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Tonbandgerät mit Bandeinstellung Die Erfindung betrifft ein Tonbandgerät
mit elektromagnetischer Auslösung des Tonbandtransportes zur selbsttätigen Einstellung
des Tonbandes auf vorbestimmte Stellen des Bandes. Derartige Geräte finden dann
Anwendung, wenn aus einem mit mehreren Aufnahmen bespielten Tonband eine bestimmte
Aufnahme herausgesucht und gespielt werden soll.
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Da das bei vielen Geräten hierfür vorgesehene mechanische Zählwerk
beim Suchvorgang erhebliche Aufmerksamkeit und mehrere manuelle Operationen seitens
des Bedienenden erfordert, hat man bereits versucht, Geräte mit selbsttätiger Bandeinstellung
zu bauen.
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Bei einem bekannten Tonbandgerät wird von der Welle der Tonbandaufwickelspule
eine Drehfeldgeberanordnung angetrieben, die über ein geeignetes Getriebe einen
Zeiger an einer linearen Skala entlang bewegt. Bei dieser Längsbewegung des Zeigers
von links nach rechts, welche dem Ablauf des Bandes entspricht, berührt dieser mehrere
längs der Skala verschiebbare Kontakte und schaltet "dadurch das Tonbandgerät abwechselnd
auf Schnell- und Langsamlauf (Spielen). Die Stelle und der Abstand von zwei solchen
benachbarten Kontakten entsprechen also der Stelle des zu spielenden Stückes auf
dem Tonband und der Spieldauer. Abgesehen von dem Nachteil, daß bei dieser Anordnung
die Einstellgenauigkeit längs der Skala infolge des sich im Laufe des Wickelvorganges
ständig ändernden Radius der Tonbandspirale auf der Aufwickelspule sehr verschieden
ist, was höchstens durch Spezialspulen gemildert werden könnte, bedeutet das Einstellen
von jeweils zwei Kontakten für jedes zu spielende Stück noch einen sehr erheblichen
Bedienungsaufwand. Besonders nachteilig aber ist, daß der ganze Einstellungsvorgang
nur immer in einer Richtung ablaufen kann, da die Kontakte nach Art einfacher Umschalter
ein festes Programm von abwechselndem Schnell- und Langsamlauf erzwingen, was jedoch
nur bei Vorwärtslauf des Bandes bzw. des Zeigers sinnvoll ist, während beim schnellen
Suchvorgang, insbesondere bei Rückwärtslauf, die Kontakte nur hinderlich sind. Steht
beispielsweise bei einem zehn Aufnahmen enthaltenden Band das Gerät beim Einschalten
gerade auf Aufnahme 4, während zunächst die Aufnahme 2 gespielt werden soll, so
wird das Gerät nach dem Einschalten zunächst noch weiter in Vorwärtsrichtung laufen,
sämtliche restlichen Aufnahmen noch abspielen, bis das Band völlig abgespielt bzw.
der Zeiger am rechten Ende der Skala angelangt ist, und dann ein entsprechender
Rückspulvorgang ausgelöst wird. Nach dem Rückspulen wird das vorgegebene, der Tonbandaufzeichnung
entsprechende Programm, beginnend mit der Aufnahme 1, erneut abgespielt und endlich
auch die gewünschte Anfangsstellung für die Aufnahme 2 erreicht. Eine Rückführung
des Bandes auf dem kürzesten Umspulweg zu der gewünschten Stelle kann das Gerät
nicht durchführen, es sei denn, was aber ja gerade vermieden werden soll, daß der
Bedienende selbst eingreift.
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Bei einem anderen bekannten Gerät mit automatischer Programmvorwahl
werden auf das Tonband leitende Metallfolien aufgeklebt, die den Anfang jeweils
einer Aufnahme kennzeichnen. Beim Umspulen laufen die Folien an einem Bandkontakt
vorbei und schließen dadurch kurzzeitig einen Stromkreis. Dadurch wird ein Schrittschaltwerk
jeweils um eine Schaltstellung weitergesteuert, und zwar so lange, bis eine vom
Bedienenden vorgewählte Schaltstellung erreicht wird. Bei Erreichen dieser Stellung
wird das Laufwerk gebremst und auf »Abspielen« umgeschaltet. Die Anordnung besitzt
also die gleichen, oben bereits geschilderten Nachteile infolge des einseitigen
Ablaufens eines festen Programms. Die Folien, die bereits den Bandkontakt passiert
haben, kommen erst dann wieder zur Wirkung, wenn das Band vollends abgespielt ist
und nach dem Umspulen des Bandes der Spielvorgang von vorn wieder mit der Aufnahme
1 beginnt.
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Die Anzeige der Stellung des Tonbandes, sei es durch einen Zeiger,
sei es durch ein Zählwerk, ist also bekannt. Obgleich aber, wie die oben geschilderten
Versuche zeigen, schon seit langem das Bedürfnis einer selbsttätigen Einstellung
des Tonbandgerätes auf vorbestimmbare Stellen des Bandes besteht, ist bisher noch
keine befriedigende Lösung gefunden worden. Dabei ist es aus der Regeltechnik bekannt,
die sich aus der Abweichung einer Meßgröße von einem Sollzustand ergebende Fehlerspannung,
beispielsweise
die sich aus der Differenz der Schleiferstellungen
eines Geber- und Empfängerpotentiometers ergebene Brückenspannung, gegebenenfalls
nach Verstärkung über eine geeignete Vorrichtung einem Nachstellmotor zuzuführen,
welcher je nach Größe und Richtung oder Phase der Fehlerspannung vor-oder rückwärts
läuft, bis die Fehlerspannung zu Null (oder nahezu Null) wird. Die einfache Anwendung
derartiger Regelverfahren auf ein Tonbandtransportsystem ist jedoch deswegen nicht
möglich und deshalb auch nicht durchgeführt worden, weil die in der ganzen Regeltechnik
selbstverständliche Umsteuerung des Drehsinns des Nachstellmotors hier zu unerwünschten
Schleifenbildungen des Tonbandes führen würde.
