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Lichtschranke mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger
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Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit einem Lichtsender und
einem Lichtempfänger Dabei kann die Lichtschranke als Einweg-Lichtschranke ausgebildet
sein, bei der sich der Sender und der Empfänger bezüglich des Laufweges eines zu
überwachenden Gegenstandes gegenüberliegen, wobei diese Einweg-Lichtschranken insbesondere
auch sogenannte Gabelkoppler sein können, bei denen der Lichtstrahl nur einen relativ
engen Spalt zwischen Lichtsender und Lichtempfnger überbrückt, die sich in den Schenkeln
eines gabelförmigen Gehäuses gegenüberliegen. Die Lichtschranke kann aber auch eine
sogenannte Reflex-Lichtschranke sein, bei der Sender und Empfänger im wesentlichen
nebeneinander angeordnet sind und bei der der vom Licht sender ausgehende Lichtstrahl
an einem Reflektor reflektiert und auf den Lichtempfänger zurückgeworfen wird.
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Bei Lichtschranken der vorstehend beschriebenen Art können ebenso
wie bei allen anderen technischen Geräten Störungen eintreten, die je nach Einsatzzweck
der Lichschranke, wenn sie unbemerkt bleiben, erhebliche Sachschäden und ggf. auch
Personenschäden zur Folge haben können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung von Schäden
beim Ausfall einer Lichtschranke, eine Prüfung der Funktionsfähigkeit derselben
zu ermöglichen, insbesondere eine automatische und periodische Prüfung der Funktionsfähigkeit.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Sperreinrichtungen
vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Lichtsender sperrbar ist und daß Auswerteeinrichtungen
vorgesehen sind, durch die bei Sperrung des Senders, beim Ausbleiben eines Signalwechsels
an dem bis dahin ein Empfangssignal erzeugenden Lichtempfänger ein Alarmsignal erzeugbar
ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist also darin zu sehen, daß bei einer
willkürlichen Sperrung des Senders, am Empfänger ebenso ein Signaiwechsel auftreten
muß, wie wenn der Lichtstrahl zwischen Sender und Empfänger beispielsweise durch
ein/ zu überwachenden Gegenstand unterbrochen worden wäre. Wenn aber in diesem Fall
am mpfänger kein Signalwechsel eintritt, dann bedeutet dies, daß die Lichtschranke
und zwar in diesem Fall der Empfänger, eine Funktionsstörung aufweist.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn man die Sperreinrichtungen
als periodisch betätigbare Sperreinrichtungen ausbildet, da auf diese Weise eine
kontinuierliche überwachung der Funktionsfähigkeit der Lichtschranke ermöglicht
wird.
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Weiterhin hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft
erwiesen, wenn die Sperreinrichtungen derart ausgebildet sind, daß die Ausgangsleistung
des Lichtsenders durch sie bis zur vollständigen Sperrung desselben,zeitlich gesteuert
absenkbar ist, und wenn die Auswerteeinrichtungen derart ausgebildet sind, daß durch
sie bei oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegender Senderleistung beim Auftreten
eines Signalwechsels an dem bis dahin ein Empfangssignal erzeugenden Lichtempfänger
ein Voralarm-Signal erzeugbar ist. Auf diese Weise läßt sich nämlich ein Absinken
der Empfindlichkeit des Lichtempfängers feststellen, wie es beispielsweise durch
ein Verschmutzen der Empfängeroptik hervorgerufen werden kann.
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Zusätzlich oder statt dessen, können dem Empfänger Einrichtungen zur
Änderung seiner Empfindlichkeit zugeordnet sein, so daß die Möglichkeit besteht,
in Abhängigkeit von der jeweiligen Senderleistung und der eingestellten Empfängerempfindlichkeit
einerseits die Funktionsfähigkeit der Lichtschranke zu überprüfen, und andererseits
einen drohenden Ausfall der Lichtschranke rechtzeitig zu erkennen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen: Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
einer überprüfbaren Lichtschranke gemäß der Erfindung und
Figur
2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Empfängerteils einer abgewandelten Ausführungsform
einer überprüfbaren Lichtschranke gemäß der Erfindung.
