DE609469C - Elektrooptische Relaisanlage - Google Patents

Description

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AUSGEGEBEN AM 16. FEBRUAR 1935

Zur Herbeiführung mechanischer Auslösun-■ gen durch die Drehung von Spiegeln, die Bewegung von Schattenkörpern und ähnliche Vorgänge, denen keine Energie entnommen S werden darf, bedient man sich heute in erster Linie elektrooptdscher Relaisanlagen. Weiterhin werden solche Relaisanlagen bekanntlich zur Steuerung von Maschinen aller Art durch bedruckte Filme oder durch Schablonen sowie

ίο zur Einbrachsicherung verwendet. Sie bestehen im wesentlichen aus einer ,Lichtquelle, deren Strahlen auf eine lichtempfindliche Zelle (Selenzelle, Photozelle, Thermoelement o. dgl.) geleitet werden, welche unmittelbar bzw. über einen geeigneten. Verstärker ein Relais steuert.

Elektrooptische Relaisanlagen dieser Art können entweder mit konstantem oder a-uch mit periodisch in rascher Folge unterbrochenem Licht (sog. Wechsellicht) betrieben werden. Während man bei einem Arbeiten mit konstantem Licht die Beleuchtungslampe so stark wählen mußte, daß sie die Nebenbeleuchtung übertönte (Patent 340 524), wird

man bei dem Arbeiten mit WechseUich't von dieser unbequemen Bedingung frei. Man bringt zu diesem Zwecke vor der Lichtquelle eine rotierende Lochscheibe ο. dgl. an, die das Licht periodisch zerhackt, trennt die hierdurch im Zellenstromkreis entstehende Wechselstroniamplitude auf kapazitivem oder • induktivem Wege'vom Zellengleichstrom, verstärkt diese Wechselstromamplitude und richtet sie schließlich fürdieRelaissteuerunggleich (vgl. z. B. Patent 455 987). Um das die Zelle treffende Tageslicht' zti begrenzen, bediente man sieh bei derartigen Wechsellichtanlagen in einzelnen Fällen geeigneter, vor der Zelle angebrachter' Blendenanordnungen.

Die wichtigsten Vorbedingungen für eine erfolgreiche Anwendung elektrooptdscher Relaisanlagen in der Praxis sind:

1. Einfachheit und Wirtschaftlichkeit,

2. unbedingte Betriebssicherheit.

Diese Bedingungen werden von den bisher bekannten Anlagen nicht in ausreichendem Maße erfüllt, da die mit konstantem Licht arbeitenden Anlagen z.ur Übertönung des Fremdlichtes eine so starke Beleuchtungslichtquelle benötigten, daß sie unwirtschaft- lieh wurden und die Zellen infolge Über-: lastung bald versagten, während sich Wechsellichtanlagen 'sehr kostspielig gestalteten und durch die große Zahl ihrer Verstärkerstufen sowie ihre dauernd bewegten mechanaschen Teile viele Störungsquellen besaßen. Durch die Erfindung ist es gelungen, elektrooptische Relaisanlagen, welche den obigen Bedingungen voll entsprechen, durch Kombination folgender, im einzelnen an sich bekannter Maßnahmen zu schaffen:

1. die Anwendung· eines der lichtempfindlichen Zelle zugeführten konstanten Lichtstromes (unzerhackter Lichtstrahl);

2. die Anwendung von optischen Hilfsmit- 65-teln, welche vor der lichtempfindlichen Zelle angeordnet sind und nur das aus einer bestimmten, mindestens auf zehn Winkelgrade

genau begrenzten Richtung einfallende Licht auf die Zelle gelangen lassen;

