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Registrierende Echoloteinrichtung mit einer Vielzahl von gleichzeitig
erregten Sendern/Empfängern Für die Vermessung von Wasserstraßen ist es bekannt,
ein Meßschiff mit Auslegern zu versehen und an diesen Auslegern in regelmäßigen
Abständen Ultraschall-Sender/Empfänger anzubringen, mit denen die Tiefe der Wasserstraßen
vermessen wird.
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Bei einer Breite der Ausleger von insgesamt 50 m und einem Abstand
der Sender/Empfänger-Paare von 1 m werden dabei von der Registriereinrichtung auf
einem gemeinsamen, etwa 1,20 m hohen Papierstreifen gleichzeitig 50 Längsprofilkurven
des überfahrenen Meeresboden aufgezeichnet.
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F i g. 1 zeigt ein früher für diesen Zweck vorgeschlagenes Registriersystem.
Ein über zwei Rollen 1 und 2 in Pfeilrichtung umlaufendes, endloses Band 3 trägt
50 Schreibfedern, die über nicht gezeichnete, auf ortsfesten Schienen schleifenden
Kontaktfedern mit den Empfängern verbunden sind.
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Sämtliche Sender werden gleichzeitig durch den auf dem Band angeordneten
Nocken 5 und den ortsfesten Kontakt 6 ausgelöst. Die dadurch in den Empfängern entstehenden
Echoimpulse werden den Federn 1! bis 50f zugeführt, die auf diese Weise den 50 Längsprofilkurven
bei jedem Bandumlauf einen weiteren Meßpunkt hinzufügen. Das Papier 7 wird dabei
kontinuierlich von rechts nach links über die Rolle 10 hinweggezogen. Diese früher
vorgeschlagene Einrichtung hat, abgesehen von der großen Anzahl der Schreibfedern
und der Schwierigkeit ihrer Stromzuführung den Nachteil, daß die Lotfolge wegen
der großen Länge des Bandes und des damit verbundenen Zeitbedarfs für einen Bandumlauf
gering ist. Betrachtet man, wie die Federfl von der gezeichneten Stellung, welche
etwa dem Beginn der Lotperiode entspricht, nach abwärts läuft, so erreicht sie spätestens
bei dem PunktP1 eine Stellung, bei welcher die Bodenimpulse sämtliche Federn passiert
haben, und zwar auch an der Stelle der größten Wassertiefe, auf welche die Bandgeschwindigkeit
eingestellt ist. Etwa bei dem Punkt P2 erreicht dann die Feder 11 eine Stellung,
bei welcher die Mehrfachechos genügend weit abgeklungen sind, so daß sie keine Aufzeichnung
mehr erzeugen würden, selbst wenn sie in die nächste Lotperiode hineinfallen würden.
Spätestens nach der Zeit, welche die Feder fl benötigt, um von der gezeichneten
Stellung bis zum Punkt2 zu gelangen, könnte also eine neue Lotperiode einsetzen.
Diese Zeit beträgt etwa ein Siebentel des Bandumlaufes. In Wirklichkeit ist aber
eine neue Lotperiode erst nach einem vollen Bandumlauf bzw., wenn man auch die Rückseite
des Bandes mit einem Federsatz von 50 Federn besetzen wollte, nach einem halben
Bandumlauf möglich. Dieser
Nachteil soll durch die Erfindung beseitigt werden, die
es gestattet, auch bei Mehrfachregistriergeräten zu einer beliebig schnellen Lotfolge
zu gelangen.
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Es sind Registriereinrichtungen mit stromempfindlichem Papier bekannt,
bei denen quer zur Transportrichtung des Registrierpapiers ein Kamm von ruhenden
Elektroden angeordnet ist, die einzeln über einen Schalter an die zu registrierende
Spannung gelegt werden. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, die beispielsweise
zur Aufzeichnung von Schachtsignalen im Bergbau dient, wird an die Elektroden über
einen gesteuerten Wählschalter der Reihe nach für eine mehr oder minder lange Zeit
Spannung angelegt. Bei einer anderen bekannten Anordnung können die Elektroden gleichzeitig
für eine unterschiedliche lange Zeitdauer an Spannung gelegt werden, so daß eine
Schraffur entsteht, deren Umhüllende die zu registrierende Kurve ergibt. Bei einer
dritten bekannten Anordnung werden Radarsignale von einem sich in radialer Richtung
erstreckenden umlaufenden Elektrodenkamm auf dem ruhenden Registrierpapier aufgezeichnet,
wobei die Elektroden der Reihe nach von einem umlaufenden Schalter mit dem Ausgang
einer Torschaltung verbunden werden, an deren Eingängen das Echosignal und ein Torimpuls
liegen, dessen zeitlicher Abstand vom Sendeimpuls synchron mit der momentanen Schalterstellung
geändert wird, so daß dieser Torimpuls die gesamte Lotperiode abtastet.
