DE563744C - Einrichtung zur lichtelektrischen Steuerung von Signal-, Regel- und Ausloesevorrichtungen - Google Patents

Description

Reihe der ver

Regel- und Aus-

Es sind bereits eine
schiedenartigsten Signal-,
lösevorrichtungen bekannt, bei denen lichtempfindliche elektrische Organe (Selen-S zellen, Photozellen, Thermoelemente o. dgl.) zur Auslösung der Signal- oder Regelvorgänge dienen. Insbesondere hat man solche Vorrichtungen bereits zur Einbruchssicherung, Zugbeeinflussung u. dgl. verwendet. Bei allen derartigen Vorrichtungen liegt eine der Hauptscliwierigkeiten für den sicheren Dauerbetrieb in der Ausschaltung der durch Nebenlichter, vor allem durch das diffuse Tageslicht bewirkten Störungen.

Zur sicheren Ausschaltung von Tageslichteinflüssen u. dgl. ist bereits vorgeschlagen worden, das lichtempfindliche elektrische Organ mit einer periodisch rasch in ihrer Helligkeit schwankenden Lichtquelle zu bcleuchten und seinerseits mit Steuerungsmitteln zu verbinden, die nur auf Wechselstrom ansprechen. Es wurde also, ähnlich wie dies in der Bildtelegraphie üblich ist, eine Trägerfrequenz eingeführt. Bei Verwendung von Photozellen als lichtempfindliche elektrische Organe braucht man zu diesem Zwecke die sowieso erforderliche Verstärkung der Photoströme nur mit Hilfe eines Transformatorverstärkers durchzuführen, um zu erreichen, daß die letzten Glieder der Verstärkerkaskade bzw. die vom Verstärker gesteuerten Relais nur dann eine Beeinflussung erfahren, wenn eine rasch wechselnde Beleuchtung die Photozelle trifft.

Während man in der Bildtelegraphie zur Erzeugung der genannten Trägerfrequenz neben rotierenden Lochscheiben auch bereits hochfrequenzbetriebene Gasentladungslampen zur Verwendung vorgeschlagen hat, beschränkte man sich bei den oben beschrie- *< benen Lichtrelaisanlagen bisher ausschließlich auf Lichtunterbrechung durch rotierende oder schwingende Blenden, da Gasentladungslampen in ihrer Handhabung zu umständlich sind und sich nicht mit der für eine Licht- 4f führung über größere Strecken (Projektion) noftvendigen Flächenhelligkeit herstellen lassen. Ein Nachteil blieb bei den mit Lichtunterbrechung arbeitenden Anordnungen jedoch das hierfür benötigte, steter Wartung bedürftige und starker Abnutzung unterliegende mechanisch bewegte Glied.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie geht von der Beobachtung aus, daß der auf lichtempfindliche Zellen in erster Linie wirksame Blauanteil der Strahlung auch bei Glühlampen bereits rf.it verhältnismäßig hohen, jedenfalls aber gut transformierbaren Frequenzen gesteuert werden kann, wenn man die Konstruktion bzw. Schaltung der Glühlampen geeignet wählt. Die Erfindung besteht darin, daß bei Einrichtungen der beschriebenen Art als Lichtquelle eine mit Wechselstrom normaler Netzfrequenz betriebene Glühlampe verwendet wird, deren Faden eine so geringe Wärmeträgheit besitzt, daß seine Temperatur den netzfrequenten Schwankungen des Speisestromes