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Im Einzelnen zeigt Figur 1 eine überprüfbare Lichtschranke, mit einem
Senderteil 10 und einem Empfängerteil 12. Der Senderteil 10 umfaßt dabei einen Impulsgenerator
14, der über einen Prüfschalter 16 mit einem Lichtsender 18 verbunden ist.
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Mit dem Lichtsender 18 der symbolisch als Leuchtdiode dargestellt
ist, ist ein symbolisch als Fototransistor dargestellter Lichtempfänger 20 des Empfängerteils
12 optisch gekoppelt. Die Ausgangssignale des Lichtempfängers 20 werden über ein
Bandfilter 22 und einen Impulsformer 24 an den einen Eingang eines Flip-Flops 26
angelegt, dessen Takteingang mit dem Ausgang des Impulsgenerators 14 verbunden ist.
Der Ausgang des Flip-Flops 26 ist über einen Widerstand 28 mit der Basis eines Ausgangstransistors
30 verbunden, dessen Emitter an der Speisespannung + U liegt und dessen Kollektor,
der den Ausgang A des Empfängerteils 12 bildet, über einen Kollektorwiderstand 32
mit Bezugspotential verbunden ist. Dabei liegt parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke
des Ausgangstransistors 30, eine der Spannungsstabilisierung dienende Zenerdiode
34.
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Die vorstehend beschriebene Schaltung gemäß Figur 1 arbeitet wie folgt:
Während des normalen Betriebs liefert der Impulsgenerator 14 eine Impulsfolge, beispielsweise
mit Impulsen mit einer Dauer
von 35 As , bei einer Periodendauer
von 3,7 ms, die über den normalerweise geschlossenen und daher als Ruhekontakt dargestellten
Prüfschalter 16, an den Lichtsender 18 gelangen. Der Lichtsender 18 erzeut daraufhin
entsprechende Lichtimpulse, die vom Lichtempfänger 20 empfangen und in elektrische
Impulse umgesetzt werden Diese elektrischen Impulse vom Ausgang des Lichtempfängers
20 werden in dem Bandfilter 22 gefiltet, derart, daß von dem Bandfilter 22 nur mittlere
Frequenzen des elektrischen Impulssignals durchgelassen werden. Das so erhaltene
Signal wird dann von dem Impulsformer 24 in ein Rechtecksignal umgeformt und gelangt
an den einen Eingang, nämlich den Setzeingang des Flip-Flops 26.
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Am zweiten Eingang, nämlich am Takteingang des Flip-Flops 26, liegt
direkt das Ausgangssignal des Impulsgenerators 14, und das Flip-Flop 26 ist so ausgebildet,
daß es durch Impulse an seinem Setzeingang.nur dann gesetzt werden kann, wenn diese
synchron mit den Impulsen vom Ausgang des Impulsgenerators 14 auftreten. Auf diese
Weise wird sichergestellt, daß durch das Takten des Lichtsenders 18 und durch das
Synchronisieren des Empfängerteils 12 mit dem Takt des Senderteils 10, Störungen
unterdrückt werden, wie sie beispielsweise durch das Einschalten einer Lichtquelle
im Bereich des Lichtempfängers 20 auftreten könnten. Wenn das Flip-Flop durch einen
synchron mit einem Ausgangsimpulsimpuis des Impulsgenerators 14 auftretenden Impuls
vom Ausgang des Impulsformers 24 gesetzt ist, dann behält es diesen Zustand so lange
bei, wie der Impulsgenerator 14 arbeitet und die optische Kopplung bzw. der Lichtstrahl
zwischen Lichtsender 18 und Lichtempfänger 20 nicht unterbrochen wird. Dementsprechend
kann der Ausgangstransistor
30 über den damit verbundenen Ausgang
des Flip-Flops 26 beispielsweise in den leitenden Zustand gebracht und in diesem
gehalten werden, so daß sich am Ausgang A der Schaltung ein Signalpegel ergibt,
der im wesentlichen der Speisespannung + U entspricht.