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Das Prinzip des ruhenden Elektrodenkammes, der senkrecht zur Transportrichtung
des kontinuierlich bewegten Registrierpapiers angeordnet ist, wird auch bei der
Erfindung verwendet. Diese betrifft somit eine registrierende Echoloteinrichtung
mit einer Vielzahl von gleichzeitig erregten Sender/Empfängern, bei der die Echolotkurven
der einzelnen Sender/Empfänger mit Nullpunktverschiebung gleichzeitig nebeneinander
auf
einem gemeinsamen Schreibstreifen in dessen Längsrichtung aufgezeichnet werden;
sie zeichnet sich dadurch aus, daß bei Verwendung eines Schreiborgans in Form eines
feststehenden, die gesamte Schreibbreite überdeckenden Kammes aus eng beieinanderstehenden,
ständig auf dem Papier aufliegenden Schreibelektroden, denen die Schreibspannung
durch einen die Elektroden in fortlaufender Reihe abtastenden Kontakt zugeführt
wird, die Elektroden von einer mit der Anzahl der Empfänger übereinstimmenden Anzahl
von Kontakten abgetastet werden, deren Abstände gleich der gewünschte Nullpunktverschiebung
der einzelnen Echolotkurven sind und deren Abtastwege sich mindestens teilweise
überlappen.
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Die prinzipielle Anordnung der Schreibelektroden und Schleifkontakte
ist für verschiedene Stellungen des die Schleifkontakte tragenden Bürstenhalters
in den Fig.2 und 3 dargestellt, und zwar in einem zwei- bis dreifach größeren Maßstab,
als er für die F i g. 1 gilt. In einem stabförmigen Halter 20 aus Isoliermaterial
sind sehr viele in einer Ebene liegende, jedoch gegeneinander isolierte Federn 21
eingepreßt, so daß ein Kamm entsteht. Die linken Enden der Federn ruhen auf dem
Papier 7, während die rechten Enden verhältnismäßig kurz sind und den Schleifkontakten
lk, 2k usw. bis 50k ausgesetzt sind. Diese Scheifkontakte sind auf einem stabförmigen
Bürstenhalter 23 angebracht, der in F i g. 2 in der Ausgangslage gezeichnet ist,
in welcher der Sendekontakt 6 ausgelöst wird. Durch einen nicht dargestellten Mechanismus
wird der Bürstenhalter nun mit gleichmäßiger Geschwindigkeit nach unten bewegt,
bis er die in F i g. 3 dargestellte Lage erreicht hat. Die Schleifer lk, 2k usw.
mögen dabei über bewegliche Leitungen mit den nicht dargestellten Empfängern verbunden
sein. Aus der in F i g. 3 dargestellten Lage kann die Bürste sodann auf einem anderen
Weg, auf dem die Schleifkontakte mit den Federn 21 keine Berührung haben, in die
in F i g. 2 dargestellte Ausgangslage zurückbewegt werden, von der aus mit der Betätigung
des Sendekontaktes ein neuer Zyklus beginnt. Die Zeit, welche für die Rückführung
des Bürstenhalters aus der in Fig.3 gezeichneten Stellung in die in Fig.2 dargestellte
benötigt wird, kann länger sein, als die für die Hinführung gebrauchte Zeit, so
daß etwa nur während des ersten Drittels eines Bewegungszyklus des Bürstenhalters
eine Registrierung er folgt, was der Zeit entspricht, welche die Feder 1f benötigt,
um von der dargestellten Lage bis zum Punkt Pl zu gelangen.
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Fig.4 zeigt, wie die Bewegung der Schleifkontakte 1k, 2k, 3k usw.
mit Hilfe umlaufender Schalter realisiert werden kann. Es ist dabei angenommen,
daß 48 Kontakte 1k bis 48k vorhanden sind, die auf sechs synchron laufende Schalter
verteilt sind, von denen jedoch lediglich die beiden ersten Schalter, nämlich 29
und 30, dargestellt sind. F i g. 4 a zeigt eine Draufsicht auf die Schalter, F i
g. 4b eine Seitenansicht eines Schalters und Fig. 4c eine Abwicklung der feststehenden
Teile der Schalter. Der Schalter 29 weist acht Schaltarme 1k bis 8k auf, die in
eine Achse aus Isoliermaterial eingesetzt sind. Die Stromzuführungen zu den Schaltarmen
sind nicht dargestellt. Die Schaltarme sind sowohl radial als auch axial gegeneinander
versetzt, so daß jeder Schaltarm auf dem Stator eine eigene Bahn beschreibt. Die
Sdalter rotieren in Pfeilrichtung und
sind in der Lage gezeichnet, welche der Stellung
der Schleifkontakte in F i g. 2 entspricht. Bei dem Schalter 29 bewegt sich der
Arm 1k auf der Bahn is, der Schalter 2k auf der Bahn 2s der Kontaktbank 25 usw.
