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Anordnung zur Überwachung und Beeinflussung von Bewegungsvorgängen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur überwachung und Beeinflussung von Bewegungsvorgängen
bei Werkzeugmaschinen, Transport- und Fördereinrichtungen, Verkehrssicherungsanlagen,
insbesondere bei Signaleinrichtungen für Eisenbahnen, hinsichtlich ihrer Steuergrößen
Lage, Geschwindigkeit und/oder Richtung.
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Verfahren und Anordnungen zur Messung und Überwachung, die mit praktisch
trägheitslos wirkenden Strahlungen arbeiten, haben für verschiedene Zwecke bereits
Eingang in die Technik gefunden. Bekannt sind in diesem Zusammenhang lichtelektrische
Meß- und Steuerungsanlagen. Diese sind jedoch nicht auf die Verwendung elektromagnetischer
Strahlungen im sichtbaren Spektralbereich beschränkt. Der Spektralbereich der zur
Verwendung gelangenden Strahlungen kann vom infraroten bis zum ultravioletten Gebiet
ausgedehnt werden, d. h., er kann sich über das Gebiet erstrecken, in dem zum Empfang
der Strahlung einfache Photozellen in den verschiedensten Ausführungen angewandt
werden müssen. Ein Nachteil dieser lichtelektrischen `'erfahren ist es, daß die
Strahlungsquelle und auch die Strahlungsempfänger stets einer besonderen Wartung
bedürfen und sehr leicht Störungen auftreten können, wenn in den Strahlengang lichtschwächende
oder lichtundurchlässige Gegenstände gelangen, die mit dem eigentlichen Steuervorgang
nichts zu tun haben. Dieser Nachteil schließt die Verwendung lichtelektrischer Steuerverfahren
beispielsweise in allen den Fällen aus, in denen die Strahlungsquelle oder der Strahlungsempfänger
sich im freien Gelände selbst überlassen bleiben müssen. In den Strahlengang kommende
Blätter, Papier, Rauhreif
und Vereisungserscheinungen und viele
andere derartige Ereignisse können falsche Steuermaßnahmen auslösen. Aber auch in
den Fällen, in denen Strahlungssender oder Strahlungsempfänger dem Publikumsverkehr
zugänglich sind, besteht stets die Gefahr, daß Unberufene falsche Steuermaßnahmen
auslösen, indem sie willkürlich durch Papier od. dgl. den Strahlengang für eine
längere Zeit beeinflussen. Diese Nachteile haben dazu geführt, daß sich für viele
Fälle lichtelektrische Steuerungen in der Praxis nicht durchsetzen konnten.
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Außer den mit einfachen Photozellen zu empfangenden Lichtstrahlen
stehen der Technik in der letzten Zeit auch die von radioaktiven Isotopen ausgehenden
Strahlen zur Verfügung. Diese unterscheiden sich bekanntlich von den Lichtstrahlen
in erster Linie dadurch, daß sie mehr oder weniger geschwächt auch durch nicht lichtdurchlässige
Stoffe hindurchgehen. Da ihre Schwächung, die sie beim Durchgang durch Materie erfahren,
ein Maß für die Stärke und die Struktur des durchsetzten Stoffes ist, fanden sie
ihr natürliches Anwendungsgebiet in der Meßtechnik, wo es darauf ankam, Dicken zu
messen oder Gefüge zu untersuchen. Auf Grund dieser Messungen konnten dann, wie
allgemein üblich, Maßnahmen ausgelöst werden, die zur Erzielung eines bestimmten
Zustandes des Meßgutes erforderlich sind. Die dazu erforderlichen Steuermaßnahmen
werden bei allen bekannten Anordnungen nicht unmittelbar an dem Meßgut ausgeübt,
sondern an anderen auf das Meßgut einwirkenden Einrichtungen. Diese Art der Beeinflussung
bedingt eine gewisse Zeitverzögerung, die bei schnell verlaufenden Vorgängen nicht
tragbar ist. Läuft beispielsweise das zu überwachende Werkstück zwischen zwei Walzen
hindurch, so erfolgt bei den bekannten Verfahren seine Messung ein Stück hinter
den Walzen. Ergibt die Messung, da13 der Abstand der Walzen geändert werden muß,
so wird dieser Vorgang in Abhängigkeit von dem Meßergebnis ausgelöst werden. In
der Zwischenzeit ist aber bereits ein erheblicher Teil des Werkstückes durch die
Walzen in den falschen Abmessungen hindurchgelaufen, so daß der Ausschußteil nicht
unerheblich ist.
