DE1172053B - Vorrichtung zum Aufzeichnen von Impuls-markierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: G Ol d

Deutsche KL: 42 d-3/05

Nummer: 1 172 053

Aktenzeichen: K 38215 IX b/42d

Anmeldetag: 16. Juli 1959

Auslegetag: 11. Juni 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Impulsmarkierungen mittels eines elektromagnetisch aus einer Nullstellung in Richtung der Zeitachse über den Registrierstreifen ablenkbaren Schreiborgans, welchem nach einem zu registrierenden Zeitabstand ein auf dem Streifen kenntlich gemachter Markierimpuls mitgeteilt wird.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art führt der Schreibstift ausgehend von seiner Nullstellung periodische Hin- und Herbewegungen über den Registrierstreifen aus. Jedesmal, wenn der Schreibstift seine Nullstellung verläßt, wird eine elektrische Steuereinrichtung in Gang gesetzt, die in Abhängigkeit von der zu registrierenden Größe nach einer entsprechenden Zeit an den Schreibstift den Markierimpuls liefert. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung zunächst, daß sich der Schreibstift nur langsam in Richtung der Zeitachse über den Registrierstreifen bewegt, so daß kurze Zeitabstände kaum mehr erfaßt werden können. Außerdem ist es für manche Zwecke erforderlieh, daß die Bewegung des Schreibstiftes durch einen elektrischen Impuls ausgelöst werden kann. Dieser Forderung wird die bekannte Vorrichtung nicht gerecht, da hier die Bewegung des Schreibstiftes in Richtung der Zeitachse unabhängig von den zu registrierenden Größen vor sich geht.

Die Erfindung stellt sich insbesondere die Aufgabe, ein Registriergerät für eine Vorrichtung zum Feststellen von Fischschwärmen zu schaffen, bei dem Ultraschallimpulse ausgesendet werden und bei dem aus einer Kathodenstrahlröhre die Echosignale aus einem Gebiet von 10 Metern über dem Meeresboden angezeigt werden. Die Echosignale werden zunächst auf einer rotierenden Trommel magnetisch aufgezeichnet und später angezeigt, wenn ein von einem Meeresbodenecho abgeleitetes Startsignal die Zeitbasisablenkung der Kathodenstrahlröhre auslöst. Die Dauer der aufgezeichneten Echosignale beträgt etwa 12 Millisekunden, entsprechend der Laufzeit der Ultraschallwellen durch 20 m Wasser, welche gleich dem Wegunterschied zwischen den Echos von den Enden des 10-Meter-Gebietes sind. Der Zeitpunkt des Eintreffens des das Startsignal bildenden Bodenechos ist unsicher, da er durch die Wassertiefe unter dem Schiff bestimmt wird, die beispielsweise 600 m betragen kann und sich mit der Vertikalbewegung des Schiffes und der Ungleichförmigkeit des Meeresgrundes ändert.

Die Kathodenstrahlröhre ist besonders gut für die Anzeige solcher Echosignale geeignet, da sie sofort auf das Startsignal anspricht und eine volle Auslenkung über die Zeitbasisachse leicht in 12 MiIIi-Vorrichtung zum Auszeichnen von Impulsmarkierungen

Anmelder:

Kelvin & Hughes Limited, Hillington, Glasgow

(Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg,
Von-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:

William Halliday,

Roy William George Haslett,

John Ernest Leon Sothcott, Barkingside, Essex

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 16. Juli 1958 (22 891)

Sekunden vollendet werden kann, so daß die Echos aus dem 10-Meter-Gebiet so gedehnt werden, daß sie den ganzen Schirm ausfüllen. Jedoch ist die Anzeige notgedrungen eine zeitlich vorübergehende, da sie in regelmäßigen Abständen immer einer neuen Anzeige Platz machen muß. Bei dem Versuch, eine bleibende Aufzeichnung der Echosignale zu ermöglichen, ergeben sich mit den bekannten Ausführungsformen von Registriergeräten Schwierigkeiten. Um eine zufriedenstellende Aufzeichnung solcher Echosignale auf einem Registriergerät der in Betracht stehenden Art zu erreichen, müssen bestimmte wichtige Bedingungen erfüllt werden:

Der Schreibstift muß eine beträchtliche Strecke auf dem Aufzeichnungsmaterial in einer Zeit in der Größenordnung von Millisekunden zurücklegen, um alle Einzelheiten des zugeführten Echosignals aufzuzeichnen. Er muß von einer genau definierten Nullstellung mit kleinstmöglicher und konstant bleibender Zeitverzögerung starten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Schreiborgan in an sich bekannter Weise an einem Arm eines elektromagnetisch angetriebenen Rotors angeordnet, und der Rotor wird durch ein Magnetsystem in seiner Nullage gehalten, und ferner werden durch

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einen elektrischen Steuerkreis außer dem Markier- In F i g. 2 schließt ein Hauptgehäuse 21 den Drehimpuls an das Schreiborgan Auslöseimpulse für den eisenmotor 14 nach seiner Achse 22 ab, mit der Rotor derart geliefert, daß dieser das Schreiborgan eine weitere Achse 23 verbunden ist, die den Schreibunter Überwinden der Haltekraft des Magnetsystems arm 17 und sein zugehöriges Schreiborgan (nicht daraus der Nulleinstellung in Richtung der Zeitachse 5 gestellt) trägt. Der Motor 14 hat einen lamellierten über den Registrierstreifen bewegt. Ein derartig auf- Dreheisenanker 24, der mittels zweier Kugellager 25, gebautes Registrierschreibgerät ist für das erwähnte 26 zwischen den Polen eines mit einer Wicklung 27 Ultraschallgerät zusätzlich zu dem Oszillographen versehenen Stators gelagert ist. Dies ist die Wicklung, bzw. an Stelle desselben in vorteilhafter Weise zu be- über die der Kondensator 13 in Fig. 1 entladen nutzen. Soweit man bisher bereits den Schreibstift an io wird. Die Achse 23 trägt außer dem Schreibarm 17 einem Arm eines elektromagnetisch angetriebenen eine Aluminiumrotorplatte 28, die sich in einen Rotors befestigt hat, handelt es sich um eine Bau- Spalt 29 zwischen den Polen eines Permanentmagneweise, bei der in regelmäßigen Abständen der Schreib- ten 30 hinein und herausbewegt, der im Gehäuse 21 stift in die Nullstellung zurückgebracht und darauf- radial zur Achse 23 verschiebbar gelagert ist und mit hin mit einem Meßwerk in mechanische Antriebs- 15 einer Schraube 31 eingestellt werden kann, verbindung gebracht wird, so daß schließlich der Fig. 3a und Fig. 3b stellen in Stirnansicht und Schreibstift eine Stellung einnimmt, die dem zu mes- Aufriß die Achse 23 mit dem daran angebrachten senden Wert entspricht. Eine solche Vorrichtung Schreibarm und der Rotorplatte im einzelnen dar. würde sich nicht für die Registrierung von in kur- Das linke Ende in Fig. 3b der Achse 23 trägt den zen Zeitabständen aufeinanderfolgenden Impulsen 20 Schreibarm 17, der auf einem Flansch 32 mit zwei eignen. Schrauben 33 und 34 (Fig. 3a) und einer Klemm-

Die Erfindung ist an Hand von Zeichnungen bei- platte 35 befestigt ist. Der Schreibarm ist hohl, und

spielsweise erläutert, und zwar stellt dar das festgeklemmte Ende hat ein Innengewinde für

F i g. 1 ein Prinzipbild eines Echolotgerätes mit zu- die Aufnahme einer Schraube 35, die eine Anzahl

gehörigem Registriergerät, 25 von Bleigegengewichten 37 an ihrem Platz hält. Das

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Teiles andere Ende des Schreibarmes 17 trägt einen Schreib-

der in F i g. 1 dargestellten Anordnung, organhalter 38. Das rechte Ende der Achse 23 in

F i g. 3 und 4 Einzelheiten der F i g. 2, F i g. 3 b hat einen weiteren Flansch 39, an dem die

Fig. 5a ein Prinzipschaltbild eines weiteren Aus- Rotorplatte 28 befestigt ist. Ein Gegengewicht 40 für

führungsbeispiels zur Verwendung mit einem Echo- 30 die Rotorplatte ist ebenfalls vorgesehen. In die

Iotgerät, Rotorplatte 28 ist ein kleiner keramischer Permanent-

Fig. 5b eine schematische, perspektivische An- magnet 41 an der aus Fig. 3a ersichtlichen Stelle

sieht eines zur Verwendung in der Schaltung nach eingebettet, der von dem Aluminium vollständig um-

Fig, 5a bestimmten Mechanismus. hüllt wird. Ein Paar elektrischer Kontaktorgane 42