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A11 diese vorstehend geschilderten Nachteile werden durch die vorliegende
Erfindung vermieden. Ihr Wesen besteht darin, daß zur selbsttätigen Einstellung
des Tonbandes auf vorbestimmte Stellen eine an sich bekannte Nachlaufsteuerung mit
einer sich selbst auf Null stellenden Potentiometerbrücke, bestehend aus einem Geber-
und einem nullsuchenden Potentiometer, verwendet ist, wobei die Schleiferwelle des
nullsuchenden Nachlaufpotentiometers mit den Wellen von Tonbandvorrats- und Aufwickelspule
über ein Differentialgetriebe fest gekuppelt ist und die alternativ in Abhängigkeit
von der Polung bzw. Phase der Brückenspannung leitenden Ausgangsstromkreise der
Potentiometerbrücke nur mit den Auslösestromkreisen des Tonbandlaufwerkes für Vor-und
Rückspulen des Tonbandes verbunden sind. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen,
durch die Verknüpfung der Nachlaufschaltung einerseits mit dem Tonbandlaufwerk und
andererseits mit den Auslösestromkreisen des Laufwerks wird eine geschlossene Regelschleife
hergestellt. Dadurch wird gegenüber dem Stand der Technik eine echte Einregelung
des Tonbandes auf eine vorbestimmte Sollstellung mit einem zweiseitigen Suchrichtungsentscheid
erreicht und das Band stets auf dem kürzestmöglichen Umspulweg in die gewünschte
Stellung gebracht.
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Der Gedanke der Erfindung kann nach verschiedenen Richtungen hin vorteilhaft
abgewandelt werden. So ist es zweckmäßig, die Eingangswellen des Differentialgetriebes
über entsprechende Untersetzungsgetriebe an die Wellen der Tonbandspulen anzukuppeln.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, eines der Untersetzungsgetriebe einzusparen
und nur ein Untersetzungsgetriebe vorzusehen und es zwischen der Ausgangswelle des
Differentialgetriebes und der Schleiferwelle des nullsuchenden Potentiometers einzufügen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Schleiferwelle über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe
nur an eine der Tonbandwellen, vorzugsweise an die der Vorratsspule, anzukuppeln.
Diese erfindungsgemäße Variante ist dann zweckmäßig, wenn an die Einstellgenauigkeit
keine hohen Anforderungen gestellt zu werden brauchen.
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Erfindungsgemäß enthalten die Ausgangsstromkreise der Potentiometerbrückenschaltung
zwecks Steuerung der den schnellen Tonbandvor- und -rücklauf bewirkenden Antriebs-
bzw. Kupplungsmittel des Tonbandtransportsystems eine Phasen- oder polungsempfindliche
Schaltvorrichtung, der die Brükkenspannung, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung
eines Verstärkers zugeleitet wird. Dabei ist es bei Gleichspannungsspeisung der
aus dem nullsuchenden Potentiometer und dem Geberpotentiometer gebildeten Brückenanordnung
zweckmäßig, als polungsempfindliche Schaltvorrichtung ein polarisiertes Relais vorzusehen.
Bei Speisung der aus dem nullsuchenden Potentiometer und dem Geberpotentiometer
gebildeten Brückenanordnung mit Wechselspannung empfiehlt es sich, als phasenempfindliche
Schaltvorrichtung zwei Elektronen- oder Gasentladungsröhren vorzusehen, deren Anoden
gegenphasig mit einer Wechselspannung, deren Frequenz und Phasenlage mit der an
der Potentiometerbrückenanordnung anliegenden Wechselspannung übereinstimmt, gespeist
werden, deren Steuer- bzw. Zündelektroden jedoch gleichphasig mit der verstärkten
Steuerspannung gespeist werden und in deren Anodenstromkreisen jeweils ein die Antriebs-
bzw. Kupplungsmittel des Tonbandtransportsystems steuerndes Relais liegt. Dabei
ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der die von den beiden Röhren erregten Relais
je einen Arbeitskontakt zur Einschaltung der Zugmagnete der Antriebs- bzw. Kupplungsmittel
für den schnellen Vor- bzw. Rücklauf des Tonbandes und je einen Ruhekontakt besitzen,
wobei diese Ruhekontakte hintereinandergeschaltet sind und einen Zugmagneten für
das Antriebs- bzw. Kupplungsmittel für die definierte Aufnahme- und Wiedergabegeschwindigkeit
des Tonbandes und für dessen Anpressen an die Köpfe einschalten. Um vor dem Ansprechen
dieses Zugmagnets Zeit für die Bandabbremsung zu gewinnen und so eine unzulässige
Bandbeanspruchung zu vermeiden, ist dieser Zugmagnet zweckmäßigerweise mit einem
Ansprechverzögerungsmittel, vorzugsweise mit einem ihm vorgeschalteten Widerstand
mit stark negativem Temperaturkoeffizienten, versehen. Dabei kann der Zugmagnet
für das Antriebs-bzw. Kupplungsmittel für die definierte Aufnahme-und Wiedergabegeschwindigkeit
des Tonbandes bzw. ein gleichzeitig mit ihm betätigtes Hilfsrelais in der Weise
ausgebildet sein, daß bei seiner Erregung der Steuerspannungsverstärker durch Abschaltung
seiner Anodenspannung stillgelegt und gleichzeitig damit der Magnettonverstärker
durch Anlegen der Anodenspannung in Betrieb gesetzt und daß weiterhin das Ansprechverzögerungsmittel,
z. B. durch Kurzschließen mit einem Kontakt, ausgeschaltet wird.
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Es empfiehlt sich, ein mit einem Lüftmagneten versehenes Bremssystem
vorzusehen, dessen Lüftmagnet in der gemeinsamen Rückleitung aller Zugmagnete der
Kupplungs- bzw. Antriebsmittel liegt, so daß die Bremse bei unbetätigten Zugmagneten
eingeschaltet ist.
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Zur Einsparung von Zugmagneten ist es vorteilhaft, die die Kontakte
für die Anschaltung des Zugmagnets für das Antriebs- bzw. Kupplungsmittel für die
definierte Aufnahme- und Wiedergabegeschwindigkeit des Tonbandes betätigenden Relais
zur Steuerung des schnellen Vor- und Rücklaufes gleichzeitig als Zugmagnete für
die Kupplungs-Antriebsmittel für den schnellen Vor- bzw. Rücklauf des Tonbandes
auszubilden.
