DE4025888A1 - Schaltungsanordnung mit bei bauelementeausfaellen einen vorgegebenen signalzustand aufweisenden ausgang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung binärer Signale zu mindestens einem Ausgangssignal mittels logische Grundfunktionen ausübender Glieder, die in ihrer Kombination das Ausgangssignal erzeugen, das einer logischen Funktion entspricht, wobei die binären Signale zwischen den Gliedern durch Lichtstrahlen übertragen werden, die jeweils von einem spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement erzeugt und auf ein lichtempfindliches Bauelement gerichtet werden, das unter Lichteinfluß die Widerstands- bzw. Spannungsverhältnisse im jeweiligen Glied ändert.

Steuer-, Regel- und Überwachungsschaltungen für Maschinen und industrielle Prozesse, die bei unbeabsichtigtem oder unkontrolliertem Betrieb Gefahren hervorrufen können, unterliegen höheren Sicherheitsanforderungen. Insbesondere sollen Defekte in den Steuer-, Regel- und Überwachungsschaltungen selbst nicht einen unbeabsichtigten oder unkontrollierten Betrieb der Anlagen und Prozesse auslösen. Dies bedeutet, daß Defekte, z. B. von Bauelementen, der Steuer-, Regel- und Überwachungsschaltungen, die Ausgänge der Schaltungen in für Menschen, Maschinen oder Prozesse unkritische Zustände versetzen sollen. Meist entspricht der unkritische Zustand eines Ausgangs dem Spannungs- oder Strompegel null, so daß die Maschinen oder Anlagen entweder nicht eingehalten oder, wenn sie in Betrieb sind, abgeschaltet werden. Je nach dem Ausmaß der bei Ausfall oder Defekt der Steuer-, Regel- oder Überwachungsschaltung hervorgerufenen Gefahr ergeben sich verschiedene Anforderungen an die Sicherheit. Anforderungen an Steuerschaltungen sind z. B. in "Elektrische Ausrüstungen von Industriemaschinen - Erläuterungen zu DIN VDE 0113 Teil 1/02.86" enthalten.

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit der auf einfache Weise ein hohes Maß an Sicherheit bei Ausfall eines oder mehrerer Bauelemente, die für den Signalzustand an einem Ausgang der Schaltungsanordnung maßgebend sind, erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß von Gebern binäre Eingangssignale lichtempfindlichen Bauelementen und/oder spannungsabhängigen lichtemittierenden Bauelementen von Gliedern zugeführt werden, daß das binäre Ausgangssignal als Strom- oder Spannungssignal mit einem einer ersten binären Wertigkeit zugeordneten Pegel unmittelbar oder mittelbar eine Einrichtung in Betrieb setzt, die bei unbeabsichtigtem Betrieb eine Gefahr bildet, daß dem der zweiten binären Wertigkeit zugeordneten Pegel des Ausgangssignals der Stillstand der Einrichtung entspricht und daß die Glieder die durch Lichtstrahlen übertragenen Signale derart verknüpfen, daß bei einer Störung der Lichtübertragung zwischen einander zugeordneten lichtemittierenden Bauelementen und lichtempfindlichen Bauelementen das Ausgangssignal auf dem der zweiten binären Wertigkeit entsprechenden Pegel gehalten oder eingestellt wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Lichtübertragung zwischen galvanisch voneinander getrennten Bauelementen für die Herstellung einer Schaltung mit einem hohen Maß an Fehlersicherheit ausgenutzt. Lichtsendende und lichtempfangende Bauelementen können gestört werden, z. B. durch Kurzschlüsse und Unterbrechungen. In beiden Fällen werden die binären Signale entweder nicht gesendet oder nicht empfangen. Entfällt ein für die Erfüllung der logischen Funktion notwendiges Lichtsignal, dann wird die Funktion nicht erfüllt, d. h. am Ausgang der Schaltungsanordnung entsteht nicht der für die Inbetriebnahme eines Geräts, einer Maschine oder Anlage erforderliche Pegel. Die Maschine oder Anlage wird daher stillgesetzt oder verbleibt im Stillstand. Bei den logische Grundfunktionen ausübenden Gliedern handelt es sich z. B. um UND-Glieder, ODER-Glieder und Speicherglieder.

