DE564522C - Verfahren zur Steuerung von Kontakten durch eine lichtelektrische Messanordnung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man schwache Ströme, insbesondere lichtelektrische Ströme, durch Ladungsverschiebung von Kondensatoren messen kann. Die bekannte Formel

gibt die Beziehung an, welche hierbei zwischen der Ladungsverschiebung v, der Stromstärke i, der Zeit t und der Kapazität c des Kondensators besteht. Ist die Kapazität c des Kondensators, die Ladungsverschiebung ν und die Zeit t, während welcher der Strom fließt, bekannt, so vermag man ohne weiteres die Stärke des Stromes i zu ermitteln und damit indirekt die Helligkeit eines Körpers oder einer Lichtquelle zu bestimmen.

Es ist des weiteren bekannt, die Entladung eines Kondensators mit Hilfe einer Elektronenröhre zu kontrollieren. Man lädt zu diesem Zwecke das Gitter der Elektronenröhre, dessen Kapazität man zweckmäßig durch Anschluß eines Kondensators zwischen Gitter und Kathode vergrößert, mit einer gegebenen Spannung negativ auf, so daß die Röhre gedrosselt ist, und läßt diese Ladung dann über eine Photozelle abfließen. Die Zeit, welche von der Aufladung und Drosselung der Röhre bis zum Wiedereinsetzen des Anodenstromes verstreicht, ist sodann ein Maß für die Photostromstärke bzw. für die nachzuweisende Helligkeit.

Die Lichtmessung auf diesem Wege ist außerordentlich genau. Es ist das Ziel der Erfindung, dieses Verfahren derart zu automatisieren, daß mit seiner Hilfe bei Über- oder Unterschreitung eines gewissen Helligkeitswertes ein Schalter selbsttätig ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Die Aufladung des Gitters und die Zeitmessung mit Hilfe einer Vergleichszeitstrecke macht dabei keine besonderen Schwierigkeiten. Es zeigt sich jedoch, daß die Betätigung eines Schaltwerkes, von dem man fordert, daß der Endschalter unter einer gewissen Grenze des Meßstromes (Photostromes) in der einen Stellung und oberhalb dieser Grenze in der anderen Stellung verbleibt, erhebliche Schwierigkeiten verursacht. Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und gibt einen Weg an, auf dem es möglich ist, die Schalterstellung in Abhängigkeit von der Meßstromstärke, d. h. in den wichtigsten Anwendungsfällen von einer Helligkeit, selbsttätig zu regeln. Sie führt zur Schaffung von Vorrichtungen, die beispielsweise geeignet sind, bei abnehmender Helligkeit künstliche Beleuchtungen einzuschalten, in technischen Betrieben die Einhaltung gewisser Lichtdurchlässigkeiten von Flüssigkeiten oder die gleichmäßige Einfärbung von Stoffen u. dgl. zu überwachen. Sie zeichnet sich dabei einerseits durch hervorragende Empfindlichkeit und andererseits durch außerordentliche Genauigkeit aus.

Bei dem vorliegenden Verfahren gelangt in bekannter Weise erstens die beschriebene Ladungsverschiebung eines Kondensators und zweitens eine Vergleichszeitstrecke zur Verwendung, d. h. zwei Vorgänge, die von Beginn

bis zum Ende ihres Ablaufes eine gewisse Zeit erfordern und mit dem Ende ihres Ablaufes elektrische oder mechanische Wirkungen zur Folge haben. Es handelt sich somit um ein Verfahren zur Steuerung von Kontakten durch eine lichtelektrische Meßanordnung, bei welcher die Dauer der lichtelektrisch hervorgerufenen Ladungsverschiebung eines Kondensators zwischen bestimmten Grenzpotentialen (Vorgang I)

to mit dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitstrecke (Vorgang II) verglichen wird. Gemäß der Erfindung bringt dabei der zuerst ablaufende Vorgang den Endschalter in die ihm zugehörige Stellung, und es wird die so eingenommene Stellung dieses Endschalters mindestens bis zum übernächsten Ablauf eines der beiden Vorgänge aufrechterhalten.

Bei Ausübung des vorliegenden Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den zuerst ablaufenden Vorgang dazu zu benutzen, um den anderen Vorgang daran zu hindern, mit seinem Ablauf ebenfalls auf den Endschalter einzuwirken. Es wird auf diese Weise erreicht, daß der Endschalter seine Stellung nicht ändert und in seiner einmal eingenommenen Lage verbleibt, bis der nächste Ablauf der Ladungsverschiebung bzw. der Vergleichszeitstrecke erfolgt ist. Zum eingehenderen Verständnis sei die Erfindung im folgenden an Hand einer Reihe von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Die Schaltung, welche in Abb. 1 wiedergegeben ist, dient dazu, um das vorliegende Verfahren auf rein elektrischem Wege auszuüben. Es gelangen dabei in bekannter Weise zwei Elektronenröhren 1 und 2 zur Verwendung, deren Gitterkapazitäten durch die Kondensatoren 3 und 4 vergrößert sind. Beide Röhren 1 und 2 werden durch, negative Aufladung der Gitter gedrosselt, und es erfolgt lediglich die Beseitigung der negativen Aufladung auf verschiedenem Wege. Das Gitter 5 der Röhre 1 verliert seine negative Aufladung durch den in der Photozelle 6 fließenden Strom. Die Zeit, welche von der Drosselung (negative Aufladung) bis zum Wiedereinsetzen des Anodenstromes verstreicht, hängt in diesem Falle also von der Stärke des Photostromes, d. h. von der auf die Zelle 6 fallenden Lichtmenge, ab. Sie ist um so größer, je kleiner die Lichtmenge ist und umgekehrt. Durch geeignete Bemessung des Kondensators 3 und der Aufladespannung läßt sich das Meßbereich beliebig einstellen.

