DE600155C - Einrichtung zur Betaetigung von Steuerorganen mit lichtempfindlichen Zellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
18.JUU1934

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 g GRUPPE 4oe

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. März 1932 ab

Bei Einrichtungen zur Betätigung von Steuerorganen hat man bereits das auf eine lichtempfindliche elektrische Zelle treffende Licht, nach dessen Intensität ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll, intermittiert. Man kann auf diese Weise erreichen, daß die Zelle unabhängig von von außen auftreffendem störendem Nebenlicht nur auf das Signallicht anspricht. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in der die Zelle enthaltenden Schaltung Ohmsche Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten vorzusehen und diese so zu bemessen, daß die von der Zelle bei Belichtungsschwankung im Stromkreis hervorgerufenen Strom- oder Spannungsimpulse weitgehend von Temperaturschwankungen, die den Dunkelwiderstand der Zelle verändern, unabhängig werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Anordnung besteht z. B. darin, daß das auf die Zelle treffende Signallicht intermittiert wird und daß der dadurch hervorgerufene Wechselstrom nach Trennung vom außerdem die Zelle durchfließenden Gleichstrom gleichgerichtet und zur Betätigung eines Relais benutzt wird.

»5 Beim Eintreten einer Person oder eines Gegenstandes in den Strahlengang hört der Wechselstrom auf, und das Relais wird betätigt. Umgekehrt kann auch beim Austreten eines den Strahlengang unterbrechenden Körpers und Einsetzen des Wechselstromes ein Schalt-Vorgang stattfinden.

Es hat sich nun gezeigt, daß in vielen Fällen die Auslösung des Schaltvorganges ausbleibt, wenn der den Lichtstrahl unterbrechende Gegenstand sich durch den Strahl sehr schnell hindurchbewegt. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und dadurch die Zuverlässigkeit der Anlage zu steigern.

Die zur Ermittlung der Fehlerursache angestellten Untersuchungen haben nun ergeben, daß die genannten Fehlauslösungen mit der Trägheit der benutzten lichtempfindlichen Zellen in Zusammenhang stehen. Bei ausreichend hoher Intermittierungsfrequenz können die Zellen innerhalb jeder einzelnen Intermittierungsperiode ihre statischen Widerstandswerte nicht erreichen. Wenn daher beispielsweise die Zelle sich im Dunkelzustand befunden hat und dann der intermittierenden Belichtung ausgesetzt wird, so entstehen bei diesem Übergang Ausgleichsvorgänge, die sich den durch die intermittierende Belichtung hervorgerufenen Vorgängen überlagern. Das gleiche ist der Fall, wenn die Zelle während eines bestimmten Zeitabschnittes einer intermittierenden Belichtung ausgesetzt gewesen ist und dann vollständig verdunkelt wird. Für die Wirkungsweise der Einrichtung ist es dabei wesentlich,

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Edgar Gretener in Berlin-Siemensstadt.

in welchem Sinne diese Ausgleichsvorgänge auf die gesteuerten Organe einwirken. Wenn man diese Tatsache nicht berücksichtigt, so sind die behandelten Betriebsfehler eine unausbleibliche Folge, während bei richtiger Schaltung eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht werden kann. Die erstrebte Sicherheit des Ansprechens wird auf Grund dieser Erkenntnis gemäß vorliegender Erfindung durch eine solche An-Ordnung der Schaltelemente, insbesondere eine solche Polung der Zellenbatterie, erreicht, daß die Spannungs- oder Stromimpulse, die durch die genannten Ausgleichsvorgänge hervorgerufen werden, im Sinne des Schaltvorganges verlaufen und diesen somit unterstützen.

Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes sei auf die Figuren hingewiesen. In Fig. ι ist eine Schaltung dargestellt, bei der auf die lichtempfindliche elektrische Zelle 1, die z. B. eine Selenzelle sein kann, von der Lochscheibe 7 intermittiertes Licht trifft. Die Zelle liegt in Reihe mit einem Widerstand 3 und einer Spannungsquelle 2. Der Kondensator 4 dient dazu, den Gleichstrom vom Widerstand 5 fernzuhalten, an dem die Spannung für das Gitter eines Verstärkerrohres 6 abgegriffen wird. Die Batterie 8 liefert eine Gittervorspannung und die Batterie 9 die Anodenspannung. Im Anodenkreis befindet sich das Relais 10, zu dem der Kondensator 11 parallel liegt. Die Röhre 6 kann sowohl lediglich zur Verstärkung als auch zur Gleichrichtung dienen.