iulgt und <■_ ir.e I.icinausstrahlung im Zellenkreis den gewünschten intermit tierenden Photostrom iurwruit. !Diese Maßnahme bringt im Hinblick auf das vorliegende Problem eine Reihe von ganz überraschenden Vorteilen mit .-ich. Zunächst wird unter voller Erhaltung ιλ-ϊ Projektionsfähigkeit der Lichtquelle die gar.ze Anlage wesentlich einfacher, da Motor r.r.d Blendenscheibe in Fortfall kommen, so daß durch den Verzicht auf mechanisch bewegte Teile eine Reihe von Störungsquellen 'Verschmutzung. Verbiegung, Feuchtigkeit ihre Bedeutung verlieren. Ferner wird durch den Fortfall von bewegten Teilen eine absolute Geräuschlosigkeit der Anlage erzielt, die besonders Dei ihrer Verwendung· für Zwecke der Einbruchssicherung von entscheidender Bedeutung ist: denn es wird auf diese Weise die Aufmerksamkeit des so Eindringens rächt besonders auf sie hingelenkt, und letzterer läuft infolgedessen viel leichter Gefahr, den zur Alarmgebung dienenden. Lichtweg zu durchkreuzen. Vor allem aber gestatte: es die Erfindung, unter sonst gleichen Verhältnissen wesentlich höhere Stromamplituden im. Kreise des lichtempfindlichen elektrischer. Organs zu erzielen, als man dies auf dem bisher üblichen Wege konnte. Man ersieht dies ohne weiteres aus folgender Überlegung: Bei den meisten lichtempfindlichen elektrischen Organen, insbesondere bei den heute in erster Linie verwendeten Photozellen, liegt das Maximum der spektralen Empnndlichkeitsverteilung im Blauen, Violetten oder gar Ultravioletten. Da der kurzwellige S;rahlungsanteil eines Temperaturstrahlers mit ansteigender Temperatur nach einem Sehr hohen Exponentialgesetz wächst, hängt infolgedessen die Stärke des erzeugten Photostromes sehr stark von der Temperatur der Beleuchtungsquelle ab. Es ist nun anderseits eine bekannte Tatsache, daß die Lebensdauer einer Glühlampe o. dgl. mit steigender Temperatur des Glühfadens sehr wesentlich abnimmt. Infolgedessen kann man bei einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe die Temperatur des Glühfadens aus wirtschaftlichen Gründen nicht über eine gewisse Grenze hinaus steigern. Ganz anders liegen die Verhältnisse bei Wechselstrom, und zwar vor allem etwas verzerrtem Wechselstrom. Hier ist es wegeii der im Verhältnis zur Gesamtbrenndauer relativ geringeren Zeit. der Überspannung ohne weiteres möglich, innerhalb jeder Periode für eine kurze Zeitspanne auf eine erhebliche Übenemperatur zu gehen und die Lampe infolgedessen während dieser Zeitspanne dann ein. an blauen, violetten oder gar ultravioletten Strahlen verhältnismäßig reiches Licht ausstrahlen zu lassen. Da anderseits, wie stroboskopisch«. Untersuchungen zeigen, geeignet gebaute Wechselstromgliihlampen während der Zwischenperiode in ihrer Temperatur bis auf Rotglut herabgehen, d. h. einen Zustand der Lichtausstrahlung erreichen, welcher auf das lichtempfindliche elektrische Organ praktisch wirkungslos ist und der vollen Abblendung entspricht, so erhält man offenbar mit den erfindungsgemäßen Mitteln eine wesentlich stärkereDurchstcuerung des lichtempfindlichen *

elektrischen Organs als mit Hilfe der bisher unter Benutzung von Lochscheiben durchgeführten periodischen Abblendung. Die genannten Vorteile treten auch bereits bciWechj selspannungen auf, die einen Effektivwert bej sitzen, welcher der normalen Gleichspanj nungsbelastung einer Glühlampe entspricht, da die Spannungsmaxima den Effektivwert ja bekanntlich um das i,4fache übersteigen. So

Die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an Hand von Abb. 1 erläutert. In dem Reflektor 1 befindet sich die erfindungsgemäß mit Wechselstrom gespeiste Glühlampe 2. Das von ihr ausgesandte Licht trifft als paralleles Bündel auf den Empfangsreflektor 3, in dessen Brennpunkt sich die Photozelle 4 befindet. Die in der Photozelle 4 entstehenden Stromschwankungen werden zunächst in dem einröhrigen Vorverstärker 5 einer ersten Verstärkung unterworfen und dann durch den Transformator 6 auf den Niederfrequenzverstärker 7 übertragen, in dessen Anodenkreis das Relais S liegt. Das Relais S kann zu beliebigen Steuerungen (Alarmgebung, Einschaltung von Lampen, Auslösung eines Notrufes oder auch Regulierung irgendwelcher Zustände) benutzt werden. Man übersieht -ohne weiteres, daß bei einer solchen Anordnung, ebenso wie bei den eingangs beschriebenen bekannten Anordnungen mit periodischer mechanischer Unterbrechung des Lichtweges, langsam verlaufende Einflüsse, wie z. B. die Schwankung der Allgemeinbeleuchtung (Tageslielligkeit), die Alterung der Glühlampe 2 oder der Photozelle 4 und innerhalb gewisser Grenzen auch ein langsames Absinken der Betriebsspannung für Photozellc und Verstärker praktisch ohne Einfluß auf das Relais S bleiben. Darüber hinaus werden jedoch durch die Erfindung noch die im vorangehenden Abschnitt auseinandergesetzten Vorteile gewonnen.