Das Gitter 7 der Röhre 2 verliert seine negative Aufladung über den hochohmigen Widerstand 8. Die Entladungszeit dieses Gitters bleibt bei Konstanz des Kondensators 4, des Widerstandes 8 und der am Punkt 9 abgegriffenen Spannung unverändert. Die Röhre 2 stellt also einen Taktgeber dar. Es leuchtet ein, daß unterhalb eines gewissen Grenzwertes der Photostromstärke bzw. Beleuchtung bei gleichzeitiger Drosselung der Röhren 1 und 2 die Aufladung des Gitters 7 früher verschwindet als diejenige des Gitters 5 und daß oberhalb dieses Grenzwertes die Röhre 1 früher Anodenstrom führt als die Röhre 2. Es wird also durch die gegebene Vereinigung der beiden Röhren 1 und 2 das Über- oder Unterschreiten einer gewissen Helligkeit durch die Reihenfolge des Einsetzens der Anodenströme in den Röhren 1 und 2 bestimmt. Es soll nun unter Benutzung dieser verschiedenen Ansprechfolge der Endschalter 10 entweder geschlossen oder offengehalten werden, um auf diese Weise beliebige Stromkreise oder sonstige Vorgänge in Abhängigkeit von einer definierten Helligkeitsschwelle zu steuern. Hierzu liegt in Reihe mit der Elektronenröhre 1 das Relais 11 mit der Magnetspule 12 und den Kontakten 13 und 14. Das Relais 11 steuert ein zweites Relais 15 mit der Magnetspule 16, welches eine Reihe von Kontakten besitzt, die die Nummern 17, 18 und 19 führen.

Die Röhre 2 steuert ebenfalls eine Gruppe von zwei Relais. Das Relais 20 mit der Magnetspule 21 betätigt die Kontakte 22 und 23 und steuert das Relais 24. Letzteres Relais besitzt die Magnetspule 25 und die Kontakte 26, 27, gc 28, 29 und 30.

Der Endschalter 10 ist im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Relais ausgebildet, das aus der Magnetspule 31 und dem weiteren Kontakt 32 besteht. Die Anodenspannung nebst Vorspannung der Photozelle und Aufladespannung für die Röhrengitter liefert die Batterie 33. Die Betriebsspannung für das Relais 24 liefert die Batterie 34, für das Relais 15 und den Endschalter 10 die Batterie 35.

Während die Wirkungsweise der Relais 11 und 20 später erläutert wird, sollen zunächst die wichtigsten Schaltvorgänge beschrieben werden. Dabei muß vorausgeschickt werden, daß das Relais 11 das Relais 15 betätigt und das Relais 20 das Relais 24. Die Kontakte sind in der Lage gezeichnet, in der sie sich bei Drosselung beider Röhren 1 und 2 befinden. Setzt der Anodenstrom in der Röhre 2 früher ein als in der Röhre 1, d. h. unterschreitet der Photostrom den vorbestimmten Grenzwert, so schließt das Relais 24 den Kontakt 28, und der Schalter 10 wird geschlossen, da die Magnetspule 31 Strom erhält. Gleichzeitig schließt ich der Kontakt 32, so daß der Schalter 10 auch dann geschlossen bleibt, wenn der Kontakt 28 sich wieder öffnen sollte. Der Widerstand 36 dient dazu, die Stromstärke in den richtigen Grenzen zu halten. Gleichzeitig macht das Relais 24 die Röhre 1 unwirksam, da der Kontakt 29 geöffnet wird und somit die Röhre 1 ihre Anodenspannung verliert und dadurch

außer Tätigkeit gesetzt wird. Die Röhre ι vermag also keinerlei Wirkung auf den Schalter io auszuüben und kann die Schließung des Schalters io nicht wieder rückgängig machen.
Das Relais 24 bewirkt im vorliegenden Falle bei seinem Ansprechen gleichzeitig eine erneute Drosselung der Gitter 5 und 7, indem es den Kontakt 26 schließt. Es fließt dabei ein Strom über den Widerstand 37, und die Gitter nehmen

ίο durch Influenz über die Kondensatoren 3 und 4 das positive Potential des Punktes 33 an. Da jedoch das Relais 20 bei Öffnung des Kontaktes 29 ebenfalls stromlos wird, fällt das Relais 24 wieder in seine Ruhelage zurück, und der Kontakt 26 wird wiederum geöffnet. Die von den Gittern 5 und 7 abgewandten Belegungen der Kondensatoren 3 und 4 nehmen daraufhin über den Widerstand 37 wieder das Potential der Kathode an, und die Gitter 5 und 7, die bei der vorangehenden positiven Ladung durch Elektronenzufluß von der Kathode her etwa das Potential Null angenommen hatten, werden nunmehr durch Influenz auf ein negatives Potential aufgeladen, welches in seiner Höhe fast genau der vorangehenden positiven Ladung entspricht, so daß also in der Tat beide Röhren wieder gedrosselt sind.

Der Schalter 10 bleibt indessen wegen des Haltekontaktes 32 geschlossen, ein Zustand, der so lange anhält, als die Röhre 2 jeweils früher entblockiert wird als die Röhre 1.

Steigt die Helligkeit, welche auf die Zelle 6 einwirkt, und damit der Photostrom, so kann der Fall eintreten, daß die Röhre 1 früher Strom führt als die Röhre 2. In diesem Falle wird auch das Relais 15 früher ansprechen als das Relais 24. Es spielen sich dabei folgende für die Erfindung wichtige Schaltvorgänge ab:

Der Kontakt 18 wird geöffnet, damit wird die Spule 31 stromlos, und der Kontakt 32 öffnet sich; gleichzeitig öffnet sich der Schalter 10. Es erfolgt also mit früherem Ansprechen der Röhre 1 eine Einwirkung auf den Schalter 10 im entgegengesetzten Sinne als bei früherem Ansprechen der Röhre 2. Weiterhin macht das Relais 15 die später eintretende Tätigkeit des Relais 24 wirkungslos, indem es den Kontakt 17 öffnet. Ist nämlich der Kontakt 17 geöffnet, so kann beim Ansprechen des Relais 24 und bei Schließung des Kontaktes 28 die Spule 31 keinen Strom führen, da die Kontakte 28 und 17 in Reihe liegen. Es ist allerdings erforderlich, daß das Relais 15 so lange in Arbeitsstellung bleibt, bis das Relais 24 angesprochen hat und wiederum in seine Ruhelage zurückfällt.

