgang zu melden. Figur 4 zeigt
eine Anordnung, bei der Tasten TS8, TS9 ... auf eine Saite SA einwirken, die einseitig
an einem Spiegel SP3 befestigt ist, der. das über einen Leiter L8 von der Steuereinheit
kommende Licht auf den Rückleiter L'A reflektiert. Die Anregung der Saite SA erfolgt
in der Weise, daß die Tasten beim Betätigen zunächst mit ihrer unteren Spitze die
Saite SA auf eine Unterlage drücken. Damit ist jeder Taste eine bestimmte Saitenlänge
und damit eine bestimmte Frequenz zugeordnet.
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Nach weiterem Durchdrücken der Tasten streicht ein Ansatz eines Hebels
HB, der mit den Tasten TS8, TS9 gekoppelt ist, über die Saite SA und erregt diese
damit zu ihren Eigenschwingungen. Diese Schwingungen übertragensich auf den Spiegel
SP3, der damit das vom Leiter L8 zum Leiter L 8 übertragene Licht moduliert. Beim
Betätigen der Tasten entstehen unterschiedliche Modulationsfrequenzen, die von
der
Steuereinheit in Codesignale für den Tasten zugeordnete Zeichen umgesetzt werden
können. Eine Redundanz besteht darin, daß die Modulation sowohl beim Drücken als
auch beim Loslassen der Taste auftritt. Selbstverständlich kann der Modulator so
ausgebildet sein, daß jeder Taste eine eigene Saite zugeordnet ist.
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Figur 5 zeigt einen Modulator, bei welchem den Tasten jeweils eine
einseitig eingespannte, federnde Zunge ZG1 zugeordnet ist. Die Zungen werden beim
Betätigen der ihnen zugeordneten Tasten von Hammern HA1 angeschlagen und dadurch
in ihrer Eigenfrequenz angeregt. An ihren frei schwingenden Enden ist vom Lichtleiter
L9 mittels einer Optik OP ein Lichtstrahl so vorbeigeführt, daß er von den schwingenden
Zungen periodisch unterbrochen wird. Der Lichtstrahl trifft auf einen Spiegel SP4,
wird von diesem reflektiert und gelangt dann wieder zurück in den Lichtleiter L.
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Anstelle einer unmittelbaren Beeinflussung des Lichtstrahls durch
mechanisch bewegte Teile ist auch eine elektrische Ubertragung zum Modulator möglich.
Figur 6 zeigt ein Beispiel, bei dem wieder jeder Taste eine federnde Zunge ZG2 zugeordnet
ist, die mittels Hammer HA2 angeregt werden kann.
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An den Zungen sind Magnete MG1 angebracht, die in Spulen SL1 tauchen.
Nach Anschlagen einer Zunge schwingt der Magnet in der Spule, und es wird ein Wechselstrom
mit der Resonanzfrequenz der Zunge erzeugt, der im Ausführungsbeispiel einem Saitengalvanometer
GV1 mit annähernd geringer Trägheit zugeführt ist, dessen Saite sich im Strahlengang
des Lichtes vom Leiter L zum Leiter L' bewegt. Dieses Licht wird somit mit der Zungenfrequenz
moduliert. Selbstverständlich kann als Modulator auch ein anderer Strom- oder Spannungsmesser
verwendet werden, z; B. ein Drehspulgalvanometer, mit dessen Spule ein Spiegel verbunden
ist, der das Licht vom Leiter L zum Leiter L' umlenkt. Das Galvanometer führt entsprechend
der Schwingung Drehbewegungen aus, die eine Modulation des auf den Lichtleiter L'
fallenden Lichtes
bewirkt. Selbstverständlich muß auch dieses Galvanometer
eine entsprechend geringe Trägheit haben.
