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Echoloteinrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen Es sind Echoloteinrichtungen
zur Vermessung von Wasserstraßen bekannt, die mit Hilfe einer Vielzahl von Sender-Empfängern,
die unterhalb des Meßschiffes und an Auslegern verteilt angeordnet sind, gleichzeitig
eine Vielzahl von Profilkurven aufzeichnen. Dabei ist jeder Meßstelle ein eigenes
Registriergerät zugeordnet, das mit einem eigenen Papierstreifen und einem eigenen
umlaufenden Band als Träger des Registrierorgans ausgerüstet ist. Die Sender werden
gemeinsam ausgelöst, und die Bänder müssen synchron angetrieben werden und sind
zu diesem Zweck als Zahnräder ausgebildet. Diese Riemen sind erheblich kürzer als
der für alle Registrierorgane gemeinsame Riemen eines anderen bekannten Flächenechographen,
bei dem alle Tiefenkurven auf einem gemeinsamen Registrierpapier untereinander aufgezeichnet
werden. Infolge dieses kürzeren Riemens kann die Lotfolge gegenüber der Lotfolge
bei diesem anderen Flächenechographen wesentlich erhöht werden. Auch erübrigt es
sich, bei dem Gerät mit getrenntem Papierstreifen die Mehrfachechos in den Verstärkern
zu unterdrücken, was bei dem Flächenechographen mit gemeinsamem Papier notwendig
ist, um den Platz unterhalb einer Tiefenkurve für die nächste Kurve frei zu halten.
Dieser Erfolg wurde allerdings mit einem erhöhten Aufwand erzielt und einem Verzicht
auf eine größere Übersicht über sämtliche Längsprofilkurven gleichzeitig. Dagegen
erlaubt eine solche Einrichtung die Sichtbarmachung der Querprofilkurve, wenn man
die einzelnen Registriereinheiten als schmale Kassetten ausbildet und diese in der
Reihenfolge der Sender-Empfänger nebeneinander anordnet, so daß schmale Ausschnitte
aus den Längsprofilkurven sichtbar werden, die zusammen eine Querprofilk:ulve bilden.
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Eine weitere Schwierigkeit konnten jedoch auch diese Geräte nicht
beseitigen. Diese besteht darin, daß bei einer Fahrt gleichzeitig sehr unterschiedliche
Tiefen aufgezeichnet werden müssen, z. B. wenn ein Kanal vermessen wird, an dessen
Böschung eine Tiefe von 2 m und an dessen Sohle eine Tiefe von 11 m besteht. Da
beide Meßwerte gleichzeitig erfaßt werden müssen und auf demselben Papierstreifen
Platz finden müssen, muß ein Meßbereich von 0 bis 15 m eingestellt werden. Dies
bedeutet eine verhältnismäßig geringe Auflösung in der Tiefenrichtung, während andererseits
eine genaue Abbildung des Grundes und der daraufliegenden Gegenstände, wie Steine,
verlorene Anker u. dgI., einen möglichst großen Tiefenmaßstab verlangt. Diese letztgenannte
Forderung wird durch die Erfindung verwirklicht.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vermessung von Wasserstraßen
durch Aufnahme in Fahrtrichtung verlaufender Profillinien mit Hilfe einer Vielzahl
von quer zur Fahrtrichtung eines Meßschiffes verteilt angeordneten Sender-Empfängern,
bei der der Sendeimpuls für alle Sender gemeinsam von einem Sendeimpulsgeber ausgelöst
wird und jedem Empfänger eine eigene Registriereinrichtung mit nur einem umlaufenden
Schreiborgan zugeordnet ist, welches auf einem umlaufenden Träger befestigt ist,
der synchron mit den umlaufenden Trägern der anderen Registriereinrichtungen angetrieben
wird.
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Diese Einrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die
Phasenlage des Sendeimpulsgebers gegenüber allen Schreiborganen gleichzeitig und
die Phasenlage jedes der Träger der Registrierorgane jeweils für sich getrennt während
des Betriebes einstellbar sind.