UND-Glieder werden z. B. durch mindestens zwei in Reihe geschaltete Photowiderstände gebildet, die in Reihe mit einem lichtemittierenden Bauelement an Betriebsspannung gelegt sind, wenn eine galvanische Trennung des Ausgangs von nachgeschalteten Gliedern oder Bauelementen vorhanden sein soll. Den Photowiderständen sind jeweils lichtemittierende Bauelemente zugeordnet, deren durch Lichtstrahlen übertragene binäre Signale durch die Photowiderstände miteinander nach der logischen UND-Funktion verknüpft werden.

ODER-Glieder werden bevorzugt durch einen Photowiderstand in Reihe mit einem lichtemittierenden Bauelement gebildet, wobei die Reihenschaltung an eine Betriebsspannung gelegt ist. Dem Photowiderstand sind mindestens zwei lichtemittierende Bauelemente zugeordnet, deren durch Lichtstrahlen realisierte binäre Signale durch die logische ODER-Funktion verknüpft werden sollen.

Speicherglieder werden durch Photowiderstände gebildet, die die Reihenschaltung eines Photowiderstands und eines lichtemittierenden Bauelements aufweisen, wobei noch ein weiteres lichtemittierendes Bauelement als Ausgangsglied in Reihe geschaltet sein kann. Die Reihenschaltung ist an eine Betriebsspannung gelegt. Dem Photowiderstand ist ein lichtemittierendes Bauelement für die Erzeugung des binären Eingangssignals zugeordnet. Das lichtemittierende Bauelement in der Reihenschaltung ist ebenfalls dem Photowiderstand zugeordnet, d. h. bei Beaufschlagung mit Spannung sendet es Licht zum Photowiderstand, so daß die Anordnung eine Rückkopplung aufweist, die eine Selbsthaltung ermöglicht. Die Rücksetzung erfolgt über die an die Reihenschaltung angelegte Spannung, die zum Rücksetzen unterbrochen werden muß. Eine derartige über ein lichtemittierendes Bauelement auf den Photowiderstand wirkende Rückkopplung stellt ein Speicherelement dar, das durch ein, einem Eingangslichtstrahl entsprechenden binären Signal gesetzt wird.

Mit einfach aufgebauten Lichtstrahlen für die Übertragung binärer Signale verwendeten Verknüpfungsgliedern lassen sich daher sichere Schaltungen in dem Sinne realisieren, daß bei inneren Fehlern auf Grund von Bauelementestörungen ein definiertes Ausgangspotential, insbesondere das Potential null vorhanden ist, so daß über die Ausgangspotentiale betätigbare Geräte, Maschinen oder Anlagen abgeschaltet oder nicht eingeschaltet werden. Diese Geräte, Maschinen oder Anlagen werden vielfach in Abhängigkeit von Gebern gesteuert oder geregelt, die den Verknüpfungsgliedern Eingangssignale zuführen. Diese Eingangssignale können in binärer Form z. B. durch Schließen und Öffnen von Schaltern, an die Spannungen angelegt sind, erzeugt werden.

Eine besonders vorteilhafte Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, daß mindestens zwei Schaltungszweige, die je über einen Öffner oder Schließer an eine Betriebsspannungsquelle anlegbar sind, spannungsabhängig lichtemittierende Bauelemente und Photowiderstände enthalten, die gegen Fremdlichteinfluß abgeschirmt derart mit einander gekoppelt sind, daß je ein lichtemittierendes Bauelement in einem Schaltungszweig mit einem Photowiderstand im anderem Schaltungszweig zusammenwirkt, daß ein weiteres spannungsabhängig lichtemittierendes Bauelement in Reihe mit dem Photowiderstand im Schaltungszweig mit dem Öffner angeordnet ist und mit diesem Photowiderstand zusammenwirkt und daß der Schaltungszweig mit dem Öffner den Ausgang aufweist.

Bei dieser Schaltungsanordnung werden Signale zwischen dem den Schließer enthaltenden Schaltungszweig, der den Eingang der Schaltung bildet, und dem den Öffner enthaltenden Schaltungszweig, der den Ausgang aufweist, mittels Licht übertragen. Die spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelemente senden im Fehler, z. B. bei einem Kurzschluß oder einer Unterbrechung, kein Licht aus. Die photoelektrischen Bauelemente reagieren bei einem Kurzschluß oder bei einer Unterbrechung nicht auf empfangenes Licht. Da die beiden Schaltungszweige galvanisch voneinander getrennt sind, findet bei einem gestörten lichtemittierenden oder photoelektrischen Bauelement keine Signalübertragung zwischen den beiden Schaltungszweigen statt, d. h. am Ausgang ist kein Signal verfügbar. Die Schaltungsanordnung geht deshalb bei einem Fehler in den optoelektrischen Bauelementen in einen sicheren Zustand, nämlich den spannungslosen Zustand am Ausgang über.

