DE964182C - Schreibende Messvorrichtung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

M 12212 IX j 42 d

Mit der wachsenden Industrialisierung und der damit verbundenen Vervollkommnung der Fertigungsmethoden ist in immer stärkerem Maße seitens der Industrie der Wunsch nach vielseitigen, schalttafelraumsparenden Registriergeräten zur Überwachung der Fertigung laut gewoden, zumal die bisher bekannten Geräte nur einen sehr beschränkten Teil der zu registrierenden Meßgrößen zu erfassen imstande waren oder für besondere Fälle besondere, sehr kostspielige Instrumente erstellt werden mußten. Ferner ist häufig erwünscht, die Meßgröße in einer Form darzustellen, die zugleich eine automatische Regelung derselben auf einfache Weise möglich macht.

Gegenstand der Erfindung ist eine schreibende Meßvorrichtung mit einer in Abhängigkeit von der Zeit oder von einer anderen Veränderlichen bewegten Schreibfläche und einem senkrecht zu dieser Vorschubbewegung periodisch darüber hinweggeführten Schreibstift, bei welcher im Zusammenwirken des von der Meßgröße beeinflußten Anzeigeorgans mit einer von einer Lichtwelle beleuchteten Fotozelle durch Einwirkung des elektrischen Stromes auf die Schreibfläche immer dann eine Markierung von Impulsen erfolgt, wenn die Stellungen des Anzeigeorgans und der Fotozelle einander zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist in dem Lichtweg der Fotozelle koaxial zu dem Anzeigeorgan eine synchron mit der Schreibstiftbewegung rotierende Scheibe mit radialen Schlitzen als Blende angeordnet, derart, daß bei Koinzidenz der Schlitze und des Anzeigeorgans die. Markierimpulse ausgelöst werden.

Mit einer solchen Einrichtung ist es möglich, jede durch den Ausschlag eines mechanischen Zeigers oder eines Lichtzeigers darstellbare Meßgröße

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rück'wirkungslos mit praktisch beliebig hoher Punktfolge zu registrieren und zur automatischen Regelung heranzuziehen. Insbesondere ist es möglich, ohne wesentlich größeren Aufwand mit einer einzigen Einrichtung mehrere Meßgrößen zu registrieren und danach zu regeln. Der Papiervorschub kann nicht nur als Funktion der Zeit, sondern auch als Funktion eines Zeigerausschlages kleinsten Drehmoments erfolgen. Eine Fernregistrierung ist unter Kombination mit bereits bekannten Mitteln durchführbar, sofern diese die Meßwertanzeige durch eine Zeigerauslenkung bewirken. Es ist also möglich, unter Verwendung einheitlicher Bauelemente praktisch jede Meßgröße, die in industrieller Fertigung von Bedeutung ist, zu registrieren und danach zu regeln.

Es sind bereits schreibende Meßgeräte bekannt, welche den Ausschlag eines Meßwerkes auf lichtelektrischem Wege zur Registrierung bringen, ao Hierbei wird — z. B. mittels eines über zwei Rollen geführten endlosen Bandes — ein Schreibstift periodisch umlaufend über die Schreibfläche geführt und von einem Photoelement gesteuert, daß entweder durch eine entsprechend synchrone Eigen- -bewegung oder mit Hilfe einer synchron bewegten Spiegeloptik die Winkellage des Lichtzeigers eines Spiegeloszillographen abtastet und eine Aufzeichnung auf der Schreibfläche bewirkt.