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Auf diese Weise wird es möglich, die einzelnen Registrierkurven jeweils
etwa in der Mitte des Papierstreifens verlaufen zu lassen, indem man die Phaseneinstellvorrichtungen
entsprechend betätigt, und zwar werden durch Veränderung der Phasenlage des Impulsgebers
sämtliche Kurven in der einen oder anderen Richtung verschoben, während durch die
Veränderung der Phasenlage eines Trägers des Registrierorgans eine Kurve noch für
sich in beliebiger Richtung verschoben werden kann. Ein Auswandern der Kurven aus
dem Papierstreifen kann also durch die Betätigung der Phaseneinstelleinrichtungen
bei laufendem Gerät vermieden werden. Der gleiche Papierstreifen, der bei dem zuletzt
beschriebenen bekannten
Gerät Tiefenunterschiede von 15 m erkennen
lassen mußte, steht jetzt z. B. für Tiefenunterschiede von nur 5 m zur Verfügung,
so daß sich die Auflösung in der Tiefenrichtung um den Faktor 3 gebessert hat.
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Es ist zwar bei dem eingangs erwähnten Flächenechographen mit getrennten
Registriereinheiten für jede Meßstelle bereits vorgeschlagen worden, die gemeinsame
Impulsauslösung, die beispielsweise aus einem auf einem der zahlreichen synchron
umlaufenden Riemen angebrachten Nocken und einem ortsfesten Kontakt besteht,- in
der Weise in der Phase veränderbar zu machen, daß der ortsfeste Kontakt kontinuierlich
verschiebbar ist. Damit würde aber nur ein gemeinsames Herauf- oder Herunterwandern
sämtlicher Kurven in den Einzelgeräten bewirkt, während im Fall der Erfindung sowohl
jede einzelne Kurve für sich als auch sämtliche Kurven gemeinsam verschoben werden
können. Es ist ferner bei einer Mehrfachregistriereinrichtung zur Aufnahme von Längsprofilkurven
nach dem Echolotverfahren mit einem gemeinsamen Träger der Registrierorgane und
einer gemeinsamen Schreibfiäche bekannt, die relative Anordnung des den Sendeimpuls
auslösenden Nockens und der Schreiborgane so zu treffen, daß die Echoimpulse im
Durchschnitt in der Mitte der jedem Registrierorgan zugeordneten Zone der Schreibfläche
eintreffen, jedoch handelt es sich dabei um eine einmalige Justierung, die nach
erfolgter Einstellung und insbesondere während des Betriebes nicht veränderbar ist.
Außerdem ist diese bekannte Einrichtung in erster Linie zur Vermessung von Tunneln
bestimmt, in denen die Abstände der Sender-Empfänger von der Wand ohnehin nicht
sehr stark streuen. Ferner ist es bekannt, bei einem gewöhnlichen registrierenden
Echolotgerät mit einer einzigen Meßstelle die Lotperiode gegenüber der kürzeren
Registrierperiode in der Phase zu verändern. Wird ein solches registrierendes Gerät
mit einer Großbildanzeige kombiniert, d. h. einer Braunschen -Röhre, auf der ein
Ausschnitt aus der Lotperiode vergrößert sichtbar gemacht wird, so ist es auch bekannt,
die Auslösung der Ablenkung für diese Ausschnittsanzeige unabhängig von der er:
wähnten Verschiebung der Lotperiode gegenüber der Registrierperiode kontinuierlich
über die Lotperiode zu verschieben, und zwar während des Betriebes.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich dagegen um ein Problem,
das an die Existenz mehrerer Registriereinheiten gebunden ist und darin besteht,
eine möglichst große Auflösung in sämtlichen Registriergeräten, d. h. einen möglichst
großen Aufzeichnungsmaßstab trotz beschränkter Breite der einzelnen Registrierstreifen
zu erhalten.
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Zur Ermittlung der Tiefe ist außer der auf dem Papier aufgezeichneten
Strecke noch die jeweilige Stellung der Phaseneinstellknöpfe zu beachten.
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Zweckmäßiger ist es jedoch, einen Zeitmarkengeber zusätzlich auf die
Registrierorgane einwirken zu lassen. Ein solcher Zeitmarkengeber gibt, beginnend
mit dem Zeitpunkt der Auslösung des Senders, in regelmäßigen Zeitabständen während
der Lotperiode Impulse ab, die dem Registrierorgan zusätzlich zu den Echosignalen
zugeführt werden, so daß ein Netz von Tiefenlinien entsteht. Dabei kann z. B. jede
fünfte Linie - stärker gezeichnet werden als die übrigen, indem jeder fünfte Zeitmarkenimpuls
von einem Zählwerk ausgewählt wird- und so umgeformt
wird, daß er eine stärkere Linie
schreibt als die übrigen Impulse.