In Fig. 2 ist als Abszisse die Zeit und als Ordinate der Widerstand einer Selenzelle aufgetragen, wie er sich beim Arbeiten mit einer in Fig. ι dargestellten Schaltung ergibt. Es ist angenommen, daß die Zelle sich zu Beginn im Dunkeln befindet, so daß ihr Widerstand den konstanten Wert W₀ besitzt. Zur Zeit t₀ wird der auf die Zelle treffende Lichtstrahl freigegeben, und die Zelle wird intermittierend belichtet. Der Widerstand der Zelle ändert sich dann periodisch und schwingt um einen Mittelwert W_m. Dieser Mittelwert liegt zwischen dem Widerstandswert W₀ bei Dunkelheit und Wi bei statischer Belichtung der Zelle mit der gleichen Intensität. Wird die Frequenz der Intermittierungen verringert, so wird dadurch die Amplitude der Widerstandsschwankungen vergrößert.

Dadurch nun, daß sich die Widerstandsschwankungen nicht einfach dem Dunkelwiderstand W₀ überlagern, sondern daß gleichzeitig der Mittelwert des Widerstandes beim Einsetzen der Belichtung unter den Dunkelwert W₀ sinkt und am Ende der Intermittiening wieder auf diesen Wert ansteigt, überlagert sich am Anfang und Ende der Belichtung den schnellen Stromschwankungen im Zellenkreis ein impulsmäßiger Ausgleichsvorgang, der am Anfang und Ende entgegengesetzte Richtung aufweist. Die Schaltung wird nun so getroffen, daß die Stromvorrichtung dieses Ausgleichsvorganges stets im Sinne des Schaltvorganges verläuft, so daß dieser dadurch unterstützt wird.

In Fig. 3 ist als Abszisse wiederum die Zeit t und als Ordinate sind in' der Kurve 12 die Spannung am Gitter des Rohres 6, welches als Gleichrichter wirken möge, und in den Kurven 13 und 14 die Anodenströme gezeichnet, die sich mit der .in Fig. 1 dargestellten Schaltung entsprechend der Gitterspannung ergeben können. Solange die Zelle gleichmäßig verdunkelt bleibt, liegt am Gitter eine konstante Vorspannung. Sobald zur Zeit t₀ das intermittierte Licht auf die Zelle aufzutreffen beginnt, überlagern sich der Gittervorspannung Wechselspannungen, die allmählich einschwingen. Zur Zeit ti, zu der die Belichtung der Zelle wieder. unterbrochen wird, hören diese Wechselspannungen auf. Außerdem tritt aber am Gitter zur Zeit t₀ und zur Zeit ti ein Spannungsimpuls auf, der sich der Wechsel- -85 spannung überlagert und in der Figur durch die Kurven 15 und 16 dargestellt ist. Diese Spannungsstöße haben ihre Ursache in der Verlagerung des Mittelwertes des Zellenwiderstandes, die oben an Hand der Fig. 2 erläutert wurde.

Wie schon angedeutet, ist die Richtung der Ausgleichsimpulse durch die Polung der Zellenbatterie bestimmt, wobei diese Polung in Wechselbeziehung zum gleichrichtenden Teil der Einrichtung besteht. Die in Fig. 3 dargestellten Kurven gehen von der Annahme aus, daß die Gleichrichterröhre am unteren Knick arbeitet. Dadurch werden die negativen Spitzen der überlagerten Wechselspannung unterdrückt. Wenn daher der Ausgleichsimpuls im gleichen Sinne wirken soll wie die verbleibenden Impulsspitzen, so ergibt sich eine ganz bestimmte Polung der Batterie. Der bei einer solchen richtigen Polung erzielte Vorgang ist durch die genannte Kurve 13 dargestellt, während Kurve 14 den Vorgang bei falscher Batteriepolung veranschaulicht. Würde man aber dem Gleichrichterrohr eine andere Gittervorspannung geben, so daß der Arbeitspunkt auf der harakteristik zum oberen Knick verschoben wird, so muß auch, um wieder die Übereinstimmung zwischen den Richtungen der Impulse ;u erzielen, die Batterie in umgekehrtem Sinne angeschlossen werden. Anderenfalls würde sich wieder eine Arbeitskurve ergeben, die ihrem Wesen nach etwa der Kurve 14 entsprechen würde.