Im zweiten Schaltungszweig ist eine Selbsthaltung realisiert, d. h. spannungsabhängig lichtemittierendes Element im Schaltungszweig sendet Licht zu einem im gleichen Schaltungszweig angeordneten Photowiderstand aus, wodurch sichergestellt wird, daß zum Ausgang eine Spannung gelangt.

Insbesondere sind der Schließer und der Öffner jeweils als Tastschalter ausgebildet. Diese Schaltungsanordnung eignet sich als Einschalt- und Ausschaltkreis für ein Schaltgerät, z. B. ein Relais, das mit dem Ausgang verbunden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein dritter, über einen weiteren, mit dem ersten Öffner mechanisch gekuppelten Öffner an Betriebsspannung anlegbarer Schaltungszweig mit spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelementen und einem Photowiderstand vorgesehen, die mit einem spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement und einem Photowiderstand im ersten Schaltungszweig gegen Fremdlichteinfluß abgeschirmt derart gekoppelt sind, daß je ein lichtemittierendes Bauelement und ein Photowiderstand zusammenwirken, wobei ein weiteres spannungsabhängig lichtemittierendes Bauelement im dritten Schaltungszweig in Reihe mit dem Photowiderstand angeordnet ist und mit diesem zusammenwirkt, und wobei der dritte Schaltungszweig und der zweite Schaltungszweig je über spannungsabhängig lichtemittierende Bauelemente auf photovoltaische Elemente einwirken, die zwischen zwei Anschlüssen in Reihe gelegt sind.

Bei dieser Schaltung erzeugen die beiden photovoltaischen Elemente die Ausgangsspannung für vorzugsweise ein Relais, dessen Ansprechspannung größer als die Ausgangsspannung des einen photovoltaischen Elementes ist. Diese Schaltung erfüllt besonders hohe Sicherheitsanforderungen. Einerseits ist die Redundanz bei den Ausschaltkreisen vorhanden und andererseits ist eine zusätzliche galvanische Trennung des Ausgangskreises vorgesehen.

Für die Beleuchtung der photovoltaischen Elemente sind zweckmäßigerweise jeweils zwei lichtemittierende Bauelemente vorgesehen, um eine höhere Ausgangsspannung der photovoltaischen Elemente hervorzurufen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß im ersten Schaltungszweig ein erster und zweiter Photowiderstand und ein erstes und zweites lichtemittierendes Bauelement in Reihe mit dem Schließer angeordnet sind, wobei im zweiten und dritten Schaltungszweig nach dem jeweiligen Öffner je ein lichtemittierendes Bauelement parallel zu der Reihenschaltung eines Photowiderstands und eines lichtemittierenden Bauelementes und der lichtemittierenden Bauelemente an den photovoltaischen Elementen angeordnet sind, und wobei je die lichtemittierenden Bauelemente in den Reihenschaltungen des zweiten und dritten Schaltungszweigs und das erste und zweite lichtemittierende Bauelement auf die Photowiderstände des zweiten und dritten Schaltungszweigs einwirken, während die lichtemittierenden Bauelemente hinter den Öffnern jeweils auf den ersten und zweiten Photowiderstand einwirken.

An Stelle der Photowiderstände in den drei Schaltungszweigen können auch Photoelemente verwendet werden, die bei Belichtung eine elektrische Spannung erzeugen, die in Reihe mit der über den Schließer angelegten Spannung die spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelemente mit einer ausreichenden Betriebsspannung versorgen. Wenn die Photoelemente zu hohe Spannungen abgeben, daß sie für den Betrieb der lichtemittierenden Bauelemente ausreichen, genügt es, mit dem Schließer den Stromkreis über die lichtemittierenden Bauelemente zu schließen. Hierdurch wird eine weitere galvanische Trennung in der Schaltung erzielt, da der erste Schaltungszweig nicht einmal über die Betriebsspannungsquelle mit dem zweiten Schaltungszweig verbunden ist.

