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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Pressen und ähnliche Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspru -ches 1.
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Mit Lichtstrahlen arbeitende Sicherheitseinrichtungen werden bei verschiedenen, industriell genutzten Maschinen, wie Pressen verwendet, um das Einbringen der Hand u. ä. der Bedienungsperson in einen ganz bestimmten gefährlichen Bereich der Maschine festzustellen. Aus der DE 24 51 100 ist eine Selbstüberwachungseinrichtung für eine Sicherungseinrichtung zur Steuerung einer Maschine in Abhängigkeit vom Eindringen eines Gegenstandes in eine Schutzzone bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung sind eine Steuereinrichtung, um nacheinander ein Ansteuersignal an eine Anzahl lichtemittierender Elemente anzulegen, eine Anzahl lichtaufnehmender Elemente, die in Gegenüberlage zu der Anzahl lichtemittierender Elemente angeordnet sind, um Licht von den entsprechenden lichtemittierenden Elementen aufzunehmen, und eine Abgabeeinrichtung vorgesehen, welche ein eine Lichtunterbrechung feststellendes Signal abgibt, wenn ein Lichtstrahl von dem entsprechenden lichtemittierenden Element unterbrochen worden ist. Darüber hinaus weist die bekannte Selbstüberwachungseinrichtung digitale Signale verarbeitende Einrichtungen und Anordnungen auf, um zu erreichen, daß die Sicherungseinrichtung auch dann abschaltet, wenn sich kein Gegenstand in der Schutzzone befindet, die Sicherungseinrichtung selbst jedoch einen Fehler aufweist, aufgrund dessen eine sichere Überwachung der Schutzzone nicht mehr möglich ist.
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In Fig. 1 ist im einzelnen eine übliche Schaltungsanordnung einer weiteren mit Lichtstrahlen arbeitenden Sicherungseinrichtung dargestellt, in welcher eine Anzahl lichtemittierender Dioden LED 1 bis LEDn zur Schaffung eines Strahlenkreises vorgesehen sind, der durch eine Anzahl Lichtstrahlen in einem (nicht dargestellten) ganz bestimmten, gefährlichen Bereich ausgebildet ist, und es sind eine Anzahl als Phototransistoren ausgebildete lichtaufnehmende Elemente PHT 1 bis PHTn zur Aufnahme von Licht vorgesehen, das von den als lichtemittierenden Dioden ausgebildeten Elementen LED 1 bis LEDn abgegeben worden ist. Das heißt, die Anzahl lichtemittierender Dioden LED 1 bis LEDn und die Anzahl der entsprechenden Phototransistoren PHT 1 bis PHTn sind so angeordnet, daß sie bei dem genau festgelegten gefährlichen Bereich einander gegenüberliegen.
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Ausgänge der Phototransistoren PHT 1 bis PHTn werden Verstärkern A 1 bis An zugeführt, welche ein Signal mit niedrigem Ausgang abgeben wenn die entsprechenden Phototransistoren PHT 1 bis PHTn sich in dem Lichtaufnahmezustand befinden. Die Verstärker A 1 bis An geben ein Signal mit hohem Pegel ab, wenn die entsprechenden Phototransistoren PHT 1 bis PHTn sich nicht in dem Lichtaufnahmezustand befinden, wenn nämlich die entsprechende lichtemittierende Diode LEDk kein Licht abgibt, oder wenn der Lichtstrahl, der von der lichtemittierenden Diode LEDk an den Phototransistor PHTk abgegeben worden ist, unterbrochen wird. Die Lichtemission durch die lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn und die Lichtaufnahme durch die Phototransistoren PHT 1 bis PHTn werden nacheinander durch eine als Abtastschaltung ausgebildete Ansteuereinrichtung 10 abgetastet, welche einen Taktimpulsgenerator 11, einen Zähler 12, einen Dekodierer 13 und eine Treiber- und Ansteuerstufe 14 aufweist. Der Zähler 12 zählt impulsförmige Signale einer ganz bestimmten, durch den Takt -impuls-Generator 11 erzeugten Frequenz; der Zählwert des Zählers 12 wird durch den Dekodierer 13 dekodiert, und der Ausgang des Dekodierers 13 wird über die Treiber- und Ansteuerstufe 14 den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zugeführt. Folglich werden die lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn durch den von der Treiberstufe 14 abgegebenen Ansteuerimpuls nacheinander zum Leuchten angeregt.
