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Zeitordinatensehreiber.
Es ist bekannt, auf Oszillogramme Zeitangaben dadurch zu schreiben, dass man z. B. mit Hilfe einer schwingenden Zunge einen Lichtstrahl periodisch ablenkt, so dass eine Kurve geschrieben wird, deren Periodenlänge einer bestimmten Zeiteinheit entspricht. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass man die Ordinaten nachträglich konstruieren muss, was aus mancherlei Gründen mit der erforderlichen Genauigkeit unmöglich ist.
Gemäss der Erfindung werden zur Behebung dieses Nachteiles Mittel benutzt, mit deren Hilfe die Zeitordinaten in ihrer ganzen Länge gleichzeitig, also theoretisch genau unmittelbar erzeugt werden können. Eine besonders zweckmässige Ausbildungsform solcher Mittel besteht in der Verwendung eines beweglich angeordneten Spiegels. Von diesen werden in einer bestimmten Stellung die Strahlen einer Lichtquelle auf den lichtempfindlichen Streifen geworfen. Zwischen Spiegel und Streifen ist dabei zweckmässig eine Optik, z. B. eine Zylinderlinse, angeordnet, von welcher ein unter Umständen verzerrtes Bild des zweckmässig schmalen, aber längeren Spiegels auf dem Streifen erzeugt wird.
Durch geeignetewahl von Spiegeldimensionen und Optik kann man die erforderliche, die ganze Streifenbreite überdeckende Strichlänge und eine zur genauen Ablesung hinreichende geringe Strichstärke erzielen. Wesentlich dafür
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wegungsgeschwindigkeit des Streifens. Mit zunehmender Streifengeschwindigkeit muss auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Spiegels wachsen, damit innerhalb der Zeitspanne, während welcher die Ordinate erzeugt wird, der Streifen keine wesentlichen Wege zurücklegen kann. Diese Bedingung ist verhältnismässig leicht zu erfüllen, so dass die Erfindung es ermöglicht, mathematisch genaue Zeitordinaten zu erzielen, was insbesondere dann von Wert ist, wenn z. B. die Phase zweier Wechselstromgrössen verglichen werden soll.
Man wird dabei unabhängig von den geringen Schrägstellungen, die unter Umständen der Streifen während des Durchlaufens einnehmen kann, und von Fehlern, die durch die nachträgliche feuchte Behandlung des lichtempfindlichen Streifens entstehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den Fig. 1 und 2 in zwei Ansichten dargestellt. Einmal in Blickrichtung senkrecht zur Achse der Registriertrommel, einmal mit Blickrichtung parallel zu dieser Achse. Bei 1 ist eine Lichtquelle angeordnet, die vorzugsweise fadenförmig in geeigneter Richtung sich erstreckt. Von dieser wird durch die Linse 2 ein Bild in der Ebene oder nahe der Ebene eines rotierenden Spiegels 3 entworfen. Die von dem Spiegel reflektierten Strahlen fallen in bekannter Weise durch eine Zylinderlinse 4 auf die Trommel 5. Der Spiegel 3 wird von einem Motor 6, höherer Tourenzahl, z. B. 6000 Umdrehungen pro Minute, angetrieben.
Das Lichtbündel, das auf ihn durch eine Blende 7 vor der Linse 2 fällt, hat einen rechteckigen Querschnitt und ist in seinen beiden Haupterstrekkungen in Fig. 1 und 2 dargestellt. Der Spiegel 3 erzeugt durch das zurückgeworfene Lichtstrahlenbündel durch die Vermittlung der Zylinderlinse 4 auf der Trommel 5 einen Strich. Die Länge des Striches 9, 10 ist, wie man leicht erkennt, bestimmt durch die Grösse des Winkels ot, d. h. durch die Länge 12 der
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befindliche Bild der Lichtquelle den Spiegel vollständig überdeckt, so kann man den Spiegel selbst als Lichtquelle für die Zylinderlinse ansehen. Es ergibt sich dann ohne weiteres, dass die Dicke des auf der Trommel erzeugten Striches ein Abbild der Breite des Spiegels ist.