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Weiter ist es zweckmäßig, eine Bandstellungsanzeigevorrichtung vorzusehen,
deren Zeiger von der Welle des nullsuchenden Potentiometers antreibbar ist. Es empfiehlt
sich dann, auch die Achse des Geberpotentiometers mit einem seine Stellung anzeigenden
Zeiger zu verbinden und den Zeiger des nullsuchenden Potentiometers und den Zeiger
des Geberpotentiometers mit derselben Skala zusammenwirken zu lassen.
Gemäß
der Erfindung ist zur Einstellung fest vorgegebener Stellen auf dem Tonband als
Geberpotentiometer ein vorzugsweise mittels Drucktasten einstellbarer fester Stufenspannungsteiler
vorgesehen. Um daneben auch noch beliebig auswählbare Stellen auf dem Tonband einstellen
zu können, ist es vorteilhaft, als Geberpotentiometer gleichzeitig einen Stufenspannungsteiler
und ein kontinuierlich einstellbares Potentiometer vorzusehen, mit der Maßgabe,
daß wahlweise entweder der kontinuierlich einstellbare Schleifer des Potentiometers
oder einer der festen Abgriffe des Stufenspannungsteilers zur Wirkung gelangt.
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Zur Steigerung der Einstellgenauigkeit ist es zweckmäßig, daß der
Widerstandsbelag der vom Schleifer des nullsuchenden Potentiometers überstreichbaren
Widerstandsbahn in aufeinanderfolgenden Abschnitten kontinuierlich oder sprunghaft
ungleichmäßig ist.
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Zwecks Ferneinstellung des Tonbandes empfiehlt es sich, den Geberteil
mit dem Geberpotentiometer und/oder dem durch Drucktasten einstellbaren festen Spannungsteiler
als eine vom Hauptgerät abgetrennte Einheit auszubilden und mit diesem über ein
Kabel zu verbinden.
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Eine weitere mit der Einsparung eines Potentiometers verbundene Steigerung
der Einstellgenauigkeit läßt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, daß das
Geberpotentiometer mit dem nullsuchenden Potentiometer in der Weise baulich vereinigt
wird, daß nur eine Spannungsteilerwicklung mit zwei unabhängig voneinander kontinuierlich
einstellbaren Schleifern und gegebenenfalls mit festen Spannungsteilerabgxiffen
oder mit einem kontinuierlich einstellbaren Schleifer und festen Spannungsteilerabgriffen
vorgesehen wird.
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Dabei brauchen an die Herstellungsgenauigkeit der Potentiometer-Widerstands-Wicklung
keine allzu hohe Anforderungen gestellt zu werden. Es genügt vielmehr, die Potentiometeranzapfungen
an geometrisch gleichmäßig auf der Schleiferbahn verteilten Punkten anzuschließen,
wobei die zwischen den Anzapfpunkten liegenden Teilwiderstandswicklungen untereinander
etwas abweichenden Widerstandswert aufweisen dürfen. Eine merkliche Verbesserung
der Einstellgenauigkeit läßt sich dabei dadurch erreichen, daß der Widerstandsbelag
an den den Spannungsteilerabgriffen des Geberpotentiometers entsprechenden Stellen
des nullsuchenden Potentiometers bzw. bei einer Einpotentiometeranordnung im Bereich
der festen Abgriffe höher gewählt wird als in den dazwischenliegenden Bereichen.
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Der Gegenstand der Erfindung arbeitet trotz Verwendung normaler Einheits-Tonbandspulen
über die gesamte Bandlänge gleichmäßig, und zwar unter Aufrechterhaltung der bisher
erreichten hohen Suchgeschwindigkeiten, jedoch unter erheblicher Senkung des Aufwandes
bei gleichzeitiger Steigerung der Betriebssicherheit. Eine Fernbedienung über ein
Kabel von einigen wenigen Adern, auch wenn eine große Zahl von Aufnahmen fernwählbar
sein soll, ist damit möglich.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
dargestellt, und es zeigt F i g. 1 ein Blockschema des Tonband-Transportsystems
zur Darstellung der mechanischen und elektrischen Zusammenhänge eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, F i g. 2 Einzelheiten der zugehörigen Schaltung des elektronischen
bzw. elektromechanischen Suchteiles, F i g. 3 eine Variante zu der Anordnung gemäß
F i g. 1 und 2, bei der das aus dem Gerät herausgenommene Geberpotentiometer mit
dem nullsuchenden Potentiometer über ein Fernbedienungskabel verbunden ist, F i
g. 4 eine Variante zu der Anordnung gemäß F i g. 1 und 2 oder 3, bei der das Geberpotentiometer
mit an Drucktasten geführten festen Abgriffen ausgestattet ist, F i g."5
und 6 Varianten zu der Anordnung gemäß der F i g. 1 bis 4, bei denen nur ein Potentiometer
mit zwei Schleifern und/oder mit festen Anzapfungen Anwendung findet, und F i g.
7 eine Variante zu den vorgezeigten Anordnungen, bei der das nullsuchende Potentiometer
einen ungleichmäßigen Widerstandsbelag aufweist.
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In F i g. 1 ist in deren oberer Hälfte, die mit der gestrichelten
Umrahmung 1 angedeutet ist, ein an sich bekanntes Tonband-Transportsystem schematisch
dargestellt, dessen Antrieb zentral vom Motor 5 aus erfolgt, und zwar über elektromagnetisch
oder elektromechanisch betätigte Kupplungen. Das Tonband 4 wird von der Tonbandspule
2, der Vorratsspule, auf der das gesamte Tonband 4 vor dem Aufnahme- oder Abspielprozeß
aufgewickelt ist, zur Leerspule 3 umgespult. Diese Tonbandspulen 2 und 3 sitzen
auf nach unten verlängerten Wellen 10 und 11, so daß deren Umdrehungszahlen identisch
mit denjenigen der Spulen 2 und 3 sind. Die typischen Funktionen dieses Transportsystems
sind Vorlauf, Rückspulen, langsamer Bandtransport im synchronisierten Aufnahme-
oder Abspieltempo (nachfolgend kurz »Spielen« genannt) und schließlich die Bremsung.