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Zur Erzielung der synchronen Antriebe einerseits des Impulsgebers
für die Senderauslösung und andererseits der Träger der Registrierorgane wird zweckmäßig
jede dieser Einrichtungen von einem eigenen Synchronmotor angetrieben, der von einem
gemeinsamen Wechselstromnetz konstanter Frequenz gespeist wird. Zur Veränderung
der Phasenlage ist der Stator verdrehbar ausgebildet.
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Es ist zweckmäßig, in den Einzelgeräten als Träger der Registrierorgane
eine an sich bekannte rotierende Scheibe oder einen rotierenden Arm zu verwenden.
Insbesondere eine rotierende Scheibe hat den Vorteil, daß sie auch bei hohen Drehzahlen
ruhig und pendelfrei läuft. Hohe Umlaufzahlen sind aber im Sinne der Erfindung erforderlich,
weil diese einen höheren Aufzeichnungsmaßstab zuläßt. Diese hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit
ist mit den Zahnriemen der zuletzt beschriebenen bekannten Einrichtung nicht erreichbar.
Eine höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeit bedeutet aber bei gleicher Bahnlänge des
Registrierorgans eine Erhöhung der Lotfolge, die ebenfalls angestrebt werden muß.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren weiter erläutert, und zwar
zeigt Fig. 1 ein Schema des Meßschiffes und die registrierten Kurven, F i g. 2 die
Ausführung einer einzelnen Registriereinheit und F i g. 3 eine Ansicht des Meßtisches
mit der Vielzahl von Registriereinheiten.
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Ein Meßschiff 1 (Fig. 1), das oben im Bild im Querschnitt und unten
im Grundriß dargestellt ist, kann mit Hilfe der Steuereinrichtungen 2 und 3 sowohl
in Längsrichtung 4 oder 5, als auch in Querrichtung 6 gefahren werden. Dies wird
beispielsweise dadurch erreicht, daß mittels der Steuerstände 2 und 3 um 3600 drehbare
Aktivruder betätigt werden.
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Als schmales langes Schiff ergeben sich dann die Fahrtrichtungen 4
und 5 und als breites Schiff für z. B. 40 m Meßbreite oder mehr die Fahrtrichtung
6 quer zur Längsachse der Wasserstraße. In der Mitte auf dem Meßschiff kann sich
beispielsweise im Meßhäuschen 7 die weiter unten beschriebene Apparatur beiden.
Unterhalb des Schiffes sind akustische Sender-Empfänger 8, 9, 10, 11 usw. angebracht,
z. B. in einem Abstand von 1 m voneinander quer zur Fahrtrichtung. Alle Sender der
Meßstellen werden gleichzeitig erregt, die Empfänger mehrerer benachbarter Meßstellen
sind zusammengefaßt, in diesem Beispiel sind es vier (es kann aber auch jede andere
Zahl sein), und einem gemeinsamen Echographen 13 zugeführt. Die Papiertransportrichtung
aller Einzelechographen ist durch den Pfeil 12 angegeben. So haben beispielsweise
die Empfänger 8, 9, 10, 11 den Einzelechographen 13, die benachbarten vier Empfänger
den Echographen 14, die nächsten den Echographen 15 und die letzten vier Empfänger
auf der Steuerbordseite den Echographen 16. Es sind also im dargestellten Beispiel
eines Flächenechographen für 40 m Meßbreite zehn Einzelechographen vorhanden, die
jeweils die Echos einer aus vier Einzelempfängern bestehenden Gruppe, quer zur Fahrtrichtung
des Schiffes angebracht, zusammenfassen. Der Papiertransport für alle Geräte erfolgt
zweckmäßig von einem gemeinsamen Antrieb und ist in seiner Geschwindigkeit einstellbar
ausgeführt.