Die Breite des Striches 9, 10 ist ausserdem abhängig von der Breite 13 der Blende 7 in Verbindung mit der Papiergeschwindigkeit, wie aus Fig. 2 ersichtlich. In Richtung der Drehachse 11 gesehen, erscheint ein Lichtbündel von dem Öffnungwinkel ss. Dieses Strahlenbündel wird von dem Spiegel 3 in einer beliebigen Stellung in den Raum zwischen den punktiert gezeichneten Linien 14 zurückgeworfen. Man erkennt, dass, wenn das Lichtbündel sieh im Sinne des Pfeiles z. B. bewegt, die Zeit, während deren auf der Trommel ein achsenparalleler Strich geschrieben wird, bestimmt ist durch die beiden Zeitpunkte, in denen der erste Strahl 14 in das von der Zylinderlinse 4 als Basis und dem Spiegel 3 als Spitze gebildete Dreieck eintritt und der zweite Strahl 14 aus diesem Dreieck austritt.
Je grösser der Winkel y zwischen den Strahlen 14 ist, um so längere Zeit wird die Trommel belichtet werden, d. h. um so dicker wird bei bewegtem Papier der bei 15 erzeugte Strich werden. Die Einflüsse, die die Strichdicke bestimmen, lassen sich praktisch so weit variieren, dass bald der eine, bald der andere überwiegt.
Die Erzeugung feiner und stärkerer Striche ist wesentlich, um die Übersicht über die Ordinaten zu erleichtern. In gewohnter Weise wird man jeden fünften oder zehnten Strich stärker als die übrigen zeichnen. Um zwei verschiedene Strichstärken zu zeichnen, kann man verschiedene Mittel anwenden.
Am besten und einfachsten ist, statt nur eines Spiegels 3 fünf Spiegel um ein Fünftel des Umfanges versetzt auf der Achse anzuordnen. Einer der Spiegel ist jedoch breiter bemessen. Um die Ordinaten im selben Abstand zu schreiben, muss dabei die Achse fünfmal langsamer laufen, als wenn eine volle Umdrehung des Spiegels 3 den Abstand zweier benachbarter Ordinaten bestimmt. Für andere Ausführungen könnten beispielsweise auf der Achse 11 an Stelle des einen Spiegels 3 vier Spiegel, um je ein Fünftel des Umfanges versetzt, angeordnet werden, an anderer Stelle der Achse ein fünfter Spiegel 3', der in seiner Winkelstellung in die Lücke zwischen den vier Spiegeln 3 passt. Die Spiegel 3 können von einer Blende kleinerer Öffnung ss aus beleuchtet werden und der Spiegel 3'aus einer Blende grösserer Öffnung.
Die Achse muss auch bei dieser Anordnung fünfmal langsamer laufen. Eine andere Anordnung, um jeden fünften Strich stärker zu zeichnen, ist die nur in der Fig. 2, nicht in Fig. 1 dargestellte, die eine Blende 15 benutzt mit zur Spiegelachse 11 paralleler Achse 27. Die Blende befindet sich an einem möglichst schmalen Teil des Lichtbündels, damit sie von kleinen Dimensionen sein kann. Sie rotiert auch mit einem Fünftel der Geschwindigkeit des Spiegels 3 und ist so geformt, dass sie das ganze Lichtbündel nur während der Zeit freigibt, während der die dicken Striche geschrieben werden, den grösseren Teil der Zeit aber einen beträchtlichen Teil des Lichtbündels abblendet, so dass der Winkel (verkleinert wird, und die Striche dünner ausfallen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, lassen sich ebenso, wie durch Änderung des Winkels ss dicke und dünne Striche erzeugt werden, durehÄnderung des Winkels or. auch kürzere und längere Striche erzeugen.
Die beschriebenen Anordnungen eignen sich besonders für sehr grosse Papiergeschwindigkeiten.