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Der von der Treiberstufe 14 abgegebene Ansteuerimpuls wird den Verstärkern A 1 bis An zugeführt. Folglich verstärken die Verstärker A 1 bis An die Ausgänge der Phototransistoren PHT 1 bis PHTn synchron mit dem Leuchten der lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn. Auf diese Weise wird die Lichtaufnahme der Phototransistoren PHT 1 bis PHTn durchgeführt. Die Ausgänge der Verstärker A 1 bis An werden entsprechenden Halteschaltungen H 1 bis Hn zugeführt, welche einen Widerstand R o und einen Kondensator C o aufweisen. Die Halteschaltung (H 1 bis Hn) ist, wenn der Ausgang des Verstärkers (A 1 bis An) als Ergebnis eines Lichtempfangs an dem Phototransistoren (PHT 1 bis PHTn) auf einen niedrigen Pegel geht, bis zur nächsten Abtastung auf niedrigem Pegel gehalten.
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Wenn in Fig. 2 die Lichtaufnahmesignale, wie sie in den Zeilen (a) bis (c) dargestellt sind, von den Verstärkern A 1 bis An entsprechend der Abtastung der lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn abgegeben werden, werden diese Signale infolge der Zeitkonstanten, die durch den Widerstand R und den Kondensator C o der Halteschaltungen H 1 bis Hn gebildet ist, in Wellenformen umgeformt, wie sie in den Zeilen (d) bis (f) dargestellt sind, und die Ausgänge der Halteschaltungen H 1 bis Hn werden auf dem niedrigen Pegel gehalten. Gestrichelte Linien in den Zeilen (d) bis (f) der Fig. 2 zeigen die Schwellenwertpegel an, um festzustellen, wenn der Pegel der niedrige Pegel ist. Die Ausgänge der Halteschaltungen H 1 bis Hn werden über Dioden D 1 bis Dn integriert und dann der Basis eines Transistors Tr 1 zugeführt. Wenn alle Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn an den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn nicht unterbrochen werden, ist eine Spannung, die an einem Vorspannungseinstellwiderstand R 2 erzeugt wird, auf dem niedrigen Pegel, und der Transistor Tr 1 befindet sich in nichtleitendem Zustand. Der Kollektor des Transistors Tr 1 ist über einen Widerstand R 4 und eine Diode D o mit der Basis eines Transistors Tr 2 verbunden. Ein Kondensator C 2 ist zwischen den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 4 und der Diode D o und Erde geschaltet. Wenn der Transistor Tr 1 nicht leitend ist, liegt die Spannung V 1 an dem Kollektor des Transistors Tr 1 an, der Transistor Tr 2 wird durch die Spannung V 1 leitend, und eine eine Lichtunterbrechung feststellende Relaiswicklung L, die mit dem Kollektor des Transistors Tr 2 verbunden ist, wird erregt. Das heißt, auf diese Weise wird festgestellt, daß keiner der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zu den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn unterbrochen ist.
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Wenn dagegen einer der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zu den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn unterbrochen ist, befindet sich der Ausgang des Verstärkers Ak, welcher den Ausgang des Phototransistors PHtk verstärkt, welcher für den unterbrochenen Strahl von Belang ist, auf einem hohen Pegel, der Ausgang der entsprechenden Halteschaltung Hk geht folglich auf den hohen Pegel, der Transistor Tr 1 wird dadurch leitend, der Kollektor des Transistors Tr 1 geht wegen des Vorhandenseins eines Kollektorwiderstandes R 3 des Kollektors Tr 1 auf den niedrigen Pegel, die aufgebrachte Ladung wird entladen, der Transistor Tr 2 wird nichtleitend, und die eine Lichtunterbrechung feststellende Relaiswicklung L wird nicht erregt. Folglich wird der Lichtunterbrechungszustand festgestellt.
