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Gabellichtschranken

Das Video zum Thema


Wichtiger Hinweis!

In diesem Kapitel beschreibe ich, wie man die Pin-Konfiguration unbekannter Gabellichtschranken experimentell bestimmen kann. Das hier beschriebene Verfahren führt dazu, dass die Lichtschranken nicht im optimalen Bereich betrieben werden! Es ist immer besser, einen Blick in's Datenblatt von Bauteilen zu werfen und eine Schaltung nach den dort angegebenen Parametern (z.B. LED-Strom) zu berechnen!

Unbekannte Pinkonfiguration

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 1:
Alte Drucker oder Scanner sind eine gute Quelle für Gabellichtschranken. Diese Exemplare stammen aus einem Multifunktionsdrucker (HP OfficeJet Pro 8500 Wireless).

Gabellichtschranke mit 4 Pins

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 2:
Üblicherweise besitzen Gabellichtschranken 4 Anschlusspins. Auf einer Seite befindet sich die LED, die typischerweise Infrarotlicht aussendet und auf der gegenüberliegenden Seite ein lichtempfindlicher Transistor.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 3:
Um die Anschlussbelegung herausfinden zu können wird eine 5V Gleichspannungsquelle, ein Multimeter in der Einstellung für Spannungsmessung und ein Widerstand im Bereich von etwa 10 Kiloohm benötigt. Die Gabellichtschranke wird über den Widerstand an die Gleichspannungsquelle angeschlossen und der Spannungsabfall an den Anschlusspins der Lichtschranke gemessen. Es gibt 4 mögliche Varianten, wobei in 3 Fällen der gemessene Spannungsabfall nahe den 5V ist und einen Fall, in dem die Spannung deutlich geringer ist.
Damit ist die LED-Seite und deren korrekte Polung bestimmt.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 4:
Nun gilt es, die Polung der Sensorseite herauszufinden. Dazu wird ein zweiter Widerstand im Bereich von 10 Kiloohm benötigt. Die Sensor-Seite wird über den zweiten Widerstand an die 5V angeschlossen. Mit dem Multimeter wird der Spannungsabfall an dem Sensor gemessen. Wird nun die LED-Seite über den ersten Widerstand mit korrekter Polung ebenfalls angeschlossen, so sollte die Spannung an den Sensorseite deutlich fallen. Ist das nicht der Fall, so wird die Polung auf der Sensor-Seite vertauscht und der Versuch erneut durchgeführt.
Die Spannung am Sensor sollte bei eingeschalteter LED auf deutlich unter 0.5V fallen. Der Reihenwiderstand auf der LED-Seite wird daher schrittweise verringert, bis schließlich bei diesem Typ und mit einem 1 Kiloohm Widerstand eine minimale Spannung von 0.15V zu messen ist.
Mit einem 12 Kiloohm Widerstand auf der Sensorseite und 1 Kiloohm auf der LED-Seite kann die hier zu sehende Gabellichtschranke an 5V Gleichspannung betrieben werden.
Der experimentell bestimmte LED-Strom ist auf der sicheren Seite. Für maximale Schaltgeschwindigkeit des Sensors kann der Serienwiderstand auf LED-Seite meist halbiert werden, aber das birgt immer das Risiko, einen zu hohen Strom durch die LED zu jagen und das Bauteil damit zu zerstören!

Gabellichtschranke mit 3 Pins

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 5:
In einem alten Drucker habe ich mehrere Gabellichtschranken mit nur drei Anschlüssen gefunden.
Wie bei diesem Typ gut zu sehen, ist der Masseanschluss der LED-Seite mit der Transistorseite verbunden. Ist die Verbindung nicht zu erkennen, kann mit einem Multimeter in der Einstellung für Durchgangsprüfung festgestellt werden, welche Pins auf LED und Sensorseite verbunden sind.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 6:
Die Anschlüsse können mit der gleichen Methode wie oben beschrieben zugeordnet werden:
Zunächst müssen wieder mit einem etwa 10 Kiloohm Widerstand und 5V Gleichspannung alle Kombinationen mit wechselnder Polung durchprobiert und dabei die Spannungen an den Anschlüssen gemessen werden. Auch hier ist nur dann eine Spannung von deutlich weniger als 5V zu messen, wenn die LED in Vorwärtsrichtung geschaltet ist. Damit sind Masse und LED-Seite identifiziert.
Der verbleibende Anschluss führt zu dem Sensor-Pin. Die Polung der Sensor-Seite steht bei dem hier gezeigten Typ ebenfalls fest - wie in der Abbildung oben zusehen, liegt an den beiden verbundenen Pins Masse an. Der Sensor Pin wird wieder über einen zweiten 12 Kiloohm Widerstand an +5V angeschlossen und der Widerstand auf der LED-Seite verringert, bis am Sensor eine Spannung von deutlich unter 0.5V anliegt.
Damit ist auch die Anschlussbelegung dieses Sensortyps bekannt.