Sie schreiben unabhängig von der Bewegung des Papiers theoretisch genaue Ordinaten, die der ganzen Länge nach gleichzeitig erzeugt werden. Der Motor 6 z. B. kann als Elektromotor in kleinster Ausführung leicht mit einer Umdrehungszahl, z. B. von 6000 pro Minute, gebaut werden, so dass der Zeitabstand von einer Ordinaten zur anderen vs Sekunde beträgt. Ausserdem ist dieser Zeitabstand durch Regel des Motors in bequemster Weise in weitem Bereich regelbar.
Die oben beschriebene Anordnung mit rotierenden Spiegeln kann insbesondere für den Bau kleiner tragbarer Apparate noch dadurch vereinfacht werden, dass an Stelle eines Motors, der die Spiegelachse antreibt, eine Feder tritt, durch die der Spiegel in schwingende Bewegung versetzt wird. Ein einmaliger Anstoss einer solchen Feder genügt, um eine Schwingung für eine in den meisten Fällen genügende Zeitdauer zu erzeugen.
Die Fig. 3 zeigt die Anordnung in schematischer Darstellung. Von der Lichtquelle 1 geht ein Strahlenbündel durch die Kondensorlinse 2 zum Spiegel 3, der gemäss der Erfindung am Ende einer eingespannten Blattfeder 18 befestigt ist. Bei den Schwingungen der Feder durchläuft das reflektierte Strahlenbündel in gleicher Weise wie bei rotierenden Spiegeln einen Augenblick die in bekannter Weise vor der Trommel 6 angeordnete Zylinderlinse 4 und entwirft dabei parallel zur Trommelachse einen Strich.
Bei den oben beschriebenen Anordnungen hängt die Länge der Ordinaten, genügende Länge der vor der Trommel in bekannter Weise angeordneten Zylinderlinse vorausgesetzt, ab von dem Öffnungwinkel des Strahlenbündels in der Ebene der Trommelachse, das die genannte Zylinderlinse trifft. Diese Öffnung aber wieder ist abhängig von der Entfernung zwischen dem Spalt vor der Lichtquelle und dem Spiegel. Ergibt diese einen zu kleinen Öffnungswinkel, so dass die Zeitordinaten zu kurz werden, so kann man den Öffnungswinkel gemäss der Erfindung dadurch vergrössern, dass man zwischen Spalt und Spiegel eine weitere Konvexlinse anordnet. Da diese den Öffnungswinkel des Strahlenbündels nur in einer Ebene vergrössern soll, nämlich in der Ebene der Trommelachse, so wird diese Linse zweckmässig als Zylinderlinse ausgeführt.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung gemäss der Erfindung. Von der
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dieses Strahlenbündels zu vergrössern, ist die Linse 21 in den Strahlengang eingeschaltet, so dass der Öffnungswinkel, mit dem das Strahlenbündel den Spiegel 5 trifft, ein Winkel a : grosser als cp ist. Die Grösse dieses Winkels hat dann auch der Winkel des reflektierten Strahlenbündels.
Dieselbe Wirkung, wie durch eine konvexe Zylinderlinse in dem auf den Spiegel auftreffenden Strahlenbündel, würde man auch erzeugen können dureh eine konkave Zylinderlinse in dem vom Spiegel zurückgeworfenen Strahlenbündel.
Ein anderes in vielen Fällen ebenfalls brauchbares Mittel, um theoretisch richtige Zeitordinaten zu schreiben, besteht in der Verwendung einer zylinderförmigen Blende, die einen parallel zu ihrer Achse verlaufenden Schlitz trägt. Im Inneren dieser Blende ist z. B. eine fadenförmige Lichtquelle ebenfalls parallel zur Blendenachse angeordnet. Die Blendenachse ist parallel zur Schreibebene, aber senkrecht zur Bewegungsrichtung des Streifens gelagert, so dass bei der Rotation der Blende ein flaches Licht- büschel von Streifenbreite rotiert. Dieses Lichtbüschel wird durch eine feste Blende von dem Schreibstreifen ferngehalten und kann lediglich durch einen Ausschnitt in dieser festen Blende, in dem zweckmässig eine Zylinderlinse angeordnet ist, auf eine bestimmte Stelle des Schreibstreifens vorübergehend auftreffen.
Man braucht die Lichtquelle nicht innerhalb der zylinderförmigen Blende unterzubringen, man kann ebensogut einen ruhenden Spiegel geeigneter Form an ihre Stelle setzen, der von einer der Stirnseiten der Blende her von der Lichtquelle beleuchtet wird.
Bei einer Anordnung gemäss der Erfindung, bei welcher der Spiegel von einem Schwingungsgebilde, z. B. einer federnden Zange getragen wird, lässt sich in vielen Fällen noch eine weitere Vereinfachung in folgender Weise erzielen. Meistens sind die Schreibzeiten des Oszillographen so kurz, dass ein einmaliges Anstossen genügt, um das Schwingungsgebilde für eine ausreichende Zeitspanne in langsam abklingende Schwingungen zu versetzen. In solchen Fällen wird gemäss der Erfindung eine Anstossvorrichtung für das Schwingungsgebilde vorgesehen, die derart mit dem Schalter für den Antrieb des Laufwerkes des Registriergerätes gekuppelt ist, dass mit dem Einschalten des Laufwerkes selbsttätig auch der Zeitordinatenschreiber angestossen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 5 unter Weglassung der für die Erfindung unwesentlichen Teile veranschaulicht.
31 ist ein Federmotor, der zum Antrieb des Laufwerkes des Registriergerätes dient. 32 ist eine auf der Achse des Motors 31 befestigte Bremsseheibe, gegen die in der Ruhestellung der Einrichtung ein Bremshebel 33 anliegt. Auf der Achse des Bremshebels 33 ist, zweckmässig aussen am Gehäuse, ein Schalthebel 34 angebracht, von dem in der Zeichnung nur der obere Teil dargestellt ist. Weiterhin ist auf der Achse des Bremshebels 33 und Schalthebels 34 noch der Anstosshebel 35 angeordnet, in dessen Bahn der Druckknopf 36 eines Bowdenzuges 37 hineinragt. Die biegsame Welle des Bowdenzuges 37 endet in einem Abstand vor der federnden Zunge des Zeitordinatenschreibers 38, dessen Spiegel mit 38a bezeichnet ist.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende :
Soll das Registriergerät in Betrieb gesetzt werden, so wird der Schalthebel 34 aus der Stellung A in die Stellung E umgelegt. Das hat zur Folge, dass der Bremshebel 33 von der Bremsseheibe 32 abgehoben wird und der Motor 31 anläuft. Bei der Bewegung des Schalthebels 34 wird gleichzeitig auch der Anstosshebel 35 gegen den Druckknopf 36 des Bowdenzuges geschwenkt, wodurch die biegsame Welle gegen die Feder 38 gedrückt und diese angeschwenkt wird. Der Anstosshebel 35 ist in seiner Länge so bemessen, dass er, kurz bevor der Schalthebel in die Stellung E gelangt, über den Druckknopf 36 weggleitet, worauf die biegsame Welle des Bowdenzuges in die dargestellte Anfangsstellung zurückkehrt. Der Zeitordinatenschreiber kann nunmehr frei schwingen.
Damit bei der Rückkehrbewegung des Schalthebels 34 in die Stellung A der Anstosshebel 35 über den Druckknopf 36 hinweg zurückgleiten kann, ist der Anstosshebel mit einem Kniegelenk versehen. Eine an den beiden Teilen des Anstosshebels 35 angreifende Zugfeder 35a führt nach der Rückführung des Hebels die beiden Teile in die gestreckte Lage zurück. Die Feder 35 a kann fortfallen, sofern der Anstosshebel so angebracht ist, dass in der Ruhelage seine Längsachse in der Lotrechten liegt. In diesem Falle kehrt der untere Teil des Hebels unter der Wirkung seines Eigengewichtes in die gestreckte Lage bezüglich des oberen Teiles zurück.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient zum Antrieb des Laufwerkes ein Federmotor.
Die Erfindung kann selbstverständlich auch Verwendung finden, wenn ein Elektromotor als Antrieb gewählt ist. In diesem Fall kann die Anstossvorrichtung in gleicher Weise, wie dargestellt, dem Schalter des Elektromotors zugeordnet werden.
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