Derartige Einrichtungen haben den Nachteil, daß zur einwandfreien Funktion ein bedeutender Aufwand an optischen Mitteln erforderlich ist, bedingt durch die mehrfache Reflexion des Lichtstrahles. Weiterhin ist es bei derartigen Ausführungen ausgeschlossen, handelsübliche Meßinstrumente als Meßwertgeber zu verwenden. Bei einer bekannten Einrichtung wird beispielsweise jeweils bei einem Impuls das Schreibzeichen dadurch gegeben, daß mit Hilfe eines Elektromagneten die gesamte, den Schreibstift tragende Bandtransporteinrichtung in Richtung auf das Registrierpäpier geschwenkt wird. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß durch die Maße dieser Transporteinrichtung eine Beeinflussung der Zeichengabe unvermeidlich ist. Demgegenüber arbeitet der neue Bandschreiber völlig trägheitslos, so daß nunmehr die von der Industrie geforderte große Schreibzeichendichte je Zeiteinheit erzielbar ist, die von den bekannten Anordnungen deshalb nicht erreicht werden kann, weil bei der hierzu notwendigen großen Bandgeschwindigkeit und das in kurzen Zeitabständen erfolgte Auf- und Niederschw'enken der gesamten Schreibeinrichtung das gesamte System in Schwingungen geraten bzw. ins Flattern kommen müßte.

Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Übertragung der jeweiligen Stellung des Zeigers eines Anzeigeinstrumentes auf einen Registrierstreifen mittels eines sich periodisch über die Zeigerbahn bewegenden, die Zeigerstellung abtastenden lichtelektrischen Organs und einer von diesem gesteuer-So ten und synchron mit diesem über den Registrierstreifen bewegten Markierungsvorrichtung bekannt mit einem drehbar gelagerten und sich unmittelbar vor der Anzeigeskala bewegenden Doppelhebel, an dessen einem Ende das lichtelektrische Organ verschiebbar und an dessen anderem Ende die sich über den Registrierstreifen bewegende Markierungsvorrichtung angebracht ist.

Bei einer solchen Einrichtung ist es nachteilig, das lichtelektrische Organ auf dem beweglichen Abtastglied anzubringen, da es bekanntlich Schwierigkeiten bereitet, von einem beweglichen Glied betriebssichere Kontaktabgriffe für die Steuerung der Registriereinrichtung zu erhalten. Außerdem ist die kreisbogenförmige Aufzeichnung der Meßgröße unerwünscht, da Aufzeichnungen in rechtwinkligen Koordinaten einen schnelleren Überblick ermöglichen, die Funktion der Meßgröße sinnfälliger darstellen und eine größere Sicherheit und Genauigkeit bei der Auswertung bieten. Falls nach der bekannten Einrichtung der Doppelhebel hin und her schwingend ausgeführt ist, muß notwendigerweise bei jedem Bewegungswechisel eine Abbremsung und Beschleunigung der gesamten mit dem Doppelhebel in Verbindung stehenden Masse erfolgen. Falls aber der Doppelhebel rotierend ausgebildet ist, bedeutet dies eine erhebliche Vergrößerung des gesamten Meßgerätes. Dabei sind bei einer solchen Anordnung etwa 75 °/o der Umlaufzeit als Totzeit zu bezeichnen, weil die eigentliche Schreibvorrichtung nur in einem begrenzten Winkelbereich die Schreibfläche überstreicht.

Es sind ferner Einrichtungen bekannt, die unter Anwendung einer Nachlaufsteuerung die aufgezeichnete Schreibspur für automatische.Regelzwecke auswerten.

Der Erfindungsgegenstand vermeidet alle diese Nachteile. Außerdem kann daher jedes handelsübliche Zeigerinstrument als Meßwertgeber Verwendung finden. Außer einer Lichtquelle sind zur einwandfreien Funktion keine optischen Mittel not- i°o wendig, denn auch die im Schnitt x-y der Fig. 1 angedeutete Sammellinse kann entfallen, Ebenso ist es unnötig, die Stellung der Lichtquelle L zu justieren; sie kann also von jedem Laien schnell ausgewechselt werden. Der Schreibstift b berührt über i°5 die gesamte Streifenbreite ständig den Registrierstreifen ; das Schreibzeichen wird durch einen Stromimpuls gegeben, ohne daß die Zwischenschaltung irgendwelcher mechanischer Glieder notwendig ist.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. ι stellt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Gerätes dar. P ist ein Photoelement, das durch die mit einem Schlitz α versehene, drehbar angeordnete Scheibe S abgedeckt wird. Koaxial zur Scheibe ^S" ist der Zeiger Z gelagert, der sich in Abhängigkeit von der abzubildenden Meßröße bewegt. Die Form des Zeigers ist so gewählt, daß sein durch die Lichtquelle L entworfenes Schattenbild den Schlitz α der Scheibe bei entsprechender Stellung derselben abdeckt. Synchron mit der Scheibe 5" wird in an sich bekannter Weise ein Schreibstift b mittels der Kette K über ein stromempfindliches Registrierpapier geführt.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist nun foljende: Die Scheibe 5" und synchron damit der

Schreibstift b werden fortlaufend in einer Richtung mittels eines kleinen Antriebsmotors bewegt. Das durch den Schlitz α der Scheibe S beleuchtete Photoelement P liefert eine Spannung, die in dem Augenblick, in welchem sich der Schlitz mit dem Schatten des Zeigers deckt, zusammenbricht. Dieser Spannungszusammenbruch wird mit Hilfe bekannter Mittel, wie Relais, Röhrenverstärker, dampf- oder gasgefüllte Entladungsgefäße od. dgl., in einen ίο Strom- oder Spannungsimpuls umgewandelt, der auf den Schreibstift b einwirkt, und auf dem stromempfindlichen Papier c eine Markierung erzeugt. Die Lage des Schreibzeichens quer zur Vorschubrichtung des Papiers c kennzeichnet damit die Stellung des Zeigers Z. Führt man diese Überlegung für alle möglichen Stellungen des Zeigers Z durch, so ergibt sich, daß der von dem Zeiger Z beschriebene Kreisbogen durch Aneinanderreihung der Schreibzeichen in Richtung der Schreibbreite auf das Papier c abgewickelt wird. Der Vorschub des Papiers c kann dabei in üblicher Weise als Funktion der Zeit oder einer anderen Größe in Pfeilrichtung t erfolgen.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß man statt des mechanischen Zeigers auch mit einem Lichtzeiger arbeiten kann. In diesem Falle liefert das Photoelement in dem Augenblick, in welchem sich der Lichtzeiger mit dem Schlitz α der Scheibe S deckt, einen steilen Spannungsanstieg, der wieder zur Erzeugung von Markierungen herangezogen werden kann. Wie sich aus der Arbeitsweise der Anordnung ergibt, ist die Anzeige praktisch unabhängig von einer Alterung des Photoelementes.

Will man die Meßgröße nicht als Funktion der Zeit auftragen, sondern als Funktion einer ebenfalls durch einen Zeigerausschlag gekennzeichneten beliebigen Meßgröße, so kann die Anordnung nach Fig. ι in folgender Weise erweitert werden: Das Registrierpapier wird als endloses Band ausgebildet und in gleicher Weise wie das den Schreibstift b tragende endlose Band (in Fig. 1, Kette K) mit einem Photoelement, einer Schlitzblende und einem als Funktion der gewünschten Meßgröße ausschlagenden Zeiger kombiniert. Sorgt man nun über Relaisglieder dafür, daß das umlaufende Registrierpapier jedesmal bei Koinzidenz von Zeiger und Schlitzblende für die Dauer eines Umlaufes des Schreibstiftes b angehalten wird, so wird das Schreibzeichen gegenüber der Papierlänge, also in Pfeilrichtung t, einem bestimmten Wert zugeordnet. Die aufgezeichnete Kurve ist also in zwei Koordinaten dargestellt, deren eine in Werten der auf dem Schreibstift wirkenden Meßgröße und deren andere senkrecht dazu stehende, d. h. in Pfeilrichtung t orientierte, in Werten der auf das-Registrierpapier wirkenden Meßgröße geteilt ist. Mit anderen Worten wird das eingangs geschilderte Meßprinzip auch auf das als endloses Band angeordnete Registrierpapier angewendet, mit dem einzigen Unterschied, daß der bei der Koinzidenz des dem Papier zugeordneten Zeigers mit der Schlitzblende entstehende Impuls, statt zur Erzeugung eines Schreibzeichens in diesem Falle zur kurzzeitigen Sperrung des Umlaufes des Registrierpapiers benutzt wird. Um für die auf diese Weise definierte Papierstellung ein Schreibzeichen zu erhalten, muß das Papier für die Dauer eines Umlaufes des Schreibstiftes b in dieser Stellung bleiben. Selbstverständlich muß die Änderung der Meßgröße, die in Richtung des Papiervorschubes aufgetragen werden soll, hinreichend klein gehalten werden gegenüber der Umlaufgeschwindigkeit des Schreibstiftes, um einen unzulässigen Meßfehler zu vermeiden. Diese Forderung läßt sich jedoch durch hinreichend hohe Umlaufgeschwindigkeit des Schreibstiftes leicht erfüllen.

In der praktischen Ausführung kann man den Umlauf des den Schreibstift b tragenden endlosen Bandes und des endlosen Registrierstreifens mit einem Motor betreiben. Das Anhalten des Registrierpapiers läßt sich dann in der Weise durchführen, daß man mittels des die Papierbewegung steuernden Meßimpulses die das Papier bewegende Achse ausrastet.

Eine Regelung nach der Meßgröße läßt sich durch Erweiterung der Anordnung gemäß Fig. 2 durchführen. Darin ist d eine metallisch leitende Schiene, welche gegenüber der Skala in Pfeilrichtung verschiebbar angeordnet ist. Stellt man nun die Schiene d auf die durch automatische Regelung einzuhaltende Meßgröße — in Fig. 2 durch den Zahlenwert 30 gekennzeichnet —, so trifft der als Funktion der Meßgröße innerhalb der Schreibbreite auftretende Spannungs- oder Stromimpuls auf die Schiene d, sofern der Meßwert größer als 30 ist, und kann zur Betätigung eines Relais, mit dem die Meßgröße geregelt werden soll (Zweipunkt-Regelung), herangezogen werden. Um die Registrierung der Meßgröße bei Überschreiten des eingestellten Regelwertes nicht zu unterbrechen, kann man die Schiene d auch, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet und mit d' bezeichnet, um i8o° versetzt anordnen. Der um i8o° versetzte Impuls läßt sich.z. B. durch einen um denselben Winkel versetzten weiteren Schreibstift b' erzeugen. In der bisher beschriebenen Anordnung wurde nur eine Meßgröße registriert bzw. nach dieser einen Größe geregelt.

Die Anordnung läßt sich nun gemäß der Erfindung in sehr einfacher Weise auch zur gleich- ιισ zeitigen Registrierung und Regelung von mehreren Meßgrößen heranziehen. Will man η Meßgrößen gleichzeitig registrieren und danach regeln, so braucht man lediglich in den Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 η als Funktion verschiedener Meßgrößen ausschlagende Zeiger und η Schienen anzuordnen und erhält damit η Anordnungen, die in gleicher Weise arbeiten, wie bereits oben für eine Anordnung beschrieben. Die Punktfolge pro Meßwert, die praktisch nur begrenzt ist durch die mechanische Festigkeit der drehbaren Organe, z. B. des Trägers des Schreibstiftes (Fig. 1, Kette K), bleibt in diesem Falle für jede Meßgröße erhalten. Ist es bei langsam veränderlichen Meßgrößen, wie z. B. bei der Temperaturmessung, ohne Bedeutung, mit einer extrem hohen Punktfolge für

jeden Meßwert zu arbeiten, so kann man auch jeden Meßort nacheinander an den einen Zeiger Z schalten. In diesem Falle muß man lediglich durch entsprechende Wahl der Umlaufgeschwindigkeit des Schreibstiftes b und der Einstellzeit des Zeigers Z dafür sorgen, daß dieser bereits eine definierte Einstellung nach der zu registrierenden Meßgröße hat, bevor der Schreibstift b auf das Registrierpapier c aufläuft. Für die Regelung

ίο müssen allerdings auch in diesem Falle, sofern nicht alle Größen auf denselben Wert geregelt werden sollen, mehrere der Anzahl der zu registrierenden Meßgrößen entsprechende Schienen d angeordnet werden. Selbstverständlich müssen

zusammen mit der Umschaltung der Meßgrößen auch die entsprechenden Relaiskreise und Schienen d umgeschaltet werden.

Um bei der Aufzeichnung von mehreren Meßgrößen die einzelnen Kurven unterscheiden zu

können, schreibt man jede der Meßgrößen z. B. mit Impulsen verschiedener Länge, etwa unter Anwendung von Kondensatorentladungen mit verschiedenen Zeitkonstanten. Ist der Impuls so ausgebildet, daß er eine steile Anfangsflanke hat und dann bei den verschiedenen zu registrierenden Meßgrößen verschieden schnell abfällt, so erhält man auf dem stromempfindlichen Papier Kurven, die aus mehr oder weniger langen, quer zur Papiervorschubrichtung verlaufenden und in Vorschubrichtung aneinanderliegenden Strichen zusammengesetzt sind, die beim Meßwert deutlich und gut ablesbar einsetzen.

Claims (5)

1. Patentansprüche·.

   i. Schreibende Meßvorrichtung mit einer in Abhängigkeit von der Zeit oder von einer anderen Veränderlichen bewegten Schreibfläche und einem senkrecht zu dieser Vorschubbewegung periodisch darüber hinweggeführten Schreibstift, bei welcher im Zusammenwirken des von der Meßgröße beeinflußten Anzeigeorgans mit einer von einer Lichtquelle beleuchteten Fotozelle durch Einwirkung des elektrischen Stromes auf die Schreibfläche immer dann eine Markierung von Impulsen erfolgt, •wenn die Stellungen des Anzeigeorgans und der Fotozelle einander zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtweg der Fotozelle (P) koaxial zu dem Anzeigeorgan (Z) eine synchron mit der Schreibstiftbewegung rotierende Scheibe (S) mit radialen Schlitzen (a) als Blende angeordnet ist, derart, daß bei Koinzidenz der Schlitze und des Anzeigeorgans die Markierimpulse ausgelöst werden.
2. 2. Schreibende Meßvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibfläche als endloses, synchron mit der Blende (S) umlaufendes Registrierband (c) ausgebildet ist und daß die Antriebsmittel für die Bewegung des Registrierbandes so eingerichtet sind, daß der Vorschub desselben mindestens für die Dauer eines Umlaufes des Schreibstiftes jeweils dann unterbrochen wird, wenn das Anzeigeorgan sich mit der Blende in Koinzidenz befindet.
3. 3. Schreibende Meßvorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufzeichnung mehrerer Meßgrößen zur Unterscheidung der einzelnen Kurven voneinander die Dauer der den verschiedenen Meßgrößen zugeordneten Impulse unterschiedlich bemessen ist.
4. 4. Schreibende Meß vorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung für Regelzwecke zwischen der Schreibfläche und dem Schreibstift ein über die Schreibbandbreite verschiebbarer elektrisch leitender Teil (d) angeordnet ist, der, auf den Sollwert der Meßgröße eingestellt, den Bereich der den Sollwert übersteigenden Werte dieser Meßgröße überdeckt und alle diejenigen Impulse, die den vorgegebenen Sollwert übersteigenden Werten der Meßgröße zugeordnet bzw. hierzu um einen vorbestimmten Betrag versetzt sind, einem eine Zweipunktregelung betätigenden Relaiskreis zuleitet.
5. 5. Schreibende Meß vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung für Regelzwecke in Abhängigkeit von mehreren Meßgrößen mehrere elektrisch leitende, auf entsprechende Sollwerte einstellbare Teile angeordnet sind, welche gleichzeitig mit dem Umschaltvorgang für die verschiedenen Meßgrößen nacheinander selbsttätig in Wirkstellung gebracht werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 930 899;
   französische Patentschrift Nr. 764 846.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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