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Radioaktive Strahlungen werden auch angewendet, um Messungen in nicht
zugänglichen Behältern, beispielsweise in großen Kesseln, durchzuführen. In diesem
Fall wird beispielsweise in den Kessel ein ein radioaktives Isotop enthaltender
Schwimmer gebracht. Die Intensität der nach außen gelangenden Strahlung wird mit
einem Geigerzähler gemessen und ist ein Maß für die Füllhöhe des Kessels. In Abhängigkeit
von dem Meßgut als auch in Abhängigkeit von der Füllhöhe können dann erforderliche
Maßnahmen getroffen werden. Aber auch hier ergeben sich alle die Nachteile, die
bei der oben beschriebenen Anwendungsmöglichkeit auftreten.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, an Stelle elektromagnetischer
Wellen des Ultrakurz-, Kurz-, Mittel- und Langwellenbereiches die Strahlungen radioaktiver
Isotope in der Art von Morsezeichen freizugeben und zu unterbrechen. Auf diese Weise
ist es möglich, Nachrichten zu übertraget, deren Nachrichteninhalt völlig beliebig
sein kann. Der Nachrichteninhalt kann beispielsweise Meßergebnisse oder -Steuerbefehle
betreffen. Dem bekannten Vorschlag ist jedoch nicht zu entnehmen, ob und wie der
Nachrichteninhalt gewonnen und ausgenutzt wird.
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Ein anderes Anwendungsgebiet haben radioaktive Strahlungen in der
Technik zur Vermeidung bzw. zur Ableitung elektrostatischer Entladungen gefunden.
In diesen Fällen wird allein die ionisierende Wirkung in den radioaktiven Strahlungen
ausgenutzt. Eine Beeinflussung der zu entladenden Maschinenelemente erfolgt dabei
nicht.
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Ein weiteres großes Anwendungsgebiet haben die radioaktiven Strahlungen
in der Medizin zur Diagnostik und Therapie gefunden.
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Die spezifischen Eigenschaften der von radioaktiven Isotopen ausgehenden
Strahlungen ermöglichen ihre Verwendung auch zur Lösung vieler anderer Aufgaben
in der Technik. Bei dem oben beschriebenen Beispiel, bei dem ein Werkstück zwischen
zwei Walzen hindurchgeht, die Abmessungen des Werkstückes all dem fertigen Walzgut
hinter den Walzen gemessen werden und in Abhängigkeit .von dem Meßergebnis die Walzen
verstellt werden, ergeben sich die -oben dargelegten Nachteile. Die Verwendung radioaktiver
Strahlungen ermöglicht infolge der Kleinheit der Strahlungsquellen, der Durchdringungsfähigkeit
ihrer Strahlungen und der durch den Aufbau der Empfänger gegebenen Möglichkeiten
auch eine andere Lösung des Problems, die eine unmittelbare Steuerung des Walzenabstandes
gestattet, selbst dann, wenn kein Walzgut hindurchgeht. Bei den bekannten Verfahren
ist dies nicht möglich. Bei diesen wird die Schwächung der durch das Walzgut hindurchgegangenen
Strahlungsintensität ausgenutzt. Bekanntlich erfährt die Intensität Jo eines radioaktiven
Strahles, die durch einen Werkstoff der Dicke x und des Absorptionskoeffizienten
a hindurchgeht, eine Schwächung gemäß der Beziehung Ix = Jo - exp (- a z).
Die nach Durchgang der Strahlung durch das Walzgut gemessene Strahlungsintensität
ist also ein Maß für die Stärke des Walzgutes und damit auch für den Walzenabstand.
Diese Anordnung kann jedoch nur an dem bereits durch die Walzen hindurchgegangenen
Walzgut wirksam werden. Ist der Walzenabstand bei Beginn des Walzvorganges falsch
eingestellt, so entsteht zunächst ein Ausschuß an Walzgut. Bei der Lehre nach der
Erfindung kommt dieser Ausschuß in Fortfall: Bekanntlich nimmt die von einem Strahlungsempfänger
ausgehende Strahlungsintensität mit dem Onadrat des Abstandes ab. Bringt man nach
der Er-Findung einen radioaktiven Strahlungsgeber auf der Achse der einen Walze
und einen Strahlungsempfänger auf der Achse der anderen Walze an, so steuert der
Abstand der Walzenachsen und damit auch der Abstand beider Walzen voneinander die
von dem Strahlungsempfänger aufgenommene Strahlungsintensität. Man kann den Walzenabstand
mit
dieser Anordnung vor dem Beginn des Walzens einstellen und während des Walzens bei
Verwendung geeigneter Regelanordnungen ständig auf den einmal eingestellten Wert
halten. Dabei ist es selbstverständlich nicht nötig, Strahlungsgeber und Strahlungsempfänger
unmittelbar auf die Walzenachse zu setzen. Man kann auch an die Achsen der Walzen
geeignete Gestänge ansetzen und so Strahlungsgeber und Strahlungsempfänger in eine
nur durch den Abstand der beiden Walzenachsen voneinander bestimmte Beziehung bringen.
Diese Anwendung ergibt sich als ein Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur
Überwachung und Beeinflussung von Bewegungsvorgängen bei Werkzeugmaschinen, Transport-
und Fördereinrichtungen, Verkehrssicherungsanlagen, insbesondere bei Signaleinrichtungen
für Eisenbahnen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Prüfung der Lage einer
ortsfesten zu einer beweglichen Einrichtung bzw. zweier beweglicher Einrichtungen
zueinander und zur Durchführung von die Bewegung der Einrichtung beeinflussenden
Schaltmaßnahmen die Strahlung radioaktiver Stoffe und deren Einwirkung auf Ionisationskammern
oder Geigergeräte verwendet wird. Bei dem beschriebenen Beispiel ist von der Weiterentwicklung
der Erfindung Gebrauch gemacht, die darin besteht, daß die zu steuernde Einrichtung
unmittelbar mit einer von einem radioaktiven Isotop ausgehenden Strahlung in Wechselwirkung
tritt, deren den Strahlungsempfänger beaufschlagender Anteil von der Steuergröße
bestimmt wird und über den Strahlungsempfänger Steuerimpulse auslöst. Diese Anordnung
erlaubt je nach dem Anwendungszweck verschiedene Anordnungsarten des radioaktiven
Isotopes und des Strahlungsempfängers. Liegt nur eine zu steuernde Einrichtung vor,
so kann diese entweder mit dem radioaktiven Isotop oder dem Strahlungsempfänger
fest verbunden werden. Bei mehreren zu steuernden Einrichtungen erfolgt die Anordnung
zweckmäßig so, daß jede dieser Einrichtungen entweder mit einem Isotop oder .einem
Strahlungsempfänger fest verbunden ist. Es sind jedoch auch Anordnungen möglich,
bei denen sich die zu steuernde Einrichtung im Wirkungsbereich des ortsfest angebrachten
radioaktiven Isotopes und des ortsfest angebrachten Strahlungsempfängers befindet.
Ein sich bei allen Anwendungsgebieten der erfindungsgemäßen Anordnung ergebender
weiterer Vorteil ist, daß die Strahlungsquelle keinerlei Wartung bedarf.