Unter den gewählten Arbeitsbedingungen, d. h. bei Gleichrichtung am unteren Knick, kommt also bei falscher Batteriepolung der in Kurve 15 dargestellte Spannungsstoß im

Anodenstroni der Röhre nicht zur Wirkung, da er, weil unterhalb des unteren Knicks liegend, ohne Einfluß ist. Der Anodenstrom steigt also allmählich auf seinen Mittelwert, so daß das im Anodenkreis vorhandene Relais nur langsam anspricht. Wird dann aber nach Ablauf eines bestimmten Zeitabschnittes das auf die Zelle treffende intermittierende Licht unterbrochen, so wirkt sich der in der Kurve 16 ίο dargestellte Spannungsstoß in der Weise aus, daß im Anodenkreis ein durch die Kurve 17 wiedergegebener Stromstoß auftritt. Dieser Stromstoß bewirkt dann, daß das Relais trotz erfolgter Verdunklung noch eine gewisse Zeit in der Stellung gehalten wird, die an sich dem Zustand der intermittierenden Belichtung entspricht. Erst nach einer gewissen Zeit, wenn der Ausgleichsimpuls abgeklungen ist, geht das Relais in die richtige Schaltstellung über.

Diese Zeit kann aber so lang sein, daß inzwischen wieder die Verdunklung beendet ist und erneut intermittierendes Licht auf die Zelle trifft. In diesem Falle kann der Schaltvorgang völlig ausbleiben.

Anders als eben- an Hand der Kurve 14 erläutert, liegen die Verhältnisse, wenn man die einzelnen Schaltelemente so anordnet, wie es vorliegende Erfindung vorschreibt. Bei einer mit Gleichrichtung am unteren Knick arbeitenden Schaltung nach Fig. 1 wäre hierbei die Batterie 2 so anzuordnen, daß ihr + - Pol an der Zelle 1 und ihr —Pol am Widerstand 3 liegt. Die Kurve 13, die die hierbei auftretenden Verhältnisse veranschaulicht, zeigt deutlich, daß der dem Spannungsimpuls 15 entsprechende Stromimpuls 18 beim Einsetzen der intermittierenden Belichtung das Relais beschleunigt in die neue Schaltstellung führt, während beim Aufhören der Belichtung der Wechselstrom ebenfalls augenblicklich aufhört. Auf diese Weise tritt der gewünschte Schaltvorgang am Anfang wie am Ende jedes Belichtungsabschnittes unverzüglich ein.
Eine ähnliche Wirkung ergibt sich, v/enn das Rohr 6 lediglich zur Verstärkung dient, während das im Anodenkreis angeordnete Relais so ausgebildet ist, daß es nur auf Gleichstrom anspricht. Es kommen hierfür vor allem verhältnismäßig träge, nicht polarisierte Relais in Frage. Ein solches Relais spricht auf das Produkt E von Stromstärke und Spannung an.

Der Verlauf dieses Produktes in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 4 dargestellt.

Diese Darstellung geht von der Annahme aus, daß die Zelle wieder bis zur Zeit t₀ unbelichtet ist, worauf in diesem Augenblick die intermittierende Belichtung einsetzt. Der Arbeitspunkt auf der Röhrencharakteristik ist in beiden Fällen durch die Gittervorspannung bestimmt. Der Anodenstrom nimmt daher bis zur Zeit t₀ den dieser Gittervorspannung entsprechenden Wert an, während mit Einsetzen der intermittierenden Belichtung sich ein Anodenstrom ergibt, der sich in einen Gleichstrom in Stärke des vorherigen Ruhestroms und eine diesem überlagerte Wechselstromkomponente zerlegen läßt. Die Leistungslinie stellt hierbei eine Funktion dar, die in quadratischer Abhängigkeit vom Anodenstrom. steht. Die mittlere Leistung E_m bei intermittierender Belichtung besitzt daher einen anderen Wert als die Leistung E₀ bei Verdunklung. Diese durch die Bildung des quadratischen Mittelwertes bedingte Verschiebung der mittleren Leistungslinie ist aus Fig. 4 ersichtlich. Beim Aufhören der Belichtung im Zeitpunkt ti sinkt die Leistung wieder auf den konstanten Wert E₀.