In Fig. 1 hat das Echolotgerät 10 eine Ausgangs- 35 und 43, die von nachgiebigen Armen 44 und 45 ge-

klemme 11, die mit der Schaltelektrode einer gas- tragen werden, sind an dem Flansch 39 außerdem

gefüllten Schaltertriode 12 verbunden ist. Diese ist so vorgesehen,

geschaltet, daß sie die Entladung eines Kondensators Nach F i g. 2 liegen die Kontakte 42 und 43 der

13 über die Wicklung eines Dreheisenimpulsmotors Fig. 3, die hier der Übersichtlichkeit wegen nicht

14 steuert. Der Kondensator 13 wird normalerweise 40 dargestellt sind, an zwei Schleifringen 46 und 47 an, von einer nicht dargestellten elektrischen Strom- die in einen Isolierstoffring 48 eingebettet sind, der quelle aufgeladen, die an die zwei Anschlußklemmen von dem Gehäuse 21 getragen wird. Über diese

15 und 16 angeschlossen ist. Ein von dem Echolot- Schleifringe und Kontakte wird die elektrische Vergerät 10 der Auslöseröhre 12 zugeführter Auslöse- bindung von Echolotgerät 10 der F i g. 1 hergestellt, impuls zündet diese, und der Kondensator 13 entlädt 45 und zwar kommt die eine Verbindung von dem Ansich über den Motor 14. Schluß 19 in Fig. 1, und die andere, die in Fig. 1

Der Motor 14 schwenkt den Schreibstiftarm 17 mit nicht dargestellt ist, hat den Zweck, das Schreib-

dem Schreiborgan (nicht dargestellt) über einen Re- organ zu erden, wenn dieses sich innerhalb von + 4°

gistrierpapierstreifen 18, der mit langsamem Vor- von seiner normalen Nullstellung befindet. Die Er-

schub senkrecht nach unten hinter dem Schreiborgan 50 dung an dem Schreiborgan kann dazu verwendet

vorbeibewegt wird. Das Schreiborgan ist über den werden, um sicherzustellen, daß die Auslösung nur

Schreibarm 17 und einen Anschluß 19 mit dem Echo- erfolgt, wenn sich das Schreiborgan in oder in der

Iotgerät 10 verbunden, und die Schaltung ist so aus- Nähe seiner Nullstellung befindet, und zweitens um

geführt, daß die Echosignale, die registriert werden sicherzustellen, daß die aufzuzeichnenden Signale

sollen, an dem Anschluß 19 auftreten und durch den 55 nur durchgelassen werden, wenn sich der Stift über

Stift auf das Papier 18 aufgezeichnet werden, wäh- das Papier bewegt. Im Betriebszustand wird die NuIl-

rend das Schreiborgan über das Papier ausgelenkt oder Ruhelage des Schreibarmes durch den Magnet

wird. Der Schreibarm befindet sich normalerweise in 41 in Fig. 3a bestimmt, der im Spalt29 (Fig. 2)

einer Ruhelage, wie in F i g. 1 dargestellt, und liegt zwischen den Polen des Permanentmagnets 30 gehal-

in dieser Stellung auf der Oberfläche eines chrom- 60 ten wird. Diese Pole sind so geformt, daß sie den

plattierten rostfreien Stahlstreifens 20 auf, der das Magnet 41 und damit den Arm 17 genau an der fest-

Papier 18 schützt. Die Abstimmung der der Aus- gelegten Stelle festhalten.

löseröhre 12 zugeführten Auslöseimpulse wird durch Bei der Entladung des Kondensators 13 (Fig. 1)

den Tiefenbereich bestimmt, von dem die Echo- über die Statorwicklung 27 erzeugt der Motor 14 ein

signale aufgezeichnet werden sollen. 65 genügend großes Drehmoment um die magnetische

Der Motor 14, der Stiftarm 17 und der zugehörige Anziehung zwischen den Magneten 30 und 41 zu

Mechanismus sind an Hand von F i g. 2, 3 und 4 im überwinden und die Achse 23 in Drehbewegung zu

einzelnen erläutert. setzen und damit den Schreibarm 17 auszulenken.