Zu diesem Zwecke dienen die besonderen Schaltungsmaßnahmen, die an den Relais 11 und 20 getroffen sind. Spricht nämlich das Relais 11 an, so wird der Kontakt 14 geschlossen und damit das Relais 15 betätigt, dessen Magnetspule 16 dann Strom erhält. Das Relais 15 besitzt jedoch noch den Kontakt 19, der über den Widerstand 39 die Spule 16 unabhängig vom Kontakt 14 mit Strom versieht. Das Relais 15 bleibt infolgedessen auch dann in Arbeitsstellung, wenn der Kontakt 14 wieder geöffnet wird. Letzteres geschieht, wenn bei Ansprechen des Relais 24 das Relais 11 stromlos wird. Aber erst dann, wenn das Relais 24 angesprochen hat und wieder in seine Ruhelage zurückgefallen ist, vermag auch das Relais 15 wieder in seine Ruhelage zu gelangen, weil sich erst dann die Kontakte 13 und 27, welche in Reihe liegen, schließen und damit die Spule 16 durch Nebenschluß stromlos machen. Eine ähnliche Schaltung liegt bei den Relais 20 und 24 vor. Auch das Relais 24 klebt durch Betätigung des Kontaktes 30, der mit dem Widerstand 40 in Reihe liegt, fest und vermag erst dann wieder in seine Ruhelage zurückzufallen, wenn der Kontakt 22 durch Nebenschluß die Spule 25 stromlos macht. Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die vorliegende Schaltung das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, insofern als 1. die beiden Entladungsvorgänge den Schalter 10 jeweils in verschiedenem Sinne betätigen und 2. der Schalter 10 in der einmal eingenommenen Stellung bis zum übernächsten Ablauf eines der beiden Entladungsvorgänge festgehalten wird und dabei außerdem noch 3. jeder Entladungs-Vorgang die Wirkung des anderen auf den Schalter verhindert.

Beispiel 2

In dem an zweiter Stelle dargestellten Beispiel gelangt wiederum eine Elektronenröhrenschaltung analog derjenigen in Beispiel 1 für die Definition der Vergleichszeitstrecke zur Verwendung. Selbstverständlich ist es auch möglich 100. und in vielen Fällen sogar vorteilhaft, statt eines solchen elektrischen Taktgebers einen rein mechanischen (etwa unter Benutzung eines Uhrwerkes) zu benutzen.

Die Röhre 43 in Abb. 2 besitzt wiederum einen Gitterkondensator 44 und ist derart mit der Photozelle 45 verbunden, daß bei Beleuchtung der Zelle 45 die negative Aufladung des Gitters beseitigt wird. Die Röhre 46 mit dem Kondensator 47 und dem Widerstand 48 arbeitet analog der im vorangehenden Beispiel angegebenen Schaltung als Taktgeber. Der Einfachheit halber sind die Heizkreise der beiden Röhren 43 und 46 in der Zeichnung weggelassen. Die Röhre 43 betätigt das Relais 49 mit der Wicklung 50 und dem Kontakt 51. Die Röhre 46 betätigt das Relais 52 mit der Magnetspule 53 und den Kontakten 54, 55 und 56. Die Meßröhre 43 und die Taktgeberröhre 46 wirken über die Relais 49 und 52 derart auf den Endschalter io, daß dieser, je nachdem, in welcher der beiden Röhren der Anodenstrom zuerst wieder

einsetzt, eine bestimmte Lage einnimmt. Bei Ansprechen des Relais 49 erhält die Spule 57 einen Stromstoß und kippt den Schalter 10 nach rechts. Spricht die Anordnung 46, 52 zuerst an, so erhält die Spule 58 den Stromstoß und bringt den Schalter 10 in die gezeichnete Lage. Um die geforderte Beibehaltung der einmal eingenommenen Lage des Schalters 10 zu erreichen, ist der Schalter 10 als Kippschalter mit zwei ίο Stabillagen ausgebildet. Im vorliegenden Falle hat er die Gestalt einer Quecksilberschaltröhre. Die Energie zum Umlegen des Schalters 10 wird aus dem Kondensator 59 entnommen, der über den hochohmigen Widerstand 60 aufgeladen wird. Spricht z. B. bei einer Helligkeit, die über dem durch die Schaltung definierten Schwellwert liegt, die Röhre 43 früher an als die Röhre 46, so entlädt sich bei Schließung des Kontaktes 51 der Kondensator 59 über die Spule Zo 57. Der Schalter 10 wird infolgedessen nach rechts umgelegt. Da der Schalter 51 geschlossen bleibt, bleibt auch der Kondensator 59 entladen, und es wird die darauffolgende Betätigung des Relais 52 durch den Anodenstrom der Röhre 46 unwirksam gemacht. Erst wenn die beiden Röhren 43 und 46 wieder gedrosselt sind und der Schalter 51 wieder geöffnet wird, lädt sich der Kondensator 59 über den Widerstand 60 erneut auf. In gleicher Weise wird die Wirkung der Röhre 43 und des Relais unwirksam gemacht, wenn die Röhre 46 früher Strom führt als die Röhre 43. In letzterem Falle entlädt sich der Kondensator 59 bei Schließung des Kontaktes 56 über die Spule 58 und legt den Schalter 10 nach links um. Das Relais 52 öffnet gleichzeitig den Kontakt 54, welcher die den Gittern der Röhren 43 und 46 abgewandten Belegungen der Kondensatoren 44 und 47 mit dem negativen Pol der Batterie 61 verbindet. Wird der Kontakt 54 wieder geöffnet, so nehmen die genannten Belegungen über den Widerstand 62 das Potential des Punktes 63 an. Die Gitter saugen infolgedessen Elektronen auf, und wenn bei Schließung des Kontaktes 55 die den Gittern abgewandten Belegungen der Kondensatoren 44, 47 wieder mit dem negativen Pol der Batterie 61 verbunden werden, so erfolgt in der bereits an Hand des Beispiels 1 beschriebenen Weise eine Drosselung der Röhren 43, 46, und der Meß-Vorgang wiederholt sich von neuem.