Zu Beginn wie am Ende der Belichtung treten auch hier wieder die gleichstrommäßig verlaufenden Ausgleichvorgänge auf, die durch die Bögen 19 und 20 wiedergegeben sind. Da das Relais auf den Sprung des Mittelwertes der Leistung von E₀ auf E_m und umgekehrt anspricht, wird bei der besonderen, durch Fig. 4 veranschaulichten Anordnung der Schaltvorgang sowohl am Anfang als auch am Ende der Belichtungszeit beschleunigt. Schließt man hingegen die Zellenbatterie falsch an, so daß unter sonst gleichbleibenden Verhältnissen die Ausgleichsvorgänge den Schaltvorgängen entgegenwirken, so sind die Kurven 19 und 20 umgeklappt liegend zu denken. In diesem Falle wurden die Ausgleichsvorgänge das Ansprechen des Relais verzögern. Die gleichen Verhältnisse ergeben sich im wesentlichen, wenn man bei Verwendung von nicht polarisierten Relais in der Weise arbeitet, daß man den Anodenstrom einem stärkeren ihm entgegengesetzt gerichteten Relaisruhestrom überlagert. Auch bei allen diesen ohne Gleichrichtung arbeitenden Anordnungen also ist es wichtig, die einzelnen Schaltelemente, insbesondere die Zellenbatterie, so zusammen arbeiten zu lassen, daß die Ausgleichsvorgänge im Sinne des Schaltvorganges verlaufen und diesen somit unterstützen.

Die neue Einrichtung ist besonders vorteühaft bei der Verwendung von lichtempfind'ächen elektrischen Zellen, die ähnlich wie Selenzellen bei Belichtung ihren Widerstand ändern, da bei diesen Zellen die durch die Erfindung ausgenutzte Trägheit besonders ausgeprägt in Erscheinung tritt, die zur Folge hat, daß bei intermittierender Belichtung die Zelle im Augenblick der Dunkelheit und der Belichtung nicht diejenigen Widerstandwerte erreicht, die bei gleich intensiver konstanter Belichtung bzw. bei konstanter Verdunkelung angenommen werden. Durch die Intermittierung des Lichtes befreit man sich dabei gleichzeitig von allen übrigen Störungen, von denen die Zelle betroffen werden kann. Der Einfluß von Neben-

oder Streulicht wird ausgeschaltet, und Ermündungserscheinungen der Zelle werden verringert.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Betätigung von Steuerorganen mittels lichtempfindlicher Zellen, z. B. Selenzellen, die intermittierend mit einer so hohen Intermittierungsfrequenz belichtet werden, daß infolge der Zellenträgheit die statischen Widerstandswerte der Zellen nicht erreicht werden, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Schaltelemente, insbesondere eine solche Polung der Zellenbatterie, daß die Spannungsoder Stromimpulse, die durch die am Anfang oder am Ende der intermittierenden Belichtung auftretenden Ausgleichsvorgänge hervorgerufen werden, im Sinne des Schaltvorganges verlaufen und diesen somit unterstützen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsspitzen, die jeweils zu Beginn des an einen Zeitabschnitt intermittierender Belichtung sich anschließenden Dunkelabschnitts auftreten, durch Gleichrichter unterdrückt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein auf Gleichstrom ansprechendes, z. B, nicht polarisiertes Relais, in dem die Impulsspitzen, die jeweils zu Beginn eines Zeitabschnittes intermittierender Belichtung auftreten, diejenige Richtung besitzen, in welcher der bei Belichtung fließende Gleichstrom von dem im Dunkelzustand fließenden abweicht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen