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Auf Verdunkelung ansprechendes Lichtrelais Es ist anzustreben, daß
die selbsttätigen lichtelektrischen Relais eine wirkliche Sicherlieit gewährleisten,
d. h. verhindern, daß irgendeine Störung, die an dem Relais selbst vorkommt, eine
gefährliche Schaltung verursachen kann. Außerdem ist es in manchen Fällen wünschenswert,
daß das Auftreten eines solchen Fehlers eine Sicherheitsschaltung auslöst und in
anderen Fällen, .daß der Fehler selbsttätig an das Überwachungspersonal gemeldet
wird.
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Eine solche positive Sicherheit könnte leicht, wenigstens zu einem
,gewissen Teil, erreicht werden, wenn mandielichtelektrischen Relais auf Aufhellung
ansprechen läßt. Indessen machen praktische Schwierigkeiten diese Arbeitsart im
allgemeinen wenig zufriedenstellend. In der Praxis sind Relais, die auf Verdunkelung
ansprechen, gleichgültig, ob sie mit sichtbarer oder unsichtbarer Strahlung arbeiten,
meist vorzuziehen. Jedoch war bei den bisher bekanntgewordenen Anordnungen eine
positive Sicherheit im vorstehend angedeuteten Sinne für solche Verdunkelungsrelais
nicht gewährleistet. Betrachtet man beispielsweise eine Anlage eines selbsttätigen
lichtelektrischen Verdunkelungsrelais bei einer Förderanlage in einem Bergwerksschacht,
so unterbricht der Förderkorb normalerweise bei Ankunft auf einer Sohle den Steuerstrahl
des Liehtrelais, worauf das Relais die Öffnung der Türe bewirkt. Tritt eine Beschädigung
des lichtelektrischen Relais ein. so spielt sich alles genau so ab, als ob eine
Unterbrechung des Steuerlichtstrahles eingetreten wäre, und die Tür der Förderanlage
öffnet sich, auch wenn der Förderkorb sich nicht in der Sohlenhöhe, sondern an irgendeiner
anderen Stelle des Schachtes befindet. Die positive Sicherheit ist also nicht vorhanden,
das Öffnen der Türe stellt in diesem Falle vielmehr einen gefährlichen Schaltvorgang
dar. Man könnte diese positive Sicherheit, wie oben schon angedeutet, zwar dadurch
erzielen, daß man das Lichtrelais auf Aufhellung .ansprechen läßt. Es würde hierzu
genügen, an den Förderkorb einen reflektierenden Körper anzubringen, während an
einem festen Ort in der Nähe des Förderkorbes die Strahlungsquelle anzubringen wäre.
Das Lichtrelais würde dann die Öffnung der Türe veranlassen, wenn es durch einen
Lichtstrahl getroffen wird, der von dem am Förderkorb befestigten Spiegel reflektiert
ist. Indessen ist es praktisch unmöglich, im Bergwerksbetrieb eine ausreichende
Gewähr dafür zu geben, daß die Spiegeloberfläche stets hinreichend sauber ist. Infolgedessen
ist ein Lichtrelais, das auf Verclunkelung anspricht, vorzuziehen.
Es
ist bereits bekannt, in einem Lichtrelais die lichtelektrische Zelle außer mit dem
Steuerstrahl, dessen Verdunkelung .das Ansprechen des Relais und damit den gewünscli-#
--ten Schaltvorgang auslösen soll, noch niit ;, einem Hilfsüberwachungsstrahl zu
belichten;: der übrigens im Vergleich mit dem Steuer-'-strahl ziemlich schwach sein
kann. Dieser Überwachungsstrahl hängt von dem guten Betriebszustand des Relais ab,
derart, daß er unterbrochen wird, wenn irgendeine Beschädigung oder andere störende
Erscheinung eintritt. Dieses Unterbrechen des Überwachungsstrahles v eranlaßt das
Ansprechen eines Relais, welches den normalen Schaltvorgang verhindert und gleichzeitig,
falls erwünscht, Sicherheitsschaltvorgänge oder Alarmsignale oder beides auslöst.
