DE757703C - Vorrichtung zur lichtelektrischen Nachsteuerung von Gegenstaenden nach Massgabe der Bewegung eines Gebergeraets - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur lichtelektrischen Nachsteuerung von Gegenständen nach Maßgabe der Bewegung eines Gebergeräts Die Verwendung lichtelektrischer Zellen bei Folgesteuerungseinrichtungen, z. B. zur Fernübertragung von Zeigerstellungen, Registrierung von Meßwerten u. dgl., ist bekannt. Bei Anordnungen dieser Art ist durchweg die Absicht maßgebend, den Gegenstand, dessen Bewegung nachgebildet werden soll, z. B. den Zeiger eines Meßinstruments, möglichst nicht mit zusätzlichen trägen Massen zu belasten. Die bisher bekannten lichtelektrischen Folgesteuerungseinrichtungen beruhen im wesentlichen auf dem Zusammenwirken mehrerer lichtelektrischer Zellen, die zumeist in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Unter anderem wird z. B. die Maßnahme zugrunde gelegt, zwei Zellen in Reihe zu schalten und mittels eines Spiegels, der z. B. an dem Zeiger eines Meßinstruments befestigt ist, einen Lichtstrahl so auffallen zu lassen, daß nur in der Normallage des Zeigers beide Zellen gleichmäßig beaufschlagt werden, während. bei einer Bewegung des Zeigers bzw. des Spiegels die unterschiedliche Widerstandsänderung der beiden Zellen zur Steuerung einer Rückmelde-oder Nachsteuereinrichtung benutzt wird.
• Die Erfindung stellt nun eine Verbesserung und gleichzeitig eine wesentliche Vereinfachung einer solchen lichtelektrischen Foi,-esteuerungseinrichtung dar. Irgendwelche Brückenschaltungen u. dgl. kommen dabei in W%Tegfall, da für die ganze Anordnung nur eine einzige lichtelektrische Zelle erforderlich ist.
• Erfindungsgemäß ist auf dem Zeiger des Gebergeräts, dessen Angaben übertragen oder registriert werden sollen, ein in der Zeigerebene beweglicher Winkelspiegel angebracht, der zwei um einen kleinen Winkel gegeneinander symmetrisch geneigte Flächen aufweist, und es werden von einer in dem nachzusteuernden Gerät angeordneten, koaxial zur Zeigerachse drehbar gelagerten Lichtquelle zwei räumlich getrennte, symmetrisch zur Schnittgeraden der beiden Spiegelebenen verlaufende, wechselweise mit 18o° Phasenverschiebung intermittierende Lichtstrahlenbündel derart auf die Spiegelflächen geworfen, daß von den reflektierten Strahlen je nach Größe und Richtung der Winkelabweichung zwischen Geberzeiger und Nachsteuergerät ein mehr oder weniger großer Teil des einen bzw. des anderen Strahlenbündels auf eine mit der 'drehbaren Beleuchtungseinrichtung fest gekuppelte Fotozelle auftrifft, die über einen synchron mit dem Lichtstralllwechsel aus dem @v7echselstromnetz gespeisten Richtverstärker den Verstellmotor für die Beleuchtungseinrichtung samt Fotozelle in Abhängigkeit von Richtung und Größe des Zeigerausschlags der Zeigerbewegung nachsteuert.