Nur der Arm 1k vollendet seine Bahn auf dem Schalter 29, während die Bahnen der
Schaltarme 2k bis 8k auf dem Schalter 29 unvollendet bleiben und im Schalter 30
mit Hilfe der elektrisch parallelgeschalteten Arme 2k' bis 8k' auf den Bahnen 2s'
bis 8s' der Kontaktbank 26 fortgesetzt und zu Ende geführt werden. Entsprechend
wird im Schalter 30 nur die Bahn des Armes 9k vollständig zu Ende geführt, während
die Bahn der Arme 10k bis 16k in einem weiteren Schalter vollendet wird. Die Aufteilung
der Schaltungen auf sechs synchron umlaufende Schalter ist völlig willkürlich. Die
Zahl der Schalter kann auch größer oder kleiner gewählt werden. Während einer Umdrehung
der Schalter erfolgt eine Auslösung sämtlicher Sender beispielsweise über einen
auf einer Schalterachse angeordneten Nocken 5, der den feststehenden Kontakt 6 schließt.
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F i g. 5 zeigt eine andere Möglichkeit der Ausbildung und Bewegung
der Schleifkontaktelk, 2k, 3k usw. Die in die Leiste 20 eingepreßten Federn enden
auch auf der Schaltseite ebenso wie in F i g. 2 und 3 längs einer geraden Linie.
Um eine parallel zu der Leiste 20 angeordnete Achse rotiert eine Walze 30 aus Isoliermaterial.
In diese Walze sind leitende Bahnen 1k, 2k, 3k in Form eines steilgängigen Gewindes
eingesetzt, die über nicht dargestellte Schleifringe mit den Empfängern 1 e, 2 e,
3 e usw. ständig verbunden sind. Die Walze rotiert in Pfeilrichtung, und pro Umdrehung
der Walze werden die Sender über den Kontakt 6, der von dem Nocken 5 betätigt wird,
einmal ausgelöst. Die leitenden Stege 1k, 2k, 3k usw. bekommen dabei Kontakt mit
den Federn 21, wobei die Kontaktstelle infolge der Drehung der Walze kontinuierlich
nach unten gleitet, bis die Kontakte die der F i g. 3 entsprechende Stellung erreicht
haben, worauf sie sich von den Federn lösen und die Drehung der Walze nunmehr etwa
zwei Drittel ihres Umlaufs wirkungslos bleibt, bis wieder eine Stellung erreicht
ist, welche der Stellung der Kontakte in Fig.2 entspricht, und eine neue Lotperiode
beginnt.
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In Fig.6 ist eine weitere Ausführungsform für das Prinzip der rotierenden
Schaltwalze dargestellt.
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Die leitenden Gewindegänge sind dabei weniger steil, indem sie sich
nunmehr bis auf eine kleine Lücke 31 auf den ganzen Umfang der Schaltwalze 30 verteilen.
Die Kontaktbetätigung für die Auslösung des Senders erfolgt jedoch nur bei jeder
ersten, vierten, siebten usw. Umdrehung, was durch ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe
zwischen der Nockenbetätigung und der Walze erreicht wird. Desgleichen sind auch
die Bahnen 1k, 2k usw. nicht dauernd mit den Empfängern verbunden, sondern nur während
der unmittelbar auf die Senderauslösung folgenden Umdrehung, was sich über eine
geeignet ausgebildete Walze mit Schleifringen unschwer erreichen läßt. Als weitere
Variante gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen weist die Ausführung nach
Fig. 6 als Schreibelektroden keine feststehenden Federn auf, sondern zu einer Säule
aufgereihte leitende Scheiben, welche etwa die Form von Unterlegscheiben haben und
unter Zwischenlage von Isolierringen aufeinandergeschichtet sind. Die leitenden
Scheiben sind mit 35 und die Isolierringe mit 36
bezeichnet. Die
Ringe sind auf einen Isolierkörper 38 aufgereiht, der seinerseits auf eine Metall
achse 37 aufgezogen ist. Die Achse ist zusammen mit den Scheiben drehbar gelagert,
so daß sie von den Gewindegängen 1 k, 2 k usw. der Walze mitgenommen wird. Sie kann
aber auch mit einem eigenen Antrieb versehen sein, der so langsam arbeitet, daß
er den Papiervorschub bewirkt. Besteht der Isolierkörper 38 aus Gummi, so daß jede
einzelne leitende Scheibe in Richtung quer zur Achse eine gewisse Elastizität besitzt,
so ist sowohl eine einwandfreie Kontaktgabe mit den leitenden Gewindegängen lk,
2k usw. als auch ein guter Kontakt mit dem stromempfindlichen Papier gewährleistet.