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F i g. 2 zeigt den Aufbau eines einzelnen Schreibgerätes, der in
dieser Form auch bereits von älteren Echographen her bekannt ist. Ein Arm oder eine
Scheibe 20 rotiert in Pfeilrichtung 21 und läßt dabei ein auf dem Umfang angeordnetes
Registrierorgan 22 über das Registrierpapier 23 hinweggleiten, das in Pfeilrichtung
kontinuierlich fortbewegt wird. Der Antrieb der Scheibe besteht aus einem Synchronmotor.
Eine Sendeimpulsauslösung ist an diesen Einzelechographen im Gegensatz zu den bekannten
Geräten nicht vorhanden. Die Spannung für die Registrierung wird der Registrierfeder
über einen Schleifkontakt zugeführt, der ständig mit der rotierenden Metallscheibe
Verbindung hat. Wird eine Scheibe oder ein Flügel aus Isolierstoff benutzt, so muß
in bekannter Weise eine bogenförmige Kontaktschiene oberhalb der Feder vorhanden
sein, unter der die Feder beim Überlauf über das Papier hinweggleitet und seine
Echospannungen erhält. Die rotierende Scheibe hat den Vorteil, daß sie auch bei
hohen Drehzahlen sehr ruhig und pendelfrei läuft, so daß mit dieser Einrichtung
die höchstmöglichste Registriergenauigkeit bei größtem Maßstab erzielt werden kann.
Ein Umlauf einer Scheibe möge in dem dargestellten Beispiel in l/s500 min erfolgen,
so daß sich 25 Umdrehungen je Sekunde ergeben und damit 25 Lotungen je Sekunde ausgeführt
werden können, was einem Lotbereich von 0 bis 30 m bei einem Umlauf der Registrierfeder
entspricht. Von diesen geschilderten Einzelregistriergeräten sind nun im Beispiel
der F i g. 1 zehn Stück sinnfällig nebeneinander angeordnet, wie es Fig.3 zeigt.
Die Einzelgeräte sind horizontal auf einer Tischplatte 30 montiert.
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Auf der einen Seite sind die rotierenden Scheiben 31 zu erkennen,
auf der anderen Seite die Registrierungen der einzelnen, Längsprofile 32, 33 usw.
Jeweils sechs Einzelregistriergeräte sind in übersichtlicher Weise nebeneinander
angeordnet, so daß die Einrichtung nach F i g. 3 zwölf Registriergeräte und damit
12 4 = 48 Meßstellen benutzt. In Fahrtrichtung 34 gesehen zeigt das Längsprofil
35 das der äußersten vier Schwinger an Backbordseite, das Profil 36 stammt von den
Schwingern direkt an der Schiffsmitte, das Profil 40 direkt von steuerbord neben
der Schiffsmitte und das Profil 32 von steuerbord außen.
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Der eine Tisch zeigt somit die Backbordhälfte und der zweite Tisch
die Steuerbordhälfte des Meßschiffes an. Je ein Bedienungsmann kann die sechs Einzelregistrierungen
sehr genau beobachten, jede Untiefe wird sofort erkannt.
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Das Zusammenwirken der Einzelgeräte geschieht auf folgende Weise.
Außer den zehn Registriergeräten nach F i g. 1 und 2 ist in der Apparatur noch eine
unabhängig von allen Registriergeräten arbeitende Impuls auslösung vorhanden, die
ebenfalls aus einer rotierenden Scheibe gleicher Art wie in F i g. 2 besteht und
die statt der Registrierfeder ein kleines Eisenstückchen besitzt, das vor einer
am Gerät festmontierten Induktionsspule vorbeiläuft und in diesem Augenblick immer
einen Sendeimpuls auslöst.
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Auch der Antriebsmotor für die Sendeauslösung ist der gleiche Synchronmotor,
den alle Einzelgeräte besitzen. Alle Synchronmotoren des gesamten Flächenechographen
werden an ein gemeinsames Wechselstromnetz konstanter Frequenz angeschlossen. Die
verwendeten Synchronmotoren sind aber in allen Einzelregistriergeräten und in dem
Impulsgeber in einer besonderen Weise eingebaut. Jedes
Motorgehäuse befindet sich
in einem Drehlager und kann während des Betriebes mit Hilfe eines Gebers oder über
einen Riemen mit Hilfe eines Knopfes um 3600 verstellt werden. In Fig. 3 sind diese
Knöpfe 37 an jedem Einzelgerät vorhanden. Der Knopf 38 ist die Gehäuseverdrehung
für den Synchronmotor, der den Impulsgeber antreibt, und die Knöpfe 39 an jedem
Einzelgerät dienen zur Einstellung der Empfangsverstärkung für die einzelnen Kanäle.
Wird nun die Gesamtapparatur eingeschaltet, so bringen alle Synchronmotoren die
Scheiben in die gleichen Umdrehungen, beispielsweise mit 1500 Umdrehungen je Minute,
so daß für die Registrierung ein Umlauf dem Lotbereich von 30 m entspricht. Der
Knopf 38 für die Gehäuseverdrehung der Impuls auslösung ist mit einer Bereichskala
versehen, die anzeigt, welcher Teillotbereich von z. B. 10 m von den Einzelregistriergeräten
erfaßt wird. Soll von 0 bis 10 m registriert werden, so wird dieser Knopf auf Skalenwert
0 der Skala gestellt und dadurch das Gehäuse des Synchronmotors in eine bestimmte
Ausgangslage gebracht. Bei jedem Umlauf der Scheibe wird nun der Ultraschallimpuls,
beispielsweise induktiv (oder über einen Kontakt), ausgelöst. Die einzelnen Echos
werden getrennt von den einzelnen Empfängern oder in Empfängergruppen empfangen,
in getrennten Verstärkern verstärkt und den zugehörigen Registrierfedern der Einzelregistriergeräte
zugeleitet. Der Bedienungsmann schiebt jetzt durch Betätigen der Gehäuseverstellungen
37 an den Antriebsmotoren für die Registriergeräte das auf dem Papierstreifen entstehende
Profil etwa in die Mitte des Registrierstreifens. Dies braucht nicht unbedingt durch
mechanische Verdrehung der Gehäuse der Synchronmotoren geschehen, sondern könnte
auch bei feststehendem Motorgehäuse mittels eines handelsüblichen Phasenschiebers
erfolgen. Wird nun während der Meßfahrt die Wassertiefe allmählich größer, so wird
der Knopf 38 um einen Betrag weiter gedreht, so daß beispielsweise alle Teillotbereiche
für alle Einzelgeräte dadurch gemeinsam so verschoben werden, daß beispielsweise
die Wassertiefen zwischen 4 und 14 m erfaßt werden usw., d. h., mit dem Knopf 38
läßt der Bedienungsmann durch Vorverlegen der Impulsauslösung in der gesamten Loteinrichtung
die Längsprofilbilder in der Gesamtheit auf dem Registrierstreifen verschieben.
Kommt aber innerhalb der Profilbreite unter einer Meßstelle eine plötzliche Tiefenänderung,
die aus der Größe des Teillotbereiches herausfällt, so muß der Bedienungsmann so
lange den zu diesem Einzelgerät gehörenden Knopf 37 verstellen, bis er die beiden
Registrierungen wieder auf der Mitte des Registrierstreifens erhält. So entstehen
in der geschilderten Weise nach der Erfindung auf getrennten Registrierstreifen
eine Mehrzahl von Längsprofilen. Eine zeitliche Zuordnung der einzelnen Streifen
kann dadurch erfolgen, daß mit Hilfe eines Zeitgebers an alle Registrierfedern der
Einzelechographen, z. B. alle halbe Minuten oder alle Minuten kurzzeitig eine elektrische
Spannung angelegt wird, die einen Kreisbogen über alle Registrierstreifen schreibt.
Dadurch, daß in größeren Abständen, z. B. alle 10 Minuten diese Spannung etwas länger
an den Registrierfedern anliegt, wird in größeren Abständen immer ein breiterer
schwarzer Strich gezeichnet, was die nachträgliche Zuordnung der Papierstreifen
wesentlich erleichtert.