Durch den bei Bauelementestörungen sicheren Zustand der oben beschrieben Schaltungen eignen sich diese bei Maschinen und Anlagen, in denen Personenschutz erforderlich ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Anordnung für Sicherheitsstromkreise. Die Spannung des Versorgungsnetzes von z. B. 220 Volt wird in einer Gleichspannung von z. B. 24 Volt umgewandelt, die an Anschlüssen (1), (2) verfügbar ist. Während der Anschluß (2) an Masse gelegt ist, liegt am Anschluß (1) ein positives Potential an.

Mit den Anschlüssen (1), (2) ist ein erster Schaltungszweig (3) verbunden, der eine Reihenschaltung aus einem Schließer (4), der als von Hand betätigbarer Tastschalter ausgebildet ist, einem ersten und zweiten Photowiderstand (5), (6) und einem ersten und zweiten, spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelemente (7), (8) enthält.

Ein zweiter Schaltungszweig (9) enthält nach einem Öffner (10), der als von Hand betätigbarer Tastschalter ausgebildet ist, die Parallelschaltung eines dritten spannungsabhängig betätigbaren Bauelements (11) und einer Reihenschaltung aus einem vierten spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement (12) eines Photowiderstands (13) sowie eines fünften und sechsten spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelements (14), (15). Der zweite Schaltungszweig (9) ist mit dem Öffner (10) und dem Bauelement (15) an die Pole (1), (2) angeschlossen. Weiterhin enthält der zweite Schaltungszweig (9) ein photovoltaisches Element (16).

Das dritte lichtemittierende Bauelement (11) ist nahe am Photowiderstand (5) angeordnet und bildet mit diesem eine funktionelle Einheit. Das erste lichtemittierende Bauelement (7) ist am Photowiderstand (13) angeordnet und bildet mit diesem eine funktionelle Einheit. Das vierte lichtemittierende Bauelement (12) ist ebenso wie das Bauelement (7) nahe am Photowiderstand (13) angeordnet und wirkt mit diesem zusammen. Das fünfte und sechste lichtemittierende Bauelement (14), (15) sind nahe am photovoltaischen Element (16) angeordnet und wirken mit diesem zusammen.

Ein dritter Schaltungszweig (17) enthält hinter einem Öffner (19), der mit dem Öffner (10) mechanisch gekuppelt ist, die Parallelschaltung eines siebten spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelementes (20) mit der Reihenschaltung eines achten spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelements (21), eines Photowiderstands (22) und eines neunten und zehnten spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelements (23), (24). Weiterhin gehört zum dritten Schaltungszweig ein photovoltaisches Element (25). Die Öffner (10), (19) gehören vorzugsweise zu einem Not-Aus-Schalter (18).

Das lichtemittierende Bauelement (20) ist nahe am zweiten Photowiderstand (6) angeordnet und bildet mit diesem eine funktionelle Einheit. Das zweite und das achte lichtemittierende Bauelement (8), (21) befinden sich nahe am Photowiderstand (22) und bilden mit diesem eine funktionelle Einheit. Die lichtemittierenden Bauelemente (23), (24) sind nahe am photovoltaischen Element (25) angeordnet und bilden mit diesem eine funktionelle Einheit. Der dritte Schaltungszweig (17) ist mit dem Öffner (19) und dem Bauelement (24) an die Pole (1), (2) angeschlossen.

Die photovoltaischen Elemente (16), (25) sind zwischen Anschlüssen (26), (27) in Reihe geschaltet. An die Anschlüsse (26), (27) ist z. B. ein Relais (28) gelegt. Die Bauelemente (7), (8), (11), (12), (14), (15), (20) und (21) sind z. B. Leuchtdioden. Die lichtemittierenden Bauelemente (7), (8), (11), (12), (14), (15), (20), (21) und die Photowiderstände (5), (6), (13), (22) sowie photovoltaische Elemente (16), (25) sind gegen Fremdlicht abgeschirmt.

Das Relais (28) steuert z. B. ein Schütz zum Anlegen von Spannung an die elektrischen Teile einer Maschine oder Anlage. Das nicht dargestellte Schütz ist beispielsweise in einem 380-Volt-Stromkreis angeordnet, der zu der Maschine oder Anlage verlegt ist.