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Wenn der Lichtstrahl zwischen Lichtsender 18 und Lichtempfänger 20
unterbrochen wird, dann wird das Flip-Flop 26 beim nächsten Impuls vom Impulsgenerator
14 zurückgesetzt, da nunmehr kein entsprechender Impuls vom Ausgang des Impulsformers
24 vorhanden ist. Damit geht der Ausgang des Flip-Flops 26 auf seinen zweiten Zustand,
so daß der Ausgangstransistor 30 gesperrt wird, was zur Folge hat, daß sich am Ausgang
A der Schaltung im wesentlichen das Bezugspotential ergibt.
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Während bei einer normalen Lichtschranke, wie sie bisher verwendet
wird, nur dann ein Potentialwechsel am Ausgang A auftritt wenn bei eingeschaltetem
Impulsgenerator 14 eine Unterbrechung des Lichtstrahls zwischen dem Lichtsender
18 und dem Lichtempfänger 20 erfolgt, kann erfindungsgemäß zu Prüfzwecken während
des'Betriebes der Lichtschranke, ein Prüfsignal beispielsweise mittels eines von
Hand betätigbaren Schalters erzeugt werden, durch welches der normalerweise geschlossene
Prüfschalter 16 geöffnet wird, so daß der Lichtsender 18 bei laufendem Impulsgenerator
14 willkürlich gesperrt werden kann. Wenn sich nun bei Sperrung des Lichtsenders
18 durch öffnen des Prüfschalters 16 am Ausgang A der.Schaltung kein Signalwechsel
von (näherungsweise) Speisespannung + U nach Bezugspotential ergibt, dann zeigt
dies, daß im Empfängerteil 12 eine Störung vorhanden ist, die unabhängig von der
tatsächlichen Situation, eine optische Kopplung zwischen Lichtsender 18 und Lichtempfänger
20 vortäuscht.
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Dieser Zustand kann im Sinne der Erzeugung eines Alarmsignals ausgewertet
werden, wenn man das Prüfsignal dem einen Eingang einerUND-Schaltung.36 zuführt,
deren negierter, zweiter Eingang mit dem Ausgang A der Schaltung verbunden ist,
und deren Ausgang mit einer Alarmschaltung 38 verbunden ist, die optische und/oder
akustische Alarmsignale erzeugen und ggf. geeignete Abschaltungen durchführen kann,
um die aufgrund der Betriebsstörung bestehenden Gefahren zu vermeiden.
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Obwohl es bereits zweckmäßig ist, beispielsweise bei jedem Einschalten
einer Maschine bzw. einer Lichtschranke mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen
Prüfeinrichtungen, eine kurze Überprüfung auf die Funktionsfähigkeit der Lichtschranke
durchzuführen, ist es in der Praxis günstig, wenn diese Prüfung regelmäßig, d. h.
periodisch wiederholt wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Lichtschranke
während des Betriebes periodisch auf ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen, wobei
es besonders einfach und zweckmäßig ist, die Prüfsignale im Abhängigkeit von der
Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators jeweils für die Dauer mehrerer Ausgangsimpulse
desselben zu erzeugen.
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Zusätzliche Prüfmöglichkeiten ergeben sich, wenn man die Schaltung
gemäß Figur 1 mit dem gestrichelt eingezeichneten Schaltkreis 40 ergänzt, welcher
den Ausgang des Taktgenerators 14 über eine RC-Schaltung und einen Schwellwertschalter
derart mit einem Rückstelleingang des Flip-Flops 26 verbindet, daß das Flip-Flop
jeweils nach einer halben Periode der Impulsfolge am Ausgang des Impulsgenerators
14 zurückgesetzt wird, so daß sich ein getaktetes Ausgangs signal am Ausgang A
der
Schaltung ergeben müß?, wenn die Schaltung insgesamt einwandfrei arbeitet. Durch
den ergänzend vorgesehenen Schaltkreis 40 ist es also möglich, auch die einwandfreie
Funktion des Ausgangskreises mit dem Flip-Flop 26 und dem Ausgangstransistor zu
überwachen. Wenn nämlich das Ausgangssignal am Ausgang A bei Vorhandensein des Schaltkreises
40 nicht getaktet wird, dann zeigt dies, daß der Ausgangstransistor 30 durchlegiert
hat oder daß das Flip-Flop 26 ausgefallen ist woraufhin wieder ein entsprechendes
Alarmsignal und/oder eine Abschaltung herbeigeführt werden kann.