Bei den erfindungsgemäß en Anlagen muß natürlich eine zu hohe Wärmeträgheit der verwendeten Lampen in geeigneter Weise überwunden werden. Dies kann nach der Erfindung in besonders einfacher Weise durch einen Kunstgriff erfolgen, welcher in der Einführung einer Gleichstromkomponente in den Stromkreis der Beleuchtungsquelle besteht. Hierzu sind grundsätzlich zwei Wege gegeben:

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Entweder wird dv'.w zum Betrieb benul/ien Wechselstrom c-in ■ rtwa einer gesonderten Stromquelle entnommen;·!· Gleichstrom ülvrlagvrl, oder es wird rin elektrisches Ventil mit der Beleuchtu-^squelle in Reihe gelegt. Man erhält auf dii->e Weise, eine Halbierung der Frequenz, mit der die Lichtquelle in ihrer Helligkeit schwank:. Zur Erläuterung dieser Tatsache dienen die Abb. 2 bis 4. Abb. 2 stellt eine normale Wechseispannungssinuskurve (in ZeitspannungskoordinatenΊ dar. Erreicht die verwendete Glühlampe 2 bei der Klemmenspannung V₁ diejenige Temperatur, bei welcher ihre Lichtausstrahlung auf das iS lichtempfindliche elektrische Organ wirksam zu werden beginnt, so entsprechen die schraffierten Gebiete a. b und c den Zeitspannen., innerhalb deren für dieses lichtempfindliche elektrische Organ praktisch vollkommene Verdunklung besteht, während die Strecken d und c die Belichtungszeiten wiedergeben. Der Einfachheit halber sind die praktisch stets auftretenden Trägheitserscheinungen nicht mitberücksichtigt. Man übersieht, daß innerhalb jeder Periode zwei Belichtungsund zwei Verdunklimgszeiten liegen, so daß also ein 5opcriodischer Wechselstrom eine iooperiodische Belichtungsfrequenz erzeugt.

Gänzlich anders werden die Verhältnisse. wenn dem Betriebswechselstrom nach der Erfindung ein Gleichstrom überlagert wird. Man ersieht dies aus Abb. 3. Die Gleichstromspannung ist in diesem Falle gleich dem Werte V₁ gewählt. Durch die Überlagerung des Wechselstromes schwankt die Lampenspamiung innerhalb einer Periode von diesem Wert V₁ ausgehend nach oben und unten, wobei aber nur während derjenigen Halbperiode, in der sich die beiden Spannungen addieren, eine Ao praktisch wirksame Lichtausstrahlung zustande kommt. Bei der Verwendung \όιι 5operiodischem Wechselstrom ergibt sich also auch eine ioperiodische Belichtungsfrequenz, der die Glühlampe 2 natürlich wesentlich leichter zu folgen vermag.

Die Überlagerung eines Gleichstromes über den Betriebswechselstrom erfordert meist die Schaffung besonderer Spannungsquellen, da nur in seltenen Fällen beide Stromarten nebeneinander vorhanden sind. Es hat sich daher als besonders zweckmäßig erwiesen. ■ die Glühlampe 2 mit einem elektrischen Ventil I in Reihe zu legen. Es ergeben sich dann die in Abb. 4 dargestellten Verhältnisse. Von der dort gezeichneten Wechselstromkurve ist der unter die Abszisse hinabsteigende Teil durch die Wirkung- des mit der Lampe in Reihe liegenden .Ventils unterdrückt. Die Gleichrichterwirkung· des Ventils braucht dabei keine absolute zu sein. Es können also neben Glühkathodenröhre!! ohne· weiteres auch die preiswerten und sparsam arbeitenden Trockengleichrichter Verwendung linden, da lediglich erforderlich ist. daß in der vom ; Ventil gesperrten Richtung die Klemmenspan-

nung der Lampe den Wert V₁ nicht über-, schreiten kann. Wie man ersieht, tritt auch bei dieser Anordnung ein Aufleuchten der Lampe innerhalb jeder Periode nur einmal auf. d. h. ein 5operiodischer Wechselstrom j erzeugt auch eine ^operiodische Belichtungsfrequenz.