Im zweiten und dritten Schaltungszweig (9), (17) fließen Ströme, wenn an den Polen (1), (2) eine Gleichspannung ansteht. Der Strom im zweiten Schaltungszweig (9) fließt über den Öffner (10) und das Bauelement (11), das deshalb Licht zum Photowiderstand (5) aussendet. Daher hat der Photowiderstand (5) einen niedrigen Widerstand. Im dritten Schaltungszweig fließt ein Strom über den Öffner (19) und das Bauelement (20), das Licht zum Photowiderstand (6) sendet, der deshalb einen niedrigen Widerstand hat.

Wenn der Schließer (4) betätigt wird, fließt Strom über die Photowiderstände (5), (6) und die Bauelemente (7), (8), die jeweils Licht zu den Photowiderständen (13), (22) senden, so daß diese nunmehr niedrige Widerstände annehmen. Im hochohmigen Zustand fließt über die Photowiderstände (13), (22) und die Bauelemente (12), (14), (15) und (21), (23), (24) ein so kleiner Strom, daß die Bauelemente (12), (14), (15) und (21), (23), (24) kein Licht aussenden. Erst der Rückgang der Widerstandswerte der Photowiderstände (13), (22) bewirkt einen so hohen Stromfluß, daß die Bauelemente (12), (14), (15) und (21), (23), (24) Licht aussenden. Das von den Bauelementen (12) und (21) ausgesandte Licht fällt jeweils auf die Photowiderstände (13), (22), so daß diese nach dem Ende des Stromflusses im ersten Schaltungszweig (3) ihren niedrigen Widerstandswert behalten. Hierdurch bleibt der Stromfluß in den die Bauelemente (14), (15) und (23), (24) enthaltenden Schaltungszweigen erhalten. Die Bauelemente (14), (15) beleuchten das photovoltaische Element (16), das eine Spannung erzeugt. Entsprechendes gilt für die Bauelemente (23), (24), die das photovoltaische Element (25) zur Abgabe einer Spannung veranlassen.

Das Relais (28) ist so ausgelegt, daß seine Ansprechspannung höher als die Spannung eines der photovoltaischen Elemente (16), (25) ist, d. h. erst die Summe der Spannungen der beiden photovoltaischen Elemente (16), (25) bringt das Relais (28) zum Ansprechen.

Wenn eines oder mehrere der Bauelemente (7), (8), (11), (12), (20) und (21) gestört sind, z. B. durch Kurzschluß oder Unterbrechung, wird kein Licht mehr ausgesendet. Die Bauelemente sind im Fehlerfalle daher nicht in der Lage, Signale zu speichern oder weiterzuleiten. Bei einem Fehler im ersten Schaltungszweig (3) wird daher kein Signal an den Schaltungszweig (9) oder (17) weitergeleitet. Zumindest in einem der Schaltungsteile ist der Photowiderstand daher hochohmig, so daß die zugehörigen Bauelemente kein Licht zum photovoltaischen Elemente senden. An den Anschlüssen (26), (27) steht daher nur die halbe Spannung an, so daß das Relais (28) nicht anzieht. Es liegt also keine Freigabe vor. Wenn eines der Bauelemente (12), (21) Fehler hat, ist keine Selbsthaltung mehr möglich. Bei Unterbrechung der Bauelemente (12), (21) fließt auch kein Strom zu den die photovoltaischen Elemente (16), (25) beleuchtenden Bauelementen. Ein Defekt an einem der Bauelemente (14), (15) oder (23), (24) bewirkt einen Abfall der notwendigen Beleuchtungsstärke an den photovoltaischen Elementen (16), (25), so daß nicht die über das Relais notwendige Ansprechspannung an den Ausgängen (26), (27) ansteht.

Die drei Schaltungszweige (3), (9), (17) sind galvanisch voneinander getrennt, so daß ein Defekt eines Bauelements in einem Schaltungszweig nicht den Übertritt einer Spannung in einen anderen Schaltungszweig hervorruft. Eine weitere galvanische Trennung ist zwischen den zweiten und dritten Schaltungszweigen (9), (17) und dem Kreis mit den photovoltaischen Elementen (16), (25) vorhanden. Hierdurch wird die Sicherheit wesentlich verbessert.

Bereits eine aus zwei Schaltungszweigen (3), (9) oder (3), (17) bestehende Anordnung hat ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Eine solche Anordnung mit z. B. einem Anschluß (29) vor den Bauelementen (14), (15) erzeugt am Anschluß (29) ein Freigabesignal, wenn der Schließer (4) betätigt worden ist.