Die Verwendung eines Schalters mit zwei Stabillagen und eines Kondensators 59, dem die Energie zur Betätigung des Schalters entnommen wird, gestattet es, die erstrebten Wirkungen in besonders einfacher und betriebssicherer Weise zu erreichen. Auch die Energiefrage macht in diesem Falle keine besonderen Schwierigkeiten, da es heute möglich ist, Kondensatoren von vielen Mikrofarad in den kleinsten Ausmaßen wirtschaftlich herzustellen.

Beispiel 3

Das vorliegende Verfahren läßt sich vor allen Dingen dann leicht verwirklichen, wenn man Anordnungen verwendet, bei denen von vornherein überhaupt nur einer der beiden Vorgänge, d. h. entweder der Ablauf der Ladungsverschiebung oder der Ablauf der Vergleichszeitstrecke, eine Wirkung auf die Schalterstellung auszuüben vermag. In diesem Falle ist es lediglich erforderlich, daß der frühere Ablauf desjenigen Vorganges, der keine Wirkung auf den Schalter auszuüben vermag, den nachfolgenden Ablauf des anderen Vorganges unwirksam macht und daß der gesteuerte Schalter weiterhin in der vom zuerst ablaufenden Vorgang definierten Lage festgehalten wird. Um die erste dieser Bedingungen zu erfüllen, kann man das Gitter der in den obigen Beispielen genannten Elektronenröhren 1, 43, welches mit der Photozelle in Verbindung steht, durch irgendeinen Taktgeber periodisch drosseln. Erfolgt diese Drosselung früher als die Beseitigung der negativen Aufladung, so führt die Röhre niemals Anodenstrom. Erfolgt diese Drosselung jedoch später, so führt die Röhre periodisch einen Anodenstrom. Dieser Anodenstrom wirkt auf den Endschalter 10, der jedoch zur Erfüllung der zweiten Bedingung nach der vorliegenden Erfindung mit go einem Verzögerungswerk an sich bekannter Art zu versehen ist, das ein Zurückfallen in seine Ruhelage mindestens so lange hindert, als der Zeitabstand seiner Abläufe beträgt. Die Folge davon ist, daß der Schalter 10 so lange in Arbeitsstellung bleibt, als die Röhre periodisch Strom führt, und daß er erst dann in seine Ruhelage zurückfällt, wenn die periodischen Stromstöße wiederholt unterbleiben.

Beispiel 4

Die vorangehenden Beispiele machen die Verwendung von Relais mit mehr oder weniger vielen Kontakten erforderlich und bergen infolgedessen in sich eine gewisse Betriebsunsicherheit, die sich wegen der Häufigkeit der Kontaktgaben und der schwachen zur Verfügung stehenden Kontaktdrucke unter Umständen störend bemerkbar machen. Im vorliegenden Beispiel ist eine Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, bei der fast jeglicher Relaiskontakt vermieden ist. In Beispiel 4 werden alle erforderlichen Blockierungen und Freigebungen auf rein mechanischem Wege herbeigeführt und hierdurch die Umlegung des Schalters 10 nur unter den durch die Erfindung festgelegten Bedingungen ermöglicht.

Die eigentliche Steueranordnung besteht in Abb. 3 aus einer Elektronenröhre 64 mit Gitterkondensator 65, Anodenbatterie 66 und Photozelle 67. Zur Drosselung des Gitters dienen ein

Quecksilberschalter 68 und der Widerstand 69. Durch Öffnung und darauffolgende Schließung des Kontaktes 68 wird das Gitter in bekannter und bereits beschriebener Weise negativ aufgeladen. Nach einer gewissen Zeitstrecke, die der auf die Zelle 67 fallenden Beleuchtung umgekehrt proportional ist, setzt der Anodenstrom in der Röhre 64 ein und betätigt den Elektromagneten 70.

Die Bemessung der Vergleichszeitstrecke und das Umlegen des Endschalters 10 wird durch ein Laufwerk, d. h. im vorliegenden Falle durch die rotierende Scheibe 71, bewirkt. Senkrecht über der Scheibe 71 befindet sich eine Achse 72, die den Schalter 10 und einige Hebelarme trägt. Die Feder 73, die über den Arm 74 mit dem Exzenter 75 verbunden ist, ist bestrebt, die Achse 72 bei tiefstehendem Exzenter 75 nach rechts, bei hochstehendem Exzenter 75 nach so links zu neigen und damit gleichzeitig den Schalter 10 zu betätigen. In dieser Bewegung wird die Achse 72 jedoch durch den Hebelarm 76 gehindert, der mit seinem konischen Ansatzstück 77 auf der Scheibe 71 entlang gleitet. Erst wenn der Ausschnitt 78 der Scheibe 71 bis zum Ansatzstück 77 gelangt, kann dieses durch die öffnung 78 dem Federzug folgend hindurchfallen. Dieser Zeitpunkt bedeutet den Ablauf der Vergleichszeitstrecke, die durch die Umlaufgeschwindigkeit der Scheibe 71 definiert wird. Der Schalter 10 legt sich sogleich mit Ablauf der Vergleichszeitstrecke um, wenn er nicht durch die Stellung des Ankers 79 daran gehindert wird. Der Hebelarm 80, der ebenfalls mit der Achse 72 in Verbindung steht, kann in seiner Bewegung durch den Anker 79 des Relais 70 gehindert oder freigegeben werden, derart, daß er sich z. B. bei nicht angezogenem Anker nur nach oben und bei angezogenem Anker nur nach unten bewegen kann. Der Anker 79 befindet sich bei Ablauf der Vergleichszeitstrecke nur dann in Ruhelage (nicht angezogener Zustand), wenn die Röhre 64 bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht angesprochen hat. In diesem Falle würde also der Ansatz yy durch die Aussparung 78 hindurchfallen und der Schalter 10 umgelegt werden. Ist die Öffnung 78 an dem Ansatz 77 vorbeigewandert, so betätigt die Nase 81 durch Anheben den Schalter 68 und drosselt die Elektronenröhre 64 von neuem. Es beginnt damit die nächste Messung, und der Ausschnitt 82 nähert sich dem Ansatz jy. Jetzt befindet sich das Exzenter 75 jedoch in Höchststellung und ist bemüht, die Achse 72 nach links zu drehen. Hat die Röhre 64 in diesem Augenblick wiederum noch nicht angesprochen, so kann diesmal der Ansatz 77 der Kraft der Feder 73 folgend nicht durch die Öffnung 82 hindurchfallen, weil ·—· wie oben ausgeführt —· bei Ruhestellung des Ankers 79 nur eine Rechtsdrehung der Achse 72 möglich sein soll.