Alle diese Funktionen werden durch die Erregung von Elektromagneten bewirkt. Der
Magnet 7 bewirkt den Vorlauf, indem er über eine Kupplung 37 eine Kraftübertragung
von der Welle des Motors 5 zur Welle 11 herstellt. Der Magnet 6 bewirkt das Rückspulen,
indem er über die Kupplung 38 eine Kraftübertragung mit umgekehrtem Laufsinn von
der Welle des Motors 5 zur Welle 10 herstellt. Der Magnet 8 preßt mittels einer
nicht gezeichneten Gummirolle das Tonband zum Zwecke des Spielens direkt gegen die
Welle des Motors 5 und betätigt gleichzeitig die Rutschkupplung 36, damit die Spule
3 das abgespielte Band aufnimmt. Die Bremsung wird durch den Magneten 9 ausgelöst,
und zwar im gewählten Beispiel in negativem Sinne, derart, daß bei Erregung des
Magneten 9 die Bremsen 39 gelöst werden. Dabei werden Federn gespannt, die bei Unterbrechung
der Erregung des Magneten 9 die Bremsen rein mechanisch andrücken und damit die
Wellen 10 und 11 und somit beide Tonbandspulen 2 und 3 zum Stillstand bringen. Das
Tonband 4 wird an die Löschuni Tonköpfe 42 und 43 ebenfalls bei Erregung des Magneten
8 angepreßt, wohingegen es beim schnellen Vorlauf oder beim Rückspulen frei und
möglichst ohne Berührung an ihnen vorbeiläuft. Alle Drehrichtungspfeile der F i
g. 1 beziehen sich auf den Vorlauf und auf das Spielen; beim Rücklauf bleibt die
Drehrichtung der Welle des Motors 5 erhalten, während alle anderen Drehrichtungspfeile
dann umzukehren sind.
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Zur Vermeidung von Mißverständnissen sei hier nochmals zweierlei betont:
erstens, daß der gesamte Teil 1 von F i g. 1 als bekannt vorausgesetzt wird, und
zweitens, daß diese Anordnung zwar für den vorliegenden Zweck eine der einfachsten
und bestgeeignetsten
ist, daß aber auch andere, an sich bekannte
Transportsysteme zur Verwirklichung der Erfindung in Frage kommen, wie z. B. dreimotorige
Systeme, bei denen der Vorlauf durch Erregung eines direkt mit der Welle 11 verbundenen
Motors und das Rückspulen durch Erregung eines direkt mit der Welle 10 verbundenen,
gegensinnig umlaufenden Motors bewirkt wird. Wesentlich und allen in Frage kommenden
Systemen gemeinsam ist nur, daß ihre sämtlichen Grundfunktionen auf elektrischem
Wege ausgelöst werden können, da das nachfolgende elektronische Suchsystem nach
Art der elektronischen Regelschaltungen nur elektrische Ströme zur Steuerung des
Tonband-Transportsystems anliefert.
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Das elektronische Suchsystem besteht im wesentlichen aus einer automatischen
auf ihre Nullstellung zulaufenden Wheatstoneschen Brücke. Ihre beiden Zweige bestehen
aus dem Geberpotentiometer 18 und dem Folgepotentiometer 16, die beide parallel
aus dem Stromversorgungsteil 23 a über die Leitung 22
mit der Brücken-Längsspannung
gespeist werden. Die Brücken-Querspannung tritt dann zwischen dem Schleifer des
Potentiometers 18 und demjenigen des Potentiometers 16 auf. Ersterer wird beim Drücken
der Taste F des Drucktastenschalters 19 mit dem Punkt D verbunden und geerdet, während
der Schleifer des Potentiometers 16 an Punkt C und damit am Eingang des Servoverstärkers
23 liegt. Das Potentiometer 18 wird vom Bedienenden nach Wunsch eingestellt, so
daß sein Schleifer ein bestimmtes Potential abgreift, woraufhin der Schleifer des
Potentiometers 16 sich im Nachlauf auf das gleiche Potential, d. h. auf »Null«,
einstellen muß, und zwar unter Mitnahme des Tonband-Transportsystems, worin das
Ziel der Erfindung liegt.
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Zu diesem Zweck ist das Potentiometer 16 mechanisch so mit dem Tonband-Transportsystem
gekuppelt, daß beim vollständigen Umspulen des Tonbandes 4 von der Spule 2 auf die
Spule 3 sich gleichzeitig der Schleifer des Potentiometers 16 über dessen gesamte
Schleifbahn von A bis B bewegt, wobei die Widerstands- bzw. Potentialänderung
am Potentiometer 16 pro transportierte Längeneinheit des Tonbandes konstant sein
soll, d. h., der Schleifer des Potentiometers 16 soll proportional zur transportierten
Tonbandlänge fortschreiten, oder, mit wieder anderen Worten, es soll ein konstantes
mechanisches Übersetzungsverhältnis zwischen dem Tonband und dem Potentiometer 16
bestehen, da bei variablem Übersetzungsverhältnis auch die Suchgenauigkeit des ;
Systems je nach Bandlage variabel sein muß.