• Die zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens erforderlichen Teile sind aus Fig. i ersichtlich. Es sei dabei angenommen, daß die Anordnung beispielsweise zur Registrierung der Angaben eines Meßinstruments etwa bei der Dauerprüfung im Thermostaten verwendet wird, wobei naturgemäß das Instrument, abgesehen von der Beobachtungsmöglichkeit durch eine Glasscheibe, normalerweise nicht zugänglich ist. Der auf der Achse des Meßinstruments 1 befestigte Zeiger 2 trägt an seiner Spitze einen kleinen Spiegel 3, der zwei um einen kleinen V#'inkel gegeneinander symmetrisch geneigte Flächen 3', 3" aufweist. Auf einem Flansch q, dessen Achse genau in der Verlängerung der Zeigerachse von i verläuft, ist die aus einer .Glühbirne 6, Linsen 7, 7' und Prismen 8, 8' bestehende Beleuchtungseinrichtung sowie eine Fotozelle g angebracht. Die Glühbirne 6 ist von einem aus lichtundurchlässigen Stoff hergestellten drehbaren Mantel 1o umgeben, der ein sich über den halben Umfang erstreckendes Fenster r 1 aufweist. Der Mantel 1o ist mit einem Synchronmotor I 12 gekuppelt, der ebenfalls auf dem drehbaren Flansch 4. angebracht ist. Die Fotozelle 9 ist über Schleifringe 13, 1.1 mit einem Richtverstärker 13 verbunden, der seinerseits einen n»t dein Flansch - beispielsweise über ein Schneckengetriebe 16 gekuppelten VerstellmOtor 17 speist.
• Die @I@'irkungsweise der Anordnung ist im folgenden an Hand der Fig. 1 erläutert. Die Lichtquelle 6 sendet durch das Fenster 11 des umlaufenden ':Mantels 1o ein Strahlenbündel, welches jeweils während einer halben Umdrehung des Mantels 1o al)wechselild durch die Linse 7 auf das Prisma 8 bzw. durch die Linse 7' auf das Prisma 8' gelangt. Beide Prismen reflektieren diese auftreffenden Stralilen jeweils in Richtung nach dem Spiegel 3. Von jedem Prisma geht somit ein intermittierendes Strahlenbündel 18 bzw. 1g aus, wobei jedes Bündel gegenüber dein anderen um 18o° zeitlich phasenverschoben ist. Die Prismen sind dabei so angeordnet, daß sich die Strahlen vor dem Auftreffen auf den Spiegel überkreuzen, und zwar z. B. so, daß in der Ruhestellung des Zeigers, d. h. wenn weder an der Zeigerwelle noch an der Flanschwelle Drehmomente auftreten, das Strahlenbündel 18 nur auf die Spiegelfläche 3", das Strahlenbündel 19 dagegen nur auf die Spiegelfläche 3' auftrifft. Durch die gegenseitige Neigung der beiden Spiegelflächen werden dabei sämtliche auftreffenden Lichtstrahlen derart nach außen reflektiert, daß auf die Fotozelle g kein Licht auftrifft. Der Verstellmotor 17 befindet sich daher in Ruhe.
• Die Justierung der optischen Einrichtung wird durch Verdrehen der Prismen 8, 8' gemeinsam mit den Linsen 7, 7' und durch Änderung des Abstands zwischen Spiegel und Prismen bzw. zwischen dem --\Ießinstrument und der Beleuchtungseinrichtung oder durch eine dieser Maßnahmen allein vorgenommen. Als Kriterium mag dabei etwa gelten, daß die von den beiden intermittierenden Strahlenbündeln auf einem nur zum Zweck der Justierung dicht vor den Spiegel des Zeigers geschobenen dünnen Schirm erzeugten Einzelbilder der Glühdrahtspirale (vgl. Fig. 2) sich gerade in der Schnittlinie der beiden Spiegelflächen berühren, wenn die Stellung von Zeiger und Nachführungseinrichtung übereinstimmt.
• Zum Verdrehen der Prismen und Linsen dient jeweils eine besondere Einstellvorrichtung, die in Fig. 3 beispielsweise für Prisma 8 und Linse 7' dargestellt ist. Durch einen Bügel 30 sind Prisma 8' und Linse 7' mittels Zylinderschrauben 31, 32 fest miteinander verbunden. Mittels einer Stiftschraube 33 und einer einstellbaren Rändelschraube 34 ist der Bügel samt Linse und Prisma federnd aufgehängt. Durch Drehen der Rändelschraube 34 können dann Prisma und Linse gemeinsam innerhalb der gegebenen Grenzen so verdreht werden, daß bei Normalstellung von Zeiger und Nachführungseinrichtung die Bilder der Glühdrahtspirale sich in der Schnittgeraden der beiden Spiegelflächen berühren.