Um 180° gegen die Nase 81 versetzt befindet sich die Nase 83, so daß nach Ablauf der genannten Vorgänge eine neue Drosselung der Röhre 64 stattfindet und ein neuer Ablauf beginnt. Die Nasen 81 und 83 sind durch die Leiste 84 miteinander verbunden und drehbar angeordnet, so daß die Ansprechschwelle beliebig verändert werden kann.

Die Ausbildung des Hebelarmes 80 und des Magnetankers 79 ist in Abb. 4 ausführlicher wiedergegeben. Der Anker 79 besitzt die gabelartig miteinander verbundenen Ansätze 85 und 86 und der Hebelarm 80 das im Querschnitt parallelogrammartig erscheinende Stück 87. Bei der gezeichneten Stellung des Ankers vermag sich der Hebelarm 80, 87 nicht nach unten zu bewegen, da er durch den Ansatz 85 daran gehindert wird. Er könnte sich jedoch aus der gestrichelt gezeichneten unteren Lage nach oben bewegen. Nimmt der Magnetanker 79 aber die nach links verschobene gestrichelte Lage ein, so kann sich im Gegensatz hierzu das am Hebelarm 80 befindliche Ansatzstück 87 nur nach unten, aber nicht nach oben bewegen.

Auch im vorliegenden Beispiel verhindert der zuerst ablaufende Vorgang die Einwirkung des anderen auf den Schalter 10. Ist bei früherem Ablauf der Vergleichszeitstrecke keine Blockierstellung des Ankers vorhanden, so folgt die Achse 72 dem Federdruck, und der Ansatz 77 des Hebelarmes 76 bewegt sich durch einen der Ausschnitte 78 und 82 der Scheibe 71 hindurch. Ein daraufhin erfolgendes Ansprechen der Röhre 64 vermag an dieser Lageänderung nichts mehr zu ändern. Auch wenn sich im Augenblick des Ablaufes der Vergleichszeitstrecke der Anker in Blockierstellung befindet, kann ein daraufhin erfolgendes Umstellen des Ankers nicht mehr eintreten, da das Ansatzstück 87 gegen eine der Nasen 85 bzw. 86 fest anliegt und die Ankerbewegung hindert. Durch geeignete Profilgebung der Berührungsflächen kann die Bewegung des Ankers auch für den Fall von Erschütterungen unmöglich gemacht werden.

Beispiel 5

Die im Beispiel 4 beschriebene Anordnung läßt sich durch eine geringfügige Vervollkommnung auch dahin ausbauen, daß sie geeignet ist, dem Schalter 10 drei Schaltstellungen zu geben. Hierfür liegt ein Bedürfnis vor, wenn innerhalb eines gewissen Toleranzgebietes keine Sekundärauslösung erfolgen soll, sondern erst dann, wenn das Toleranzgebiet nach oben oder unten hin übertreten wird. Es gelangen zu diesem Zweck, wie Abb. 5 und 6 zeigen, zwei Scheiben 88 und 89 zur Verwendung. Die Achse 72, welche derjenigen in Abb. 3 entspricht, trägt den Ouecksilberschalter 10, der durch Neigen nach rechts oder links die verschiedenen Stromkreise schließt

und öffnet. Der Hebelarm 76 trägt wiederum ein Ansatzstück 77, das im vorliegenden Falle i. zwischen beiden Scheiben, 2. außerhalb der Scheibe 88 oder 3. außerhalb der Scheibe 89 zu gleiten vermag. Der Kurbelzapfen 75 mit dem Arm 74 und der Feder 73 arbeitet analog Abb. 3. Des weiteren sind vier Nasen 90 angeordnet, die gemeinsam gegen die Scheibe 88 verstellt werden können. Die Scheibe 89 ist der Übersichtlichkeit halber in Abb. 5 in etwa: kleinerem Durchmesser gezeichnet als die Scheibe 88.

Bewegen sich die Ausschnitte 91 und 92 de: Scheibe 88 am Ansatzstück 77 vorbei, so vermag der Hebel 76 nur Bewegungen von der Außenseite der Scheibe 88 nach der Mittellage oder umgekehrt auszuführen. Bewegen sich die Ausschnitte 93 und 94 der Scheibe 89 an dem Ansatzstück 77 vorbei, so vermag der Hebelarm 76 nur Bewegungen von der Außenseite der Scheibe 89 nach innen auszuführen und umgekehrt. Die Aussparungen der Scheibe 89 sind jedoch um einen geringen Betrag gegenüber dem Winkel von 90° versetzt, so daß die Vergleichszeitstrecken, welche die Scheibe 89 definiert, etwas langer sind als die Vergleichszeitstrecken der Scheibe 88. Das Umlegen des Schalters zu beiden Seiten der Scheibe 89 findet also bei anderen Helligkeitswerten statt als das Umlegen zu beiden Seiten der Scheibe 88. Damit ist die Aufgabe der Definition einer gewissen Toleranz gelöst. Die entstehende Toleranz kann durch Verdrehen der Scheibe 89 gegenüber der Scheibe 88 in ihrer Größe verändert werden. Andererseits kann durch Drehen der Nasen 90 gegen die Scheibe 88 das Ansprechbereich eine beliebige Einstellung erhalten.

