-
Echoloteinrichtung für Schiffe und Luftfahrzeuge. So einfach die Anwendung
des Echolotes zur Bestimmung der großen ozeanischen Tiefen ist, ebenso schwierig
wird die -Messung der kleinen und kleinsten Wassertiefen mit ihm. Dieses ist praktisch
überhaupt nur möglich durch die Anwendung der Abschirmung durch den Schiffskörper,
denn die Methode der verspäteten Einschaltung des Echoempfängers oder das Festhalten
desselben 'bei Signaiabgabe läßt sich nicht auf kleineren Wassertiefen zur Anwendung
bringen, weil eine Beruhigung des durch die Signalabgabe in Schwingung versetzten
Schiffskörpers erst längere Zeit danach eintritt, jedenfalls später, als man zwecks
Erlotung kleiner Wassertiefen den Empfänger freigeben muß. Auch bei Benutzung der
Abschirmung auf kleinen Wassertiefen wird das Lotergebnis ungenau, wenn die Wassertiefe
so klein wird, daß der Schall vom Geber als Echo über den Grund zum Empfänger an
den Ecken des Schiffskörpers einmal oder zweimal gebeugt wird. Die Ungenauigkeit
der Lotung nimmt von nun an in dem 'Maße zu, wie die Tiefe abnimmt, da neben der
Schwächung durch die einmalige oder zweimalige Beugung auch noch eine Schwächung
durch dauerndes Ungünstigerwerden des Reflexionswinkels am Grunde eintritt. Im gleichen
Maße wird aber auch die Abschirmung des Schiffskörpers für die Lotung uniwirksamer,
denn die Stärke des Echos nimmt infolge der mehrmaligen Beugung ab, so daß das Schallsignal
verstärkt \verden muß, wodurch die direkte Einwirkung des Schallsignals auf den
Echoempfänger zunimmt. Das Verfahren der Abschirmung verliert seine Wirksamkeit
vollständig im Augenblicke der Bestimmung der Wassertiefe nahe ,;u11, wenn man den
Schiffskörper selbst als Schirmkörper wählt, weil für diese Wassertiefe direkte
Schallwelle und Echo denselben Weg haben und daher die gleiche Schwächung erfahren.
-
Abb. r zeigt in ausgezogener Darstellung, wie die Verhältnisse beim
Echoempfang bei Abschirmung durch die eine Kante des Körpers eines Wasserflugzeuges
bei herausgestecktem Geber E und am Boden angeordnetem Empfänger D liegen. Die Darstellung
ist für verschiedene Tiefen ausgeführt. Wie die Verhältnisse -bei Abschirmung durch
zwei Kanten des Schiffskörpers für die verschiedenen Tiefen liegen, ist in Abb.
z durch gestrichelte Linien dargestellt. Statt des Echoempfanges am Schiffsboden
ist die Darstellung hier für einen durch die Bordwand her--ins" gesteckten Empfänger.[)'
gegeben.
-
Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Messung von Höhen- oder Tiefenwerten
nahe Null großen Schwierigkeiten begegnet, bei Null aber bisher unmöglich war, obwohl
gerade für derartige Tiefenbestimmungen das allergrößte Interesse in -der Schiffahrt
und Luftfahrt vorliegt.
-
Der Zweck der Erfindung ist, eine Echoloteinrichtung zu schaffen,
die es gestattet, auf Schiffen und Luftschiffen, ganz besonders aber von Flugzeugen
aus, mit großer
Genauigkeit Echolotungen bis auf den Höhen- oder
Tiefenwert Null herab mit Sicherheit auszuführen und sogar jenseits des Nullpunktes
noch. Feststellungen zu machen. Dieser Zweck wird der Empfindung gemäß dadurch erreicht,
daß Geber und Empfänger derart zueinander angeordnet und in Abschirmung gesetzt
sind, daß beim Berühren des Bodens durch das Fahrzeug die ausgesandte Schallwelle
ohne gebeugt zu werden den Reflexionspunkt für die kürzeste Echozeit erreicht und
das Echo ebenfalls ohne Beugung den Echoempfänger zu erreichen vermag.
-
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigen die Abb. 2 bis 6 (,linke Hälfte) wie der angestrebte
Zweck durch besondere neuartige bauliche Abänderungen bzw. Einbauten am Fahrzeug
erreicht werden kann, während die Abb.6 (rechte Hälfte) bis ii veranschaulichen,
wie man den angestrebten Zweck auch ohne solche baulichen Veränderungen durch geschickte
Ausnutzung der natürlichen Formgebung des Fahrzeuges erreichen kann. Die Abb. 12-
und 13 zeigen Einzelheiten.
-
Es sei zunächst die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform beschrieben.
-
In einem Schiffskörper A ist ein Schacht B eingebaut, der einen trichterförmigen
Aufsatz C trägt. Am Ende desselben ist der Echoempfänger D ausfahrbar oder im Innern
des Schiffes am oberen Schachtende angeordnet. Bei E ist ein Schallsender, der nach
Möglichkeit nach unten gerichtete Schallwellen aussendet, in möglichst großem vertikalem
Abstand von h eingebaut. Bei Erregung des Gebers F wird eine Schallwelle ausgesandt,
deren Intensität, auch wenn es sich um eine nicht gerichtete Kugelwelle handelt,
in der Richtung nach dem Boden zu größer ist als in der Richtung auf den Echoempfänger
D, weil die direkte Schallwelle des Gebers an der Kante F eine Beugung erfährt;
diese wirkt somit also als Schirmkante. Die Abschirmung des Echoempfängers D wird
um ein bedeutendes zunehmen, wenn man durch den Geber E gerichtete Schallwellen
aussendet.
-
Mit der hier dargestellten Anordnung von Geber und Empfänger läßt
sich nun aber jede Wassertiefe vom Werte Null angefangen erloten, denn selbst wenn
das Schiff am Grunde aufsitzt, vermag die vom Geber E ausgehende Schallwelle trotz
vorhandener Abschirmung zwischen Geber und Empfänger als Echo über den Grund ohne
Beugung an der abschirmenden Kante den Echoempfänger D zu erreichen. Dabei kann
der Echoempfänger D bei Aussendung des Schalles noch, künstlich unempfindlich oder
erst nach der Aussendung des Schalles aber vor Ankunft des Echos aufnahmefähig gemacht
werden, weil zwischen der Ankunft des Echos und der direkten Schallwelle zufolge
der eigenartigen Anordnung auch bei einer Nullzeitmessung eine hinreichende Zeitdifferenz
besteht. Diese Anordnung bietet noch den großen Vorteil, daß für den Messungswert
Null - der zur Zeit der Signalabgabe festgehaltene Empfänger nach Eintreffen der
direkten Schallwelle des Gebers bis zum Eintreffen des Echos Zeit hat, sich von
der direkten Erregung zu erholen und in Ruhe zu kommen, zumal die direkte Schallwelle
den möglichst weit zurücksitzenden Empfänger stark geschwächt erreicht.
-
In Abb. 3 ist eine ähnliche Anordnung wie in Abb. 2 dargestellt, mit
dem Unterschiede, daß der Empfänger D vom Geber E durch zwei Beugungskanten F und
IX abgeschirmt ist.
-
Ob die Trichter in den Abb. 2 und 3 im Querschnitt rund oder rechteckig
sind, ist gleichgültig, ebenso, welche Form die Bodenöffnung am Schiffskörper besitzt
sowie an welcher Stelle des Schiffskörpers man diese Einrichtung einbaut, obwohl
ein solcher Einbau am zweckmäßigsten in der Mitte des Schiffes in einem zugänglichen
Raum stattfindet.
-
Abb. q. zeigt eine ähnliche Anordnung, wie in Abb. 2 und 3 dargestellt,
mit dem Unterschiede, daß man sich statt eines schacht-oder trichterartigen Einbaues
einer Nische in der Schiffswand bedient, die, wie links dargestellt, gänzlich -offen
ist oder, wie die rechte Seite zeigt, bis zum Punkte P verkleidet ist. Es ist selbstverständlich,
daß -man in Abb. 2, 3 - und q. die Anordnungen auch um go° oder einen beliebig anderen
Winkel um die Lotrechte verdrehen kann, so daß Geber und Empfänger nicht auf demselben
Spant, sondern in der Längsrichtung des Schiffes hintereinander oder schräg zur
Längsebene des Schiffes stehen.
-
Abb. 5 zeigt, wie man finit nur geringer baulicher Veränderung am
Schiff auskommen kann, indem bei großen Schiffen etwa in der Verlängerung des Doppelbodens
ein wassergefüllter, schalldurchlässiger Raum in der Kimme des Schiffes geschaffen
wird, der gegen den Empfänger t) durch die Kante F abgeschirmt ist und gegen das
Außenwasser gänzlich offen oder von diesem nur durch eine dünne, schalldurchlässige
Membran getrennt wird, oder auch mit ihm durch Löcher in einer tragfähigen Bordwand
inVerbindung steht. Dabei lassen sich sowohl mit der in Abb.5 rechts dargestellten
Anordnung, bei der sich der Geber unten und der Empfänger
oben befinden,
wie auch mit der links dargestellten Anordnung, bei der Geber und Empfänger umgekehrt
angebracht sind, derartige Nullotungen ausführen.
-
Abb. 6 (linke Hälfte) zeigt, wie man durch den einfachen Anbau eines
Körpers G, der z. B. als Schlingerleiste ausgebildet werden kann, den Zweck der
vorliegenden Erfindung ebenfalls erreichen kann.
-
Während die bisher behandelten Ausführungsbeispiele zeigten, wie man
mit Hilfe von An- oder Einbauten und unter Umständen schon durch ganz geringfügige
Abänderungen der vorhandenen Form des Fahrzeuges den Zweck der Erfindung erfüllen
kann, sollen die nun folgenden Abb. 6 i rechts) bis i i veranschaulichen, daß und
wie man unter Umständen auch ohne solche baulichen Veränderungen bei geschickter
Ausnutzung der vorhandenen Formen das angestrebte Ziel erreichen kann.
-
So zeigt Abb. 6 (rechts), wie man die natürliche und für den vorliegenden
Zweck besonders günstige Gestaltung des Hecks eines Wasserfahrzeuges für die erforderliche
Abschirmung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausnutzen kann, um eine Wassertiefe
von o Meter unter Kiel bei gegeneinander abgeschirmtem Geber und Empfänger zu bestimmen.
Wie bei den Ausführungsformen nach den Abb. -2 bis 5, so kann auch bei der Ausführungsform
nach Abb.6 (links und rechts) Geber und Empfänger gegeneinander ausgetauscht werden.
-
Welches Verfahren praktischer ist, den Geber über dem Empfänger oder
den Empfänger über dem Geber anzuordnen, hängt in erster Linie davon ab, bis zu
welchem Grade die vorn Geber ausgesandte Schall-,velle gerichtet ist. Ist eine solche
Richtung im hohen Maße möglich, so erweist es sich als zweckmäßiger, den Empfänger
über dem Geber anzuordnen.
-
In der Abb. ; ist die Anwendung der Erfindung auf ein Flugzeug dargestellt.
Durch den Geber E wird eine gerichtete Schallwelle ausgesandt. Dabei sitzt der Geber
zweckmäßig am Boden des Rumpfes, während der Empfänger D am besten im Innern des
Flügels TI (unter dem Empfänger) angeordnet ist, und zwar so, daß die Kante F des
Rumpfes als Schirmkante zwischen Geber und Empfänger dient.
-
In Abb.8 ist eine weitere Anordnung dargestellt. mit dein Unterschiede,
-daß als Gebervorrichtung ein Membransender E beliebiger Art benutzt ist, der nicht
mehr am Rumpfe, sondern an der Räderachse des Flugzeuges befestigt ist. Anstatt
gerichteter Knallwellen können selbstverständlich auch gerichtete Schallwellen anderer
Art Anwendung finden. Abb.9 zeigt, wie man unter Ausnutzung der gesamten Schirmwirkung
des Rumpfes (zwei Schirmkanten) Geber und Empfänger anordnen kann, um bis auf den
Höhenwert Null zu gelangen. Dabei ergibt sich durch die Verlegung des Empfängers
in den Flügel ein besonders günstiger Sitz des Empfängers, weil seine Erregung durch
die direkte Schallwelle hierbei stark geschwächt wird.
-
In Abb. io ist ein Doppeldecker dargestellt, bei welchem die abschirmende
Wirkung eines Flugzeugflügels, hier die untere Tragdecke, dazu benutzt wird, Geber
und Empfänger gegeneinander abzuschirmen. Diese Anordnung ist auch für Eindecker
unter Umständen wichtig, weil im modernen Flugzeugbau der Flügel vielfach nach unten
verlegt wird. Bei dieser Anordnung wird man zweckmäßig den Empfänger gegenüber dein
Geber in der Längsricbtung des Flugzeuges versetzen und ihn in möglichster Höhe
über dem Geber anordnen.
-
Die Abb. i i zeigt, wie man bei Doppeldeckern Geber und Empfänger
im Sinne der Erfindung in gegenseitiger Abschirmung anordnet, wenn aus irgendwelchen
Gründen dies hinter den Flügelflächen geschehen muß, indem man in solchem Falle
eine künstliche Abschirmung anordnen kann, beispielsweise in Gestalt eines besonderen
Schirmflügels. Auch in diesem Falle kann ein Vertauschen zwischen Geber und Empfänger
stattfinden. Die Anbringung der Empfänger bei Flugzeugen erfordert zufolge der hohen
Fluggeschwindigkeit und der starken Erschütterungen besondere Sorgfalt. Abb. 12
zeigt, wie man die Empfänger der Einwirkung des Luftstromes entziehen kann, indem
man sie beispielsweise im Innern des Flügels auf der unteren Fläche anordnet. Um
die Einwirkung der Erschütterungen des Flugzeugkörpers, sei es, daß diese durch
den Luftstrom selbst oder durch den Motor hervorgerufen werden. auf den Empfänger
zu beseitigen, hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, den Empfänger nicht direkt
auf der Flügelfläche anzuordnen, sondern auf dieser eine Filzplatte anzubringen,
die mit Ausschnitten versehen ist, in der ein oder mehr Empfänger angeordnet sind.
Bei Flugzeugen mit Stoffbespannung der Flügel braucht diese am Sitz des Empfängers
nicht beseitigt zu werden, denn sie hat sich bei Versuchen als genügend schalldurchlässig
erwiesen. Wo dies nach der Art der Flügelbespannung nicht der Fall ist, besonders
dann, wenn die Flügel eine Metallbekleidung tragen, kann man zur Erhöhung der Empfindlichkeit
des Empfängers diese Bekleidung am Ort des Empfängers entfernen und durch eine Stoffbespannung
ersetzen. An Stelle von dünnem, dichtem
oder porösem Stoff können
auch poröse Platten aus festem oder halbfestem Material in passender Dicke zur Bekleidung
dieser Stellen Verwendung finden, da alle porösen Körper eine hohe Schalldurchlässigkeit
besitzen, während sie dem Hindurchdringen des Flugwindes einen erheblichen Widerstand
entgegensetzen. Verwendet man als poröse Körper Filz oder Gummi, -die beträchtliche
elastische Eigenschaften besitzen, so erreicht man gleichzeitig eine Abfederung
gegen Erschütterungen, wenn man beispielsweise im Flugbelag eine Öffnung schafft,
die größer als der Schallempfänger ist, und die Öffnung mit einer porösen elastischen
Platte P' verschließt und den Empfänger D, ohne die poröse Platte P1 zu durchbrechen,
auf der Innenseite derselben befestigt.
-
Abb. 13 zeigt eine solche Anordnung. Der Empfänger D ist z. B. durch
Festnähen, Ankleben oder Verschrauben auf einer porösen Platte Pl aus Schwamm, Filz,
Schwammgummi o. dgl. befestigt, welche die Öffnung im Flügel H des Flugzeuges verschließt.
In gleicher Weise kann der Empfänger natürlich auch in der Wandung des Flugzeugrumpfes,
-schwanzes oder anderen hohlen Trag- oder Steuerflächen angeordnet werden.
-
Der grundlegende Fortschritt, den diese Erfindung bringt, liegt, wie
schon verschiedentlich erwähnt, in erster Linie darin, daß sie die Anwendung des
an sich so bequemen Echolotverfahrens für See- und Luftfahrt auch für solche Höhen
und Tiefen ermöglicht, die bisher außerhalb der Reichweite dieses Verfahrens lagen.
Wasser-Echolotungen fingen bisher aus den bereits erwähnten Gründen auf Tiefen von
etwa 5 m unter dem Kiel an unsicher und ungenau zu werden; dies in wachsendem Maße,
je mehr .man sich der Tiefe Null näherte. Tiefen unterhalb i in und die Tiefe Null
selbst sind im Wasser bisher überhaupt noch nicht gelotet worden. Solche Lotungen
sind nach dem neuen Verfahren nunmehr möglich.
-
Für den Luftverkehr mit Flugzeugen bedeutet die Erfindung die Lösung
des Problems der sicheren Landung bei Nacht und bei Nebel auf dem Erdboden oder
auf dem Wasser. Hier liegen die Verhältnisse wesentlich anders als im vorgenannten
Falle, da es gerade die geringen Flughöhen unterhalb i m sind, deren genaueste augenblickliche
Ermittlung, wie sie heute nur das Echolotverfahren zu geben imstande ist, dem Flugzeuge
eine sichere Landung ermöglichen. Dieses Bedürfnis besteht nicht etwa nur bei Notlandungen,
sondern auch .bei jeder normalen Flugplatzlandung, insbesondere bei Unsichtigkeit
der Atmosphäre und bei Dunkelheit. Die Grenze der Leistungsfähigkeit des neuen Echolotverfahrens
ist aber nicht bei der Messung der Entfernung Null gelegen, sondern reicht noch
über diesen Punkt hinaus, was bei den bisher bekannten Echolotverfahren unmöglich
war. So kann man gewissermaßen selbst negative Tiefen und Flughöhen danach bestimmen,
so z. B. bei einem aufgelaufenen Schiff (das sich an und für sich vom Grunde im
Abstand Null befindet), wie dieses allmählich in :den Schlick einsinkt. Man wird
alsdann Lotergebnisse erhalten, deren Werte jenseits des Nullpunktes der Skala liegen
und anzeigen, daß und wie tief das Schiff in den Grund eingesunken ist, da sich
zufolge der eigenartigen Anordnung von Geber und Empfänger auch in solchen Fällen
immer noch eine ganze Zeitlang genügend Wasser zur Ausführung einer Echolotung unter
dem Geber und Empfänger befindet.
-
Bei Flugzeugen zeigt eine solche über den Abstand Null hinausgehende
Echolotung an, daß sich zwischen den Rädern des Flugzeuges eine Erhebung des Bodens
befindet, was zu wissen für den Führer unter Umständen außerordentlich wichtig wegen
der Beurteilung der Bodengestaltung ist.
-
Der Hauptwert der neuen Echoloteinrichtung für Flugzeuge liegt aber
darin, daß der Flugzeugführer durch die Lotungen mit Sicherheit auf den Zentimeter
genau den Augenblick der Bodenberührung des Flugzeuges ermitteln kann. Wertvoll
ist weiterhin an dem neuen Verfahren, daß die gleiche Anordnung ohne irgendwelche
Änderungen auch zur Bestimmung großer Tiefen und Höhen bis zu Tiefseelotungen und
bis zur Bestimmung allergrößter Flughöhen Verwendung finden kann, wo bisher das
alte Verfahren angewendet wurde.