Doppelte Gabellichtschranke

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 7:
Da Rotationssensoren üblicherweise in Druckern und Scannern benötigt werden, sind in diesen Geräten oftmals doppelte Gabellichtschranken in einem Gehäuse verbaut. Sensor und LED-Seite sind leicht zu unterscheiden, da nur eine LED für beide Sensoren verwendet wird und sich daher auf dieser Seite nur zwei Pins befinden.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 8:
Ist dieser Sensor wie hier auf einer kleinen Platine mit Stecker verlötet, so kann die Anschlussbelegung durch Verfolgen der Leiterbahnen erschlossen werden (hier von einem Canon IP4200):
Die Pins der beiden Sensorausgänge verlaufen direkt zum Stecker - hier sind keine weiteren Bauteile verbunden und es existieren keine Abzweigungen (Gelb + Blau).
Masse von LED und Sensorseite sind meist direkt miteinander verbunden (Schwarz).
Es verbleibt der Anschluss für Plus:
Dieser verläuft direkt zur Sensorseite (Rot) und über einen Vorwiderstand zur LED (Orange).
Üblicherweise werden die Sensoren mit 5V betrieben, wer vorsichtig ist, schließt aber erstmal nur 3.3V an. Fällt die Spannung an den Sensorausgängen bei offenem Sensor nicht auf fast Null Volt, beziehungsweise steigt die Spannung bei blockiertem Sensor nicht auf fast 3.3V, so sollten 5V angeschlossen werden.
Wer mutig ist und auf 5V angewiesen ist, kann selbst bei erfolgreichem Test mit 3.3V auch auf 5V testen. Ist die Spannung allerdings zu hoch, gibt's kein zurück mehr - das Bauteil wird umgehend zerstört!

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 9:
Sind die Leiterbahnen nicht so eindeutig zuzuordnen, kann der Widerstand zwischen den Pins der LED-Seite und dem Stecker bestimmt werden:
Der Common-Anschluss des Multimeters wird während der Messungen mit den Pins der LED verbunden, der Messeingang für Ohm führt zur roten Prüfspitze.
Die jeweils niedrigsten Werte sind die Kabel zu Plus und Minus am Stecker. Dabei ist Minus üblicherweise direkt, also mit Null Widerstand mit einem Kabel des Steckers verbunden. Der minimale Widerstand des zweiten Pfades liegt üblicherweise unter einem Kiloohm und führt über einen Reihenwiderstand zu Plus.
Die beiden verbliebenen Kabel führen zu den Sensor-Ausgängen.
Wie so oft, führt ein falsches Verkabeln umgehend zur Zerstörung des Bauteils! Wie üblich wird mit der niedrigsten Spannung, also 3.3V der erste Versuch gestartet.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 10:
Ein weiterer Sensor aus einem Drucker ist direkt an einen Motor angeflanscht:
Das gelb-weiße Adernpaar, das miteinander verdrillt ist, führt direkt zu den Motoranschlüssen, was mit einem Multimeter in der Einstellung für Widerstandsmessung überprüft werden kann (Null Widerstand).
Die vier restlichen Kabel werden wie gehabt mit dem Multimeter getestet, wobei erneut die beiden Pins auf der LED-Seite als Referenzpunkte verwendet werden.
Die minimalen Widerstandswerte ergeben sich für das violette Kabel mit fast Null Ohm (=Masse) und für das rote Kabel mit etwa 100 Ohm, bei dem es sich damit höchstwahrscheinlich um den Anschluss für Plus handelt.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 11:
Dieser Sensor war im Schlitten des Druckkopfes verbaut (HP OfficeJet Pro 8500 Wireless). Nicht nur wegen der ausgelaufenen Tinte sind die Leiterbahnen nicht zu erkennen. Es gibt außerdem keinen Stecker, der direkt zu dem Sensor führt. Daher erfolgt die Messung direkt an den Pins des Sensors:
Die Prüfspitze des "COM"-Anschlusses (Schwarz) wird mit den Pins der LED-Seite verbunden. Auch hier gibt es einen (fast) Null-Ohm-Widerstand (=Masse) und einen Widerstand kleiner einem Kiloohm (=Plus). Dieser Messwert war nicht stabil, sondern ist ständig zwischen 100Ω und 1kΩ gependelt, was mit den vielen zusätzlichen Bauteilen (vor allem Kondensatoren) auf der Platine zusammenhängt.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 12:
Die sich ergebende Anschlussbelegung:
Beim Auslöten gehen die Sensoren gerne kaputt (so wie dieser...). Wer nicht die ganze Platine braucht, sollte lieber das Stück mit dem Sensor herausschneiden.
Dann sollte wie, weiter oben erklärt, der Reihenwiderstand an der LED-Seite von etwa 10kΩ beginnend stufenweise verringert werden, bis die Spannung an den Sensorausgängen (A + B) auf deutlich unter 0.5V fällt.

Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 13:
Ebenfalls aus dem Schlitten eines Druckkopfes stammt diese Platine (HP DeskJet F4210):


Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 14:
Die Pinbelegung weicht hier allerdings ab!!!
Nicht Masse liegt an dem Pfad mit dem niedrigsten Widerstand, sondern Plus!
Der Reihenwiderstand der LED ist nicht gegen Plus, sondern gegen Masse geschaltet. Mein Glück beim falschen Anschließen war, dass einige der Bauteile auf der Platine die falsche Polung deutlich schlechter verkraftet haben. Der Chip in der Mitte der Platine wurde schnell recht warm...


Verschaltung einer Gabellichtschranke
Abbildung 15:
Nach dem Vertauschen der Polung (der Sensor muss wie in dieser Abbildung verschaltet werden) funktionierte zumindest dieses Bauteil noch.





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