Derartige Anordnungen versagen jedoch für den Fall, daß eine Bestrahlung d°r Photozelle
durch Nebenlicht veränderlicher Stärke nicht vermieden werden kann. Diesem Mangel
kann in an sich bekannter Weise dadurch abgeholfen werden, daß .der Überwachungsstrahl
moduliert wird. Die 1Modulierung kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man
als Lichtquelle für den Überwachungsstrahl etwa eine Glimmlampe verwendet, beispielsweise
eine kleine Neongliminröhre, die bekanntlich bei Speisung mit Wechselsträm ein dessen
Frequenz entsprechend moduliertes Licht aussendet.
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Es ist auch bereits bekannt, bei auf Hellschaltung ansprechende Lichtrelais
die lichtelektrische Zelle außer mit dem das Relais auslösenden Steuerstrahl mit
einem zusätzlichen modulierten Überwachungsstrahl zu belichten, derart, daß bei
seinem Aussetzen bei irgendwelchem Versagen das Relais ein Schließen bzw. Öffnen
des Arbeitsstromkreises durch den Hauptschalter unterbunden ist. Die Erfindung bezieht
sich auf ein derartiges, jedoch nicht auf Hellschaltung, son-,lern auf Verdunkelung
ansprechendes Lichtrelais.
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Das auf Verdunkelung ansprechende Lichtrelais nach der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß im Normalzustand der Steuerlichtstrahl den modulierten
Überwachungslichtstrahl überlagert und die Summe der Intensitäten beider Strahlen
so gewählt ist, daß die Photozelle oder die von ihr gesteuerte erste Verstärkerröhre
beim Auftreffen beider Strahlen im Sättigungsgebiet, beim Auftreffen des Überwachungslichtstrahls
allein jedoch unterhalb der Sättigungsgrenze arbeiten, derart, daß das über einen
Transformator an den Anodenstromkreis der ersten Röhre angekoppelte Gitter der Endröhre
bzw. des Endverstärkers nur dann Spannungsimpulse, die diese Röhre leitend machen
und so einen Hauptschalter im Arbeitsstromkreis schließen, erhält, wenn der modulierte
Überwachungslichtstrahl ordnungsgemäß in Betrieb, der Steuerlichtstrahl dagegen
unterbrochen ist.
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. Durch die Erfindung wird eine noch weiter ,erhöhte Sicherheit bei
der Schaltung des -L;ichtrelais gegenüber den bekannten Anord-' iiungen erzielt.
Die Schaltung bei dem Lichtrelais nach .der Erfindung ist außerdem sehr einfach
und übersichtlich.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung. in der Ausführungsmöglichkeiten
der Anordnung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt sind, näher erläutert.
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In Abb. i bedeutet 2 die lichtelektrische Zelle, auf .die der von
einer Neonlampe i i gelieferte Überwachungsstrahl auffällt. Da nun ein Versagen
der Anordnung auch dann eintreten kann, wenn der Steuerstrahl aussetzt. ist in Abb.
i die Schaltung so vorgenommen, das gleichzeitig eineÜberwachung des Leuchtdrahtes
6 der Steuerlampe erfolgt. Hier durchfließt der Strom der Lampe 6, die zweckmäßig
durch zwei kalibrierte Sicherungen ä und 8' abgesichert ist, einen Transformator
io, dessen Sekundärwicklung die Neonlampe i i speist. Es ist ohne weiteres ersichtlich,
daß jeder Bruch des Drahtes 6 augenblicklich den Überwachungsstrahl unterbricht.