• Schlägt nun der Zeiger :2 des zu beobachtenden Meßinstruments um einen kleinen Betrag aus, so daß sich der Spiege13 beispielsweise nach links bewegt, dann trifft, für die angenommene Justierung, das Strahlenbündel 18 nach wie vor nur auf die Spiegelfläche 3", wird nach außen reflektiert und gelangt daher nicht in die Fotozelle. Das Strahlenbündel 1g aber trifft nun je nach der Größe des Zeigerausschlags ganz oder teilweise ebenfalls auf die Fläche 3". Der Anteil des intermittierenden Strahlenbündels rg, der auf die Fläche 3" auftrifft, gelangt nach erfolgter Reflexion in die Fotozelle g, löst dort einen intermittierenden Strom, d. h. einen Wechselstrom mit Gleichstromkomponente, aus, der über die Schleifringe 13, 14 dem Richtverstärker 15 zugeführt wird. Infolgedessen beginnt der Verstellmotor 17 sich zu drehen und verstellt damit den Flansch 4 in solchem Sinn, daß die Beleuchtungseinrichtung samt Fotozelle der Auslenkung des Zeigers :2 bzw. des Spiegels 3 nachfolgt und den Ausgangszustand wieder herstellt.
• Ganz entsprechend erfolgt die Nachführung des Flansches 4., wenn der Zeiger 2 bzw. der Spiegel 3 sich nach rechts bewegt. In diesem Fall trifft das intermittierende Strahlenbündel 18 ganz oder teilweise auf die Fläche 3' und löst damit einen entsprechenden intermittierenden Strom mit Gleichstromkomponente entgegengesetzten Vorzeichens zur Speisung des Verstellmotors 17 aus. Da das intermittierende Strahlenbündel 18 gegenüber dem Strahlenbündel rg aber eine zeitliche Phasenverschiebung von 18o° aufweist, sind nämlich die von der Fotozelle dem Richtverstärker zugeführten Stromimpulse gegenüber den beim Zeigerausschlag nach links auftretenden Impulsen um 18o° phasenverschoben. Am Ausgang des Richtverstärkers tritt daher die entgegengesetzte Polarität auf, so daß sich der Verstellmotor 17 nunmehr in entgegengesetztem Sinn dreht und damit die Beleuchtungseinrichtung entsprechend der neuen Bewegungsrichtung des Zeigers 2 nachfährt.
• Die Registrierung der Meßwerte kann z. B. einfach so erfolgen, daß mit der Verstellwelle eine Spindel gekuppelt wird, deren Mutter al's beweglicher Teil einer Registriereinrichtung dient. Läßt man z. B. mittels eines Uhrwerks ein Papierband vor der mit der Mutter verbundenen Schreibspitze ablaufen, so werden alle Bewegungen des Zeigers 2 registriert, und zwar mit einer hohen Empfindlichkeit: Die Genauigkeit kann dabei in der Größenordnung von etwa 1/lo.mm Zeigerausschlag liegen.
• Die Anordnung ist also besonders geeignet zur Verfolgung und zur vergrößerten Wiedergabe sehr kleiner Bewegungen eines Zeigers. Jedoch ist der Anwendungsbereich der Erfindung nicht auf Meßinstrumente beschränkt. Es besteht z. B. ohne weiteres die Möglichkeit. an einem beliebigen Gegenstand, dessen Drehbewegungen registriert werden sollen, einen Zeiger anzubringen, der einen Spiegel der beschriebenen Art trägt, und dann zu verfahren, wie in dem Ausführungsbeispiel erläutert ist.