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Grundsätzlich kann die Walze mit den leitenden Gewindegängen auch
unmittelbar auf dem Papier arbeiten. In diesem Fall empfiehlt es sich jedoch, die
leitenden Gewindegänge nicht aus der Walze vorstehen zu lassen, da diese das Papier
zerstören könnten, vielmehr ist es zweckmäßig, die Gewindegänge in den Walzenkörper
einzulassen, so daß sie mit diesem bündig sind. Die Walze könnte z. B. aus einem
keramischen Rohr bestehen, in welches Spiralnuten eingeschliffen sind, die dann
mit einem Silberbelag ausgefüllt werden. Im Innern des Rohres laufen dann die Leitungen
zu den Schleifringen. Insbesondere bei einer glatten Walze ist es zweckmäßig, wenn
die Gegenelektrode für das Papier längs der Berührungslinie mit der Walze federnd
ausgebildet ist. Dies kann gemäß F i g. 7 dadurch geschehen, daß sie als feststehende
Spirale 70 mit eng beieinanderliegenden Windungen aus dünnem Stahldraht ausgebildet
ist, die auf einen abgeflachten Kern 71 aufgesteckt ist.
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Den gleichen Zweck erfüllt auch ein Rohr aus Federblech, das mit sehr
vielen kleinen, schmalen Querschlitzen versehen ist. Infolge der Rotation der Walze
entsteht natürlich auch bei glatter Walze eine Reibung zwischen Papier und Walze.
Um diese von dem Papier fernzuhalten, kann gemäß Fig. 8 eine Folie 80 zwischen Papier
und Walze gefügt werden, die stillsteht oder mit Papiergeschwindigkeit durchgezogen
wird und auf diese Weise gleichzeitig den Papiertransport erleichtert. Das Material
dieser Folie ist Widerstandsmaterial, und die Folie ist gleichzeitig so dünn, daß
ihre Querleitfähigkeit wesentlich größer ist als ihre Längsleitfähigkeit. An die
Stelle einer solchen Folie kann auch ein ruhender Kamm aus haarnadelförmig gebogenen
Drähten dienen, die in einen Stab aus Isoliermaterial eingepreßt sind. Dies ist
in F i g. 9 gezeigt. 90 ist die Schneide, über welche das Papier gezogen wird, und
91 sind die Drähte, die also im Gegensatz zu der Ausführung in F i g. 5 und 6 nicht
mit der Spitze, sondern mit ihrem Mantel auf dem Papier 7 einerseits und auf der
Walze 30 andererseits aufliegen. Die Drähte sind gegeneinander beispielsweise durch
einen Überzug aus Aluminiumoxyd isoliert und liegen sehr eng beieinander. An den
Auflagestellen am Papier und an der Walze ist die isolierende Haut weggeschliffen.
Eine Anordnung, mit der man zu dünneren Drähten und infolgedessen zu einer feiner
gerasterten Aufzeichnung gelangt, ist in F i g. 10 dargestellt. Auf eine Glasplatte
100 mit zwei eingeschliffenen muldenförmigen Vertiefungen 101 sind sehr dünne, mit
einer Oxydhaut versehene Drähte 102 Windung neben Windung aufgewickelt. Im Bereich
der dickeren Enden der Trägerplatte 100 sind die Drähte durch einen harttrocknenden
Lack fest mit der Tragplatte verbunden.
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Dann wird eine Nut eingeschliffen, welche die Drähte elektrisch voneinander
trennt, und schließlich wird an den Auflagestellen die Isolation auf einer größeren
Breite B weggeschliffen. Im Betrieb kann die Platte in Pfeilrichtung ständig hin
und her bewegt werden, um die Kontaktstellen insbesondere auf der Papierseite dauernd
sauberzuhalten und die örtliche Abnutzung auf der Walzenseite zu verringern. Die
Sauberhaltung kann dabei durch rotierende Bürsten 103 unterstützt werden.
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Das Prinzip der Registrierung mit Hilfe einer Vielzahl von feststehenden
Elektroden ist grundsätzlich nicht auf die Mehrfachregistrierung beschränkt, sondern
ist auch dann anwendbar, wenn nur eine einzige Kurve aufgezeichnet werden soll.
Bei der Mehrfachregistrierung ergibt sich jedoch der besondere Vorteil, daß durch
dieses neue Prinzip eine mit anderen Mitteln nicht erzielbare Erhöhung der Lotfolge
erreicht werden kann.