' Die Anordnung nach Abb.2 gibt eine zweckmäßige Einrichtung für den Fall an. daß
der Überwachungsstrahl moduliert und der Steuerstrahl durch einen gewöhnlich,-ii
Strahler, etwa :gemäß der Anordnung nach Abb. i, erzeugt ist. Es ist dabei angenommen,
daß die gesamte Einrichtung mit Wechselstrom gespeist ist, wobei ein in der Abbildung
fortgelassenes :Mittel, etwa eine Gleichrichterröhre oder ein Trockengleichrichter,
in Kombination mit einem geeigneten Glättungawiderstand an die eigentlichen Relais
Gleichstrom liefert. Die Photozelle 2 erhält ein Gleichstrompotential aus der Batterie
24.. Die Potentialdifferenz an den Klemmen de: Widerstandes i.1 wird dem Gitter
i j der Verstärkerröhre mitgeteilt. Wenn nun die Photozelle 2 eine modulierte Belichtung
von geeigneter Stärke erfährt, so liefert sie Stromimpulse, die den Kondensator
25 und darauf die Wicklung 26 des Transformators 27 durchlaufen. Entsprechend wird
in der Sekundärwicklung 28 des Transformators 27 eine Wechselspannung erzeugt, die
dem Gitter 20 eines zweiten Verstärkers aufgedrückt wird. Die Spule i8 .des Betätigungsrelais
liegt über Anode 31 und Kathode 3o des zweiten Verstärkers an gleichgerichteter
Spannung. Man erkennt, daß ein Strom nur fließen kann, wenn das Potential am Gitter
29 moduliert wird. daher kann auch das Relais 18 seinen Kontakt 18' und damit den
Stromkreis des Steuerapparates 2 i nur schließen, wenn die Photozelte
2
eine modulierte Belichtung vün geeigneter Stärke erhält.
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Abb. 3 läßt die Einstellungsverhältnisse der Einrichtung erkennen.
Die Abszisse bildet den mittleren Wert der die Photozelle treffenden Strahlung.
Auf der Ordinatenachse ist der aus dem Verstärker i, 15, 16 in den Transformator
27 geschickte Anodenstrom aufgetragen. Der Zusammenhang beider ist durch Kurve B
dargestellt. Wie man .erkennt, ist der Strom anfangs annähernd proportional mit
der Bestrahlung, um nach erreichter Sättigung in bekannter Weise mit zunehmender
Bestrahlung nicht mehr zu wachsen. Diese Sättigung kann von der Photozelle oder
auch vorzugsweise von der ersten der beiden Verstärkerröhren der Anordnung herrühren.
Die Bestrahlungswerte, des modulierten Überwachungslichtes einerseits, des Steuerdauerlichtes
andererseits, sind derart bemessen, .daß das erstere in der Spule des Relais 18
eine Stromstärke gemäß Ordinate 32 erzeugt, während die Summen beider Beleuchtungen
bestrebt wären, eine Stromstärke gemäß der Ordinatenlinie 33 aufzubauen, wenn die
Sättigungsbedingungen des Systems dies nicht verhinderten.
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Unter diesen Verhältnissen arbeitet die Anordnung folgendermaßen:
Wenn der photoelektrische Teil in gutem Zustand ist und der Steuerstrahl die Photozelle
gleichzeitig mit dem.Überwachungstrahl trifft, so wird infolge der Sättigung der
Zelle 2 oder des Verstärkers 1, 15, 16 an dem Kondensator und die Primärwicklung
26 des Transformators 27 eine Gleichspannung geliefert, die keinerlei Veränderung
des magnetischen Flusses verursacht. Infolgedessen wird auch in .der Sekundärwicklung
keine EMK induziert, die das Relais 18 zum Ansprechen bringen könnte. Wenn der Steuerstrahl
unterbrochen wird, während der Überwachungsstrahl im vorschriftsmäßigen Zustande
ist, so werden Kondensator 25 und Primärwicklung 26 von einem modulierten Strom
durchflossen, deren Mittelwert demjenigen der Linie 32 entspricht. Die entsprechende
Änderung des magnetischen Flusses erzeugt in der ,Sekundärwicklung 28 eine Wechselspannung,
die das Gitter 29 des zweiten Verstärkers beeinflußt. Die Spule 18 wird infolgedessen
von einem Wechselstrom mit der Modulationsfrequenz durchflossen. Sie schließt den
Kontakt 18', und der Steuerapparat tritt für die ganze Dauer ,der Verdunkelung in
Tätigkeit. Ist jedoch das Lichtrelais nicht in ordnungsmäßigem Zustande, so durchfließt
den Transformator 27 kein Strom, und das Relais 18 kann nicht ansprechen; der Apparat
21 bleibt also außer Betrieb. Man erkennt, daß dieser Apparat anspricht, wenn der
licht= elektrische Teil der Apparatur in gutem Zustande und gleichzeitig der Steuerstrahl
unterbrochen ist.