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Die Anordnung nach F i g. 3 ist auch so gewählt, daß
nach
der erfolgten Registrierung infolge eines Tisches größerer Breite immer noch eine
längere Zeit das beschriebene Papier sichtbar ist, ehe die einzelnen Streifen in
einem Schlitz der Tischplatte verschwinden und sich unten wieder aufrollen. Es ist
auch möglich, in alle Geräte in Abständen Zahlen mit Hilfe eines an den Schreibtischen
befestigten Druckapparates hineinzudrücken, wodurch ebenfalls eine Zuordnung aller
Streifen absolut sichergestellt ist.
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Zur nachträglichen Auswertung muß man aber auf dem Registrierstreifen
noch genaue Angaben über die Tiefenskala haben, was in dem Apparat dadurch erreicht
wird, daß mittels eines elektrischen Impulsgebers automatisch die Tiefenskala mit
auf dem Papier geschrieben wird. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß
beim Auslösen des für alle gemeinsamen Sendeimpulses durch den Impulsgeber ein elektrischer
Zähler gestartet wird, der kurze elektrische Impulse ebenfalls mit an die einzelnen
Registrierorgane gibt, derart, daß z. B. alle Meter eine dünne Linie, alle 5 m eine
stärkere Linie und alle 10m eine noch stärkere Linie entsteht. Nachträglich können
alle Registrierstreifen durch diese Maßnahme auf einen Auswertetisch gelegt werden,
so daß ihre Zeitmarken übereinstimmen, und ohne Zuhilfenahme einer Skala können
die Wassertiefen und die Größe der unterhalb der einzelnen Meßstellen gefundenen
Hindernisse direkt an den mitgeschriebenen Tiefenskalen jedes einzelnen Streifens
abgelesen werden.
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Mit der hier geschilderten Einrichtung nach der Erfindung läßt sich
dann noch ein besonders guter Erfolg bei der Vermessung von Wasserstraßen erzielen,
wenn man nicht nur eine Reihe 17 der Meßstellen unterhalb des Meßschiffes anwendet,
sondern voreinander weitere Reihen von Meßstellen 17 a, 17 b und 17 c anbringt,
so daß nicht nur, wie zu Beginn der Darstellung ausgeführt, die Meßstellen 8, 9,
10 und 11 an das Registriergerät 13 angeschlossen sind, sondern auch parallel zu
diesen Meßstellen noch die weiteren Meßstellen der Reihen 17 a, 17 b und 17 c (s.
F i g. 1). Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß ein kleiner Gegenstand eine wesentlich
längere Zeit von der jeweiligen Messung erfaßt und dadurch deutlicher sichtbar wird
oder daß bei gleicher Aufzeichnungsgüte die Fahrtstufe des Meßschiffes wesentlich
erhöht werden kann.
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Nach Fig. 1 ist auch bisher gesagt worden, daß die Meßstellen 8,
9, 10 und 11 gemeinsam über einen Verstärker an das zugehörige Registriergerät 13
angeschlossen sind. Mit dieser Schaltung wird ein Hindernis im gezeigten Beispiel
bei einem Abstand von 1 m zwischen den Meßstellen auf etwa 4 m Breite genau gefunden.
In F i g. 1 wird der Stein 18 auf dem Registriergerät 15 als Bodenerhebung 19 abgebildet.
Die Ausführung des Gerätes ist natürlich nicht auf eine Anordnung nach Fig.3 beschränkt,
sondern die Anwendung der Vielzahl von Synchronmotoren zur exakten und einfachen
Synchronisierung aller Einzelgeräte ermöglicht alle Anordnungen, die in der Praxis
für zweckmäßig erachtet werden. Es können auch die Geräte statt auf einem Tisch
in übersichtlicher Weise senkrecht an Schaltschränken oder an sonstigen Stellen
untergebracht werden. Ja, sie lassen sich sogar für bestimmte Zwecke innerhalb verschiedener
Räume verteilen. Auch kann man unter Zuhilfenahme des Erfindungsgedankens die Echo-
graphen
mit einem optischen Anzeigegerät mit rotierender Neonlampe oder einem anderen Schauzeichen
kombinieren und dazu eine der Meßstellen des Schiffes, z. B. unter der Mitte des
Meßschiffes mitbenutzen und das Gerät als Navigationslot in der Nähe des Schiffsführers
unterbringen.
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Für die Unteransprüche 7 bis 9 wird nur in Verbindung mit dem Gegenstand
des Hauptanspruches Schutz begehrt.