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,Aus optronischen Elementen aufgebaute Zählkette bzw. Ringzähler Die
Erlindung bezieht sich auf Zählketten bzw. Ringzähler, deren Stufen aus einem Leuchtkondensator
und mindestens zwei Fotoleitern bestehen.
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Derartige Zähler lassen sich in ihrer Wirkung am besten mit den seit
langem bekannten Glimmröhren-Ringzählem vergleichen, da auch bei diesen die Zählimpulse
jeweils allen Zählstufen gleichzeitig zugeführt werden, aber immer nur eine bevorzugte
Röhre zünden kann. Durch schaltungstechnische Maßnahmen erreicht man beispielsweise,
daß die auf die gezündete Röhre folgende Röhre bevorzugt ist, so daß diese bei einem
neuen Zählimpuls zündet und die vorher gezündete erlischt. Durch Kunstschaltungen
kann man auch eine andere Zündfolge erreichen, was hier aber außer Betracht bleiben
kann.
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Bei den Zählern, welche die Erfindung betrifft, werden in bekannter
Weise an Stelle der Glimmröhren sogenannte Leuchtkondensatoren verwendet. Um das
bevorzugte Zünden - im folgenden wird in Anlogie zu den Glimmröhrenzählem
meist von Zünden gesprochen, wenn das Aufleuchten der Leuchtkondensatoren gemeint
ist - zu erreichen und die Zündung aufrechtzuerhalten, sind Fotoleiter vorgesehen,
die optisch und gegebenenfalls noch elektrisch mit den Leuchtkondensatoren in geeigneter
Weise gekoppelt sind. Im allgemeinen braucht man je Zählstufe zwei Fotoleiter,
nämlich einen zur Fortschaltung der Zündung und einen zur Aufrechterhaltung der
neuen Zündung und Löschung der vorher gezündeten Stufe.
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Um die Zünd- und Löschvorgänge nun richtig zu steuern, ist weiterhin
vorgeschlagen worden, die optischen und elektrischen Kopplungsschaltungen so anzulegen,
daß die Fotoleitfähigkeit in demjenigen Schaltungszweig, der zur Aufrechterhaltung
der Zündung dient, wesentlich schneller aufgebaut bzw. abgebaut wird als in demjenigen
Schaltungstell, der zur Fortschaltung der Zündung dient. Dies kann in bekannter
Weise durch entsprechende Verwendung von Widerständen in der Schaltung und entsprechende
Bemessung der Lichtsteuerung erfolgen.
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Die Erfindung macht nun von diesen bekannten Erkenntnissen Gebrauch,
vermeidet jedoch den großen Aufwand, der mit den bekannten Schaltungen verbunden
ist. Gegenstand der Erfindung ist also eine Zählkette bzw. ein Ringzähler, bei dem
die n Zählstufen in bekannter Weise aus einem Leuchtkondensator und mindestens zwei
Fotoleitern aufgebaut sind, welche Stufen untereinander und mit der nächsten Zählstufe
in bekannter Weise so verbunden sind, daß ein Zählünpuls über einen belichteten
zweiten Fotoleiter der M-ten Stufe den Leuchtkondensator der (rn+ 1)-ten Stufe zündet
und diese Stufe durch optische Rückkopplung über einen ersten Fotoleiter das Leuchten
aufrechterhält, während die m-te Stufe über den elektrischen Rückkopplungsweg gelöscht
wird, bei welcher Zählkette nun aber gemäß dem Grundgedanken der Erfindung in jeder
Stufe der zweite Fotoleiter selbst eine wesentlich größere innere Zeitkonstante
aufweist als der erste Fotoleiter.
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Die Zuführung der Zählimpulse zu den Zählstufen kann in verschiedener
Weise vorgenommen werden; so ist es beispielsweise möglich, affe ersten Fotoleiter
der Zählstufen mit einer ersten Sammelschiene und alle zweiten Fotoleiter mit einer
zweiten Sammelschiene zu verbinden, welche Sammelschienen dann jeweils mit einem
Kontakt eines Schalters verbunden sind, über den die Auslösespannung für die Leuchtkondensatoren
zugeführt wird. Durch Umschalten des Schalters von der ersten auf die zweite Sammelschiene
kann der Zählvorgang ausgelöst werden, d. h. der bisher leuchtende Leuchtkondensator
gelöscht und der nächstfolgende Leuchtkondensator zum Leuchten gebracht werden.
