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Lichtelektrische Einrichtung zum Feststellen von Stiftlöchern in Stahlbändern
mit einer eLektromagnetisch wirkenden Markierungsvorrichtung Die Erfindung betrifft
eine lichtelektrische Einrichtung zur Feststellung und Markierung von Stiftlöchern
in Stahlbändern. Bei derartigen . Einrichtungen wird das Stahlband durch eine magnetisch
betätigte Vorrichtung markiert, die ein kleines Stück von der lichtelektrischen
Prüfeinrichtung in Richtung des Vorschubes des Stahlbandes entfernt ist. Das Band
bewegt sich im allgemeinen mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 und 270 m je Minute
vorwärts. Da nun die magnetische Markierungsvorrichtung eine bestimmte Zeit braucht,
um das Band zu prägen, nachdem sie ihr Steuersignal erhalten hat, ergibt sich die
Notwendigkeit der Einführung einer Zeitverzögerungsvorrichtung, um eine Verzögerung
bei der Betätigung herbeizuführen, die umgekehrt proportional der Geschwindigkeit
des Bandes ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Zeitverzögerung durch Aufladen eines
Kondensators mit einem konstanten Strom erreicht, dessen Stärke proportional der
Geschwindigkeit des sich
bewegenden Bandes ist, wobei zu der Spannung
des Kondensators eine Spannung hinzugefügt wird, die beim Fließen des Ladestroms
durch einen Widerstand erzeugt wird. Der Stromkreis ist so bemessen, daß, wenn die
Summe dieser beiden Spannungen einen vorher bestimmten Wert erreicht, eine Steuervorrichtung
in Tätigkeit tritt.
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In den Figuren ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. I ist eine Schaltskizze der Gesamtanordnung, während Fig. 2
schematisch und schaubildlich eine praktische Ausführungsform der Einrichtung wiedergibt.
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In Fig 2 bedeutet 10 das zu untersuchende Stahlband oder den Stahlstreifen,
der sich in Richtung des Pfeils auf eine nicht dargestellte fliegende Schere zubewegt.
Das Stahlband läuft zwischen Walzen II hindurch, so daß die Umfangsgeschxvindigkeit
dieser Walzen gleich der linearen Geschwindigkeit des Bandes ist.
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Zur Auffindung der Stiftlöcher in dem Band dient eine Prüfeinrichtung
12. Diese Prüfeinrichtung besteht aus zwei rechteckigen Kästen aus Metall, die mit
einem Zwischenraum zum Durchlassen des Stahlbandes in Abstand voneinander gehalten
sind. Der obere Kasten enthält die Lichtquellen I3 und die optischen Systeme. Der
untere Kasten enthält die lichtelektrischen Zellen, die Verstärkerröhren und die
dazugehörigen Stromkreiselemente. Ferner sind optische Systeme ähnlich denen in
dem oberen Kasten vorgesehen. Die Prüfeinrichtung besitzt einen Satz Blenden, die
zur Anpassung der Prüfeinrichtung auf beliebige Breiten des Eisenbandes innerhalb
bestimmter Grenzen dienen; sie sind in der Figur nicht dargestellt.
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Geht ein Stiftloch in dem Band unter der Prüfeinrichtung durch, so
trifft ein positiver Spannungsimpuls auf den Leiter 14 (Fig. I), d. h., das Potential
des an diesem Leiter liegenden Gitters wird positiv in bezug auf den negativen Pol
I6 der Gleichstromquelle I5, I6, und zwar für einige Tausendstelsekunden. Diese
Steuerspannung setzt die Einrichtung in Tätigkeit.
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Eine elektromagnetische Mariierungsvorrichtung I7 ist ein kleines
Stück von der Prüfeinrichtung entfernt in der Nähe der Bandkante angeordnet. Diese
Markierungseinriditung dient dazu, eine Marke an der Kante des Bandes anzubringen,
wenn ein Stiftloch entdeckt worden ist.
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STormalenveise ist der Elektromagnet I7e erregt und hält den Markierungsteil
I7b entfernt von dem Band.
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Der Elektromagnet I7 liegt im Anodenkreis einer Entladungsröhre 18.
Wie aus Fig. I zu ersehen ist, ist die Anode dieser Röhre über den Elektromagnet
I7 mit dem positiven Pol 15 der Gleichstromquelle verbunden, während die Kathode
der Röhre an dem negativen Pol I6 der Stromquelle liegt. Das Schirmgitter 18,, der
Röhre ist mit dem positiven Pol verbunden und erhält auf diese Weise eine positive
Gittervorspannung; das Gitter IS, ist mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden.