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Bei der herkömmlichen Sicherheitseinrichtung mit der vorste -hend beschriebenen Schaltungsanordnung sollte, wie aus Fig. 2 zu ersehen, die Zeitkonstante länger als eine einzige Abtastzeit für die lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn eingestellt werden, und folglich dauert es eine verhältnismäßig lange Zeit, bis von dem Auftreten einer Lichtunterbrechung, bis die eine Lichtunterbrechung feststellende Relaiswicklung L in den nichterregten Zustand kommt. Dies wird noch ausgeprägter, wenn die Anzahl Lichtstrahlen (optischer Achsen) zunimmt. Diese Tatsache stellt eine Schwierigkeit dar, die bei einer Sicherheitseinrichtung nicht vernachlässigbar ist, de -ren Zweck es ist, das Einbringen bzw. das Eintreten einer Hand u. ä.in den gefährlichen Bereich unverzüglich festzustellen, und aufgrund dieser Tatsache ist die Möglichkeit nicht auszuschließen, daß es zu einem schwerwiegenden Unfall kommt. Außerdem muß bei der herkömmlichen Schaltung zum Unterdrücken des Rauschens eine integrierende Schaltung, welche den Widerstand R 4 und den Kondensator C 2 aufweist, vorgesehen sein, wodurch die Zeit zum Feststellen einer Lichtunterbrechung noch zusätzlich verlängert wird.
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Gemäß der Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen beseitigt werden, und es soll eine Sicherheitseinrichtung geschaffen werden, bei welcher eine Lichtunterbrechung in sehr kurzer Zeit feststellbar ist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Sicherheitseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung eine Anzahl lichtemittierender und lichtaufnehmender Elemente so angeordnet, daß die Lichtemission von den lichtemittierenden Elementen und die Lichtaufnahme der lichtaufnehmenden Elemente nacheinander abgetastet werden, um nacheinander eine Unterbrechung eines der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden zu den lichtaufnehmenden Elementen festzustellen.
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Hierbei ist die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung mit einer ersten Speichereinrichtung zum Speichern der Ausgänge der lichtaufnehmenden Elemente, wobei eine gespeicherte Information vor dem Abtasten der lichtaufnehmenden Elemente gelöscht wird, und mit einer zweiten Speichereinrichtung versehen, um den Ausgang der ersten Speichereinrichtung nach dem Abtasten der lichtaufnehmenden Elemente zu speichern. Die Sicherheitseinrichtung ist entsprechend ausgelegt, um den Lichtunterbrechungsausgang von dem zweiten Speicher zu erhalten, so daß die Zeitspanne zum Feststellen einer Lichtunterbrechung sehr stark verkürzt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen, mit Lichtstrahlen arbeitenden Sicherheitseinrichtung;
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Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wiedergibt;
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Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wiedergibt und
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Fig. 5 ein Zeitdiagramm zum Vergleichen der Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform und der Arbeitsweise der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten Schaltung.