j Die Höhe der Grenzspannung V₁, oberhalb deren die Lichtausstrahlung der Lampe auf das lichtempfindliche elektrische Organ wirksam zu werden beginnt, hängt natürlich weitgehend von der roten Empfindlichkeitsgrenzc des genannten Organs ab. Bei normalen Kaliumzellen liegt diese sog. Rotgrenze praktisch etwa im Gelben. Die Spannung V₁ wird also ziemlich niedrig. Um den Spannungswert V₁ weiter hinaus zu \-erschieben und die wirksamen Beleuchtungszeiten noch weiterhin abzukürzen, hat es sich daher in manchen Fällen als zweckmäßig erwiesen, als lichtempfindliches elektrisches Organ an Stelle von Kaliumzellen Xatriumzellen zu verwenden, deren praktisch wirksame Rotgrenze im Grünblauen bis Blauen liegt.

Um die Trägheit der Glühlampe zu ver-•mindern, können eine Reihe von Mitteln angewendet werden. So hat es sich z. B. als zweckmäßig erwiesen, sie mit einer Wasserstoffüllung zu versehen. Um hierbei die vom Eisenwiderstand her bekannten Temperaturkippersclieinimgen zu verhüten, welche im vorliegenden Falle eine Zerstörung der Lampe hervorrufen könnten, wird die Gasfüllung jedoch nach der Erfindung auf einen Druck von mehr als ¹Z₁₀ Atm. gebracht. '00

Ein weiteres Mittel zur Verminderung der Wärmeträgheit von Glühlampen, die in erfindungsgemäßen Anlagen Verwendung finden sollen, besteht darin, daß der Glühdraht mit einem Kühlkörper in Verbindung gebracht wird, der aus hochwärmeleitendem Material (Kupfer, Silber o. dgl.'i besteht. Dieser Kühlkörper kann entweder im Innern der Lampe oder auch außen angebracht und durch eine möglichst dicke (gegebenenfalls topfförmige) Einschmelzung mit dem Glühdraht verbunden sein. Eine Lampe der erstgenannten Art zeigt Abb. 5. Innerhalb der Lampenglocke 9 ist auf dem Quetschsockel 10 der als Kühlkörper dienende Kupferschild 11 mit Hilfe von zwei Streben 12 und 13 befestigt. Der Glühdraht 14 ist einseitig an diesen Kupferschilcl angeschlossen. Der Kupferschild 11 selbst kann gegebenenfalls noch mit Kühlrippen 15 versehen sein. In der gewählten Anordnung beeinträchtigt der Kupferschild 11 die Lichtausstrahlung der Lampe praktisch nicht, so-

bald letztere in einen Reflektor eingesetzt wird, da der Schild nur diejenigen Strahlen auffängt, welche den Reflektor sowieso nicht erreichen würden. Schon diese einfache Konstruktion ergibt eine wesentliche Vcrminde- i rung der Trägheit, mit welcher die Temperatur des Glühfadens den Schwankungen der an ihn gelegten Spannung folgt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Signal-, Regel- und Auslösevorrichtungen mit Hufe von periodiscli rasch in ihrer Helligkeit schwankenden Lichtquellen, lichtempfindlichen elektrischen Organen und nur auf Wechselstrom ansprechenden Steuerungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine mit Wechselstrom normaler Netzfrequenz betriebene Glühlampe dient, deren Faden eine so geringe Wärmeträgheit besitzt, daß die zur Durchsteuerung der lichtempfindlichen elektrischen Organe erforderliehe periodische Schwankung der Helligkeit unmittelbar durch den die Lichtquelle speisenden Wechselstrom hervorgerufen wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zum Betrieb der Glühlampe benötigten Wechselstrom eine Gleichstromkomponente überlagert ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein in Reihe mit der Glühlampe liegendes elektrisches Gleichrichterventil.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Xatriumzelle als lichtempfindliches elektrisches Organ (4).
5. 5. Lampe für Einrichtungen nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Glühfaden, der sich in einer Wasserstoffatmosphäre von mehr als ^x \₀ Atm. Druck befindet.
6. 6. Lampe nach Anspruch 5. gekennzeichnet durch einen mit dem Glühdraht in Verbindung stehenden Kühlkörper (11) aus hochwärmeleitendem Material (Kupfer o. dgl. "1.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen