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Einrichtung zur Registerregelung bei Mehrfarbenrotationsdruckmaschinen
Beim Mehrfarbenrotationsdruck wird die Vorlage so in mehrere Farben zerlegt, daß
durch Aufeinanderdrucken der einzelnen Farbanteile annähernd wieder ein Abbild der
ursprünglichen Vorlage entsteht. Jedem Farbanteil ist ein Druckwerk zugeordnet.
Die Papierbahn wird beim Durchlaufen dieser Druckwerke zunächst auf der Vorderseite
und dann auf der Rückseite (Schön- und Widerdruck) in der gewünschten Weise bedruckt
und dann in einer Schneideeinrichtung in Einzelexemplare zerschnitten.
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Auf dem über eine Trockentrommel und mehrere Umlenkwalzen führenden,
mehrere Meter langen Weg von einem Druckwerk zum nächsten können durch falsche Bemessung
der Papierweglänge, durch Klebestellen im Papier, durch Dehnungen oder Schrumpfungen
des Papiers beim Druckvorgang und beim Trocknen sowie durch Schwankungen in der
Papierspannung Verschiebungen der einzelnen Farbanteile in Längsrichtung, sogenannte
Längsregisterfehler, entstehen. Da diese Fehler vom Druckpersonal im allgemeinen
erst nach Abschluß des Druckes bemerkt werden können, hat man bereits automatische
Längsregisterregelungen vorgesehen, bei denen eine Genauigkeit von etwa
± 1/10 mm gefordert wird.
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Zur Ausübung des Stellbefehls, d. h. zur Beeinflussung des
Längsregisters, sind je nach Druckmaschinentyp verschiedene Stelleinrichtungen
gebräuchlich. Man kann beispielsweise bei jedem Druckwerk Verstellwalzen anordnen,
deren Bewegung miteinander gekoppelt wird, um den Papierweg jeweils nur zwischen
zwei Druckwerken zu verkürzen oder zu verlängern; oder man kann den Antrieb des
Druckzylinders über Differentialgetriebe steuern. Dabei wird unter Beibehaltung
des Papierwegs zwischen den Druckwerken die relative Lage der Druckzylinder geändert.
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Um nach jedem Druckvorgang einen etwa vorhandenen Registerfehler zu
erfassen, kann man zwei verschiedene Meßverfahren anwenden, und zwar den Bahn-Bahn-Vergleich
und den Bahn-Zylinder-Vergleich.
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Beim erstgenannten Verfahren werden ausschließlich Paßmarken auf der
Papierbahn erfaßt, beim Bahn-Zylinder-Vergleich wird die Stellung des Druckzylinders
relativ zur Papierbahn gemessen. Beide Verfahren liefern nach vorausgehender Justierung
grundsätzlich beim Registerfehler Null zwei zusammenfallende Signale, die von lichtelektrischen
bzw. elektromagnetischen Impulsgebem, sogenannten Tastem, erzeugt werden.
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In vielen Fällen steht im Druckspiegel kein besonderer Raum für Paßmarken
zur Verfügung, so daß die Marken im Druck untergebracht werden müssen oder eine
scharfe Kontur im Druck als Marke verwendet wird. Um in diesem Fall einen definierten
Paßimpuls zu erhalten, wird der Regler erst unmittelbar vor dem Eintreffen der Paßmarken
in Bereitschaft gesetzt. Dies geschieht durch einen Vorimpuls, der mittels eines
Zylindertasters erzeugt wird und einige Millimeter vor den Paßimpulsen gegeben wird.
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Bei einer bekannten Registerregeleinrichtung wird der Registervergleich
mit Hilfe von zwei Röhrenkippschaltungen bewirkt, deren Ausgänge in einer Differenzschaltung
subtrahiert werden. Es entstehen dabei Rechteckimpulse konstanter Höhe und einer
Breite, die proportional dem Registerfehler und umgekehrt proportional der Druckgeschwindigkeit
ist. Für große Druckgeschwindigkeiten ist diese Einrichtung jedoch nicht geeignet,
da dann die Zeitflächen der Fehlerimpulse zu klein werden, um nachgeschaltete Stellglieder
sicher aussteuern zu können.