Auf diese Weise liegt das Steuergitter 18b auf Kathodenpotential, und die Röhre
ist normalerweise leitend, so daß der Elektromagnet 17 normalerweise erregt ist
An den Klemmen 15 und r6 liegt ferner eine Zweifachdreielekfrodenröhre 20. Die Röhre
ist normalerweise durch den Anodenwiderstand 21 und die Gitterspannungsteilerwiderstände
22 und 23 vorgespannt, so daß die Gitterspannung zwischen den Punkten 22,, und 24
annähernd Null ist; der gesamte Röhrenstrom fließt also durch die linke Hälfte der
Zlveifachröhre und durch deren Kathoderviderstand 25. Ferner liegt an den Klemmen
der Stromquelle 15, 16 ein Widerstand 27 und ein Kondensator 27,, um die Spannung
für die Röhre 20 und die übrigen Steuerröhren zu glätten. Schließlich liegt noch
eine weitere Zweifachdreielektrodenröhre 26 an der Gleichstromquelle 15, 16. Die
Anoden dieser Röhre liegen an dem positiven Leiter I5n. der über den Widerstand
27 am positiven Pol 15 der Stromquelle liegt, während die Kathoden über die Widerstände
28, 29 und 30 und über den Tachometergenerator 3I und die Widerstände 32 und 33
sowie den Kondensator 34 an dem negativen Pol der Stromquelle liegen. An Stelle
dieser Doppelröhre können auch andere Röhren mit großer Steilheit venendet werden.
Der Tachometergenerator 3I wird von den Walzen II angetrieben und erzeugt infolgedessen
eine Spannung, die proportional ist der Geschwindigkeit des Bandes; diese Spannung
wird dem Gitter der Röhre 26 zugeführt, wobei die positive Klemme des Generators
an dem Gitter liegt.
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Infolge dieser Anordnung fließt durch die Röhre 26 ein Strom, der
praktisch proportional ist der Geschwindigkeit des Stahlbandes. Der Strom wird für
jede gegebene Spannung des Tachometergenerators aufrechterhalten, weil jede Stromänderung
infolge einer Änderung der Anodenspannung von einer Änderung des Spannungsabfalls
an den Widerständen 28 und 29 begleitet ist. Diese Anderung des Spannungsabfalls
an diesen WMerständen gelangt an das Gitter und erzeugt eine Stromänderung in entgegengesetzter
Richtung. Das Endergebnis ist, daß der Strom für den weiten Bereich der Anodenspannungen
und Röhrenkennlinien im wesentlichen konstant bleibt.
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Die Gittervorspannungsbatterie 35 ist für das Wesen der Erfindung
nicht von besonderer Bedeutung, sie hat aber eine sehr wichtige Aufgabe.
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Sie hält nämlich die Gitterspannung auf ihrem durchschnittlichen
negativen Wert und ermöglicht auf diese Weise, daß die Spannung des
Tachometergenerators
annähernd gleich der Spannung an den Widerständen 28 und 29 ist; dies hat zur Folge,
daß die lineare Änderung des Röhrenstroms auf niedere Werte der Tachometerspannung
ausgedehnt wird.
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Der Kondensator 36 und der Widerstand 30 wirken als Filter, um die
Spannung des Tachometergenerators zu glätten.
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Der Kondensator 34 ist der Zeitverzögerungskondensator, der von dem
konstanten Strom durch die Röhre 26 aufgeladen wird. Der Ladestrom fließt auch durch
den festen Widerstand 33 und den einstellbaren Widerstand 32, um die Spannung zu
erzeugen, die der Spannung des Kondensators hinzugefügt wird, um die festliegende
Zeitspanne für die Betätigung der Markierungseinrichtung zu kompensieren. Da die
Betätigungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Markierungseinrichtungen verschieden
sind, muß der einstellbare Widerstand 32 veränderlich sein, derart, daß der Stromkreis
genau zu dem Zeitpunkt geschlossen wird, in dem die Markierung stattfinden soll.
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Parallel zu dem Kondensator 34 liegt eine Röhre 37, deren Anode an
der einen Klemme des Kondensators und deren Kathode an der anderen Klemme des Kondensators
liegt. Diese Röhre kann beispielsweise eine Pentode sein.
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Normalerweise liegt das Gitter 37a der Röhre 37 annähernd auf Kathodenpotential,
so daß die Röhre leitend ist. Auf diese Weise wird der Zeitverzögerungskondensator
34 praktisch kurzgeschlossen, so daß die Spannung an dem Kondensator einen sehr
niedrigen Betrag annimmt.
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Die Röhre 38, die ebenfalls an den Klemmen I5, I6 liegt, ist ein
gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß. Zwischen Anode und Klemme 15 liegt der
Widerstand 39, zwischen Kathode und Klemme I6 liegen die Widerstände 40, 41 und
der Spannungsteiler 42. Im allgemeinen führt das Gasentladungsgefäß keinen Anodenstrom,
weil sein Gitter in bezug auf die Kathode infolge des Spannungsabfalls am Widerstand
42 negativ vorgespannt ist.
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Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der gesamten Einrichtung
beschrieben werden.
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Läuft ein Stiftloch in dem Band unter der lichtelektrischen Prüfeinrichtung
12 durch, so fällt für eine kurze Zeitspanne Licht auf eine der lichtelektrischen
Zellen. Hierdurch entsteht ein Spannungsstoß, der sich in einer plötzlichen Spannungsänderung
zwischen Punkt 14 und Klemme I6 bemerkbar macht. Das Gitter des Gasentladungsgefäßes
38 nimmt also plötzlich positive Spannungswerte an, so daß das Gasentladungsgefäß
leitend wird. Von dem Augenblick des Lichtauffallens auf die lichtelektrische Zelle
bis zu dem Zeitpunkt des Leitendwerdens des Gasentladungsgefäßes verstreicht so
wenig Zeit, daß die beiden Ereignisse praktisch gleichzeitig eintreten. Fließt aber
Strom durch den Widerstand 39, so sinkt die Spannung am Punkt 39a von ihrem Normalwert
auf einen sehr niedrigen Wert; beispielsweise kann dieser Punkt normalerweise auf
einem Potential von 300 Volt sein, und es kann, für den Fall daß Strom fließt, dieses
Potential auf einen Wert von weniger als 20 Volt absinken.
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Diese Spannungsänderung wird auf den Verzögerungsstromkreis durch
den Kondensator 43 übertragen. Das Absinken der Spannung am Punkt 39a führt dazu,
daß der Kondensator 43 sich entlädt, so daß die Spannung am Gitter 37cis so stark
negativ in bezug auf die Kathode wird, daß die Röhre nicht mehr leitend bleibt und
der konstante Strom im Ausgangskreis der Röhre 26 den Kondensator 34 auflädt. Dieser
Ladestrom wird auf einem konstanten Wert gehalten, der proportional der Geschwindigkeit
des Bandes ist, wie bereits oben ausgeführt worden ist.
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Da nun der Kondensator 34 aufgeladen wird, steigt die Spannung an
seinen Klemmen, und da diese Klemmenspannung steigt, steigt auch die Spannung des
Punktes 32a. Nach einer bestimmten Zeit, die umgekehrt proportional der Geschwindigkeit
des Tachometergenerators 3I ist, vermindert um eine feste Zeitspanne, nimmt die
Spannung des Gitters 20a einen Wert an, bei dem der rechte Strompfad der Röhre 20
leitend wird und einen Strom durch den Widerstand 2I fließen läßt. Als Folge hiervon
verringert sich die Spannung am Punkt 21«, der mit dem Gitter 20b verbunden ist,
um so viel, daß der linke Strompfad der Röhre 20 aufhört, Strom zu führen, und der
Strom vom linken Strompfad auf den rechten Strompfad übergeht. Die Folge des hohen
Stroms, der nunmehr durch den Widerstand 21 fließt, ist ein plötzliches Absenken
der Spannung des Punktes 2Ia auf einen niedrigen Wert.
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Dieses plötzliche Absinken der Spannung des Punktes 21« wird über
den Kondensator 44 auf das Gitter 18b der Röhre I8 übertragen. Die Folge davon ist
nun wieder, daß die Spannung am Gitter I8b so weit negativ gegenüber der Kathode
wird, daß die Röhre I8 aufhört, Strom zu führen, so daß der Elektromagnet I7 entregt
wird. Nachdem die bestimmte Zeitspanne für das Abfallen des Markierüngselementes
17b auf das Stahlband verstrichen ist, wird die Oberfläche des Bandes in geeigneter
Weise markiert, beispielsweise durch Riffeln an der Kante des Bandes. Sind nun alle
Einstellungen genau gemacht worden, so erfolgt die Markierung in einer Entfernung
von der Prüfeinrichtung, die gleich ist der Entfernung des Stiftloches von der Prüfeinrichtung,
derart, daß das Stiftloch bequem aufgefunden werden kann.
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Als Beweis für die Tatsache, daß die Zeitspanne, die durch den Verzögerungsstromkreis
geschaffen wird, umgekehrt proportional ist der Geschwindigkeit des Bandes, vermindert
um einen festen Zeitbetrag, mag folgende mathematische
Ableitung
dienen. Es bedeutet e die Spannung an den Widerständen 32, 33 und am Kondensator
34, E die Spannung, die erforderlich ist, um den rechten Strompfad der Röhre 20
leitend zu machen, S die Geschwindigkeit des Tachometergenerators 31 bzw. die Geschwindigkeit
des Bandes I0, R den Ohmschen Widerstand der Widerstände 32 und 33, C die Kapazität
des Kondensators 34.
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Dann ist i = NS, worin i der konstante Strom der Röhre 26 ist, der
den Kondensator 34 auflädt, und N eine Konstante bedeutet. e = er ' er = Cit + Ri
oder e-Ri e e R Ci C C Der Wert für die Zeit T, der zu einer bestimmten Spannung
E gehört, wird also E R T = E R Ci -oder E R CNS C CNS C' Da nun E, R, C und N Konstante
sind, so E wird auch CN eine Konstante, nämlich K, und ebenfalls eine Konstante
= a. c K Auf diese Weise wird T = n.
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Mit anderen Worten: T bedeutet eine Zeitspanne, die umgekehrt proportional
der Geschwindigkeit des Bandes ist, verringert um eine feste Zeitspanne.
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In dem Augenblick des Ausbleibens der Spannung von der Wicklung I7
bleibt auch die Spannung von der Spule des Wiedereinschaltrelais 45 weg. Das Relais
45 fällt aber nicht sofort ab, weil parallel zu seiner Spule der Kondensator 46
liegt. Der kurze Zeitraum, während dessen das Wiedereinschaltrelais abgehoben ist,
reicht aus, daß der Kolben abfällt, bevor die Spannung wiederkehrt.
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Öffnen sich die Kontakte 45, des Relais 45 und unterbrechen diese
den Anodenkreis des Gasentladungsgefäßes 38, so wird das Gasentladungsgefäß nichtleitend.
Der Widerstand 47 bildet zusammen mit dem Kondensator 48 einen stark gedämpften
Schwingungskreis, um die positive Stromunterbrechung und den kleinsten Spannungsanstieg
beim neuerlichen Schließen sicherzustellen. Sobald die Kondensatoren 43 und 44 entladen
sind, ist der Stromkreis bereit für einen neuen Arbeitsgang. Die Gitterkreise der
Röhren I8 und 37 wirken bei dieser Funktion mit.
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Der Widerstand 29 muß deshalb einstellbar sein, um den Ladestrom
für eine bestimmte Tachometerspannung ändern zu können. Die sich daraus ergebende
Änderung der zeitlichen Verzögerung bei der Wirkung der Markierungseinrichtung ermöglicht
es, den Abstand zu ändern, der durchlaufen wird, wenn das Stiftloch sich weiterbewegt,
ehe das Band markiert wird.
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Dies ist an sich wünschenswert, weil auf diese Weise die Möglichkeit
geschaffen wird, die Markierungseinrichtung in verschiedenen Abständen von der Prüfeinrichtung
einzubauen.
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PATENTANSPRUCEXE I. Lichtelektrische Einrichtung zum Feststellen
von Stiftlöchern in Stahlbändern mit einer elektromagnetisch wirkenden Markierungsvorrichtung
für in dem zu untersuchenden Stahlband vorhandene Löcher, dadurch gekennzeichnet,
daß in der elektrischen Steuerungsanlage für den Prüfling ein Kondensator vorgesehen
ist, dessen Aufladung eine Verzögerung der Einschaltung der Markierungsvorrichtung
bewirkt.
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2. Lichtelektrische Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß zu der Aufladespannung des Kondensators eine Hilfsspannung hinzugefügt ist,
die beim Fließen des Ladestroms für den Kondensator durch einen besonderen Widerstand
an diesem entsteht.
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3. Lichtelektrische Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Röhrenschaltung der Steuerungsanlage von einem beispielsweise durch einen
Tachometergenerator erzeugten Strom durchflossen wird, der proportional der Geschwindigkeit
des zu prüfenden Stahlbandes ist.
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4. Lichtelektrische Einrichtung nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Prüfeinrichtung über ein gas- oder dampfgefülltes
Entladungsgefäß mit der elektromagnetischen Markierungsvorrichtung elektrisch verbunden
ist.