Das höhere Maß an Sicherheit der in der Zeichnung dargestellten Schaltung macht diese besonders für Anwendungen mit Personenschutzfunktionen geeignet. Die Schaltungsanordnung geht im Fall des Versagens in einen unkritischen Zustand über, in dem kein Freigabesignal für nachgeschaltete elektrische Bauelemente erzeugt wird. Daher ist auch eine sichere Not-Aus-Anschaltung gewährleistet, wenn die Öffner (10), (19) betätigt werden. Dies führt dazu, daß die Anschlüsse (26), (27) spannungslos werden.

Mit den Photowiderständen (5), (6) wird in bezug auf die von den lichtemittierenden Bauelemente (11), (20) erzeugten Lichtsignale die logische UND-Funktion gebildet. Die Widerstandswerte beider Photowiderstände (5), (6) sind ohne Beaufschlagung mit Licht sehr hoch. Bei Beaufschlagung mit Licht nur eines Photowiderstands hat die aus der Reihenschaltung der Photowiderstände (5), (6) bestehende Anordnung immer noch einen hohen Widerstand. Erst bei Beaufschlagung beider Photowiderstände (5), (6) mit Licht ergibt sich ein niedriger Widerstand der Reihenschaltung.

Wenn die Reihenschaltung beider Photowiderstände an eine Spannung angeschlossen ist, drückt sich die UND-Funktion in der Höhe der über die Photowiderstände (5), (6) bei Beaufschlagung beider Photowiderstände oder nur eines oder keines Photowiderstands mit Licht fließenden Stroms aus. Die Ströme können zur Erzeugung eines Ausgangssignals des durch die Bauelemente (11), (20) und die Photowiderstände (5), (6) in Verbindung mit der an die Reihenschaltung gelegten Betriebsspannung gebildeten logischen UND-Glieds verwendet werden. Wenn ein spannungsabhängig lichtemittierendes Bauelement, z. B. das Bauelement (7), in Reihe mit den Photowiderständen (5), (6) angeordnet ist, wird dieses von dem über den hohen Widerstand der Reihenschaltung fließenden geringen Strom nicht zum Leuchten veranlaßt. Bei einem niedrigen Widerstand der Reihenschaltung der Photowiderstände (5), (6) sendet das Bauelement (7) dagegen Licht in Übereinstimmung mit den auf die Photowiderstände (5) und (6) fallenden Lichtsignalen aus. Es können, wie in der Zeichnung dargestellt, auch mehrere lichtemittierende Bauelemente in Reihe zwischen den Photowiderständen (5), (6) angeordnet sein. Wenn keine galvanische Trennung am Ausgang des UND-Glieds benötigt wird, kann auch ein Arbeitswiderstand in Reihe mit den Photowiderständen (5), (6) angeordnet werden.

Die beiden spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelemente (7), (12) bilden mit dem Photowiderstand (13) ein logisches ODER-Glied. Der Photowiderstand (13) nimmt ein niedrigen Widerstandswert an, wenn eines oder beide Bauelemente (7), (12) Licht auf den Photowiderstand (13) richten. Gleiches gilt für die Bauelemente (8), (21) und den Photowiderstand (22). Wenn der Photowiderstand (13) an Spannung gelegt wird, ergeben sich Ströme entsprechend der logischen ODER-Funktion. Ohne Lichtbeaufschlagung ist der Widerstandswert des Photowiderstands (13) hoch, so daß nur ein geringer Strom fließt. Bei Beaufschlagung mit Licht fließt ein größerer Strom. Ein Ausgangssignal kann bei dem ODER-Glied durch ein in Reihe mit dem Photowiderstand (13) angeordnetes spannungsabhängig lichtemittierendes Element (14) erzeugt werden. Es können auch mehrere solcher Bauelemente - z. B. (14), (15) - in Reihe mit dem Photowiderstand (13) angeordnet sein. Die Bauelemente (14), (15) sind so ausgewählt, daß nur die bei niedrigen Widerstandswert fließenden Ströme die Lichtaussendung anregen.