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Zur Elimination des Einflusses der Druckgeschwindigkeit bei den Fehlerimpulsen
ist an anderer Stelle vorgeschlagen worden, den zeitmodulierten Fehlerimpuls in
einen amplitudenmodulierten Impuls umzuwandeln und den Geschwindigkeitseinfluß durch
eine sich mit der Druckgeschwindigkeit ändernde Zeitkonstante zu kompensieren.
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Demgegenüber ist eine Einrichtung zur Registerregelung bei Mehrfarbenrotationsdruckmaschinen
mit zwei bistabilen Kippstufen und einer Differenzstufe zur Bildung eines Impulses
konstanter Höhe und von Registerfehler und Druckgeschwindigkeit abhängiger Breite
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Regler eine Modulatorstufe enthält,
welche die Impulshöhe proportional der Druckgeschwindigkeit
in
der Weise ändert, daß die Impulszeitfläche nur noch dem Registerfehler proportional
ist, und daß die Ausgangssignale der Modulatorstufe einem Impulsdehner zugeführt
sind, der die Impulszettflächen um einen konstanten Faktor vervielfacht.
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Die bistabilen Kippstufen werden durch den obenerwähnten Vorimpuls
in Bereitschaft gebracht und kippen auf Grund der beiden Paßimpulse in ihre Ruhelage
zurück. Das Ausgangssignal beider Kippstufen erzeugt am Ausgang der Differenzstufe
einen Impuls, dessen Breite nach Richtung und Größe dem Registerfehler dividiert
durch die Druckgeschwindigkeit proportional ist.
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Von wesentlicher Bedeutung ist es, daß der Fehler unabhängig von der
Druckgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck wird in der Modulatorstufe.
die Höhe des Fehlerimpulses proportional der Druckgeschwindigkeit verändert. Der
Ausgangsimpuls der Modulatorstufe variiert demnach mit der Druckgeschwindigkeit
in Breite und Höhe, jedoch ist die Fläche des Impulses von der Druckgeschwindigkeit
unabhängig und ein exaktes Maß für den Registerfehler nach Größe und Vorzeichen.
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Die Ausgangsimpulse der Modulatorstufe haben eine Dauer bis etwa
1 msec und reichen infolgedessen nicht aus, Verstellmotoren zu bewegen. Sie
werden daher erfindungsgemäß einem Impulsdehner zugeführt, der die Impulsflächen
proportional verstärkt. Hierzu wird die Breite der Impulse unter Beibehaltung der
Irnpulshöhe vergrößert. Die Ausgangsimpulse des Dehners können nunmehr über geeignete
Transistorendstufen zur Steuerung eines Stellmotors verwendet werden.
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Nicht immer bedeutet drucktechnisch das gleichzeitige Eintreffen der
Paßimpulse den Registerfehler Null. Bei der Montage und bei der Ätzung können
Fehler entstanden sein, so daß es unter Umständen erforderlich ist, nicht auf gleichzeitiges
Eintreffen, sondern auf einen definierten Zeitunterschied zwischen den Paßimpulsen
zu regeln. Dies kann durch eine besondere Reglerstufe zur Ätzfehlerkorrektur erreicht
werden.
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Zur Bildung eines der Druckgeschwindigkeit proportionalen Signals
kann man in bekannter Weise eine Tachometermaschine, beispielsweise eine Drehstromsynchronmaschine
heranziehen. Will man eine solche Maschine vermeiden, so ist es gemäß einer weiteren
Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes möglich, die vom Druckzylinder gegebenen
Vorimpulse, die ja ein Maß für die Druckgeschwindigkeit dargestellen, einem über
RC-Glieder gegengekoppelten Verstärker zuzuführen, der zugleich eine Glättung und
Verstärkung vornimmt und dessen Ausgangssignal eine der Druckgeschwindigkeit proportionale
Gleichspannung ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird es möglich, einen Regler
zu schaffen, der durch geeignete Schaltung den Aufbau mit einheitlichen Transistorverstärkern
erlaubt, die untereinander jederzeit auswechselbar sind. Dadurch kann der Produktionsausfall
bei Störungen auf ein Minimum beschränkt werden.