Die Dauer des Stromimpulses über die Statorwicklung 27 wird kürzer bemessen als die Zeit, die das Schreiborgan benötigt, um über das Papier zu schwenken, so daß am Ende des Impulses sich die Drehung auf Grund des während der Wirkung des Impulses gewonnenen Momentes fortsetzt. Die Nullstellung der Rotorplatte wird durch den Magnet 41 bestimmt, der sich im nachlaufenden Ende der Platte befindet. Somit dreht sich im Arbeitszustand die ganze Rotorplatte aus dem Spalt 29 heraus. Sobald die Vorderkante der Platte sich bei Drehung durch einen Impuls dem Spalt 29 nähert und eintritt, erzeugen die in der Platte induzierten Wirbelströme eine Bremswirkung und vermindern plötzlich die Drehgeschwindigkeit, bis schließlich am Ende die Magnetfelder der beiden Magnete aufeinander einwirken und die Platte und damit das Schreiborgan in die Nullstellung zurückstellen. Uberschwingen über die Nullstellung ist weitgehend durch die Wirbelströme verhindert, die in dem den Magnet 41 umgebenden Aluminium induziert werden. Die Stärke der durch die Rotorplatte hervorgerufenen Bremsung kann mit der Einstellschraube 31 eingeregelt werden. Die Magnete sind so bemessen, daß der Stift immer in seine Nullstellung zurückgeführt wird, wenn der Stiftarm in einen Bereich von ± 20° zur Nullstellung kommt.

Es soll nun der Mechanismus beschrieben werden, durch den der Schreibarm von Hand in dem seltenen Falle in seine Ruhelage zurückgestellt werden kann, wenn er in einer Winkellage außerhalb der +20°- Grenze zur Ruhe kommt. Dies kann beispielsweise während des Transportes eintreten. Dieser Mechanismus befindet sich vor dem Stiftarm und besteht aus einem hohlen Knopf 48, an dem innen ein koaxialer Zapfen 49 befestigt ist. Der Knopf wird durch eine Schraubenfeder 50 nach auswärts gedrückt und nimmt den Zapfen 49 mit. Das freie Ende des Zapfens 49 ist wie dargestellt zweimal umgebogen, so daß sein Ende 51 bis in die Nähe des Schreibarmes reicht. Der Federdruck hält normalerweise das Ende 51 des Zapfens 49 vom Stiftarm entfernt und in dieser Stellung geht der Zapfen durch einen Schlitz 52 in einem Ring 53. Eine Drehung des Knopfes im Uhrzeigersinn wird durch eine Freilauffederkupplung 54 verhindert. Zum Rückstellen des Schreibarmes in seine Nullstellung wird der Knopf eingedrückt bis der Zapfen 49 aus dem Schlitz 52 freikommt und über die Oberkante des Ringes 53 gleiten kann. Der Knopf wird dann entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht bis das Ende 51 den Schreibarm berührt und diesen entsprechend mitdreht. Der Schlitz 52 befindet sich in entsprechender Lage wie die Nullstellung des Schreibarmes, und wenn der Zapfen diesen Schlitz wieder erreicht, so drückt ihn die Feder 50 in den Schlitz zurück, so daß der Stift in seiner Ruhelage fertig zur Benutzung freigegeben wird. Wenn der Zapfen sich im Schlitz 52 befindet, so betätigt er einen Schalter 55 in Reihe mit der Verbindung zum Schreiborgan, so daß die Signale aufgezeichnet werden können. Bei Bewegung des Zapfens aus dem Schlitz 52 heraus wird der Schalter geöffnet und damit die Aufzeichnung während der Rückstellung verhindert. Em schalenförmiges Schild 56 schützt das Registrierpapier, das sich hinter dem Schreiborgan senkrecht nach unten bewegt.

Eine perspektivische Darstellung des Zapfens 49 im Schlitz 52 im Ring 53 zeigt Fig. 4, gesehen aus der Richtung des Motors 14. Bei Eindrücken des Knopfes geht der Zapfen aus dem Schlitz 52 und er kann sich auf der Oberkante des Ringes 53 in Pfeilrichtung bewegen.

In F i g. 5 a ist das Echolotgerät 10 mit Ausgangsklemmen 11 und 19 wie in F i g. 1 versehen. An der Klemme 11 entstehen die Impulse, die die Bewegung des Schreibarmes 17 (Fig. 5b) steuern, und die aufzuzeichnenden Signale werden von der Klemme 19

ίο abgenommen. Die an der Klemme 11 entstehenden Impulse werden einem Impulsgenerator 57 zugeführt, der einen verstärkten Impuls erzeugt, und außerdem über eine Verzögerungseinrichtung 58 auf einen weiteren Impulsgenerator 59 gegeben, der ebenfalls einen verstärkten Impuls erzeugt. Der Motor 14 hat zwei Ankerwicklungen 60 und 61, denen die Impulse von den Generatoren 57 und 59 zugeführt werden. Die Wicklung 61 ist gegenüber der Wicklung 60 umgekehrt und durch Anlegen von Impulsen mit gleicher Polarität wird durch die zwei Impulse zunächst ein Drehmoment in der einen und dann in der entgegengesetzten Richtung bewirkt.