Eine weitere Besonderheit ist bei dem die Bauelemente (7), (12) und den Photowiderstand (13) bzw. die Bauelemente (8), (21) und den Photowiderstand (22) enthaltenden ODER-Gliedern durch eine Rückkopplung vorhanden. Die Bauelemente (12), (21) senden Licht aus, wenn die Photowiderstände (13), (22) niedrige Widerstände haben. Auf Grund dieser Beaufschlagung mit Licht bleibt der niedrige Widerstandswert der Photowiderstände (13), (22) erhalten, d. h. die aus den Bauelementen (7), (12) und dem Photowiderstand (13) bzw. den Bauelementen (8), (21) und dem Photowiderstand (22) bestehende Anordnung bilden auf Grund der Rückkopplung Speicher für ein Bit.

Die Fehlersicherheit wird bei den oben beschriebenen UND- und ODER-Gliedern sowie Speichern nicht nur durch den Wegfall der ausgangsseitigen Lichterzeugung bei Unterbrechung der Lichtsignalübertragung, sondern auch durch den Wegfall der Lichtübertragung bei Spannungsausfall der Betriebsspannungsquelle bewirkt.

Die oben beschriebene Schaltung enthält einen Not-Aus-Taster (18) mit zwei Schließern (10), (19). Die beiden Schließer (10), (19) sind aus Redundanzgründen vorgesehen. Jedem Schließer (10), (19) ist ein Schaltungszweig (9) bzw. (17) zugeordnet. Jeder Schaltungszweig enthält auch ein photovoltaisches Element (16) bzw. (25), das jeweils den Bauelementen (14), (15) bzw. (23), (24) zugeordnet ist. Die beiden photovoltaischen Elemente (16), (25) sind in Reihe gelegt. Die Summe der Spannungen beider Elemente (16), (25) muß eine Schwelle überschreiten, damit die nachgeschaltete Einrichtung ansprechen kann. Diese Schwelle kann durch eine entsprechende Ansprechspannung des Relais (28) vorgesehen sein. Eine Störung an einem Schließer (10), (19) bewirkt deshalb bereits einen Übergang des Ausgangs der Schaltungsanordnung in einen sicheren Zustand.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zur Verarbeitung binärer Signale zu mindestens einem Ausgangssignal mittels logische Grundfunktionen ausübender Glieder, die in ihrer Kombination das Ausgangssignal erzeugen, das einer logischen Funktion entspricht, wobei die binären Signale zwischen den Gliedern durch Lichtstrahlen übertragen werden, die jeweils von einem spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement erzeugt und auf ein lichtempfindliches Bauelement gerichtet werden, das unter Lichteinfluß die Widerstands- bzw. Spannungsverhältnisse im jeweiligen Glied ändert, dadurch gekennzeichnet, daß von Gebern binäre Eingangssignale lichtempfindlichen Bauelementen und/oder spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelementen von Gliedern zugeführt werden, daß das binäre Ausgangssignal als Strom- oder Spannungssignal mit einem einer ersten binären Wertigkeit zugeordneten Pegel unmittelbar oder mittelbar eine Einrichtung in Betrieb setzt, die bei unbeabsichtigtem Betrieb eine Gefahr bildet, daß dem der zweiten binären Wertigkeit zugeordneten Pegel des Ausgangssignals der Stillstand der Einrichtung entspricht und daß die Glieder die durch Lichtstrahlen übertragenen Signale derart verknüpfen, daß bei einer Störung der Lichtübertragung zwischen einander zugeordneten lichtemittierenden Bauelementen und lichtempfindlichen Bauelementen das Ausgangssignal auf dem der zweiten binären Wertigkeit entsprechenden Pegel gehalten oder eingestellt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltungszweige (3; 9), die je über einen Schließer (4) oder Öffner (10) an eine Betriebsspannungsquelle anlegbar sind, spannungsabhängig lichtemittierende Bauelemente (7, 8; 11, 12, 20, 21) und Photowiderstände (5, 6; 13, 22) enthalten, die gegen Fremdlichteinfluß abgeschirmt derart miteinander gekoppelt sind, daß je ein lichtemittierendes Bauelement (7; 11) in einem Schaltungszweig mit einem Photowiderstand (13; 5) im anderen Schaltungszweig zusammenwirkt, daß ein weiteres spannungsabhängig lichtemittierendes Bauelement (12) in Reihe mit dem Photowiderstand (13) im Schaltungszweig mit dem Öffner (10) angeordnet ist und mit diesem Photowiderstand (13) zusammenwirkt und daß der Schaltungszweig mit dem Öffner (10) den Ausgang (29) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließer (4) und der Öffner (10) jeweils als Tastschalter ausgebildet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter, über einen weiteren mit dem ersten Öffner (10) mechanisch gekuppelten Öffner (19) an Betriebsspannung anlegbarer Schaltungszweig (17) mit spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelementen (20, 21) und einem Photowiderstand (22) vorgesehen ist, die je mit einem spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement (8) und einem Photowiderstand (6) im ersten Schaltungszweig gegen Fremdlichteinfluß abgeschirmt derart gekoppelt sind, daß je ein lichtemittierendes Bauelement (20; 8) und ein Photowiderstand (6; 22) zusammenwirken, daß ein weiteres spannungsabhängig lichtemittierendes Bauelement (21) im dritten Schaltungszweig in Reihe mit dem Photowiderstand (22) angeordnet ist und mit diesem zusammenwirkt und daß der dritte Schaltungszweig (17) und der zweite Schaltungszweig (9) je über spannungsabhängig lichtemittierende Bauelemente (14, 15; 23, 24) auf photovoltaische Elemente (16, 25) einwirken, die zwischen zwei Anschlüssen (28, 27) in Reihe gelegt sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Anschlüsse (28, 27) ein Relais (28) angeschlossen ist, dessen Ansprechspannung größer als die Ausgangsspannung jeweils eines photoelektrischen Elements (16, 25) ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei spannungsabhängig lichtemittierende Bauelemente (14, 15; 23, 24) mit je einem photovoltaischen Element (16, 25) zusammenwirken.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schaltungszweig (3) ein erster und zweiter Photowiderstand (5, 6) und ein erstes und zweites lichtemittierendes Bauelement (7, 8) in Reihe mit dem Schließer (4) angeordnet sind, daß im zweiten und dritten Schaltungszweig (9; 17) nach dem jeweiligen Öffner (10, 19) je ein lichtemittierendes Bauelement (11; 12) parallel zu der Reihenschaltung eines Photowiderstands (13; 22) eines lichtemittierenden Bauelements (12; 21) und der lichtemittierenden Bauelemente (14, 15; 23, 24) an den photovoltaischen Elementen (16, 25) angeordnet sind, daß je die lichtemittierenden Bauelemente (12; 21) in den Reihenschaltungen des zweiten und dritten Schaltungszweigs (9; 17) und das erste und zweite lichtemittierende Bauelement (7; 8) im ersten Schaltungszweig auf die Photowiderstände (13, 22) des zweiten und dritten Schaltungszweigs (17) einwirken und daß die lichtemittierenden Bauelemente (11; 20) hinter den Öffnern (10, 19) jeweils auf den ersten und zweiten Photowiderstand (5, 6) einwirken.