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Nähere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes seien an Hand eines
Ausführungsbeispieles beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist.
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Fig. 1 zeigt ein grundsätzliches Blockschaltbild des Reglers
nach der Erfindung, wobei nur die wichtigsten Bauelemente dargestellt sind. An der
Eingangsklemme 1 wird der Vorimpuls VI zugeführt, der vom Zylindertaster
erzeugt wird. Durch diesen Vorimpuls werden die beiden bistabilen Kippstufen 2 und
3 angestoßen, die nach Eintreffen der Paßimpulse PI 1 und
PI 2 an den Klemmen 4 und 5 in die Anfangslage zurückkehren. Weitere
an diesen Eingängen vom übrigen Druckspiegel her eintreffende Signale bleiben wirkungslos,
solange nicht durch einen neuen Vorimpuls die Bereitschaft wiederhergestellt ist.
Jede Kippstufe und weitere im folgenden beschriebene Stufe hat zwei Ausgänge, deren
Signale sich nur durch das Vorzeichen unterscheiden. In der Differenzstufe
6 wird die arithmetische Differenz der Kippstufenausgänge gebildet. Am Ausgang
der Stufe entsteht somit ein Impuls konstanter Höhe, dessen Breite proportional
dem Registerfehler divi-
diert durch die Druckgeschwindigkeit ist und dessen
Vorzeichen mit dem Vorzeichen des Fehlers wechselt.
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In der Modulatorstufe 7 wird die Höhe des Differenzimpulses
proportional der Druckgeschwindigkeit verändert, so daß die Fläche des Ausgangsimpulses
unabhängig von der Druckgeschwindigkeit ein Maß für den Registerfehler ist. Zu diesem
Zweck enthält die Modulationsstufe 7 einen Eingang, an den das der Druckgeschwindigkeit
n proportionale Modulationssignal gelegt ist. Zur Impulsdehnung dienen zwei Stufen
8 und 10 mit gleichartigem Aufbau, der im folgenden noch näher erläutert
wird. Durch Einschalten von gegebenenfalls veränderbaren RC-Gliedern 9 zwischen
die beiden Impulsdehner kann dem Regler eine Unempfindlichkeitszone in der Umgebung
des Registerfehlers Null gegeben werden. Im allgemeinen hat der Regler jedoch die
Eigenschaft, mit einer dem Fehler proportionalen Arbeitszeit des Verstellmotors
in korrigierendem Sinn einzugreifen. Das Ausgangssignal der Dehnerstufe
10 wird zwei Ensdtufen 11, 12 zugeführt, die Drehrichtung und Drehzahl
des Stellmotors der Regelung beeinflussen. Ferner kann an den Ausgang der Dehnerstufe
10
eine Fehlermeßeinrichtung 13 geschaltet werden, die den Regelfehler
anzeigt.
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Im folgenden sollen nun die einzelnen Bauelemente des Reglers nach
F i g. 1 näher betrachtet werden. Sie bestehen sämtlich aus einheitlichen
bereits vorgeschlagenen Transistorgegentaktverstärkern. F i g. 2 zeigt ein
Ersatzschaltbild eines solchen Verstärkers, aus dem die zum Verständnis der Wirkungsweise
wichtigsten Eigenschaften ablesbar sind. Die über die Eingangswiderstände RI.- eingespeisten
Ströme 1" 12 steuern die Leerlaufsparinung U des Ausganges. Der Zusammenhang
zwischen U und 1 wird durch den übertragungswiderstand Ri, gegeben.
