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Einrichtung für genaue und selektive Steuerung in Abhängigkeit von
einer Verschiebung
Bei gewissen Geräten oder Maschinen wird ein bewegliches, z. B.
auf einer Gleitschiene angebrachtes Element verschoben, welches in gewissen, genau
bestimmten Stellungen stillgesetzt werden und in jedem dieser Haltepunkte die Wirkung
von weiteren Elementen auslösen soll. Außerdem kann es notwendig sein, daß diese
Steuerung selektiv ist.
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Beispielsweise muß die hervorgerufene Wirkung von einem Haltepunkt
zu einem weiteren mehr oder weniger stark oder durch verschiedene Elemente ausgeübt
werden.
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Derartige Einrichtungen werden insbesondere bei Spektrographen verwendet,
die dazu dienen, um gewisse, in einem Spektrum ausgewählte Linien nacheinander zu
analysieren. Ein bewegliches Element, welches eine photoelektrische Zelle trägt
und mit einem Untersuchungsspalt versehen ist, muß sich längs dieses Spektrums verschieben.
Die Zelle ist an den Eingang eines Verstärkers angeschlossen, der ein Meßgerät beliefert.
Das bewegliche Element kommt in gewissen, genau festgelegten Stellungen zum Stillstand,
so daß der Spalt, der sehr fein sein kann, auf die Zelle nur die Strahlen der bestimmten
Linie gelangen läßt, deren Lichtstärke ge messen werden soll.
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Da ferner die Linien untereinander große Unterschiede der Lichtstärke
aufweisen können, muß eine Einrichtung vorgesehen werden, welche die Empfindlichkeit
des Verstärkers in der Weise verändert, daß sie jeder auszuführenden Messung angepaßt
wird,
d. h. gemäß der Haltestellung des beweglichen Organs.
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Bei den bekannten Geräten werden die aufeinanderfolgenden Haltepunkte
im allgemeinen durch die Antriebssteuerung selbst bestimmt, z. B. in Abhängigkeit
von dem Verdrehungswinkel einer Gewindespindel oder eines Zahnrades, das mit einer
Zahnstange im Eingriff steht. Man ist dann von der Genauigkeit abhängig, mit welcher
die Schraubengänge oder die Eingriffszähne geschnitten wurden, und die mechanischen
Verbindungen dieser Art zeigen überdies ein schwer zu vermeidendes Spiel. Wie verständlich,
ist es daher nicht möglich, mit solchen Einrichtungen die für die Benutzung der
Spektrographen erforderliche Genauigkeit zu erzielen, besonders wenn man Reihenmessungen
ausführen will, wie bei der Analyse von Erzen, Legierungsproben oder ähnlichen Körpern.
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Die Erfindung bezweckt, diese Mängel zu vermeiden.
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Nach einem ersten Gedanken der Erfindung arbeitet ein bewegliches
Element, z. B. ein Schlitten, mit einem ersten und einem zweiten Maßstab zusammen,
die verschiebbar und zu seiner Bahn parallel sind, wobei Einrichtungen zum Einhängen
zwischen diesem Element und diesen Maßstäben so vorgesehen sind, daß sie mitgenommen
werden und eine Einrichtung zur Einstellung der Empfindlichkeit durch die Stellung
dieser Einhängvorrichtung in bezug auf den ersten Maßstab gesteuert wird, während
die Verschiebung des zweiten Maßstabes auf eine Steuereinrichtung in der Endstellung
einwirkt.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Einhängvorrichtung
aus zwei Nocken, die in Einschnitte eingreifen können, welche in dem ersten bzw.
zweiten Maßstab vorgesehen sind, wobei die Tiefe des Eingreifens in die Einschnitte
des ersten Maßstabes die Lage der Auswahlvorrichtung bestimmt.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Steuereinrichtung
in der Endstellung des zweiten Maßstabes vorzugsweise aus einem elektrischen Kontakt,
der auf eine Elektrode einer Vakuumröhre einwirkt.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Einrichtung
zur Einstellung der Empfindlichkeit aus einem leitenden Arm, der ausrichtbar ist
und mit verschiedenen Kontakten in Berührung gelangt, welche verschiedenen Empfindlichkeiten
einer Verstärkerschaltung oder einer geeigneten elektrischen Steuerung entsprechen.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das bewegliche
Element vorzugsweise durch einen zwei Geschwindigkeiten besitzenden Mechanismus
angetrieben, wobei die zweite Geschwindigkeit in bezug auf die erste stark herabgesetzt
ist und Mittel vorgesehen sind, um von der ersten auf die zweite überzugehen, wenn
die Einhängvorrichtung mit dem ersten Maßstab im Eingriff ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels zur Anwendung bei einem Spektrographen
an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht
der Vorrichtung während des Vorschubs des Schlittens.
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Fig. 2 dieselbe Vorrichtung, wobei der Schlitten sich an einem Haltepunkt
befindet.
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In diesen beiden Figuren sind die gleichen Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Nach Fig. 1 ist 1 ein Schlitten, der an zwei Stangen 2 gleiten kann.
Sein Antrieb wird mittels einer Gewindespindel 3 bewirkt, die über einen Schneckenantrieb
4 durch eine nicht dargestellte Einrichtung, welche einen Motor und ein geeignetes
Wechselgetriebe umfaßt, in Umdrehung versetzt wird.
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Der Schlitten trägt eine photoelektrische Zelle von geeigneter Bauart,
die hinter einem feinen, zur Verschiebungsbahn, d. h. zu der Richtung der Stangen
2 und der Spindel 3 senkrecht verlaufenden Spalt liegt. Ein optisches System erzeugt
ein zu dieser Bahn paralleles Linienspektrum, so daß der Spalt infolge der Verschiebung
des Schlittens das Spektrum abtasten kann. Die photoelektrische Zelle ist ferner
mit einem Verstärker verbunden, auf welchen ein Meßgerät folgt. Diese verschiedenen
Teile sind, da sie nicht zur Erfindung gehören, nicht dargestellt.
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Schließlich bezweckt die Einrichtung, den Schlitten in gewissen,
aufeinanderfolgenden und sehr genauen Stellungen stillzusetzen, so daß der Spalt
jedesmal zu der Zelle die Strahlen von bestimmten Linien hindurchgehen läßt, deren
Lichtstärke gemessen werden soll.
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Nach Fig. 1 ist 5 eine zwei Nocken 6 und 7 tragende Nabe, die in
zwei an dem Schlitten 1 fest angebrachten Lagern 8 und 9 drehbar ist. Eine Schraubenfeder
10 sucht diese Nabe in Richtung des Pfeiles 11 zu drehen.
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12 und 18 sind zwei Lineale, die im folgenden als Analysenlineal
bzw. Fühlerlineal bezeichnet werden. Das erste besitzt eine gewisse Anzahl von Einschnitten
37, in welche man Anschläge 33 bis 36 von verschiedener Höhe einsetzen kann. Das
zweite Lineal besitzt Einschnitte 38. Während der Verschiebung des Schlittens drückt
die Feder 10 den Nocken 6 auf das Analysenlineal 12.
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Die Nabe 5 besitzt eine axiale Vierkantöffnung und kann sich auf
der Vierkantwelle 13 frei verschieben. Diese Welle ist selbst in den Außenwangen
40 und 41 drehbar, so daß sie den Winkelverschiebungen der Nabe folgt. Sie kann
sich außerdem in Längsrichtung im Sinne des Pfeiles 42 unter der Wirkung einer passenden
Vorrichtung, z. B. eines Tauchkernelektromagnets 14, verschieben und wird normalerweise
in umgekehrter Richtung durch die Feder 15 zurückgeholt. Das Analysenlineal 12 kann
ebenfalls in Langsrichtung in den äußeren Lagern 43 und 44 gleiten. Es wird durch
eine Feder 17 zu dem Lager 43 zurückgeholt, wobei der Anschlag mittels einer Schraube
16 einstellbar ist.
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Das Fühlerlineal 18 kann sich ebenfalls in Längsrichtung verschieben,
wobei seine Endzapfen in den
Wangen 40 und 41 gleiten. Es wird zu
der Wange 40 durch eine Feder 20 zurückgeholt, bis es an dem Ende einer einstellbaren
Schraube 19 anschlägt.
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Außerdem ist es durch eine Stange 21 verlangert, die sich gegen eine
biegsame, leitende Lamelle 22 anlegen kann, welche einen elektrischen Kontakt mit
dem Ende der einstellbaren Schraube 23 herstellt.
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Ein mit der Welle 13 fest verbundener Arm 24 legt sich gegen eine
biegsame, leitende Lamelle 25.
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Solange der Nocken 6 gegen das Analysenlineal 12 anliegt, stellt diese
Lamelle einen Kontakt mit einer weiteren Lamelle 26 her. Wenn hingegen der Nocken
6 in einen Einschnitt 37 einfällt, wird infolge der Drehung der Nabe 5 in Richtung
des Pfeiles 11 die Vierkantwelle 13 verdreht. Der Arm 24 druckt dann nicht mehr
auf die Lamelle 25, so daß diese mit einer anderen biegsamen Lamelle 27 Kontakt
macht. @e nachdem ob der Nocken 6 auf dem Lineal 12 gleitet oder in einen Einschnitt
37 einfällt, wird daher ein elektrischer Kontakt entweder zwischen 25 und 26 oder
zwischen 25 und 27 hergestellt. Mit der Welle 13 ist ein Tauchkernelektromagnet
28 mittels einer Schubstange 43 verbunden, die an einem Kurbelzapfen 45 eingehängt
ist. Wenn dieser Elektromagnet erregt wird, uberträgt diese Einrichtung auf die
Welle 13 ein Drehmoment, welch@s sie ebens@ wie die Nabe 5 entgegengesetzt zur Richtung
des Pfeiles 11 verdreht, so daß der Nocken 6, nachdem er in einen Einschnitt eingeiallen
ist, daraus wieder gelost werden kann.
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Am Ende der Welle 13 ist ein Wählerarm 29 befestigt, dessen Ende sich
vor die Kontakte 30, 31, 32, die in beliebiger Zahl vorgesehen sein können, einstellen
kann. Wenn der Nocken 6 in einen Einschmitt 37 einfällt, bestimmt der darin eingesetzte
Anschlag 33 den Winkelhub der Nabe 5. Daraus folgt, daß die Wahl des Anschlags 33
den Kontakt bestimmt, vor welchem der Arm 29 zum Stillstand kommt. Wenn der letztere
in seine Lage gelangt ist und der Elektromagnet 14 erregt wird, wird die Welle 13
in Richtung des Pfeiles 42 zurückgedrückt, so daß das Ende des Armes 29 mit dem
gewahlten Kontakt in Berührung kommt.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist die folgender: Das meht dargestellte
optische System erzeugt ein Linienspektrum, und es soll die Lichtstarke gewisser
Linten, z. B. von vier Linien, gemessen werden. Man setzt demnach ein Analysenlineal
12 ein, welches vier Einschnitte 37 besitzt, wie in den Figuren dargestellt. Nach
Ingangsetzung der Antriebsvorrichtung verschiebt sich der Schlitten 1 in Richtung
des P@@@es 39, und der Nocken 6 gleitet auf dem Lineal 12, bis er auf einen Einschnitt
37 trifft, in welchen er einfällt, wobei er sich an den Grund des Anschlags 33 anlegt.
Der Nocken 7 greift gleichzeitig in den entsprechenden Einschnitt 38 des Fuhlerlineals
18 ein. Der Arm 24 tritt zuruck, wobei er den Kontakt zwischen 25 und 26 unterbricht
und die Schließung des Kontakts zwischen 25 und 27 ermöglicht. Diese Kontakttimschaltung
wirkt auf die Antriebsvorrichtung, indem sie ihre Geschwindigkeit herabsetzt, so
daß der Schlitten 1 seine Bewegung sehr langsam fortsetzt und die Lineale 12 und
18 mit sich nimmt, wobei die Federn 17 und 20 zusammengedrückt werden. Die Stange
21 legt sich gegen die Lamelle 22 und stellt den Kontakt mit dem Ende der Schraube
23 her. Dieser Kontakt wirkt auf geeignete Stromkreise und veranlaßt augenblicklich
die Stillsetzung des Schlittens 1, die durch die Herabsetzung der Geschwindigkeit
ermöglicht wurde.
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Gleichzeitig wird der Elektromagnet 14 erregt und drückt die Welle
13 in Richtung des Pfeiles 42 unter Zusammendruckung der Feder 15 zurück, so daß
das Ende des Armes 29 in Berührung mit einem Kontakt, z. B. 32, gelangt. Die ganze
Einrichtung befindet sich dann in der durch Fig. 2 dargestellten Haltestellung.
Die verschiedenen, vorher aufgezahlten Steuervorgänge können leicht mit Hilfe von
elektromagnetischen Relais durchgeführt werden.
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Solche Steuereinrichtungen sind bekannt, und da ihre Einzelheiten
nicht zur Erfindung gehören, wurden die entsprechenden Elemente zur Vereinfachung
der Zeichnung nicht dargestellt.
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Die Kontakte 30, 31, 32 haben die Aufgabe, die Empfindlichkeit des
Verstärkers der Lichtstärke der aufeinanderiolgenden Linien anzupassen, indem die
Verstarkung bei den Linien mit geringer Helligkeit erhöht und bei den Linien mit
starker Helligkeit herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck kann man irgendeine bekannte
Anordnung verwenden. Beispielsweise können diese Kontakte mit verschiedenen Punkten
eines Eingangswiderstands einer Stufe des Verstärkers oder mit verschiedenen Abgriffen
der Primärwicklung eines Transformators verbunden werden. Man könnte auch diese
Kontakte durch einen kreisförmigen Widerstand ersetzen, wobei das Ende des leitenden
Armes 29 sich je nach den Winkelverschiebungen, die ihm durch die Drehung der Nabe
5 erteilt werden, an verschiedenen Punkten zur Anlage kommen wird. Dieser Arm könnte
sich auch an Auslöseeinrichtungen anlegen.
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Wenn die verschiedenen Elemente sich in den durch Fig. 2 dargestellten
Stellungen befinden, bleibt die ganze Einrichtung während einer gewissen Zeit in
Stillstand, und diese Zeit kann z. B. durch eine Schaltuhr oder eine andere nicht
dargestellte Vorrichtung bestimmt werden; während dieser Zeit wird die von dem Schlitten
getragene photoelektrische Zelle von der Linie des Spektrums beeinflußt, die dem
Einschnitt 37 entspricht, in welchen der Nocken 6 eingefallen ist. Das Meßgerät,
welches gegebenenfalls ein schreibendes Gerät sein kann, schlägt proportional zu
dem von der Zelle aufg@nommenen Lichtstrom aus. Nach Beendigung der Messung unterbricht
die Schaltuhr die Erregung des Elektromagnets 14 und erregt dann den Elektromagnet
28. Die Vierkantwelle 13, die von dem Elektromagnet 14 nicht mehr zurückgedruckt
wird, kehrt durch die Wirkung der Feder 15 in ihre Anfangslage zurück, und der Arm
29 liegt dann nicht mehr an dem Kontakt 32 an. Die Welle 13 wird dann durch die
Schubstange 43 ent-
gegengesetzt zu dem Pfeil 11 in Drehung versetzt.
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Gleichzeitig hat die Drehung der Welle 13 diejenige der Nabe 5 zur
Folge, so daß die beiden Nocken 6,7 die Lineale 12 bzw. 18 freigeben und diese unter
der Wirkung der Rückzugsfedern 17 bzw. 20 zurückbewegt werden. Da der Kontakt zwischen
der biegsamen Lamelle 22 und dem Ende der Schraube 23 dann unterbrochen ist, kehrt
das Steuerrelais des Stillsetzungselektromagnets in die Ruhelage zurück und setzt
die Antriebseinrichtung des Schlittens über den Kontakt wieder in Gang, der durch
den Arm 24 zwischen den Lamellen 25 und 26 hergestellt wird.
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Die Schaltuhr, die ebenfalls durch das Stillsetzungsrelais freigegeben
wird, unterbricht die Erreglung des Elektromagnets 28, so daß der Nocken 6 sich
wieder auf das Analysenlineal 12 anlegt J 1er Schlitten setzt sich wieder in Richtung
tles Pfeiles 39 itt Bewegung nachdem (lie mit dem Getriebe 4 verbundene Antriebseinrichtung
auf ihre große Geschwindigkeit zurückgestellt wurde. Diese Bewegung setzt sich fort,
bis der Nocken 6 wieder einen Einschnitt 37 antrifft. Die verschiedenen Steuervorgänge,
die oben beschrieben wurden, wiederholen sich dann usf.
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Wie ersichtlich, hängt der Haltepunkt des Schlittens 1 nicht von
der Spindel 3 und auch nicht von einem anderen Teil der Antriebseinrichtung ab.
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Er wird ausschließlich bestimmt durch den Abstand A-B zwischen dem
betreffenden Einschnitt des Lineals 18 und dem Kontaktpunkt zwischen der Lamelle
22 und dem Ende der Schraube 23. Zur Vermeidung eines Funkens an diesem Kontaktpunkt
läßt man zweckmäßig den Kontakt auf das Gitter einer Vakuumröhre einwirken, deren
Anodenstrom, wie oben dargelegt, ein Relais erregt.
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Das Lineal 18 kann in an sich bekannter Weise so ausgebildet werden,
daß die Fehler ausgeschaltet werden, welche von Temperaturschwankungen herrühren.
Es kann aus zwei nebeneinanderliegenden Teilen, die aus verschiedenen Metallen bestehen,
ausgebildet werden, so daß die möglichen Ausdehnungen der Grundplatte 46 ausgeglichen
werden.
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Das Fühlerlineal 18 besitzt so viel Einschnitte 38, wie Haltepunkte
für den Schlitten 1 gewünscht werden können, während das Lineal 12 nur die Anzahl
von Einschnitten 37 besitzt, die für ein bestimmtes Analysenprogramm erforderlich
ist. Das in der Zeichnung dargestellte Lineal 12 zeigt vier Einschnitte, wobei vorausgesetzt
ist, daß die Lichtstärke von vier bestimmten Linien eines Spektrums gemessen werden
soll. Die Einschnitte38, die diesen vier Einschnitten 37 nicht entsprechen, bleiben
somit während der vorgesehenen Analyse unbenutzt.
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Ferner hat das Lineal 12 lediglich die Aufgabe, zu ermöglichen, daß
der Nocken 7 in gewisse Einschnitte 3S eingreifen kann. Es kann somit mit gringerer
Genauigkeit hergestellt erden als das Lineal 18.
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Um dem Bedienungsmann jede unnötige Maßnahme zu ersparen, kann auch
eine Einrichtung vorgesehen werden, welche den Schlitten selbsttätig zu seinem Ausgangspunkt
zurückführt, wenn die Untersuchung des Spektrums beendet ist. In der Zeichnung ist
47 eine Stange, die sich in den Wangen 40, 41 verschieben kann und Anschläge 48,
49 trägt, deren Lage einstellbar ist. Der Schlitten 1 ist mit einem Vorsprung 56
versehen, welcher je nach der Bewegungsrichtung den einen oder andern dieser Anschläge
verschiebt. Wenn er in Richtung des Pfeiles 39 in die Endstellung gelangt, drückt
die Stange 47 gegen die Blattfedern 51, 52, die miteinander fest verbunden und mit
zwei weiteren gleichen Blattfedern 50, 53 vereinigt sind.
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Der Kontakt wird zwischen 50, 51 unterbrochen und zwischen 52, 53
hergestellt. Über ein nicht dargestelltes Relais wird die Antriebsvorrichtung stillgesetzt,
und sie setzt sich in umgekehrter Richtung wieder in Gang. Gleichzeitig wird der
Tauchelektromagnet 28 erregt, so daß der Nocken 6 während des Rückweges des Schlittens
1 angehoben bleibt und nicht in die Einschnitte des Lineals 12 eingreifen kann.
Wenn der Schlitten in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, drückt der Vorsprung
56 auf den Anschlag 48 und nimmt die Stange 47 mit. Diese unterbricht den Kontakt
zwischen zwei Blattfedern 54, 55, wodurch die Antriebseinrichtung stillgesetzt wird.
Die ganze Einrichtung bleibt dann in Ruhe bis zu der folgenden Betätigung, die der
Bedienungsmann durch Einwirkung auf einen geeigneten Schalter steuern kann, welcher
wieder die Bewegung des Schlittens in Richtung des Pfeiles 39 veranlaßt.
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In der vorhergehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß die erfindungsgemäße
Einrichtung bei einem Spektrograph Anwendung findet, wobei der Schlitten 1 eine
mit einem Untersuchungsspalt versehene photoelektrische Zelle trägt. Offenbar könnte
jedoch dieselbe Einrichtung auch für andere Zwecke verwendet werden. Da die Steuerung
in Abhängigkeit von Längen, z. B. A-B, mit äußerster Genauigkeit ausführbar ist,
kann das durch den Kontakt zwischen der Lamelle 22 und Schraube 23 gesteuerte Relais
z. B. auf die Elemente einer Werkzeugmaschine einwirken oder auf einen Geber für
beliebige Steuerungen und ganz allgemein auf jede Anordnung, bei welcher eine Wirkung
in Abhängigkeit von vorher gewählten und genauen Verschiebungen hervorgerufen werden
soll.
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Andererseits arbeitet die dargestellte Einrichtung mit Hilfe von
Kontakten, welche Relais und elektrische Stromkreise steuern. Offenbar kann man
jedoch, da die Erfindung eine mechanische Kombination betrifft, auch andere Mittel
verwenden. Die verschiedenen dargestellten Blattfedern könnten beispielsweise durch
Schieber zur Verteilung eines Druckströmungsmittels ersetzt werden, wobei dieses
Strömungsmittel dieselben Steuerungen wie im vorhergehenden Fall ausführt. Die Elektromagnete
14 und 28 könnten ebenfalls durch Zylinder ersetzt werden, in welchen ein Kolben
dem Druck dieses Strömungsmittels ausgesetzt würde. Der Arm 29 könnte, anstatt sich
an leitenden Kontakten anzulegen, seinerseits auf Verteilungsventile einwirken oder
auf beliebige Auslösevorrichtungen.
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Schließlich erstreckt sich die Erfindung auch auf den Fall, wo die
Verschiebungen nicht geradlinig, sondern in anderer Weise verlaufen. Offenbar wäre
es möglich, beispielsweise der gesamten in der Zeichnung dargestellten Einrichtung
eine gewisse Krümmung zu geben. Die Lineale 12 und 18 wurden dann nicht geradlinig
sein, sondern Kreisbögen darstellen, und der Schlitten würde sich nach einer zu
diesen Bögen parallelen Bahn verschieben.
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Man braucht dann nur die Vierkantwelle 13 durch ein entsprechendes
Teil zu ersetzen, welches eine gewisse Biegsamkeit besitzt.