8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffner (10, 19) Bestandteile eines Not-Aus-Schalters sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Bauelemente (7, 8, 11, 12, 14, 15, 20, 21, 23, 24) Leuchtdioden sind.

10. Schaltungsanordnung insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in einer Reihenschaltung an eine Betriebsspannung angelegte Photowiderstände (5, 6), die je von einem spannungsabhängig lichtempfindlichen Bauelement (11, 20) beleuchtbar sind, einen Gesamtwiderstand aufweisen, der bei Beleuchtung eines oder keines Photowiderstands (5, 6) hoch und bei Beleuchtung beider Photowiderstände niedrig ist und damit bezüglich der durch die Lichtstrahlen verkörperten digitalen Signale eine UND-Funktion bildet.

11. Schaltungsanordnung insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Betriebsspannung angelegter Photowiderstand (13), der von mindestens zwei spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelementen (7, 12) beleuchtbar ist, ohne Beleuchtung einen hohen und bei Beleuchtung durch wenigstens ein Bauelement einen niedrigen Widerstand hat und damit bezüglich der durch die Lichtstrahlen verkörperten digitalen Signale eine ODER-Funktion bildet.

12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Betriebsspannung angelegter Photowiderstand (22), der in Reihe mit einem spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement (21) angeordnet und von diesem sowie einem weiteren spannungsabhängig lichtemittierenden Bauelement beleuchtbar ist, bei Beleuchtung durch das weitere lichtemittierende Bauelement einen niedrigen Widerstand hat, durch den das in Reihe angeordnete Bauelement (21) zum Lichtemittieren angeregt wird, wodurch der niedrige Widerstandswert unter Zuordnung zu dem als Lichtstrahl ausgesandten Signal gespeichert wird.