3. die Verbindung der lichtempfindlichen Zelle mit einer Verstärkeranordnung, welche auf Stromstärkeänderungen des die Zelle durchfließenden Gleichstromes anspricht.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man mit konstantem Licht und elektrostatischer Verstärkung einen etwa 1000- bis ioooofach höheren Verstärkungsgrad.erzielen kann als mit einer Wechselstromverstärkung (wie sie die Wechsellichtanlagen verwenden), vorausgesetzt, daß man ausreichende Relativänderungen des primären Photostromes zwr Verfügung hat. Sie beruht weiterhin auf der Erkenntnis, daß man extreme Relativänderungen des primären Photostromes durch eine rein optische Abblendung allen Fremdlichtes in der oben gekennzeichneten Weise zu erreichen vermag. So gelingt es z. B. auf Grund der Erfindung, mit normalen ■Photozellen und einem einfachen Einrohrverstärker, wie ihn z. B. Patent 421 717 (Abb. 2) zeigt, grobe mechanische Relais mit verschwindend geringen Lichtmengen betriebssicher durchzusteuern. Die Zellenbeleuchtung ist hierbei so gering (etwa 10—* bis 10—⁵ Lumen), daß die Lebensdauer der Zelle viele tausend Stunden beträgt; trotzdem werden die relativen Stromänderungen im Zellenkreise hoch genug, um eine absolut betriebssichere Durchsteuerung von Röhre und Relais zu gewährleisten. Die Bedingungen der Einfachheit, Wirtschaftlichkeit in Anschaffung und Betrieb sowie der absoluten Betriebssicherheit werden also voll erfüllt. Darüber hinaus eröffnet die Erfindung, wie. im folgenden gezeigt werden soll, eine Reihe von überraschenden neuen technischen Möglichkeiten. Als besonders wichtig hat die Erfindung sich für elektrooptische Sicherungsanlagen erwiesen, da sie es ermöglicht, den bisher üblichen, aber leicht erkennbaren Scheinwerferlichtstrahl durch einen ebenso scharf gerichteten, aber von außen auf keinem Wege erkennbaren Sichtweg zu ersetzen. Man vermag also bei derartigen Sicherungsanlagen . mit einer ungerichtet strahlenden Lichtquelle zu arbeiten, auf welche die vor der Zelle angeordneten optischen Hilfsmittel eingestellt werden; diese optischen Hilfsmittel wählen dann aus der einen großen Raumwinkel umfassenden Strahlung der genannten Lichtquelle einen von außen nicht erkennbaren Sichtweg aus, und es hat sich gezeigt, daß die extreme Empfindlichkeit erfindungsgemäßer Anlagen es möglich macht, auch auf diesem Wege ausreichend lange Lichtschranken zu erzielen.

Abb. ι stellt ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Photozelle dar. In dem lichtdichten Kästchen ι ist die Photozelle 2 montiert. Vor der Photozelle 2 ist eine Wabenblende 3 angeordnet, welche z. B. aus abwechselnd aufeinandergeschichteten glatten bzw. gewellten , Blechen hergestellt sein kann und welche dazu \ dient, den Sichtwinkel der Zelle, d. h. denje- ^! nigen Winkel, der von den äußersten, gerade noch auf die Zelle gelangenden Strahlen eingeschlossen wird, auf höchstens io° zu be- ■ grenzen. Er läßt sich auf diese Weise sogar , leicht auf etwa 2 bis 3° beschränken.

Das Schema einer' in dieser Weise ausgestalteten Lichtschrankenanlage, wie sie z. B. zur automatischen Auslösung von Verkehrssignalen Verwendung finden kann, zeigt Abb. 2. Die Lichtquelle besteht aus einer Lampe 4, die in geeigneter -Höhe über dem Boden angeordnet und zweckmäßig mit einer dunkel gestrichenen Randscheibe 5' umgeben ist. Ihr gegenübergestellt sind ein oder mehrere Aggregate 1 der in Abb. 1 dargestell-; ten Form, welche auf die Lichtquelle 4 eingerichtet werden und über entsprechende Relaisverstärker das Verkehrssignal steuern.

Etwas geringere Lichtverluste als mit der in Abb. I dargestellten Wabenblende erhält man mit der in Abb. 3 dargestellten Linsenanordnung. Die Photozelle 2 ist wiederum im Inneren eines lichtdichten Kästchens angebracht. Dieses trägt die Linse 6, welche im Inneren des Mantelrohres 7 ein Bild der - (nicht gezeichneten) Lichtquelle entwirft. An .derjenigen Stelle, wo dieses Bild scharf abgebildet wird, ist die Blende S angeordnet, welche das reelle Bild der Lichtquelle, also z. B. das Bild des Glühfadens einer Lampe, eng umgreift und daher nur das in diesem reellen Bild enthaltene Licht auf die Photozelle 2 fallen läßt. Um eine entsprechend genaue Justierung zu ermöglichen, muß die Blende 8 natürlich dreh- und verschiebbar angebracht sein.

Völlig neue technische Möglichkeiten eröffnet die Erfindung für Sicherungsanlagen, denn sie gestattet es, die bisher üblichen Projektionslichtwege durch Sichtwege zu ersetzen, die nur von der Einstellung der mit der Zelle verbundenen optischen Hilfsmittel abhängen. 'Infolgedessen kann man nach der Erfindung für solche Anlagen eine ungerichtet strahlende Lichtquelle benutzen, derenzur Wirksamkeit gebrachte Strahlen in keiner Weise erkennbar sind; man erhält also eine ideale Tarnung der den Raum sichernden Lichtschranken.