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Die vollkommene Erfüllung dieser Forderung ist nur möglich, wenn das
Potentiometer 16 über eine entsprechende Untersetzung direkt von der Welle des Motors
5 aus angetrieben wird und wenn beim Suchvorgang das Tonband zwecks synchroner Mitnahme
direkt an die Tonwelle gepreßt wird wie beim Spielen, eine Möglichkeit, die jedoch
für die Praxis infolge ihrer viel zu geringen Bandgeschwindigkeit und zu hohen Bandabnutzung
auch dann ausscheidet, wenn etwa die Drehzahl des Motors während des Suchens vorübergehend
erhöht werden sollte. Kuppelt man aber das Potentiometer mit der Welle 10, so kann
das Übersetzungsverhältnis zwischen Band und Potentiometer bei Verwendung normaler
Tonbandspulen wie 1:3 oder mehr variieren, da der Radius des aufgewickelten Tonbandes
beim Abwickeln der Spule 2 in umgekehrter Proportion abnimmt, so daß die Drehzahl
der Welle 10 pro Längeneinheit des transportierten Bandes ständig zunimmt. Umgekehrt
nimmt die Drehzahl der Welle 11 beim Aufwickeln des Bandes auf die Spule 3 infolge
des zunehmenden Radius ständig ab, so daß auch von hier aus das Potentiometer nicht
zufriedenstellend angetrieben werden kann. Eine Linderung, nicht aber Abstellung
dieses Mißstandes gelang bisher nur durch die Verwendung von Spezialspulen mit sehr
großem Innenradius, da dann die Radiusvariation der Tonbandspirale kleiner gehalten
werden kann als bei den bisher üblichen Spulen. Indes stellt die Verwendung von
Spezialspulen ein schweres Hindernis für die praktische Einführung dieser Systeme
dar.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß das Potentiometer
16 seinen Antrieb über das Differentialgetriebe 14 und die Reduktionsgetriebe
40 und 41 gleichzeitig von beiden Tonbandspulen aus erhält. Das Differentialgetriebe,
dessen Eingangswellen 12 und 13 in konstanter Übersetzung mit den Wellen 10 und
11 verkuppelt sind, liefert an seiner Ausgangswelle 15 an das Potentiometer 16 eine
Drehzahl, welche dem arithmetischen Mittelwert der Drehzahlen der Wellen
10 und 11 und damit der beiden Tonbandspulen 2 und 3 proportional
ist. Diese Lösung des Problems ist zwar nicht mathematisch genau, da pro Längeneinheit
des transportierten Bandes die Drehzahl der Spule 2 nach einer Hyperbelfunktion
zunimmt, während diejenige der Spule 3 nach einer Hyperbelfunktion abnimmt. Bei
graphischer Darstellung ist die Summe dieser beiden Hyperbeln keine horizontale
Gerade, wie sie es zur Erzielung eines konstanten Übersetzungsverhältnisses sein
sollte, doch weicht die Summenkurve, entsprechend der Drehzahl an der Ausgangswelle
15 des Differentials 14, innerhalb des praktisch vorkommenden Arbeitsbereiches so
wenig vom Idealfall ab, daß das Resultat tatsächlich eine praktisch konstante Suchgenauigkeit
über die gesamte Bandlänge ist, und zwar ohne Verwendung von Spezialspulen. Ändert
sich z. B. das Übersetzungsverhältnis zwischen Band und Potentiometer ohne Differentialgetriebe
maximal wie 1:3, so ändert es sich nach Einführung des Differentialgetriebes nur
mehr wie 1:1,33.
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Dies kann auch zu einer annähernd linearen optischen Anzeige der jeweiligen
Bandlage mit ausgenutzt werden: Wird auf der Skala 28 ein Zeiger 70 von der Ausgangswelle
15 des Differentials aus bewegt, so ist der von diesem Zeiger 70 zurückgelegte Weg
annähernd proportional zur transportierten Bandlänge. Nach der bisherigen Technik
würde man diesen Zeiger etwa von der Welle 12 aus antreiben und somit eine stark
nichtlineare Skalenteilung mit ebenso stark variabler Ablesegenauigkeit erhalten,
ein Nachteil, der allen bisher üblich gewesenen Bandlagenanzeigern anhaftet, gleichgültig,
ob sie mit kontinuierlicher Anzeige nach Art einer Uhr oder mit Digitalanzeige nach
Art eines Zählwerkes ausgerüstet wurden.
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Weiterhin kann nach der Erfindung auch von dem von Hand eingestellten
Geberpotentiometer 18 aus ein Zeiger 71 auf der Anzeigevorrichtung 28 angetrieben
werden und über der gleichen Eichung spielen wie der mit dem Potentiometer 16 verbundene
Zeiger. Da während des Suchvorganges der Schleifer des Potentiometers 16 dem Schleifer
des Potentiometers 18 nachläuft, um die Brücke auf Null abzugleichen, läuft auch
der zuerst genannte Zeiger auf der Skala
28 beim Suchvorgang von
selbst auf den zweiten von Hand eingestellten Zeiger zu, was dem Bedienenden anschaulich
das Funktionieren des Systems zeigt und es ihm unter Sichtkontrolle ermöglicht,
das Tonband bis zu jedem gewünschten Punkt zu transportieren, ohne die bisher üblich
gewesenen Bedienungsorgane des Bandtransportes betätigen zu müssen.
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Beim Drücken einer der Tasten 1 bis 10 (oder höher) des Schalters
19 tritt an Stelle des Geberpotentiometers 18 der aus Festwiderständen bestehende
Spannungsteiler 20 in Funktion. Er führt das Folgepotentiometer 16 und damit das
Tonband auf vorher festgelegte, vorzugsweise genormte Startpunkte.
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Nullsuchende Brückenschaltungen sind in der Regeltechnik in großer
Zahl und nach den verschiedensten Prinzipien arbeitend bekannt. Meist wird die Brücken-Querspannung,
solange sie noch von Null abweicht, die sogenannte Fehlerspannung, elektronisch
verstärkt und dann einem Nachstellmotor zugeführt, der vor- oder rückwärts läuft,
bis die Fehlerspannung zu Null (oder nahezu Null) wird. Wird bei einem Tonband-Transportsystem
eine solche Brückenschaltung verwendet, so entstehen jedoch erhebliche Schwierigkeiten
allein deshalb, weil das Band vom Motor nur gezogen, aber niemals geschoben werden
darf, d. h., die in der ganzen Regeltechnik selbstverständliche Umsteuerung des
Drehsinns des Nachstellmotors ist unzulässig, da sie zu Schleifenbildungen des Tonbandes
führen würde. Sogar Verminderungen der Geschwindigkeit des Motors können Schleifen
bilden, wenn nicht gleichzeitig die Gegenspule gebremst wird. Außerdem müssen beim
Suchen mitunter einige hundert Meter Band durchlaufen werden, was sehr hohe Geschwindigkeiten
erfordert, um zu annehmbaren Suchzeiten zu kommen, worauf dann bei Erreichen des
gewünschten Punktes innerhalb von Bruchteilen eines Meters gestoppt werden muß,
ohne das Band zu zerreißen.