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Abb. q. gibt eine Abwandlung der Anordnung .gemäß Abb. 2 wieder. Es
kann bisweilen wünschenswert sein, daß eine Anzeige unverzüglich stattfindet, wenn
eine Beschädigung im Lichtrelais eintritt. Dies wird mittels der beiden Relais 17
und 18 erreicht, von denen das erstere die Beschädigung des Lichtrelais mit Hilfe
des Alarmapparates 23 anzeigt, während das zweite den Steuerapparat 21 zum Ansprechen
bringt, falls das Lichtrelais in gutem Zustande und der Steuerstrahl unterbrochen
ist. Die Anordnung nach Abb. .I unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 2 dadurch,
daß die erste Verstärkerröhre die Spule des Relais 18 unmittelbar speist.
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Abb. 5 dient zur Erläuterung des Arbeitens der ganzen Einrichtung.
Die Photozelle 2 liefert einen der auffallenden Strahlung etwa proportionalen Strom,
den die Verstärkerröhre Z, 15, 16 verstärkt. Bekanntlich ist jedoch der verstärkte
Endstrom der Beleuchtung nur bis zu einem gewissen Betrage derselben proportional.
Wenn die Beleuchtung zu groß ist, erreicht man den sog. Sättigungspunkt, von welchem
an der eine der beiden Apparate, sei es die Photozelle, sei es die Verstärkerröhre,
für jede weitere Beleuchtungsverstärkung unempfindlich wird. In Abb. 5 sind..die
auf .die Photozelle auffallenden Lichtmengen als Abszisse und der zugehörige Verstärkerstroin
als Ordinaten aufgetragen. Die Ordinate der Linie 17 entspricht dabei dem Mittelwert
des modulierten Überwachungsstromes, die-Ordinate der Linie 18 dem Strom, der der
Summe von Überwachungs- und Steuerbestrahlung.entspricht.. Die-Kurve.-1 stellt .die
Kennlinie der Verstärkerröhre dar.
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Die Abb. 4. läßt nun das Zusammenarbeiten der Kontakte 17', 17" und
18' und der beiden Relais 17 und 18 erkennen. Wenn der Überwachungsstrahl in ordnungsmäßigem
Zustand ist, so betätigt das Relais 17 seine Kontakte, -d. Ir. der Kontakt 17' öffnet
.den Alarmstromkreis, während der Kontakt 17" geschlossen ist und den Strom durch
das Steuergerät 21 vorbereitet. Dieses Steuergerät soll den gewünschten selbsttätigen
Schaltvorgang auslösen in .dem Fall, daß der Steuerstrahl unterbrochen und .die
photoelektrische Einrichtung in einwandfreiem Betriebszustand ist. Wenn der Steuerstrahl
die Zelle belichtet, ist auch das Relais 18 angezogen, und sein Kontakt 18' unterbricht
den Stromkreis des Steuerapparates 21. Wenn der Steuerstrahl v erdunk2lt ist, verliert
das Relais 18 seine Zugkraft und schließt .den Stromkreis des Steuerapparates 21
mit einer Verzögerung vom Bruchteil einer .S.e1tunde. Diese Verzögertingsvorrichtung
ist
mit 22 angedeutet und ist notwendig, um eine unzeitige Einleitung des Schaltvorganges
beim Eintreten eines Schadens am Lichtrelais zu verhindern.
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Man erkennt, daß der Apparat 21 nur Strom erhält, wenn das Lichtrelais
in gutem Zustande ist, .da .der Stromkreis von 21 nur geschlossen ist, wenn der
Kontakt 17" des Relais 17 geschlossen ist, was aber die gewünschte Sicherheit
verwirklicht. Wenn das auf die Photozelle auftreffende -modulierte Überwachungslicht
ausbleibt, so läßt das Relais 17 seinen Anker los, der Kontakt 17' läßt nun Strom
in den Alarmapparat 23, der die eingetretene Beschädigung des Lichtrelais signalisieren
und irgendwelche Sieherheitsschaltvorgänge bewirken kann.