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Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nunmehr im einzelnen anhand der Zeichnungen in den Fig. 3 bis 5 beschrieben. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der eine Lichtunterbrechung feststellenden Schaltung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung. In Fig. 3 sind Elemente, welche funktionell Elementen der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten Schaltung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet. Die Ausführung der Abtastschaltung 10 zum Steuern der Lichtabgabe von lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn ist dieselbe wie bei der herkömmlichen in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Lichtstrahlen, welche von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn abgegeben worden sind, durchstrahlen den (nicht dargestellten) genau festge -legten, gefährlichen Bereich und werden an Phototransistoren PHT 1 bis PHTn empfangen. Die Kollektoren der Phototransistoren PHT 1 bis PHTn sind mit einer Energiequelle V 1 verbunden; die Emitter sind mit den Basen von Transistoren TR 1 bis TRn verbunden. Wenn die Phototransistoren PHT 1 bis PHTn die Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn empfangen, werden die Transistoren TR 1 bis TRn, welche den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn zugeordnet sind, welche Licht empfangen haben, leitend und von deren Emitter werden Signale mit hohem Pegel abgegeben. Die von den Emittern der Transistoren TR 1 bis TRn abgegebenen Signale werden über Kopplungskondensatoren CA 1 bis CAn und Feldeffekttransistoren FET 1 bis FETn einem von zwei Eingängen von NAND-Schaltungen NA 1 bis NAn zugeführt. An die Steuerelektroden oder Gates der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FETn und an den anderen Eingang jeder der als NAND-Schaltungen ausgebildeten 1. Verknüpfungsglieder NA 1 bis NAn werden Ansteuersignale (siehe die Zeilen (a) bis (c) der Fig. 4) für die lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn angelegt, welche Signale in einer Treiber- und Ansteuerstufe 14 der Abtastschaltung 10 erzeugt werden. Das heißt, der Feldeffekttransistor (FET 1 bis FETn) wird synchron mit dem Leuchten der lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn durchgeschaltet, und eine der NAND-Schaltungen NA 1 bis NAn wird bereit, um synchron mit dem Leuchten der lichtemittierenden Diode (LED 1 bis LEDn) betrieben zu werden.
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Die lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn leuchten nacheinander, und folglich werden die Transistoren TR 1 bis TRn nacheinander leitend, wenn keiner der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zu den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn unterbrochen wird, und es werden impulsförmige Signale, wie sie in den Zeilen (d) bis (f) der Fig. 1 dargestellt sind, von den NAND-Schaltungen NA 1 bis NAn abgegeben. Diese Signale werden dem jeweiligen umgekehrt gesetzten Eingang ≙ von RS-Flip-Flops FF 1 bis FFn zugeführt, die jeweils aus zwei NOR-Schaltungen bestehen. Andererseits wird an dem jeweiligen, umgekehrt rückgesetzten Eingang ≙ des Flip-Flops FF 1 bis FFn ein Ansteuersignal für die lichtemittierende Diode, die unmittelbar vor der lichtemittierenden Diode LED 1 bis LEDn abzutasten ist, die dem relevanten Flip-Flop FF 1 bis FFn entspricht (beispielsweise die lichtemittierende Diode LEDn für das Flip-Flop FF 1 und die lichtemittierende Diode LED 1 für das Flip-Flop FF 2) über als Inverter ausgebildete 2. Verknüpfungsglieder I1 bis In zugeführt. Folglich werden die Ausgänge der Flip-Flop FF 1 bis FFn so, wie in den Zeilen (g) bis (i) der Fig. 4 dargestellt ist. Der Ausgang des Flip-Flops FF 1 bis FFn wird einem Dateneingangsanschluß D eines D-Flip- Flops DF 1 bis DFn zugeführt. An einem Takteingangsanschluß C des D-Flip-Flops DF 1 bis DFn wird ein Ansteuersignal für die lichtemittierende Diode, die unmittelbar nach der lichtemittierenden Diode LED 1 bis LEDn entsprechend dem relevanten Flip-Flop FD 1 bis FDn abzutasten ist (beispielsweise die lichtemittierende Diode LED 2 für das Flip-Flop DF 1 und die lichtemittierende Diode LED 3 für das Flip-Flop DF 2) zugeführt. Folglich wird dann der Ausgang Q des Verzögerungs- (Delay) Flip-Flops DF 1 bis DFn auf dem hohen Pegel gehalten, wenn nicht der Lichtstrahl von der entsprechenden lichtemittierenden Diode LED 1 bis LEDn zu dem Phototransistor PHT 1 bis PHTn unterbrochen wird (siehe Zeilen (j) bis (l) der Fig. 4). Die Ausgänge der Verzögerungs-Flip-Flops DF 1 bis DFn werden über die entsprechenden Dioden DA 1 bis DAn integriert und zu einem Ausgangsanschluß OUT geleitet.
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In dem Fall, daß keiner der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zu den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn unterbrochen ist, bleiben die Ausgänge Q der Verzögerungs-Flip-Flops DF 1 bis DFn auf dem hohen Pegel, und ein Signal mit hohem Pegel wird von dem Ausgangsanschluß OUT abgegeben. Wenn andererseits zumindest einer der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Dioden LED 1 bis LEDn zu den Phototransistoren PHT 1 bis PHTn unterbrochen wird (wenn beispielsweise der Lichtstrahl von der lichtemittierenden Diode unterbrochen wird), wird der Ausgang der NAND-Schaltung, welche dem unterbrochenen Lichtstrahl entspricht, beispielsweise der NAND-Schaltung NA 2, selbst zu dem Abtastzeitpunkt dieses Lichtstrahls nicht niedrig, und das Flip-Flop FF 2 wird folglich nicht gesetzt, das heißt, der Ausgang Q des Flip-Flops FF 2 wird ein niedriger Pegel. Folglich wird auch der Ausgang Q des Verzögerungs-Flip-Flops DF 2, das dem Flip-Flop FF 2 entspricht, zu dem Zeitpunkt, an welchem das Ansteuersignal für die lichtemittierende Diode LED 3 erzeugt wird, niedrig, und folglich geht das Signal an dem Ausgangsanschluß OUT auf einen niedrigen Pegel.
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Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform, wenn ein Lichtstrahl unterbrochen wird, der eine Lichtunterbrechung feststellende Ausgang bei dem Abtastzeitpunkt des Lichtstrahls, welcher dem unterbrochenen Lichtstrahl am nächsten ist, erzeugt. Diese Arbeitsweise kann unabhängig von der Anzahl der Lichtstrahlen durchgeführt werden.
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Nunmehr werden die Zeit bzw. der Zeitpunkt, wann bei dieser Ausführungsform eine Lichtunterbrechung festgestellt wird und der Zeitpunkt bzw. die Zeit bei der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten Schaltung anhand von Fig. 5 miteinander verglichen. Bei diesem Vergleich wird angenommen, daß die Anzahl Lichtstrahlen, welche den bestimmten, gefährlichen Bereich bedecken, 10 ist, und daß der siebte Strahl unterbrochen wird, während der dritte Strahl abgetastet wird.
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Fig. 5(a) zeigt den Abtastzeitpunkt jedes Strahls; Fig. 5(b) zeigt den Lichtunterbrechungszeitpunkt; wenn der siebte Strahl unterbrochen ist; Fig. 5(c) zeigt den eine Lichtunterbrechung feststellenden Ausgang gemäß der vorerwähnten Ausführungsform, und Fig. 5(d) zeigt den eine Lichtunterbrechung feststellenden Ausgang der herkömmlichen Schaltung. In Fig. 5(c) und (d) zeigt der niedrige Pegel der eine Lichtunterbrechung feststellenden Zustand an. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, ist der eine Lichtunterbrechung feststellende Zustand im Falle der erfindungsgemäßen Ausführungsform bei dem Abtastzeitpunkt des achten Strahls zustandegekommen, während im Falle der herkömmlichen Schaltung die Lichtunterbrechung bei dem Abtasten des siebten Strahls festgestellt wird, nachdem ein (ganzer) Abtastzyklus beendet ist. Es sollte daher zur Kenntnis genommen werden, daß die in Fig. 5 dargestellte Zeit T der herkömmlichen Schaltung, innerhalb welcher eine Lichtunterbrechung festgestellt wird, eine minimale Zeit bzw. Zeitminimum ist, und daß sie im praktischen Betrieb noch länger sein kann, da ein gewisser Spielraum bei der Zeitkonstanten der Halteschaltung und infolge der Zeitkonstanten, welche durch den Widerstand R 4 und den Kondensator C 2 gebildet ist, vorgesehen sein bzw. berücksichtigt werden sollte.