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Erfindungsgemäß werden diese ungewöhnlichen Bedingungen dadurch erfüllt,
daß zunächst gemäß F i g. 1 zwischen dem Fehlerspannungsverstärker 23 und dem Tonband-Transportsystem
ein polungsabhängiger Verteiler 25 eingeschaltet wird. Je nach Polung der Fehlerspannung
schickt entweder seine linke Hälfte 25L Antriebsenergie zwecks Rückspulung
an die Welle 10 oder seine rechte Hälfte 25R schickt Antriebsenergie zwecks Vorlaufs
an die Welle 11, was im vorliegenden Beispiel durch Erregung der elektromagnetischen
bzw. elektromechanischen Kupplung 6/38 bzw. 7/37 geschieht. Die Fehlerspannung wird
also nur indirekt zum Antrieb und zur Umsteuerung des Systems benutzt, und zwar
über zwei getrennte Wellen, so- daß das Band stets mitgezogen wird.
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Ferner sind an den Verteilern 25 eine Mischschaltung 26 und eine Verzögerungsschaltung
27 derart angeschlossen, daß der Magnet 9 in an sich bekannter Weise sofort nach
Aufhören des Antriebes der Wellen 10 oder 11 die auf beide Wellen wirkende mechanische
Bremsvorrichtung 39 bremsen läßt, worauf selbsttätig mit einiger Verzögerung der
Magnet 8 zur Einleitung des Spielvorganges erregt wird, was zugleich wiederum den
Magneten 9 zwecks Lösung der Bremsen erregt.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Druck auf jede der Tasten
des Schalters 19 eine Fehler-Spannung am Eingang 21 des Verstärkers 23 erzeugt,
die je nach ihrer Polarität über den Verteiler 25 entweder Vorlauf oder Rückspulung
des Tonbandes veranlaßt, was zugleich über die Reduktionsgetriebe 40 und 41 und
das Differentialgetriebe 14 das Potentiometer 16 und damit die Anzeigevorrichtung
28 im nullsuchenden Sinne verstellt, bis »Null« erreicht ist, die Bremsen einsetzen,
und nach kurzer Verzögerung und unter Lösung der Bremsen das Tonband vom Spielantrieb
übernommen und somit mit definierter Geschwindigkeit an den Köpfen 42 und 43 vorbeigezogen
wird, bis diese auf ein Haltesignal treffen, das den ganzen Vorgang beendet.
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Während der mechanische Teil des eigentlichen Transportsystems (Ziffer
1 in F i g. 1) als konstruktiv bekannt vorausgesetzt werden kann und daher keiner
näheren zeichnerischen Darstellung oder Erläuterung bedarf, wie auch die Reduktionsgetriebe
40 und 41, das Differentialgetriebe 14 und die Anzeigevorrichtung 28 völlig normale
mechanische Elemente sind, bedarf der Inhalt der Blocks 23, 23 a, 25, 26 und 27
einer näheren Erläuterung, die an Hand der F i g. 2 gegeben wird: F i g. 2 ist ein
Ausführungsbeispiel für die Schaltung des eigentlichen Suchteiles, von dem angenommen
werde, daß er über die Zuleitung 24 aus dem normalen. Wechselstrom-Lichtnetz gespeist
werden soll. Links oben ist wiederum der Geberteil 17 der Brücke gezeigt,
und zwar lediglich um den Schalter 45 erweitert, der mechanisch durch jede der Tasten
des Schalters 19 ausgelöst wird, damit der Motor 5 nur dann in Gang gesetzt wird,
wenn tatsächlich dem Gerät vom Bedienenden über Schalter 19 ein Kommando erteilt
wurde. Es wurde bisher offen gelassen, ob die Wheatstonesche Brücke über die Leitung
22 mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung gespeist werden soll, denn tatsächlich
ist beides möglich. Entscheidet man sich für Gleichspannung, so muß der Verstärker
23 ein Gleichstromverstärker sein, und als Verteiler 25 kann z. B. ein polarisiertes
Relais dienen. Der F i g. 2 ist aus Einfachheitsgründen das Wechselstromsystem zugrundegelegt,
da in diesem Falle die Speisung der Brücke ohne Gleichrichter lediglich aus einer
Wicklung des Transformators 50 erfolgen kann, wie auch der Verstärker 23 für Wechselstrom
zur Zeit einfacher und stabiler ausfällt, was aber nicht ausschließt, daß unter
besonderen Umständen dem Gleichstromsystem der Vorzug gegeben werden kann, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Demgemäß arbeitet der Fehlerspannungsverstärker 23 im gewählten Beispiel
auf Netzfrequenz, und es genügt bei richtiger Bemessung der Brücken-Speisespannung
und aller Elemente des Verstärkers eine einstufige Anordnung mit der Pentode 32,
die in bekannter Weise über die Widerstände 33 und 29 in Verbindung mit den Überbrückungskondensatoren
34 und 44 mit Gittervorspannung und Schirmgitterspannung versorgt wird. Mit Ziffer
59 ist ihr Anodenwiderstand bezeichnet. Die Fehlerspannung wird am Punkt C der Brücke
entnommen und über den Begrenzungswiderstand 30 dem Eingangsgitter der Röhre 32
zugeführt.
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Hohe Spitzenspannungen während der negativen Halbwelle werden durch
die Glimmröhre 31 nach Erde abgeleitet, um Überschläge in der Röhre zu verhindern.
An der Anode der Röhre 32 tritt außer der Anodengleichspannung die verstärkte Fehlerspannung
auf,
und zwar in Rechteckform, solange diese groß ist, und in Sinusform, wenn sie klein
wird. Um die Polarität dieser Anodenwechselspannung festzustellen, wird sie mit
einer aus dem Transformator 5J an den Wicklungen 51 und 52 entnommenen Spannung
verglichen, was mit den gcsteucrten G---s-Entladungsröhren 54 und 55 geschieht.
Die Strecke Kathode-Anode dieser Röhren kann nur zünden. wenn zu gleicher Zeit sowohl
die betreffende Anode als auch die zugehörige Zündelektrode gegen Kathode bzw. Erde
positiv sind. Nun werden aber die beiden Anoden im Gegentakt gespeist, so daß bei
positiver Anode der Röhre 54 die Anode der Röhre 55 negativ ist und umgekehrt, während
über die Begrenzungswiderstände 46 und 48 die beiden Zündelektroden gleichphasig
mit der verstärkten Fehlerspannung von der Anode der Röhre 32 aus gespeist werden.