Gemäß Abb. 4, welche den Grundriß eines gesicherten Raumes mit den Fenstern 9 und - ■ den Türen 10 darstellt, gehen von der Lichtquelle 4 völlig ungerichtet nach allen Seiten hin Strahlen aus. Zur Wirkung kommt hier-

von nur ein einziger Strahl, und zwar derjenige, welcher auf den Spiegel ii auf trifft und von diesem über die weiteren Spiegel 12, 13 und 14 auf das gemäß Abb. 3 konstruierte lichtempfindliche Aggregat 15 reflektiert wird. Aus der gesamten Strahlung 4^er Lampe 4 wird also nur ein einziger Sichtweg herausgegriffen, der innerhalb des Raumes durch nichts erkennbar ist, dessen Durchkreuzung oder dessen Unterbrechung durch Bewegen eines der vier Spiegel 11 bis 14 jedoch sofort zur Alarmgebung führt.

Weiterhin ermöglicht es die Erfindung, das Licht zweier dicht nebeneinander Hegender Lichtquellen vollkommen voneinander getrennt auf zwei dicht nebeneinandergestellte lichtempfindliche Zellen zu führen. Dies ist für eine große Anzahl von Steuerungsproblemen von höchster Wichtigkeit. Eine Anondnung dieser Art zeigt Abb. 5. Das lichtdichte Zellengehäuse 1 ist wiederum durch eineLinseo abgeschlossen, enthält jedoch eine mit zwei öffnungen versehene Blende 17 und hinter den entsprechenden Blendenöffnungen je eine Photozelle 2 bzw. 18. Die in' verschiedenen Entfernungen und unter verschiedenen Winkeln angeordneten Lichtquellen 4 und 19 werden durch die Linse 6 genau in den zugehörigen Blendenlöchern scharf abgebildet; die beiden Strahlengänge stören einander in keiner Weise.

Anordnungen dieser Art lassen sich übrigens auch als Geheimschloß verwenden. Ist die zugehörige Relaisanlage so geschaltet, daß eine Relaisbetätigung nur erfolgt, wenn beide Zellen 2 und 18 zugleich belichtet werden, so ist es für einen Uneingeweihten natürlich völlig unmöglich, die Anlage zum Ansprechen zu bringen, da hierfür die beiden Lichtquellen 4 und 19 genau in die vorgeschriebene Lage gebracht werden müssen und da für die Lage der drei mitbestimmenden Elemente 6, 4, 19 zueinander im Raum unendlich viele Möglichkeiten bestehen. Selbstverständlich kann man hierbei an Stelle von punktförmigen auch flächenförmige Lichtquellen (beleuchtete Mattscheibe o. dgl.) benutzen. Gibt man einer solchen Lichtquelle eine besonders geartete Form und paßt dieser die Öffnungsform der Blende 8. bzw. 17 — etwa durch Ausfüllung eines erweiterten Loches mit einem in entsprechenden Konturen geschwärzten Film — an, so gewinnt man einen praktisch auf keinem Wege durch Fremde ersetzbaren Lichtschlüssel.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrooptische Relaisanlage, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, einzeln an sich bekannter Teilmerkmale:

   a) die Anwendung eines der lichtempfindlichen Zelle zugeführten konstanten Lichtstromes (unzerhackter Lichtstrahl);

   b) die Anwendung von optischen Hilfsmitteln, welche vor der lichtempfindlichen Zelle angeordnet sind und nur das aus einer bestimmten, mindestens auf zehn Wdnkelgrade genau begrenzten Richtung einfallende Licht auf die Zelle gelangen lassen;

   c) die Verbindung· der lichtempfindlichen Zelle mit einer Verstärkeranordnung, welche auf Stromstärkeänderungen des die Zelle durchfließenden Gleichstromes anspricht.
2. 2. Elektrooptische Sicherungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ungerichtet strahlende Lichtquelle (4), auf welche die vor der lichtempfindlichen Zelle (15) angeordneten optischen Hilfsmittel eingestellt werden, so daß aus der einen großen Raumwinkel umfassenden Strahlung der genannten Lichtquelle (4) durch die genannten optischen Hilfsmittel (15) ein von außen in keiner Weise erkennbarer Sichtweg ausgewählt wird. .

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen