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Vorrichtung zur Kontrolle aer Dicke eines magnetischen Uberzuges auf
einem nicht magnetischen Trägerband
Es ist sehr z ichtig, die Dicke des magnetischen
Überzuges kontrollieren zu können. der auf irgendeinen Träger. auf Papier, auf einen
plastischen Träger (Acetat, Triacetat, Vinylchlorid) oder auf Kinofilme (Überzug
auf der ganzen Breite oder 71s Tonspur) aufgebracht ist.
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Es ist bereits eine \'orrichtung bekannt, mittels deren auf einem
fast vollkommen trockenen Band entweder auf der Überzugsseite oder auf der Rückseite
des Trägers eine gleichbleibende Frequenz von konstanter Tonhöhe mittels einer Aufnahmevorrichtung
aufgezeichnet und dann diese Frequenz mittels eines Tonabnehmers abgehört wird,
wobei die Tonhöhe der Wiedergabe gemessen wird.
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Diese V orrichtung weist folgende Nachteile auf: a) die gefahr der
Zerstörung des nicht vollständig trockenen Überzuges durch die Berührung mit der
Aufnahmevorrichtung und dem Tonabnehmer oder auch durch die Gegensalzen, welche
die erforderliche Spannung herstellen, um den Träger gegen die Aufnahmevorrichttlng
oder den Tonabnehmer zu halten, falls diese auf der Trägerseite angeordnet sind
b) die Notwendigkeit, die Kontrolle hinreichend weit entfernt von dem Ort der Aufbnngung
des Überzuges vorzunehmen, damit der Lack genügend trocken ist und eine Gefahr seiner
Zerstörung nicht mehr besteht. Die Verbesserungen könnten daher erst
eine
bestimmte Zeit nach der Feststellung der Mängel vorgenommen werden; c) die Abnutzung
der Aufnahmevorrichtung und des Tonabnehmers, di< sich in ständiger Berührung
mit dem Überzug oder mit dem Träger befinden.
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Es ist ferner eine Anordnung zur Kontrolle der Dicke magnetisch leitender
Bleche mit Hilfe zweier je einen Wechselfluß erzeugender Magnete bekannt, bei welcher
die Größe des Luftspaltes zwischen zwei Polen durch das daznvischengeschol)ene Blech
geändert wird und die Differenz oder das Verhältnis der dadurch beeinflußten Kraftflüsse
zur Kontrolle dient.
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Da jedoch bei der bekannten Anordnung einerseits die Weite des Luftspaltes
nicht konstant ist und andererseits die Kraftlinien des magnetischen Kreises das
Blech zweimal an zwei verschiedenen, voneinander eine bestimmte Strecke entfernten
Stellen durchsetzen, wird die Genauigkeit der Kontrolle der Dickenänderungen beeinträchtigt,
die aber für magnetische Bleche ausreichend ist, welche eine hohe Permeabilität
aufweisen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kontrolle der
Dicke eines Teilchens von geringer Permeabilität enthaltenden magnetischen Überzuges,
der auf ein nicht magnetisches Trägerband aufgebracht ist, unter Verwendung eines
magnetischen Kreises, durch dessen Luftspalt das Trägerband hindurchgeht und dessen
Kraftlinien dasselbe senkrecht zu seiner Oberfläche durchsetzen, sowie eines mit
dem magnetischen Kreis verbundenen Meß- oder Anzeigegerätes.
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Das wesentliche Merkmal dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß
der magnetische Kreis ein geschlossener Kreis ist, dessen Kraftlinien das Trägerband
nur ein einziges Mal durchsetzen und der einen einzigen Luftspalt von gleichbleibender
Größe aufweist.
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Dadurch wird bei der erfindungsgemäßenAnordnung ermöglicht, die Kontrolle
der Dicke eines magnetischen Überzuges auf einem zur Tonaufzeichnung bestimmten
Band, bei dem die Dickenänderungen nur etwa 0,001 mm betragen und dessen magnetische
Permeabilität zwischen 2 und 10 schwankt, mit der größten Genauigkeit auszuführen.
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Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß der Luftspalt des magnetischen Kreises, durch den das mit dem Überzug versehene
Trägerband hindurchgeht, unmittelbar hinter der Vorrichtung angeordnet ist, die
den magnetischen Überzug auf das Trägerband aufbringt. Auf diese Weise kann die
Kontrolle unmittelbar nach der Aufbringung des Überzuges ausgeführt werden, was
ermöglicht, etwa auftretende Dickenänderungen sofort zu berichtigen.
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Zur Kontrolle der Anzeige der Veränderung des magnetischen Widerstandes
des Magnetfeldes können verschiedene Systeme verwendet werden. Von diesen sind in
der Beschreibung insbesondere zwei Systeme beschrieben, von denen das eine System
eine hörbare Kontrolle ermöglicht, welche besonders für die Aufbringung von magnetischen
Tonspuren auf unbelichtete Kinofilme in der Dunkelkammer nützlich ist, während das
andere System in einer sichtbaren I(ontrolle besteht, die eine genaue Schätzung
der Dickenänderungen des Überzuges ermöglicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen. In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausfiihmngsformen der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Fig. I zeigt scliematisdi eine Einrichtung zur Aufbringung des Überzuges,
die rnit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur magnetischen Kontrolle der Dicke
des Überzuges verstehen ist; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie ff-tf der Fig.
I; Fig. 3 ist eine Fig. r ähnliche schematische Darstellung, in welcher die Anzeige
oder Meßvorrichtung deutlicher veranschaulicht ist un,l aus einem System zur hörbaren
Kontrolle der Die des Üherzuges besteilt; Fig. 4 zeigt eine al:geänderte Ausführungsform,
in welcher das System zur hörbaren Kontrolle durch ein System zur sichtl,arcn Kontrolle
ersetzt ist; Fig. 3 und 6 zeigen schematisch vektorielle Darstellungen von Spannungen,
die sich auf die Ausführungsform gemäß Fig. 4 beziehen; Fig. 7 ist eine den Fig.
3 uncl 4 ähnliche schematische Darstellung, die sich auf eine dritte mögliche Ausführungsform
der Erfindung bezieht.
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Die schematische Darstellung gemäß den Fig. 1 und 2 zeigt einen Film
I, der mittels irgendeiner Überziehvorrichtung 2 und eines Trockners 3 mit einem
Überzug zu versehen ist. Die Vorrichtung zur Kontrolle der Dicke des magnetischen
Überzuges besteht aus einem Magnetfeld, das durch eine auf einem Kern N angeordnete
Wicklung B gebildet wird. Der Kern i\T weist einen Luftspalt E auf, in den der mit
dem magnetischen Überzug 4 versehene Film 1 eingeführt wird. Die Klemmen der Wicklung
B sind mit einer Anzeige- oder Meßvorrichtung S verbunden.
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Es ist leicht verständlich, daß jede Änderung der Dicke des magnetischen
Überzuges 4 eine Veränderung des magnetischen Widerstandes im Magnetfeld hervorruft
und daß diese Veränderung auf die Anzeige oder Meßvorrichtung S übertragen wird.
Wenn der magnetische Überzug breit ist, wie Fig. 2 zeigt, kann selbstverständlich
der Luftspalt des Magnetfeldes die ganze Breite des Überzuges bestreichen. Man könnte
aber auch ein dem ersten Magnetfeld analoges zweites Magnetfeld verwenden und es
am anderen Rand des magnetischen Überzuges anordnen.
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Nun sollen verschiedene verwendbare Ausführungsformen der Anzeige-
oder MeßvorrichtungS beschrieben werden.
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I. Vorrichtung mit hörbarer Anzeige durch Schwebungen (Fig. 3) Der
Magnet N, bildet den Kern einer Spule L1 im elektrischen Stromkreis L1-C1, welcher
Schwingungen liefert, deren Frequenz höher als die hörbare Frequenz ist. Diese Schwingungen
werden in dem Stromkreis mittels einer geeigneten SchaltungH, aufrechterhalten.
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Ein zweiter elektrischer Stromkreis, der vorteilhaft dieselben Elemente
wie der erste Stromkreis aufweist, d. h. einen analogen Magnetkern )'s, der aber
nicht
zur Kontrolle dient, sowie eine Spule L2 und eine veränderliche
Kapazität C2, erzeugt Schwingungen, die genau auf die gleiche Frequenz geregelt
werden wie die Schwingungen des ersten Stromkreises, dessen Luftspalt einen magnetischen
Überzug von der Dicke x0 aufnehmen kann, die als Eichmaß angesehen wird. Die Schwingungen
des zweiten Stromkreises werden ebenfalls mittels einer geeigneten Schaltung H2
aufrecnterhalteq.
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Eine Mischröhre M ermöglicht die Überlagerung der von den beiden
Schwingstromkreis.en herkommenden Frequenzen bzw. die Modulation des einen Stromes
durch den anderen.
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Auf die Mischröhre M folgt ein NiederfrequenzvorstärkerA, der die
niederfrequenten Schwebungen mittels eines Lautsprechers HP hörbar macht.
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Wenn die Frequenzen der beiden Stromkreise genau gleich sind, entstehen
keine Schwebungen. Wenn aber infolge Veränderung des magnetischen Widerstandes des
Rontrollmagneten die Frequenz der Schwingungen dieses Stromkreises, die bei der
Abstimmung F0 betrug, gleich F wird, werden Schwebungen mit der Frequenz f = FFo
erzeugt.
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Für kleine Dickenänderungen ist praktisch die Frequenz der Schwebungen
wobei F0 die anfängliche Frequenz der beiden Schwingstromkreise ist, x die anfängliche
Dicke des magnetischen Überzuges, für welche die beiden Stromkreise mit der Frequenz
F0 (f = o) in Resonanz gebracht worden sind, xxO die Veränderung der Dicke des Überzuges,
welche die Schwebungen mit der Frequenz f hervorruft, e die Dicke des Überzuges
und ,(z die Permeabilität des magnetischen Überzuges.
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Diese Gleichung ermöglicht, die zu verwendende Frequenz F0 zu bestimmen,
wenn die Breite des Luftspaltes bekannt ist, sowie die hörbare Frequenz, die man
zu erzielen wünscht, um eine Dickenänderung x - x0 des Überzuges festzustellen.
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Da gewisse Vorsichtsmaßnahmen zu treffen sind, um zu vermeiden, daß
die beiden Stromkreise, die immer auf sehr benachbarten Perioden schwingen, einander
nicht beeinflussen, wird vorzugsweise statt einer Doppelgitterröhre eine Modulatorröhre
verwendet.
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Statt die Schwingungen mit sehr benachbarten Frequenzen zu überlagern,
kann man selbstverständlich eine verhältnismäßig erhöhte Frequenz des einen Stromkreises
einer der Harmonischen des anderen Stromkreises überlagern. Als Frequenz des Kontrollstromkreises
wird dabei eine Frequenz gewählt, die zwei-, drei- oder viermal niedriger ist als
die feststehende Frequenz des zweiten Stromkreises.
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Dieses Vorgehen ist im folgenden begründet: Je niedriger die Frequenz
des Kontrollstromkreises ist, desto geringer ist die Gefahr, dessen Frequenz durch
Annäherung der Hand oder durch Kapazitätsänderungen zwischen den Drähten zu verändern,
welche den Kontrollstromkreis mit der elektronischen Vorrichtung verbinden.
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Statt die Frequenz des Stromkreises mit feststehender Frequenz gegenüber
der Frequenz des Kontrollstromkreises zu verändern, kann man selbstverständlich
auch die Frequenz des Kontrollstromkreises gegenüber der Frequenz des Stromkreises
mit feststehender Frequenz verändern.
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Auf den Verstärker A kann ein Anzeiger I beliebiger Art mit sichtbarer
Anzeige folgen, der zur Anzeige von Schwebungen dient, deren Frequenz Null ist,
wenn die Dicke des magnetischen Überzuges genau gleich x0 ist.
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2. Meßvorrichtung mit Frequenzwandler (Fig. 4) Der Kontrollmagnet
N dient als Kern einer Spule L12 des Schwingstromkreises L12-C2, der durch einen
veränderlichen Kondensator C2 auf die feststehende Frequenz F abgestimmt wird, die
von einem Schwingungserzeuger G erzeugt wird.
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Vorzugsweise wird eine unhörbare Frequenz von 40 ooo Perioden oder
mehr gewählt, um die Aufzeichnung einer hörbaren Frequenz auf dem Band zu vermeiden.
Die benutzte Schaltung ist als Frequenzwandlerschaltung bekannt.
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Wie Fig. 4 zeigt, ist eine Spule Lll, von der eine sehr geringe Anzahl
von Windungen (beispielsweise eine oder zwei Windungen) magnetisch mit der Spule
L12 gekoppelt ist, in dem Ausgangsstromkreis des Schwingungserzeugers G angeordnet.
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Bekanntlich ist bei einem lose gekoppelten Transformator mit abgestimmtem
Sekundärstromkreis die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung L12-C2 quadratisch
gegenüber der Spannung an den Klemmen der Spule L11 des Primärstromkreises, wenn
der Widerstand dieser Spule L1l vernachlässigbar ist. Für geringe Abweichungen der
Sekundärwicklung, die von der Veränderung des magnetischen Widerstandes des durch
die Spule L12 gebildeten Magnetfeldes herrühren, entfernt sich die Phasenverschiebung
sehr rasch nach der einen und der anderen Seite von der bei der Abstimmung bestehenden
Phasenverschiebung von go".
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Wenn man den die an den Klemmen von L1l wirksame elektromagnetische
Kraft E1 darstellenden Vektor geometrisch zusammensetzt einerseits mit dem Vektor,
der die wirksame elektromagnetische Kraft 't2 darstellt, die zwischen der Mitte
und dem Ende 2 A" der Spule L12 herrscht, und andererseits mit dem Vektor, der die
wirksame elektromagnetische Kraft Ef darstellt, die zwischen der Mitte und dem entgegengesetzten
Ende A' der Spule herrscht, erhält man zwei gleiche Vektoren Vund V', nachdem die
Abstimmung vollzogen ist, d. h. wenn der Vektor E1 gegenüber den beiden gegenphasigen
Vektoren E2 senkrecht steht (Fig. 5).
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2 Sobald eine Abweichung auftritt, nimmt einer der Vektoren, beispielsweise
der Vektor V, rasch zu, während der andere Vektor V' abnimmt, obwohl die an den
Klemmen von L13 herrschende Spannung geringer
als die bei der Abstimmung
erzielte Maximalspannung sein kann (Fig. 6).
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Die den resultierenden wirksamen Spannungen V und V' entsprechenden
Schwingungen werden durch zwei Dioden D und D' gleichgerichtet (Fig. 4).
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Die Dauerspannungen, die nun an den Enden der Belastungswiderstände
e und Q' auftreten und die durch Kondensatoren y und y' von großer Kapazität in
Nebenschluß geschaltet werden, sind gleich V 1/2 bzw. V' 1/2 . Da diese Spannungen
ein entgegengesetztes Vorzeichen haben, ist die zwischen den Enden B und B' auftretende
Dauerspannung v = (VV') 1g2 .
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Bei der Abstimmung ist die zwischen B und B' herrschende Dauerspannung
demnach Null. Sie nimmt sehr rasch zu, wenn der Stromkreis L12-C2 nicht mehr genau
auf die vom Schwingungserzeuger G ausgestrahlte Frequenz abgestimmt ist.
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Die Dioden D und D' können in derselben Röhre enthalten sein. Man
kann auch Germaniumkristalle verwenden.
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Bei einer solchen Anordnung ist die Spannung v am Ausgang des Frequenzwandlers
für geringe Dickenänderungen der zu kontrollierenden Schicht praktisch durch die
Gleichung gegeben:
wobei Q2 der Faktor der Überspannung des Stromkreises L12-C2 ist. m ist das Verhältnis,
das zwischen den Spannungen E1 und E2 bei der Abstimmung herrscht, x0 ist die Dicke
des Überzuges bei der Abstimmung (v = o), x-x, ist die Änderung der Dicke des Überzuges,
welehe die Spannung v am Ausgang des Frequenzwandlers hervorruft, e ist die Breite
des Luftspaltes und H die Permeabilität des magnetischen Überzuges.
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Wenn L11 derart bemessen wird, daß bei der Abstimmung E1 = E2 d.
h. m ist = , lautet die 2 2 obige Gleichung
Da die erzielte Spannung v sehr gering ist, ist es erforderlich, am Ausgang des
Frequenzwandlers ein Röhrenvoltmeter VE anzuordnen, dessen Milliamperemeter eine
Einteilung tragen kann, welche unmittelbar die Dickenänderungen des magnetischen
Überzuges in Mikron angibt.
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Hinter dem Röhrenvoltmeter kann irgendeine Aufzeichnungsvorrichtung
angeordnet werden, die alle im. Laufe der Herstellung auftretenden Dickenänderungen
des Überzuges verzeichnet.
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Eine Vorrichtung mit sichtbarer Anzeige, die das Röhrenvoltmeter
ersetzen oder auf dasselbe folgen kann dient als Nullanzeiger, wenn die Dicke des
magnetischen Überzuges genau gleich x0 ist.
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Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich. So
könnte beispielsweise eine an sich bekannte Wheatstonesche Brücke (Fig. 7) verwendet
werden.
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Der Kontrollmagnet N1 bildet den Kern einer Spule l1. Eine in gleicher
Weise wie die Spule L1 ausgebildete Spule L2 auf einem Magnet, dessen Luftspalt
durch ein beliebiges Verfahren mikrometrisch verändert werden kann, ermöglicht eine
Einstellung der Brücke.
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Zwei untereinander genau gleiche Widerstände r und r' bilden Widerstände,
deren Wert für die Speisefrequenz F der Brücke genau gleich der Impedanz der Spulen
L1 und L2 ist.
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Die Brücke wird durch eine Wechselspannung U mit der Frequenz F gespeist,
die beliebig sein kann, die aber genügend hoch ist, um einerseits auf dem Band keine
hörbaren Spuren zu hinterlassen und um andererseits eine zu große Zahl von Windungen
um den Magnetkern Nt zu vermeiden.
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Die für geringe Dickenänderungen in dem mittleren Zweig der Brücke
herrschende Spannung ist
wobei X die Speisespannung der Brücke ist, x0 die Dicke des Überzuges bei der Abstimmung
( = x-x, die Änderung der Dicke des Überzuges, welche die Spannung u zwischen den
Zweigen der Brücke hervorruft, e die Breite des Luftspaltes und j die Permeabilität
des magnetischen Überzuges.
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Da die Spannung « sehr gering ist, ist es unbedingt erforderlich,
zur Messung dieser Spannung X ein sehr empfindliches Röhrenvoltmeter VE anzuordnen.
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Alle oben beschriebenen Verfahren sind hinter einer beliebigen Vorrichtung
zur Aufbringung eines magnetischen Überzuges anzuwenden, ohne Rücksicht auf die
Art der Aufbringung desselben.