Der Schalter selbst und die Mittel zur Auslösung der Schaltvorgänge können auch
aus optronischen Bauelementen bestehen.
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Für die Weiterschaltung des übertragungsimpulses bei Ringzählem bei
Erreichen der Zählkapazität kann die letzte (n-te) Zählstufe verwendet werden, wenn
man Schaltmittel vorsieht, die beim Einschalten der letzten Zählstufe wirksam werden
und ihrerseits die gleichzeitige Fortschaltung des letzten Zählimpulses zu der ersten
Zählstufe des nächsten Ringzählers bewirken.
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Die Anordnung läßt sich auch leicht für Rückwärtszählung weiterbilden,
indem man pro Stufe einen dritten Fotoleiter vorsieht, die jeweils, über eine gemeinsame
dritte Sammelschiene mit einem dritten Kontakt des genannten Schalters verbunden
sind. Durch entsprechende Rückkopplung von diesen dritten Fotoleitem zu jeweils
der vorhergehenden Zählstufe
kann dann der Zählimpuls rückwärts
weitergegeben werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis
7 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den Ausschnitt eines
Ringzählers, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist, F i g. 2 den materiellen
Aufbau eines Ringzählers gemäß F i g. 1,
F i g. 3 die Ausbildung
der letzten Zählstufe f ür die Weitergabe des übertragsimpulses, F i
g. 4 eine weitere Schaltung für die Weitergabe des Übertragsimpulses, F i
g. 5 eine optronische Schaltung für die Auslösung der Zählimpulse, Fig.
6 eine abgeänderte Schaltung für die Auslösung der Zählimpulse, F i
g. 7 den Aufbau eines Zählelementes in abgeänderter Form nach F i
g. 1 und 6.
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F i g. 1 zeigt schematisch drei Stufen einer Zählkette bzw.
eines Ringzählers, bei denen die Erfindung verwirklicht ist. Jede Stufe besteht
aus einem Leuchtkondensator 1, einem mit diesem galvanisch und optisch gekoppelten
Fotoleiter 2 sowie einem nur optisch mit ihm gekoppelten Fotoleiter 3. Die
Fotoleiter 2 und 3 sind nun so gewählt, daß die innere Zeitkonstante des
Fotoleiters 3 wesentlich größer ist als die innere Zeitkonstante des Fotoleiters
2. Die Fotoleiter 2 sind über die Sammelschiene 4 mit dem a-Kontakt und die Fotoleiter
3 über die Sammelschiene 5 mit dem b-Kontakt des Schalters
6 verbunden. In der Ruhestellung ist der Schalter in der gezeichneten Stellung
a, so daß die Leuchtkondensatoren 1 mit der Spannungsquelle 7 verbunden
sind.
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Gelangt nun ein Zählimpuls zu der Schaltung (die Zuführung der Zählimpulse
ist nicht dargestellt), so wird der Schalter 6 kurzzeitig in die Stellung
b umgelegt, so daß alle Leuchtkondensatoren von der Spannungsquelle abgetrennt
sind. Nimmt man an, daß im Ausgangszustand der Leuchtkondensator der m-ten Stufe
leuchtet, so haben die beiden Fotoleiter 2 und 3
dieser Stufe ihren Hell-Leitwert.
Beim Umlegen des Schalters 6 gelangt die Generatorspannung über die Sammelschiene
5 und den trägen Fotoleiter 3 der m-ten Stufe zu dem Leuchtkondensator
1 der (m + 1)-ten Stufe, so daß dieser aufleuchtet, während der Leuchtkondensator
der m-ten Stufe von der Spannungsquelle abgetrennt bleibt und damit erlischt. Da
der Fotoleiter 3 auf Grund seiner größeren Zeitkonstante eine wesentlich
größere Trägheit aufweist, bleibt die Spannungszufuhr über ihn während der Schaltzeit
des Schalters 6 erhalten. An den Leuchtkondensator 1 der m-ten Stufe
gelangt nach Aufleuchten des Leuchtkondensators der (m + 1)-ten Stufe zwar
über die schnellen Fotoleiter 2 der beiden Stufen, von denen der erste im ansteigenden,
der zweite im fallenden Bereich des Leitwertes arbeitet, wieder Spannung, doch reicht
infolge der Reihenschaltung der beiden Fotoleiter die natürliche Schaltzeit des
Schalters 6
aus, um ein Wiederaufleuchten des Leuchtkondensators
1 der m-ten Stufe zu verhindern, zumal an der Sammelschiene 4 noch der Nebenschlußleitwert
aller übrigen Leuchtkondensatoren liegt, die zwar nur über die Dunkelleitwerte der
zugehörigen Fotoleiter Spannung erhalten, in ihrer Summe aber doch einen gewissen
Stromverbrauch haben.
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In Fällen, wo dies aus Gründen der Schaltgeschwindigkeit nicht ohne
weiteres zu erwarten ist, kann man noch an dem Schalter 6 ein weiteres Kontaktpaar
d-e vorsehen, mittels dessen die Sammelschiene 4 für die Zeit des Umschaltens an
Masse gelegt wird.
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Nach einer bestimmten Zeit wird der Schalter 6
wieder auf den
Kontakt a zurückgelegt, so daß der Leuchtkondensator der (m + *ten Stufe
über seinen schnellen Fotoleiter 2 seine Spannung selbst hält. Während der Umschaltpause
verliert dieser Leuehtkondensator wiederum kurzzeitig seine Spannung; da hier aber
nach dem Wiedereinschalten nur ein Fotoleiter müt dem Leuchtkondensator in Serie
liegt und nicht zwei wie bei dem vorher erwähnten Fall des Weiterschaltens, reicht
der nach der Umschaltpause noch vorhandene Leitwert aus, um das Leuchten aufrechtzuerhalten.
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Soll nun von der (m + 1)-ten zur (m
+ 2)-ten Stufe weitergeschaltet werden, d. h. trifft der nächste Zählimpuls
ein, so wird der Schalter 6 wieder kurzzeitig auf den Kontakt b umgelegt,
und es wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.
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Die beschriebene Schaltung läßt sich ohne weiteres auch für Rückwärtszählen
weiterbilden, wenn man die gestrichelt eingetragenen Bauelemente hinzufügt. Jede
Stufe besitzt also einen weiteren Fotoleiter 8, dessen Zeitkonstante gleich
oder annähernd gleich der Zeitkonstante des Fotoleiters 3 ist, die über die
Sammelschiene 9 mit dem Kontakt c des Schalters 6 verbunden sind.
Soll nun beispielsweise der oben von der m-ten zur (m + 1)-ten Stufe weitergeschaltete
Impuls wieder zur m-ten Stufe zurückgeschaltet, d. h. zurückgezählt werden,
so wird der Schalter 6 entsprechend kurzzeitig auf den Kontakt c umgelegL
Hierdurch erhält der Leuchtkondensator der m-ten Stufe über den trägen Fotoleiter
8 der (m + 1)-ten Stufe wieder Speisespannung, die er nach dem Zurückschalten
auf den Kontakt a über seinen schnellen Fotoleiter 2 selbst hält. Man kann also
mit der in F i g. 1 dargestellten Schaltung beliebig vorwärts oder rückwärts
zählen.
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F i g. 2 zeigt eine Realisierungsmöglichkeit der in Fig.
1 schematisch dargestellten Schaltung. Alle Zählstufen besitzen einen gemeinsamen
leitenden Träger 10, auf den unmittelbar die Elektrolumineszenzschicht
11 aufgetragen ist, die auf der Gegenseite durch eine optisch durchlässige
Elektrode 12 abgedeckt ist. Unmittelbar auf dieser Elektrode, also im optischen
und galvanischen Kontakt mit ihr, ist eine fotoleitende Substanz 13 aufgetragen,
die auf der der Elektrolumineszenzschicht 11 abgewandten Seite von einer
Deckelektrode 14 abgedeckt ist.
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Ein Teil der Elektrode 12 ist mit einer optisch durchlässigen Isolierschicht
15 abgedeckt, welche ihrerseits die beiden weiteren Fotoleiter trägt. Der
Fotoleiter 3 besteht aus der optisch durchlässigen Elektrode 16, der
fotoleitenden Schicht 17 sowie der Gegenelektrode 18. Der Fotoleiter
8 besteht aus der optisch durchlässigen Elektrode 19 der fotoleitenden
Schicht 20 und der Gegenelektrode 21. Die elektrische Verbindung der einzelnen Fotoleiter
ist genau wie in F i g. 1 und läßt sich aus dieser ohne weiteres ableiten.
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An jedem Leuchtkondensator ist das Feld A ausgespart, welches
zur Anzeige des Schaltzustandes nach außen dient. Dort kann entweder eine Blende
eingelegt werden, welche die Darstellung eines bestimmten Zeichens erlaulyt, oder
es kann das darzustellende Zeichen durch entsprechende Aussparungen in der optisch
durchlässigen Schicht 12 dargestellt werden.
Soll die Erfindung
für den Aufbau eines Ringzählers für z.B. mehrere Dezimalstellen verwendet werden,
so kann die Weiterschaltung des Zählirapulses von dem betrachteten Ringzähler zu
dem nächsten Ringzähler mittels der in F i g. 3 dargestellten Schaltung
erfolgen.
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F i g. 3 zeigt schematisch die erste" (n - 1)-te
und n-te Stufe eines ersten Ringzählers 1 sowie die erste Stufe des nächsten
Ringzählers Il. Alle für das Verständnis nicht erforderlichen Teile der F i
g. 1 sind hierbei weggelassen. So ist der Schalter 6 vereinfacht,
und die Schaltungsteile für das Rückwärtszählen sind weggelassen.
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In die Verbindungsleitung von dem Fotoleiter3 der (n-1)-ten Stufe
zu dem Fotoleiter2 der n-ten Stufe ist das Relais 22 ei#ngefügt, das anspricht,
wenn beim n-ten Zählimpuls die n-te Stufe gezündet und die (n-1)-te Stufe
gelöscht wird. Das Relais22 schaltet über seine Kontakte rl, r2 die Generatorspannu,ng
des Generators 7 kurzzeitig von der Sammelschiene23, die der Sainmelschiene4
entspricht, auf die Sammelschiene24, die der Sammelschiene5 entspricht, auf. Dadurch
wird die erste Stufe des zweiten Ringzählers gezündet. Diese hält sich ebenfalls,
wie gemäß Fig. 1 beschrieben, wenn das Relais 22 wieder abfällt und damit
die Anschaltung wieder an die Sammelschiene 23 erfolgt.
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Beim (n+ 1)-ten Impuls wird die erste Stufe des ersten Ringzählers
wieder gezündet, während der zweite Ringzähler unbeeinflußt bleibt. Erst wenn zum
zweitenmal n Impulse gezählt sind, bekommt der zweite Ringzähler einen Zählimpuls
und zählt um eine Stelle weiter.
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An Stelle des Relais 22 kann man auch optronische Schaltelemente verwenden.
F i g. 4 zeigt eine Schaltung, bei der das Relais 22 durch optronische Schaltelemente
ersetzt ist. Sie enthält wieder die erste, (n- 1)-te und n-te Stufe des ersten Ringzählers.
Von dem zweiten Ringzähler sind der Einfachheit halber nur noch die belden Sammelschienün
23
und 24 und die erste Zählstufe dargestellt.
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Für die Weiterschaltung des, übertragsimpulses enthält die
(n- 1)-te Zählstufe zusätzlich die trägen Fotoleiter 25 und
26 und die Stufe n zusätzlich die schnellen Fotoleiter 27 und
28. Beim Weiterschalten des Zählimpulses von der (n - 1),ten
zur n-ten Stufe erlischt, wie bereits beschrieben, der (n - 1)-te Leuchtkondensator,
und der n-te zündet. Dies, hat zur Folge, daß die Spannung an der Sammelschiene
23 durch Ableitung über den rasch seinen Hellwert erreichenden Fotoleiter
28 und den Fotoleiter 25,
welcher auch nach Erlöschen des Leuchtkondensators
der (n- 1)-ten Stufe seinen Leitwert für längere Zeit behält, gegen Masse zusammenbricht.