Es ist
Bei Belastung des Ausganges ist auf den Innenwiderstand R,4 zu achten. Die Leerlaufkennlinie
des Transistorverstärkers ist in F i g. 3 dargestellt. In den folgenden Figuren
sind der Einfachheit halber die Schaltungen zum Teil nur unsymmetrisch dargestellt
und entsprechend ergänzt zu denken.
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Zum Aufbau einer bistabilen Kippschaltung aus einem derartigen Verstärker
wird eine Rückkopplung über einen Widerstand 14 vorgesehen, wie schematisch aus
F i g. 4 ersichtlich. Durch diesen Widerstand wird ein positiver Strom am
Eingang E, eingespeist,
der zur übersteuerung des Verstärkers
führt. Die Kippschaltung nimmt somit grundsätzlich eine stabile Lage ein. Wird dem
EingangE1 ein negativer Strom zugeführt, der dem Betrag nach hinreichend größer
ist als der von Al über den Widerstand 14 fließende, so wird der AusgangAl ins Negative
gesteuert und durch die Rückkopplung bis zur übersteuerung geführt, so daß nunmehr
auch nach Fortfall des Eingangssignals die andere Ruhelage der Kippschaltung beibehalten
wird.
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Zum Aufbau einer monostabilen Kippschaltung (vgl. F i g. 5)
legt man in den Rückkopplungskreis ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand
15
und einem Kondensator 16. Im Ruhezustand hält man die Kippstufe
durch eine konstante, beispielsweise negative Stromeinspeisung I,) über einen Widerstand
17 in einer definierten Lage. Bei einem positiven Eingangsimpuls wechselt
das Signal am AusgangAl sein Vorzeichen, was sich über den dynamisch kurzschließenden
Kondensator 16 auch am Eingang auswirkt. Der Rückkopplungsstrom klingt nun
mit der Zeitkonstante des RC-Gliedes ab, so daß nach einer gewissen Zeit die Kippstufe
ihre stabile Ausgangslage wieder annimmt.
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Als Differenzstufe kann der Gegentakttransistorverstärker unmittelbar
herangezogen werden, da er als Differentialverstärker schon von sich aus ein der
Differenz von zwei Eingangssignalen proportionales Ausgangssignal abgibt.
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Der Aufbau der Modulatorstufe 7 ergibt sich aus Fig.
6. Darin ist mit 71 ein Transistorgegentaktverstärker bezeichnet,
der ohmsche Gegenkopplung über die Widerstände 72 und 73 aufweist.
Dem Transistorverstärker ist ein Ringmodulator 74 aus vier Dioden vorgeschaltet,
in den symmetrisch über Widerstände 75 und 76 der Fehlerimpuls und
un# symmetrisch über Widerstände 77 und 78 das Druckgeschwindigkeitssignal
eingespeist wird. Das Eingangspotential des Transistorverstärkers kann näherungsweise
gleich Null gesetzt werden. Der Fehlersignalstrom sei.mit ir und der Strom des
Ge-
schwindigkeitssignals mit ic, bezeichnet.
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Die vier Ventile des Ringmodulators stellen unabhängig davon, welche
Potentiale die Punkte A und A'
anzunehmen bestrebt sind, auf einem
Wege die Verbindung zum Verstärker her. Daher liegen sowohl A
als auch
A', abgesehen von den Schwellspannungen der Dioden, auf dem Potential des
Verstärkereinganges, also auf Null. Die in die Punkte A und A' eingespeisten
Ströme addieren sich infolgedessen annähernd rückwirkungsfrei.
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Der Ringmodulator gehorcht zusammen mit dem nachgeschalteten symmetrischen
Verstärker der Gleichung
Dies bedeutet, daß der wirksame Eingangsstrom iE des symmetrischen Verstärkers nach
seinem Vorzeichen gleich dem Produkt der Vorzeichen und nach seinem Betrag gleich
dem Minimum der Beträge der beiden Eingangsströme ij, und ic, ist. Solange die Differenzstufe
keinen Impuls abgibt, ist iF = 0 und iG proportional der Druckgeschwindigkeit.