In Fig. 5b hat der Motor 14 zwei Permanentmagnete 62, 63, die mit Abstand voneinander angeordnet sind und in dem Spalt einen Anker 64 aufnehmen. Der Anker 64 trägt die beiden Wicklungen 60 und 61, die in Fig. 5b nicht sichtbar sind. Der Schreibarm 17 ist an dem Anker 64 befestigt, so daß dieser von ihm ausgelenkt wird, und wird normalerweise mittels eines Magnets 65 in seiner Nullstellung gehalten. Der Arm ist hohl und enthält einen ferromagnetischen Draht (nicht dargestellt).

Ein Impuls von kürzerer Dauer als die Zeitbasis wird an die Wicklung 60 gelegt und stößt den Schreibarm vom Magnet 65 weg. Das dem Schreibarm dabei mitgeteilte Moment bewegt diesen über das Registrierpapier 18, das von einer Vorratsrolle 66 über eine Führungsrolle 67 und eine Platte 68 abgerollt wird, wobei der Zug durch eine Antriebsrolle 69 erzeugt wird. Der Zeitpunkt des darauffolgenden Impulses vom Generator 59 ist so gewählt, daß der mit dem Ende der Auslenkung des Schreibarmes zusammenfällt und den Arm in seine Nullstellung zurückwirft, in der er durch den Magnet 65 festgehalten wird. Geeignete Einregelung der Impulsamplituden gewährleisten eine zufriedenstellende Wirkungsweise.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Aufzeichnen von Impulsmarkierungen mittels eines elektromagnetisch aus einer Nulleinstellung in Richtung der Zeitachse über einen Registrierstreifen auslenkbaren Schreiborgans, dadurch gekennzeichnet, daß das Schreiborgan in an sich bekannter Weise an einem Arm (17) eines elektromagnetisch angetriebenen Rotors (24) angeordnet ist und daß der Rotor durch ein Magnetsystem (30, 41) in seiner Nullage gehalten wird und daß ferner durch einen elektrischen Steuerkreis (10 bis 13, 15,16) außer dem Markierimpuls an das Schreiborgan Auslöseimpulse für den Rotor (24) derart geliefert werden, daß dieser das Schreiborgan unter Überwinden der Haltekraft des Magnetsystems (30, 41) aus der Nulleinstellung in Richtung der Zeitachse über den Registrierstreifen (18) bewegt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des elektrischen

   Steuerkreises (10 bis 13, 15, 16), daß die Auslöseimpulse nur auf die Dauer eines Bruchteils der Zeit bemessen sind, die das Schreiborgan jeweils für den Weg über den Registrierstreifen (18) benötigt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Nulleinstellung des Registrierorgans bestimmende Magnetsystem einen ortsfest angeordneten Magneten (30) enthält, zwischen dessen Polen sich eine an dem Rotor (24) angeordnete Wirbelstrom-Bremsscheibe (28) bewegt, welche die Rotordrehbewegungen in der Nähe der Nullstellung abbremst, bis der Rotor nach seinem Umlauf wieder in die Nulleinstellung gelangt ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Nulleinstellung bestimmende Magnetsystem einen an der Bremsscheibe (28) angeordneten Permanentmagnet enthält.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis Mittel (57 bis

   59) enthält, durch welche dem Rotor (24) in einem zeitlichen Abstand nach dem Auslöseimpuls ein weiterer Impuls geliefert wird, der ein umgekehrtes Drehmoment im Sinne einer Bremsung der in Richtung der Zeitachse bewirkten Bewegung des Schreiborgans erzeugt, und daß durch eine Rückholfeder das Schreiborgan in die Nullage zurückgeführt wird.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Nulleinstellung bestimmende Magnetsystem einen mit dem Schreiborgan oder dessen Tragarm zusammenwirkenden ortsfesten Magnet (65) enthält.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Antriebssystem für das Schreiborgan aus einem Dreheisenmotor besteht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizer Patentschrift Nr. 97 672;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 743 985.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   409 599/159 6. 64 Q Bundesdruckerei Berlin