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Kurze, Zeit später schaltet der gegenüber dem Fotoleiter
28 etwas trägere Fotoleiter 27 die Generatorspannung des Generators
7, die jetzt an der Sammelschiene 5 liegt, über den auch nach Erlöschen
des Leuchtkondensators der (n - 1)-ten Stufe seinen Leitwert längere
Zeit behaltenden Fotoleiter 26 auf die Sammelschiene. 24. Danach wird der
Schalter 6
auf den Kontakt a zurückgelegt; der Fotoleiter 25 ist so
bemessen, daß er zum Zeitpunkt der Zurückschaltung bereits einen verhältnismäßig
hohen Widerstand erreicht hat, so daß die Spannung an die Sammelschiene
23 zurückgelegt wird. Bei allen folgenden Betätigungen des Schalters
6 bis zur Weiterschaltung auf die, Stufe n - 1 geschieht an
den Sammelschienen 23 und 24 nichts ' weil die Fotoleiter 25 und
26 sowie 27 und 28 ihren Dunkelwiderstand haben.
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Schließlich kann auch der schematisch dargestellte mechanische Schalter
6 durch eine Einrichtung, die nur aus optronischen Bauelementen besteht,
ersetzt werden. F i g. 5 zeigt ein Beispiel für die Ausbildung des Schalters
6 mit optronischen Elementen, Hierbei ist angenommen, daß die Zählimp#ulse
in Form von Lichtblitzen vorliegen, welche gerade die Zeitdauer haben, die zum Weiterschalten
zwischen zwei Stufen erforderlich ist. Die Lichtimpulse werden mittels der schematisch
dargestellten Optik 30 auf die beiden schnellen Fotoleiter 31 und
32 projiziert. Wenn diese Fotoleiter ihren Hell-Leitwert erreicht haben,
wird die Spannung des Generators 7, die bis dahin über den Widerstand
29 an der Sammelschiene, 4 gelegen hatte, nach Masse abgeleitet, so daß die
Sammelschiene 4 ihre Spannung verliert.
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über den Fotoleiter 31 wird dann die Generatorspannung an die
Sammelschiene 5 angelegt. Nach Aufhören des Lichtimpulses erhält die Sammelschiene
4 ihre Spannung zurück, während die Sammelschiene 5 spannungslos wird. Damit
ist Fortschaltung in der ",her geschilderten Weise vollzogen. In gleicher Weise
können die übrigen in F i g. 1 dargestellten Kontakte des Schalters
6 durch optronische. Elemente ersetzt werden.
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Sind die Lichtimpulse kürzer, als für die Schaltzeit erforderlich
ist, so kann man eine Schaltung verwenden, wie sie in F i g. 6 dargestellt
ist. Diese Schaltung enthält zunächst die Elemente der F i g. 5,
also
die, Optik 30, die schnellen Fotoleiter 31 und 32
sowie den
Widerstand 29. Zusätzlich sind die beiden Leuchtkondensatoren 33 und
34 sowie die beiden Fotoleiter 35 und 36 vorgesehen. Die Leuchtkendensatoren
33 und 34 erhalten ihre Spannung von dem Generator 7 üb#er die Widerstände
38 und 37. Die, Schaltung aus den Elementen 33, 34,
37, 38, 35 und 36 würde für sich als bistabiler Zähler wirken, der
durch Lichtimpulse, die auf die Fotoleiter 35 und 36
geworfen werden,
umgeschaltet werden kann. Durch Einführung eines Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten
39 wird die Einrichtung zu einem monostabilen Multivibrator, der durch kurze
Lichtimpulse, die auf den Fotoleiter 35 gelangen, umgeschaltet wird. Ein
derartiger Lichtimpuls bringt den Fotoleiter 35 auf seinen Hell-Leitwert
und schließt damit die Spannung in der als leuchtend angenommenen Zelle 34 nach
Masse kurz. Der Leu-chtkondensator7 erlischt, so daß der Fotoleiter 36 seinen
Dunkelwiderstand erreichen kann und damit die Spannung in voller Größe am Leuchtkondensator33
erscheint. Dieser leuchtet dann auf und hält sich selbst dadurch, daß er den Leuchtkondensator34
über den Fotoleiter35 kurzschließt. ParalIel zum Leuchtkondensator 33 liegt
aber der Widerstand 39 mit negativem Temperaturkoeffizienten, welcher bewirkt,
daß das Leuchten des Leuchtkondensators 33 nach einer bestimmten Zeit infolge
Zunahme des Leitwertes des Widerstandes 39 so weit abnimmt, daß der Fotoleiter
35 wieder einen hohen Widerstand erreicht. Damit kehrt die Spannung an den
Leuchtkondensator 34 zurück, und dessen Aufleuchten bewirkt, daß die Spannung
am Leuchtkondensator 33 durch Kurzschluß über den Fotoleiter 36 verschwindet.