Eine wichtige Eigenschaft der zuletzt beschriebenen Anordnung besteht schließlich noch darin, daß die Ansprechwerte mehrmals durchlaufen werden müssen, bevor ein Umlegen des Schalters 10 von einer Extremlage in die andere vollzogen werden kann. Fehlsteuerungen werden somit praktisch ausgeschlossen.

Da im vorliegenden Beispiel der Hebel 76 mit dem Ansatzstück 77 drei verschiedene Lagen einzunehmen vermag, ist auch eine geringfügige Änderung der Ansätze am Magnetanker erforderlieh, insofern als der Magnetanker nunmehr vier Ansätze aufweisen muß. In Abb. 7 sind die vier Ansätze 95 und der unverändert bleibende Ansatz 87 des Hebelarmes 80 in einer Lage dargestellt. Die anderen beiden Lagen, die der Ansatz 87 einzunehmen vermag, sind schraffiert eingezeichnet. Bei Umlegen des Ankers bewegen sich die Ansätze 95 des Relaisankers um einen geringfügigen Betrag nach links. Man erkennt ohne weiteres, daß bei der gezeichneten Lage nur Bewegungen des Ansatzes 87 nach oben, in der beschriebenen nach links verschobenen Lage hingegen nur Bewegungen nach unten hin möglich sind.

Beispiel 6

Bei rein mechanischen Laufwerken, vor allem bei denen, die ihren Antrieb von einem Uhrwerk aus erhalten, ist es vorteilhaft, die zur Umlegung des Schalters 10 dienenden Kräfte dem Werk nur dann zu entnehmen, wenn eine solche Umlegung tatsächlich erfolgt. Um gleichzeitig noch die Genauigkeit der Vorrichtung zu steigern, wird diese — an sich seltene — Energieentnahme vorteilhaft in eine Zeitspanne verlegt, während welcher keine Vergleichszeit durchlaufen wird. Im Beispiel der Abb. 8 ist die von irgendeinem Uhrwerk angetriebene Scheibe 97 mit dem nach vorn umgebörtelten Rand 98 vorgesehen. Auf dem Rand 98 gleitet der am Hebel 99 angebrachte Stift 100. Der Hebel 99 ist um die rechts angeordnete Achse 101 drehbar und trägt den Quecksilberschalter 10. An seinem freien Ende ist er mit dem Profilstück 103 ausgerüstet, das um die Achse 103 drehbar ist und dessen beschwertes Kopfstück 104 sich gegen den Stift 105 lehnt. 106 ist ein Sperrstück, welches an dem Anker eines (nicht gezeichneten) Relais 70 sitzt, das in der in Abb. 3 dargestellten Weise von der Elektronenröhre gesteuert wird. Das Sperrstück 106 soll sich bei Betätigung dieses Relais in Richtung des Doppelpfeiles 107 bewegen und bei angezogenem Anker die gezeichnete Stellung einnehmen.

Unter dem umgebörtelten Rand 98 befindet sich die gleichzeitig umlaufende unrunde Scheibe 108. Diese besitzt eine Stufe 109. Der vorstehende Rand 98 ist bei 110 unterbrochen; dabei ist sein linker Abschnitt in mindestens bis zur Höhe der Stufe 109 nach innen eingebogen, too

Der Vorgang gestaltet sich nun folgendermaßen: Spricht das Relais an, bevor der Stift 100 die Randunterbrechung 110 erreicht hat, so legt sich das Sperrstück 106, wie gezeichnet, unter das Profilstück 102, und der Hebel 99 gleitet in festgehaltener Lage über den Ausschnitt 110 hinweg. Spricht das Relais hingegen zu spät an, so fällt der Stift 100 vom Börtelrand 98 auf die unrunde Scheibe 108 herab, und das nachträglich einfallende Sperrstück 106 gleitet oben über das Profilstück 102 hinweg, ohne irgendeinen Einfluß ausüben zu können. Bei dem beschriebenen Herabfallen des Stiftes 100 wird der Schalter 10 umgelegt. Die unrunde Scheibe hebt nun in ihrem weiteren Ablauf den Stift 100 langsam wieder ein wenig an, ohne dabei jedoch den Quecksilberschalter 10 zu öffnen. Schließlich wird die Stufe 109 erreicht. Ist die Beleuchtung der Photozelle in der Zwischenzeit nicht sehr merklich gestiegen, d. h. hat das Relais bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht angesprochen, so fällt der Stift 100

die Stufe 109 herab und bleibt weiterhin auf der unrunden Scheibe 108.

Die Stufe 109 ist zweckmäßig um einen gewissen (an der auf die Scheibe 97 eingeritzten Skala mit Hilfe des unten angebrachten Pfeiles ablesbaren) einstellbaren Betrag gegen den Abbruch 110 des Börtelrandes 98 in der Drehrichtung versetzt. Der Winkel, um den diese beiden Teile einstellbar gegeneinander versetzt

to sind, besitzt dabei eine besondere Bedeutung: er definiert eine zulässige Überlappung von Schalt- und Vergleichszeit, innerhalb deren noch keine Umschaltung erfolgt. Durch diese Toleranz zweiter Art wird ein Pendeln des Schalters am Grenzwert, wie es z. B. bei Anordnungen zur Einschaltung künstlichen Lichtes bei abnehmendem Tageslicht sonst leicht eintritt, mit Sicherheit verhütet.