Je nach Polung dieser Fehlerspannung zündet also nur die Röhre 54 oder nur die Röhre
55. Erstere erregt mit ihrem Anodenstrom das Relais 56, letztere das Relais 57,
womit die gewünschte polungs- bzw. phasenabhängige Verteilung erreicht ist. Beide
Relais müssen abfallverzögert sein, da der Anodenstrom der Gasentladungsröhren nur
während eines Teiles der positiven Halbwellen fließt.
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An den Zündelektroden der Gasentladungsröhren liegen zur Ladungsspeicherung
in bekannter Weise die Kondensatoren 47 und 49. Da diese Röhren mit kalter Kathode
hohe positive Spannungen an den Zündelektroden benötigen, sind die Widerstände 46
und 48 direkt mit der Anode der Röhre 32 verbunden. Werden dagegen Gasentladungsröhren
mit geheizter Kathode verwendet, so empfiehlt sich Ankopplung mittels Kopplungskondensator
und Ableitwiderstand, um die Anodengleichspannung von den Gittern fernzuhalten,
ebenso bei Verwendung von Vakuumröhren. Die Wicklungen 51 und 52 des Transformators
50 werden sparsamkeitshalber zugleich zur allgemeinen Anodenspannungserzeugung mittels
der Gleichrichter 63 und 64 und des Ladungskondensators 65 ausgenutzt, auf den in
üblicher Weise der Siebwiderstand 66 und der Siebkondensator 67 folgen.
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Wird das Relais 56 erregt, so wird zunächst über den Arbeitskontakt
a der Magnet 6 erregt, und zwar mit einem aus dem Gleichrichter 53 mit Ladungskondensator
62 bezogenen Gleichstrom über den Schalter 69, der später zur Abstellung des gesamten
Transportsystems dienen kann. Zugleich wird aber auch der Brems-Lösmagnet 9 erregt,
da dieser in an sich bekannter Weise mit dem Kupplungsmagneten 6 in Reihe liegt,
wie auch mit den Magneten 7 und 8, so daß beim Erregen jedes derselben über den
Magnet 9 die Bremsen gelöst werden. Das Relais 57 arbeitet in gleicher Weise mit
dem Kupplungsmagneten 7 zusammen. Also tritt bei Erregung des Relais 56 die Rückspulung
ein und bei Erregung des Relais 57 der Vorlauf. Beide Transportrichtungen haben
die Tendenz, die jeweilige Fehlerspannung durch entsprechende Bewegung des Potentiometers
16 zu Null werden zu lassen. Kurz vor Erreichen des Nullpunktes gerät die Schaltung
jedoch in einen Bereich, in dem die Gasentladungsröhren 54 und 55 nicht mehr ansprechen.
Dieser tote Bereich um Null sei mit Null-Lücke bezeichnet. Diese Null-Lücke wird
um so schmaler, je höher die bei 22 angelieferte Brücken-Speisespannung gewählt
wird und je höher die Verstärkungsziffer des Verstärkers 23 und die Ansprech- bzw.
Zündempfindlichkeit der Röhren 54 und 55 ist. Eine schmale Null-Lücke liegt im Interesse
der Suchgenauigkeit; jedoch darf die Null-Lücke nicht schmaler sein, als dem Bremsweg
bei voller Laufgeschwindigkeit entspricht. Wird die Null-Lücke doppelt so breit
gewählt, wie dem Bremsweg entspricht, so kommt das System bei beiden Laufrichtungen
stets annähernd in der Lückenmitte zum Halten; es erreicht somit seine höchstmögliche
Suchgenauigkeit.
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Im Gegensatz zu normalen Servosystemen, die durch ihren Motor unmittelbar
bis an den Nullpunkt herangeführt werden, wird also im vorliegenden System der Antrieb
kurz vor Erreichen des Nullpunktes abgeschaltet, und das System läuft unter Einsatz
der Bremsen durch seine eigene Trägheit auf den Nullpunkt zu (Bremsweg).
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Die sogenannte Mischschaltung hat den Magneten 8 zu erregen und damit
den eigentlichen Spielvorgang zu beginnen. Dazu muß sowohl der Suchvorgang als auch
der Bremsvorgang beendet sein. Die Beendigung des Suchvorganges ist daran erkenntlich,
daß weder das Relais 56 noch das Relais 57 erregt wird. In beiden Relais sind daher
Ruhekontakte b vorgesehen, die hintereinander geschaltet sind, und über diese Reihenschaltung
wird der Magnet 8 aus dem Gleichrichter 53 gespeist, so daß er erst nach Beendigung
der Tätigkeit der Magneten 6 und 7 zum Zuge kommen kann. Der mit stark negativem
Temperaturkoeffizienten behaftete Widerstand 61 verzögert jedoch den Anzug des Magneten
8, damit zuvor auch der Bremsvorgang beendet werden kann. Beim Anzug des Magneten
8 löst der Magnet 9 wiederum die Bremsen, um das Spielen zu ermöglichen.
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Das Relais 58 spricht ebenfalls verzögert an, da es über den Widerstand
60 und parallel zu der Reihenschaltung aus den Magneten 8 und 9 aus dem langsam
ansteigenden Strom des Verzögerungswiderstandes 61 gespeist wird, den es aber nach
einer gewissen Erwärmung über seinen Arbeitskontakt a kurzschließt, einmal, damit
der Widerstand 61 sich abkühlt und sogleich wieder verwendungsfähig wird, außerdem
aber, um den Anzug des Magneten 8 zu verstärken. Zugleich trennt der Ruhekontakt
c des Relais 58 die Anodengleichspannung B+ vom Verstärker 23 ab, um zu verhindern,
daß die Suchschaltung erneut aktiv wird, sobald der Spielvorgang in der Brücke wieder
eine Fehlerspannung zu erzeugen beginnt. Schließlich führt der Arbeitskontakt b
desselben Relais die Anodengleichspannung über Leitung 68 dem (nicht gezeichneten)
Tonverstärkei und dem Vorspannungsoszillator zu, womit das Tonbandgerät erst seine
Stimme erhält, die zuvor während des Such- und Bremsvorganges zur Vermeidung von
Geräuschen durch Abschaltung der Anodenspannung unterdrückt worden war.