In der Schaltpause kühlt der Widerstand 39 ab, und die Einrichtung wird damit
bereit
zu einem neuen Schaltvorgang. Während der Dauer seines Leuchtens
bewirkt dabei der Leuchtkondensator 33 an den Fotoleitern 31 und
32 die gemäß F i g. 5 beschriebenen Vorgänge.
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F i g. 7 zeigt, wie die Schaltung gemäß F i g. 6
vorteilhaft
zusammengebaut werden kann. Dabei sind gleiche Elemente, der F i g. 5 und
6 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die mit Strichen versehenen Bezugszeichen
zeigen konstruktive Details desselben Elementes. Auf der leitenden Grundplatte 40
befinden sich die beiden Widerstände 37 und 38, welche dort in einfacher
Weise aufgedruckt, aufgespritzt oder aufgesintert sein können. Sie sind durch die
leitenden Deckschichten 37' und 38' abgedeckt, auf denen wiederum
die Elektrolumineszenzschichten 33 und 34 aufgebracht sind, welche ebenfalls
aufgedruckt, aufgesprüht oder aufgesintert sein können. Die Elektrolumineszenzschichten
sind durch optisch durchlässige Leitschichten 33' und 34' abgedeckt. Unmittelbar
auf diesen, in optischem und galvanischem Kontakt, sind dieFotoleiter32,35und 36angebracht,waswiederum
in einem Sprüh-, Druck- oder Sinterverfahren geschehen kann. Der Fotoleiter
31 ist nur in optischem Kontakt mit der Elektrolumineszenzschicht
33 und wird von dieser durch eine optisch durchlässige Isolierschicht
31' getrennt. Auf dieser muß dann noch eine optisch durchlässige leitfähige
Schicht 31" aufgetragen werden. Die vier Fotoleiter sind durch leitfähige
Schichten 31"', 32', 35' und 36' abgeschlossen, wobei die Schicht
35' optisch durchlässig sein muß, was im vorliegenden Beispiel als Perforation
angedeutet ist.
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Zusätzlich befindet sich noch auf der Deckschicht 37' des Widerstandes
37 ein Widerstand 39 mit negativem Temperaturkoeffizienten, der seinerseits
von der leitfähigen Deckschicht39' abgedeckt ist, und schließlich unmittelbar auf
der 1--itfähigen Grundplatte 40 eine Widerstandsschicht 29, die ihrerseits
von der leitfähigen Schicht29' bedeckt ist. Das mit 41 bezeichnete Bauelement stellt
eine optische Barriere zwischen den beiden Zellen dar. In den Zzllen selbst sind
FelderB vorgesehen, die eine Anzeige des Schaltzustandes nach außen bewirken. Die
einzelnen Elemente sind in der in der Zeichnung dargestellten Weise miteinander
verbunden, wobei die meistenVerbindungen durch unmittelbaresAuftragen der Schichten
nacheinander von Natur aus gegeben sind. Die Funktion ist genau dieselbe wie die
der Einrichtung nach Fig. 6.