Ist die Beleuchtung mit der Zeit wieder so

7.0 stark gestiegen, daß das Relais um die volle Zeit der vorbestimmten zulässigen Überlappung oder noch mehr vor Erreichung des dem Abbruch 110 zugehörigen Radius anspricht, so fällt das Sperrstück 106 in den Ausschnitt 112 des Profilstückes 102 ein, und der Stift 100 vermag die Stufe 109 nicht herabzufallen. Vielmehr wird er bis auf die schiefe Ebene in hinübergetragen und gleitet dann ■— während das Profilstück 102 sein beschwertes Kopfteil 104 leicht anhebt — wieder auf den Börtelrand 98 hinauf, um dort zu verbleiben. Dabei wird der Schalter 10 wieder in seine gezeichnete Ruhelage zurückgeführt.

Um vom gleichen Organ aus die Aufladung des Gitters der Elektronenröhre bewirken zu können, ist eine entsprechende Vorrichtung wie in Abb. 3, nämlich die Scheibe 113 (dort Hebel 84), mit dem Stift 114 (dort Stift 81) vorgesehen. Der Stift 114 hebt bei jedem Vorüberlauf an dem Hebel 115 die Quecksilberwippe 68 kurz an, wobei ein gleicher Schaltvorgang wie bei der Wippe 68 der *Abb. 3 bewirkt wird, der den Beginn der Meßzeit definiert. Um auch die Meßzeit variabel gestalten zu können, ist die Scheibe 113 ebenfalls gegen die Scheibe 97 drehbar. Die Drehung kann dabei an der gleichen Skala abgelesen werden wie der Toleranzwinkel. Die Schraube 116 mit der darunterliegenden Federspinne 117 preßt die Scheiben 108 und 113 auf die Scheibe 97.

Es machen sich somit im obigen Beispiel der Ablauf der Vergleichszeit (Erreichung des Abbruchradius 110) und das Wiedereinsetzen des Elektronenstromes in der Röhre (Einfallen des Sperrstückes 106) in ihrer Wirkung auf den Schalter 10 gegenseitig unwirksam, je nachdem, ob der eine oder der andere früher erfolgt.

Beispiel 7

Abb. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem die zur Umlegung des Endschalters 10 dienende Kraft ebenfalls nur dann, wenn man sie gebraucht, dem Antriebswerk entnommen wird, bei dem aber im Gegensatz zu der zuletzt beschriebenen Weichenumstellung für die Umlegung des Schalters ein besonderer Mitläufer in Gang gesetzt wird.

Die Scheibe 118 ist wiederum mit einem Börtelrand 119 versehen. Auf diesem Börtelrand 119 gleitet der Stift 120, der an dem bei 121 gelagerten Hebel 122 sitzt. Der Hebel 122 trägt die Ouecksilberwippe 10. Der Börtelrand 119 ist mit dem Ausschnitt 123 versehen, durch den der Stift 120 hindurchfallen kann. Hierbei wird der Hebel 122 von dem Stift 124 aufgefangen. Gleichzeitig wird die" Ouecksilberwippe 10 umgelegt.

Die Scheibe 118 dreht sich in Richtung des Pfeiles 125. An ihr ist der Stift 126 befestigt, der die beiden Schalter 127 und 128 betätigt. Die Ouecksilberwippe 127 ist im Ruhezustand geschlossen und wirkt auf die Elektronenröhre 64 genau in der gleichen Weise wie dies an Hand von Abb. 3 beschrieben wurde. W^Tenn also der Stift 126 an der Nase 129 vorbeigleitet und hierdurch den Quecksilberschalter 127 einen Augenblick öffnet, bis er zurückfällt und sich schließt, so wird das Gitter der Elektronenröhre 64 negativ aufgeladen und damit der Beginn der Meßzeitstrecke definiert. go

Der Schalter 128 liegt parallel zu dem Widerstand 130 im Anodenkreis der Röhre 64. Er ist im Ruhezustand geöffnet. Beim Vorbeigleiten des Stiftes 126 an seiner oberen Feder 131 wird diese hochgehoben und schnellt dann zurück, wobei der Kontakt für einen Augenblick geschlossen wird. Dieser sehr genau bestimmte Zeitpunkt definiert das Ende der Vergleichszeitstrecke. Ist in diesem Augenblick die negative Aufladung des Gitters der Elektronenröhre 64 über die Photozelle 67 bereits abgeflossen, d. h. ist zu diesem Zeitpunkt die Blockierung der Röhre 64 bereits aufgehoben, so entsteht beim Schließen des Kontaktes 128 infolge der hierdurch hervorgerufenen Überbrückung des Widerstandes 130 ein Stromstoß, der über den Transformator 132 die Röhre 133 drosselt.

Im Anodenkreis der Röhre 133 liegt das Ruhestromrelais 134. Dieses Relais steuert eine (nicht gezeichnete) magnetische Kupplung, welche das vor der Scheibe 118 angeordnete Profilstück 135 mit der Scheibe 118 kuppelt. War die Röhre 64 im Moment der Betätigung des Schalters 128 bereits entblockiert, so wird also das Profilstück 135 von der Scheibe 118 mitgenommen und hebt hierbei entweder den Stift 120 wieder aus seiner Tiefstellung empor oder (falls er sich bereits in der gezeichneten Lage befindet) verhindert sein Einfallen in den Ausschnitt 123, wenn dieser gemeinsam mit dem Profilstück 135 unter dem Stift 120 angelangt