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Anstelle mechanischer Resonatoren können auch elektrische verwendet
werden, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 veranschaulicht ist. In diesem sind
mehrere Schwingkreise SL2, C1; SL3, C2 ... vorgesehen, die jeweils einer Taste TS10,
TSll zugeordnet sind. Die Schwingkreise sind über je einen Schalter SH1, SH2 an
ein Flüssigkeitselement FLK anschließbar, das im Weg des vom Lichtleiter L zum Leiter
L' gestrahlten Lichtes liegt. Wird z. B. eine der mit den Magneten MG2 verbundenen
Tasten betätigt, dann wird einerseits einer der Magnete MG2 in die Spule SL2 eingetaucht,
so daß in dieser ein.Strom-induziert wird, der eine gedämpfte Schwingung auslös-t.
Das auf den Lichtleiter L'fallende Licht wird mit der Schwingungsfrequenz gedämpft.
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Anstelle einer induktiven Anregung der Schwingkreise ist es auch möglich,
mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes PE, das dem- Schwingkreiskondensator
C2 parallelgeschaltet ist, den Schwingkreis SL3, C2 mit der Eigenfrequenz anzuregen,
aber besonders vorteilhaft mittels eines Wiegand-Sensors.
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Die bisher besonriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung beruhten
auf einer Amplitudenmodulation des Lichtes.
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Demgegenüber ist in Figur 8 ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
bei dem die jeweils betätigte Taste mit einem frequenzmuitiplexen Signal gekennzeichnet
ist. Hierzu wird von der Steuereinheit STE über den Lichtleiter L mehrfarbiges Licht'
abgegeben, das auf einen Farbteiler FT gelangt. Dieser enthält vier dichroidische
Spiegel DCS, welche je eine Farbe ausspiegeln. Mit Tasten TS12, TS13, TS14 sind
Codierblenden CBL1, CBL2 ... CBL3 verbunden, die Öffnungen aufweisen, durch welche,
wenn die Tasten im Ruhezustand sind, das von den dichroidischen Spiegeln kommende
Licht bis auf einen Farbmischer M gelangt. Dieser besteht ebenfalls aus dichroidischen
Spiegeln, welche das auf sie
auftreffende Licht zum Lichtleiter
L' lenken. Die Löcher in den Codierblenden haben unterschiedliche Länge, derart,
daß im betätigten Zustand die einen der Tasten das Licht sperren und die anderen
das Licht durchlassen. Damit wird erreicht, daß jeweils die mit einer betätigten
Taste verbundene Codierblende bestimmte Farben ausblendet, welche dann in dem vom
Leiter L' zur Steuereinheit übertragenen Licht fehlen. Mit einem in der Steuereinheit
enthaltenen Farbteiler, der entsprechend dem Farbteiler FT aufgebaut ist, wobei
jedem dichroidischen Spiegel ein Fotoelement nachgeschaltet ist, kann festgestellt
werden, welche Taste betätigt wurde.
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Anstelle des Farbmischers M mit dichroidischen Spiegeln kann auch
ein Farbmischer M' eingesetzt werden, der vier Lichtleiter L'4 aufweist, denen das
durch die Codierblende fallende Licht zugeführt ist und die in einem Konzentrator
KT zusammengefaßt sind, der so gestaltet ist, daß er das über die Lichtleiter L'4
eingehende Licht auf den Lichtleiter L'konzentriert, von dem es zur Steuereinheit
geführt wird. Auf den Konzentrator KT kann auch verzichtet werden, wenn die Leiter
L'4 bis zur Steuereinheit geführt sind, wo das von ohnen übertragene Licht auf vier
Fotoempfänger fällt.
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13 Patentansprüche 8 Figuren
Zusammenfassung Stellungsgeberanordnung
mit mehreren Stellungsgebern und einer mit diesen verbundenen Steuereinheit Die
Steuereinheit (STE) einer Tastatur enthält eine Lichtquelle (LQ), deren Licht über
mindestens einen Lichtleiter (L) zu einem oder mehreren mit den Tasten (SG1, SG2
... SGn) der Tastatur verbundenen Modulatoren (MOD) geführt ist. Bei Betätigen einer
der Tasten (SG1, SG2 ... SGn) wird das Licht in die betätigte Taste kennzeichnender
Weise-moduliert. Das modulierte Licht ist zu einem in der Steuerung (STE) enthaltenen
Empfänger (LE, LE') zurückgeleitet.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Eingabetastaturen von Datenverarbeitungsanlagen;
FIG 1