• Die Anordnung nach der Erfindung besitzt ferner einen bemerkens"vert einfachen Aufbau. Als Lichtquelle ist z. B. eine gewöhnliche Glühbirne vorgesehen. Außerdem ist für die ganze lichtelektrische Nachsteuerung nur eine einzige Fotozelle erforderlich.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Vorrichtung zur lichtelektrischen Nachsteuerung von Gegenständen nach Maßgabe der Bewegung eines Gebergeräts, bei der durch vom Geberzeiger bewegte Ablenkspiegel die Strahlen von Lichtquellen auf Fotozellen zur Einwirkung gebracht werden, die den Verstellantrieb bis zur Übereinstimmung mit der Zeigerstellung des Gebergeräts steuern, insbesondere zum Zweck der Registrierung von Meßwerten, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zeiger des Gebergeräts, z. B. eines Meßinstruments, zweckmäßig in der Nähe der Zeigerspitze, ein in der Zeigerebene beweglicher Winkelspiegel angebracht ist, der zwei um einen kleinen Winkel' gegeneinander symmetrisch geneigte Flächen aufweist, und daß von einer in dem nachzusteuernden Gerät angeordneten, koaxial um die Zeigerachse drehbaren Lichtquelle zwei räumlich getrennte, symmetrisch zur Schnittgeraden der beiden Spiegelebenen verlaufende, wechselweise mit z8o° Phasenverschiebung intermittierende Lichtstrahlenbündel derart auf die Spiegelflächen geworfen werden, daß je nach Größe und Richtung der Winkelabweichung zwischen Geberzeiger und Nachsteuergerät ein mehr oder weniger großer Anteil des einen bzw. des anderen Strahlenbündels auf eine mit der drehbaren Beleuchtungsvorrichtung fest gekuppelte Fotozelle trifft, die über einen synchron mit dem Lichtstrahlwechsel aus dem Wechselstromnetz gespeisten Richtverstärker den Verstellmotor für das Nachsteuergerät in Abhängigkeit von Größe und Richtung des relativen Zeigerausschlags so lange steuert, bis bei gleicher Stellung von Zeiger und Nachsteuergerät der von beiden Strahlenbündeln auf die Fotozelle treffende Anteil gleich groß ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Glühbirne angeordnet ist, die von einem durch einen Svnchronmotor angetriebenen, aus lichtundurchlässigem Stoff hergestellten umlaufenden Mantel umgeben ist, dei ein sich über den halben Umfang erstreckendes Fenster aufweist, dergestalt, daß die Lichtquelle nach zwei verschiedenen Richtungen j e ein intermittierendes Strahlenbündel aussendet und die Lichtimpulse der beiden Bündel jeweils um i8o° gegeneinander zeitlich phasenverschoben sind.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach verschiedenen Richtungen ausgesandten Strahlenbündel mittels optischer Einrichtungen, beispielsweise jeeiner Sämmellinse in Verbindung mit einem total reflektierenden Prisma, so reflektiert werden, daß sie sich vor dem Auftreffen auf die Spiegelflächen des Zeigers überschneiden, und zwar derart, daß bei Ruhestellung von Zeiger bzw. Spiegel und Nachführungseinrichtung die von den beiden intermittierenden Strahlenbündeln auf dem Winkelspiegel entworfenen Bilder der leuchtenden Glühdrahtspirale sich in der Schnittgraden der beiden Spiegelebenen berühren.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung und die Fotozelle gemeinsam auf einem Flansch befestigt sind, der koaxial mit der Zeigerachse drehbar gelagert und, beispielsweise über ein Schneckengetriebe, durch einen Steuermotor entsprechend den Zeigerbewegungen in Abhängigkeit von den auf die Fotozelle gelangenden Steuerimpulsen verstellbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prisma gemeinsam mit der zugehörigen Linse durch einen Bügel gefaßt und durch eine Rändelschraube derart verdrehbar ist, daß die Bilder der Glühdrahtspirale sich in der Schnittgeraden der beiden Spiegelflächen berühren.
6. 6. Registriergerät zur rückwirkungsfreien Aufzeichnung von Meßwerten unter Verwendung einer lichtelektrischen Nachsteuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Geberzeiger der Zeiger des laufend zu beobachtenden Meß-,verks mit aufgesetztem Winkelspiegel dient und daß die Welle des lichtelektrisch dem Meßgerätezeiger nachgeführten Verstellantriebs, z. B. mittels Spindelantriebs, den Schreibstift einer Registriervorrichtung in der Richtung senkrecht zur Bewegung des Registrierstreifens od. dgl. hin und her bewegt. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 362 o16; britische Patentschrift Nr. 272 q.2q..