Daher ist in diesem Fall auch iE = 0. Bei einem Registerfehler hefert die
Differenzstufe einen Impuls iF, der so bemessen ist, daß sein Absolutbetrag immer
größer als der Absolutbetrag des Stromes iG ist. Der Symmetrieverstärker liefert
dann einen Impuls, dessen Dauer gleich dem Differenzimpuls und dessen Höhe proportional
der Druckgeschwindigkeit ist.
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Die Dehnerstufe besteht aus der Reihenschaltung eines kapazitiv gegengekoppelten
Verstärkers (Integrator) und eines Proportionalverstärkers, dessen Ausgang ohmisch
auf den Eingang des Integrators gegengekoppelt ist. Die Schaltung zeigt schematisch
F i g. 7. Die beiden Transistörverstärker sind mit 81
und
82 bezeichnet, die Eingangswiderstände mit 83
und 84, der Gegenkopplungskondensator
mit 85 und der Gegenkopplungswiderstand mit 86. Ein gegengekoppelter
Verstärker hat die Eigenschaft, daß einem konstanten Eingangsstrom durch einen konstanten
Gegenkopplungsstrom das Gleichgewicht gehalten wird. Ein konstanter Strom durch
den Gegenkopplungskondensator C ist nur dann möglich, wenn sich die Ausgangsspannung
des Kondensators länear ändert. Es wird also aus einem eingespeisten Rechteckimpuls
ein linearer Anstieg der Ausgangsspannung gebildet. Nach dem Ende des Eingangsimpulses
hat die Ausgangsspannung des Integrators einen Wert erreicht, der ein Maß für die
Fläche des Eingangsimpulses ist.
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Von diesen Eigenschaften des Integrators wird beim Impulsdehner Gebrauch
gemacht. Die Wirkungsweise sei im folgenden an Hand der F i g. 8 erläutert.
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Wird im Eingang des Dehners ein Stromimpuls zugeführt (vgl. Zeile
1 in F i g. 8 ), so ändert sich die Ausgangsspannung des Integrators
linear mit der Zeit, bis ein der Fläche des Eingangsimpulses entsprechender Wert
erreicht ist (vgl. Zeile 2 in F i g. 8).
Geringe Abweichungen der Ausgangsspannung
des Integrators vom Wert Null genügen, um den Transistorverstärker 82 zu
übersteuern. Zeile 3 in F i g. 8
zeigt die Ausgangsspannung dieses
Verstärkers und damit die Ausgangsspannung des Impulsdehners. Über den Widerstand
86 wird nun ein konstanter Strom in den Eingang des Integrators
81 eingespeist. Dieser ist dem eingespeisten Strornimpuls entgegengesetzt
und im Betrag wesentlich kleiner, so daß der Hochlauf des Integrators praktisch
nicht beeinflußt wird. Dieser Gegenkopplungsstrom läßt nach der Integration des
Eingangsimpulses den Integrator mit konstanter Neigung nach Null zurücklaufen. Kurz
vor Erreichen des Wertes Null geht der Verstärker 82 ebenfalls auf die Aussteuerung
Null zurück, und das System hat seinen Ausgangszustand wieder erreicht. Aus dem
eingespeisten Stron-ümpuls gemäß Zeile 1 ist ein neuer, dem Eingangsimpuls
in der Fläche proportionaler Impuls gemäß Zeile 3 gebildet worden. Die Verstärkung
ist dabei durch das Verhältnis der Widerstände 86 und 83 gegeben.
In Fig. 8 ist gestrichelt bzw. punktiert der zeitliche Verlauf der einzelnen
Größen eines Eingangsimpulses halber Höhe bzw. halber Breite eingezeichnet.