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Damit ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung im wesentlichen beschrieben.
Obwohl sich von selbst versteht, daß der Fachmann in zahlreichen Variationen von
diesem Beispiel abweichen kann, ohne den Rahmen der Erfindung bzw. ihrer Grundgedanken
zu verlassen, soll doch noch zur genaueren Abgrenzung der Erfindung auf einige dieser
Variationen ausdrücklich hingewiesen werden: Die Möglichkeit der Anwendung des gleichen
Prinzips auf mehrmotorige Systeme wurde bereits erwähnt, ebenso die Möglichkeit
der Weglassung oder Zusammenlegung der einzelnen Spannungsteiler
der
Brücke, wie auch deren wahlweise Speisung mit Gleichstrom statt mit Wechselstrom.
Ferner können das Differentialgetriebe 14 und damit auch das Reduktionsgetriebe
41 fortgelassen werden, wobei das Potentiometer 16 direkt an das Getriebe 40 angekuppelt
v, -;rd, sofern die damit verbundene Abhängigkeit der Suchgenauigkeit von der Bandlage
in Kauf genommen werden kann. Es kann aber auch ohne Einschränkung der Suchgenauigkeit
ein Reduktionsgetriebe eingespart werden, indem die Wellen 10 und 12 sowie 11 und
13 unmittelbar miteinander verbunden werden und zwischen die Ausgangswellen 15 des
Differentialgetriebes 14 und den Schleifer des Potentiometers 16 ein Reduktionsgetriebe
eingefügt wird. Ferner können die Relais 56, 57 und 58 mit den Zugmagneten 6, 7
und 8 baulich vereinigt werden, sofern die Röhren 54 und 55 genügend starke Ströme
anliefern, um die Zugmagneten direkt zu betätigen. Die Arbeitskontakte a der Relais
56 und 57 fallen dann fort, und die Ruhekontakte b werden direkt von den Magneten
6 und 7 betätigt. Der Brems-Lösmagnet 9 kann dann im Kathodenkreis der Röhren 54
und 55 untergebracht werden, oder er wird durch parallel geschaltete Arbeitskontakte
an den Magneten 6, 7 und 8 gespeist, und zwar ohne die gezeigte Serienschaltung.
Das gleiche kann auch bei Beibehaltung der Relais 56, 57 und 58 geschehen, indem
jedes derselben einen Arbeitskontakt zur Betätigung des Magneten 9 erhält; sollte
aber der Magnet 9 umgekehrt ein aktiver Bremsmagnet sein, so erhalten alle drei
Relais zu seiner Speisung hintereinandergeschaltete Ruhekontakte, so daß nur gebremst
werden kann, wenn weder gesucht noch gespielt wird, was auch bei der aufgezeigten
Anordnung der Fall ist. Auch kann der Gleichrichter 53/62 wegfallen, und die Zugmagneten
und Relais 58 werden mit Wechselstrom gespeist, sofern sie so angeordnet bzw. abgeschirmt
sind, daß ihr Streufeld keine störende Brummeinstreuung verursacht. Schließlich
kann bei dreimotorigen Systemen auf besondere Bremsen verzichtet werden, indem den
Wickelmotoren zwecks Bremsung kurzzeitig Gleichstrom zugeführt wird, und zwar über
Hilfsrelais, die von den Relais 56 und 57 ausgelöst werden.
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Wie die F i g. 3 zeigt, können die aus den Elementen 18 und/oder 19
und 20 bestehenden Teile der Wheatstoneschen Brücke in einer Einheit 17 untergebracht
werden, die nur über die drei Punkte A, B
und D mit der übrigen Schaltung
zusammenhängt. Dies kann zu einer einfachen Fernsteuerung ausgenutzt werden, indem
man die Zuleitungen 72 zu diesen Punkten entsprechend verlängert.
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Da das Potentiometer 18 bei entsprechender Einstellung die gleichen
Potentiale liefert wie der Stufenspannungsteiler 20, kann zur Vereinfachung je nach
Bedarf eine der beiden Einheiten weggelassen oder mit der anderen baulich vereinigt
werden, indem z. B., wie es in F i g. 4 dargestellt ist, das Potentiometer 18' mit
Anzapfungen 20' versehen wird, die den Spannungsteiler 20 ersetzen.
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Bei rein lokaler Bedienung können diese Anzapfungen 20" sogar, wie
es in F i g. 5 dargestellt ist, direkt am nullsuchenden Potentiometer 16' angebracht
werden, wodurch die Anforderungen an dessen Linearität stark sinken.
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Wenn man, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, das Potentiometer 16"
mit zwei unabhängigen Schleifern ausrüstet, so kann das Geberpotentiometer 18 überhaupt
wegfallen. Das Potentiometer 16" hat dann einen Geber-Schleifer 18" bzw. Geberanzapfungen
20", die vom Bedienenden wahlweise mittels Drucktasten 19 geerdet werden, und einen
mit dem Tonband gekuppelten Folgeschleifer 16"', der automatisch diesem Erdungspunkt
zustrebt, so daß aus der Brückenschaltung eine nullsuchende Einpotentiometeranordnung
wird. Selbstverständlich kann auch hier eine Fernbedienung vorgesehen werden, wenn
die Spannungsteileranzapfungen zum Fernbedienungsgerät durchgeschaltet werden.
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F i g. 7 zeigt einen Ausschnitt aus der Anordnung gemäß F i g. 4 mit
den Potentiometern 16 und 18'. Hierbei weist das nullsuchende Potentiometer 16 einen
ungleichmäßigen Widerstandsbelag auf, und zwar ist der Widerstand pro Längen- oder
Winkeleinheit der Bahn dieses Potentiometers 16' in den Bereichen, die den Anzapfungen
20' des Geberpotentiometers bzw. -spannungsteilers 18' entsprechen, höher als in
den dazwischenliegenden Bereichen, so daß beim Durchfahren der möglichen Haltepunkte
durch den Schleifer des Potentiometers 16 eine relativ große Spannungsänderung pro
Längen-oder Winkeleinheit auftritt.