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Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des Empfängerteils
einer abgewandelten Ausführungsform einer über; prüfbaren Lichtschranke gemäß der
Erfindung. Bei dem Empfängerteil der Lichtschranke gemäß Figur 2 ist eingangsseitig
zunächst wieder ein Lichtempfänger 20 vorgesehen, der das Licht aus dem zugeordneten
Lichtsender, wie eingangs ausgeführt, entweder direkt empfangen kann(Einweglichtschranke)
- oder über einen Reflektor. Der Ausgang des Lichtempfängers 20 ist wieder mit einem
Bandfilter 22 verbunden, dessen Ausgang mit einem Verstärker 42 verbunden ist. Der
Ausgang des Verstärkers 42 ist mit den Signaleingängen zweier Komparatoren 44, 46
verbunden, an deren Referenzspannungseingängen zwei verschiedene Referenzspannungen
U1 und U2 anliegen. Am Ausgang jedes der beiden Komparatoren 44, 46 liegt dann ähnlich
wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, jeweils wieder ein Flip-Flop 26 bzw.
26', so daß sich für den in Figur 2 gezeigten Empfängerteil zwei Ausgänge Al und
A2 ergeben.
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Der Empfängerteil gemäß Figur 2 arbeitet im Prinzip im wesentlichen
ebenso wie der Empfängerteil 12 des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, wobei jedoch
durch die beiden Komparatoren 44, 46 mit ihren verschiedenen Referenzspannungen
U1, U2 die Möglichkeit besteht, auch die Intensität des Empfangssignals vom Lichtempfänger
20 auszuwerten, beispielsweise in dem Sinne, daß eine Verschmutzung der Senderoptik
oder der Empfängeroptik oder eine Beschädigung bzw. Verschmutzung des Reflektors
einer Reflexlichtschranke frühzeitig erkannt und zur Auslösung eines Voralarms ausgewertet
werden kann. Wenn beispielsweise am Ausgang des dem zweiten Komparator 46 zugeordneten
Flip-Flops 26' ein Signal erscheint, welches anzeigt, daß eine am zweiten Komparator
46 eingestellte, kleinere Referenzspannung U2 erreicht wird, während am Ausgang
A1 des Flip-Flops 26, welches dem ersten Komparators 44 zugeordnet ist, kein Signal
erscheint, was bedeutet, daß die höhere Referenzspannung Ul für den Komparator 44
nicht erreicht wird, obwohl dies nach der Auslegung der Lichtschranke bei aktiviertem
Lichtsender der Fall sein müßte, dann zeigt dies eine entsprechende Störung an.
Somit ist es möglich, bei Voliegen unterschiedlicher Ausgangssignale an den Ausgängen
A1 und A2 beispielsweise unter Verwendung einer UND-Schaltung mit einem negiertem
Eingang ein Voralarmsignal auszulösen.
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Bei dem Empfängerteil gemäß Fig. 2 läßt sich ein Voralarm, der einen
möglicherweise bevorstehenden Ausfall der Lichtschranke anzeigt, auch dadurch erzeugen,
daß man die Verstärkung des Verstärkers 42 in definierter Weise herabregelt, um
festzustellen, ob am Ausgang des Verstärkers auch bei verringerter Verstärkung noch
ein auswertbares Empfangssignal erscheint. Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei
Verwendung nur eines Komparators die Referenzspannung für diesen Komparator um einen
definierten Betrag anzuheben, um zu
überprüfen, ob das Ausgangssignal
des Verstärkers 42 noch ausreichend weit über einem vorgegebenen Mindestwert liegt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich bei der Verwendung von
zwei oder mehr Komparatoren außerdem die Möglichkeit, durch logische Verknüpfung
der Ausgangssignale bei einer Reflex-Lichtschranke festzustellen, in welchem Abstand
von der Sende/Empfangs-Ebene ein Reflektor sich befindet. Ahnliche Unterscheidungsmöglichkeiten
ergeben sich auch hinsichtlich der Verwendung von Reflektoren mit unterschiedlichem
Reflexionsvermögen, wobei es besonders interessant ist, daß beim Einsatz von zwei
oder mehr Komparatoren auch Gegenstände mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen
unterschieden werden können.
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