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Im praktischen Betrieb kann es sich als vorteilhaft erweisen, den
Vorimpuls vor der Einspeisung in die bistabilen Kippstufen (2, 3 in Fig.
1) einer Impulsformerstufe zuzuführen, die als monostabile Kippschaltung
ausgebildet sein kann.
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Zu der bereits erwähnten Ätzfehlerkorrektur kann man einen weiteren
Ringmodulator verwenden, der das Eingangssignal für den Symmetrieverstärker der
Modulatorstufe 7 beeinflußt (vgl. k in F i g. 1 ). Zu diesem
Zweck wird eine monostabile Kippstufe von dem ersten der beiden Paßimpulse PI in
die Arbeitslage
gekippt und fällt nach ihrer Eigenzeit von beispielsweise
0,3 msec in die Ruhelage zurück. Dieser Impuls wird symmetrisch in einen
Ringmodulator eingespeist, während zur unsymmetrischen Einspeisung eine an einem
Potentiometer abgegriffene Spannung dient. Der Ringmodulator liefert somit Impulse
konstanter Breite und einstellbarer Höhe. Führt man das Ausgangssignal dieses Ringmodulators
dem Symmetrieverstärker 71 zu, so kann durch Verstellung des Potentiometers
eine Ätzfehlerkorrektur von etwa + 1 mm erzielt werden.
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Zur Bildung des Druckgeschwindigkeitssignals mit ruhenden Mitteln
führt man das Ausgangssignal des Vorimpulsgebers einem Transistorverstärker zu,
der mit RC-Gliedern gegengekoppelt ist. Eine entsprechende Schaltung zeigt F i
g. 9. Der Transistorverstärker ist mit 20, die Gegenkopplungswiderstände
mit 23 und 24 bezeichnet. Am Eingang des Verstärkers sind Widerstände
25, 26 in Reihe mit Ventilen 27, 28 angeordnet. Die Ventile lassen
jeweils nur den Arbeitsimpuls des Vorimpulsgebers passieren. Die Ausgangsspannung
des Verstärkers ist eine geglättete Gleichspannung, deren Größe der Druckgeschwindigkeit
proportional ist und die den Strom ij an die Modulatorstufe nach F i g. 6
liefert.
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F i g. 10 zeigt ein Zeitdiagramm der Wirkungsweise der Registerregelung
nach der Erfindung. In Zeile 1 erkennt man den Vorimpuls VI sowie die Paßimpulse
PI, und P12. Die Zeilen 2 und 3 zeigen die Ausgangssignale der beiden Kippstufen
2, 3 gemäß F i g. 1. Das Differenzsignal am Ausgang der Differenzstufe
6 ist in Zeile 4 und das von der Druckgeschwindigkeit beeinflußte Signal
am Ausgang der Modulatorstufe 7 in Zeile 5 dargestellt. Die Zeilen
6
und 7 zeigen die Dehnung des Fehlersignals durch die beiden Impulsdehnerstufen
8 und 10, wobei der Zeitmaßstab in Zeile 6 etwa fünffach und
in Zeile 7 etwa vierzigfach verkürzt wurde. In den Zeilen 8 und
9 sind die Signale der Endstufen 11 und 12 dargestellt. In sämtlichen
Diagrammen zeigen die ausgezogenen Impulse einen voreilenden Paßimpuls Pil' die
gestrichelten Impulse einen nacheilenden Paßimpuls PI, gegenüber dem Paßimpuls PI2.
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Die Erfindung ermöglicht einen einfachen, übersichtlichen und raumsparenden
Aufbau hochwertiger Registerregelungen und beschränkt die Fehlersuche auf ein Minimum,
da durch Auswechseln der Transistorverstärker eine Störung rasch behoben werden
kann. Zu diesem Zweck ist es, wie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen, vorteilhaft,
die Transistorverstärker in einem geschlossenen Gehäuse anzuordnen, so daß sie nach
Art der bekannten Telefonrelais in Sockel eingesetzt werden können.