ist. Die Anordnung unterscheidet sich also von den früher beschriebenen dadurch, daß Auswahl der Schalterstellung und die Umschaltung zeitlich auseinandergelegt sind. Das Gitter der Elektronenröhre 133 ist über einen Widerstand 136 abgeleitet, so daß sich die Blockierung der Röhre 133 nach einer gewissen Zeit von selber aufhebt und das Ruhestromrelais 134 in die angezogene Lage zurückfällt. Hierdurch wird die Kupplung zwischen dem Profilstück 135 und der Scheibe 118 wieder aufgehoben, so daß dieses, Profilstück unter dem Zuge einer (nicht gezeichneten) Feder in seine gezeichnete Ruhelage zurückschnellt. Wie die genannten Beispiele gezeigt haben, läßt sich das vorliegende Verfahren in sehr vielseitiger Gestalt durchführen. In allen Fällen lassen sich jedoch Grenzwerte extrem geringer Stromstärken mit größter Exaktheit definieren und zu einer derartigen Betätigung eines groben (10 bis 20 Ampere leistenden) Schalters verwenden, daß der Schalter unterhalb des primären Stromstärkenschwellwertesin der einen, oberhalb des primären Stromstärkenschwellwertes in der anderen Schaltlage liegt und liegenbleibt. Die Genauigkeit wird dabei um so größer, je schärfer die Vergleichszeitstrecke definiert ist. Hierfür hat sich die Verwendung von Schaltern mit schnellenden Teilen (Abb. 9, Schalter 128) besonders bewährt. Auch der Endschalter 10, der bei den zuletzt beschriebenen mechanischen Beispielen in der einen Richtung meist langsam bewegt wurde, kann natürlich zur Vermeidung einer übermäßigen Funkenbildung mit Schnappvorrichtungen beliebiger Art versehen werden. Auf einen besonderen Vorteil sei zum Schluß noch hingewiesen: Auch da, wo keine besonderen mechanischen Maßnahmen zur Erzielung einer Toleranz getroffen sind, läßt es sich ohne weiteres erreichen, daß der Stromstärkenschwellwert, bei dem die Schließung des Endschalters 10 erfolgt, von demjenigen verschieden ist, bei dem seine Öffnung eintritt. Zu diesem Zwecke ist es lediglich notwendig, den Endschalter 10 selbst auf die Anordnung zurückwirken zu lassen, etwa dadurch, daß an die -Elektronenröhre oder die Taktgeberanordnung eine andere Spannung gelegt wird oder daß man den Gitterkondensator der Röhre durch Zu- oder Abschalten von Hilfskapazitäten verändert.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Steuerung von Kontakten durch eine lichtelektrische Meßanordnung, bei welcher die Dauer der lichtelektrisch hervorgerufenen Ladungsverschiebung eines Kondensators zwischen bestimmten Grenzpotentialen (Vorgang I) mit dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitstrecke (Vorgang II) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst ablaufende Vorgang den Endschalter (10) in die ihm zugehörige Stellung bringt und daß die so eingenommene Stellung dieses Endschalters (10) mindestens bis zum übernächsten Ablauf eines der beiden Vorgänge aufrechterhalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst ablaufende Vorgang die Wirkung des anderen Vorganges auf den Endschalter (10) mindestens bis zum Beginn des nächsten _ Ablaufes verhindert.
3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Schaltung, bei der nur einer der beiden Vorgänge eine Wirkung auf die Schalterstellung auszuüben vermag, in Verbindung mit einer an sich bekannten Verzögerungsvorrichtung, die den Endschalter (10) für eine Zeitstrecke am Zurückgehen in seine Ruhelage hindert, welche mindestens so groß wie der Zeitabstand zweier aufeinanderfolgender Abläufe ist (Beispiel 3).
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines End- go schalters (10) mit mehreren Stabillagen (Beispiel 2).
5. 5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Energiespeicher, etwa einen Kondensator (59), dessen Energie von beiden Vorgängen mittelbar oder unmittelbar zum Umlegen des Endschalters (10) benutzt wird, derart, daß nach der durch den zuerst ablaufenden Vorgang erfolgten Entnahme der Energie für den nachfolgend ablaufenden Vorgang keine Sekundärenergie mehr zur Verfügung steht und seine Wirkung auf den Endschalter (10) hiermit unmöglich gemacht wird (Beispiel 2).
6. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere unter Vermeidung von Relaiskontakten, gekennzeichnet durch ein zur Bestimmung der Vergleichszeitstrecke dienendes mechanisches Laufwerk (Beispiele 4 bis 7).
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine vom Laufwerk angetriebene, mit Einschnitten (78, 82) versehene Laufscheibe (71), auf welcher ein Schalthebel (76, 77) entlang gleitet, der so ausgebildet ist, daß er in die Einschnitte einzufallen vermag und hierdurch den Endschalter (10) umlegt (Beispiele 4 bis 7).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Endschalter (10) mit dem Laufwerk (71) derart elastisch (73, 74)

   gekoppelt ist, daß dieses ihn abwechselnd nach seinen verschiedenen Schaltstellungen hinzieht (Beispiele 4 und 5).
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen vom Vorgang I gesteuerten Elektromagneten (70), dessen Anker derart in einen mit dem Endschalter (10) verbundenen Hebel (80) eingreift, daß dieser Hebel (80) in der Ruhestellung des Ankers nur in der einen, in der Arbeitsstellung des Ankers nur in der anderen Richtung bewegt werden kann (Abb. 3, 4 und 7).
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufwerk (71) gleichzeitig diejenige Anordnung (68) steuert, welche das Aufladen des Meßkondensators (65) bewirkt (Beispiele 4 bis 7).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 10, gekennzeichnet durch auf der Laufscheibe angeordnete Stifte (81, 83), welche unmittelbar oder mittelbar die zeitlich zu definierenden Kontaktgebungen bewirken (Beispiele 4 bis 7).
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einleitung der Aufladung des Meßkondensators (65) dienende Anordnung (81, 83, 85) gegen das zur Bestimmung der Vergleichszeitstrecke dienende Laufwerk (71) zwecks Veränderung der Länge der. Vergleichszeitstrecke bzw. zur Herstellung von Differenzen zwischen den einzelnen Vergleichszeitstrecken verstellbar ist (Beispiele 4 bis 6).
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umlegung des Endschalters benötigte Energie dem Laufwerk nur dann entnommen wird, wenn eine solche Umlegung in der Tat erfolgt (Beispiele 6, 7).
14. 14. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewisse Überlappung der zu vergleichenden Zeitstrecken zugelassen ist, innerhalb deren noch keine Umschaltung erfolgt, zu dem Zwecke, eine Pendelung des Endschalters an der Schwellwertgrenze des Primäreffektes zu verhindern (Beispiel 6).
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch verschiedene Bemessung der wirksamen Vergleichszeitstrecke in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Endschalters bzw. der diesen steuernden Teile

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen