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Anzeigevorrichtung zur Messung der Flughöhe nach der Echomethode.
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Messung der Flughöhe nach der
Echomethode für ein Meßgerät, bei dem die von einem Schallempfänger (z. B. einem
Mikrophon o. cl-1.) aufgenommenen Schallstöße Veränderungen der Stärke eines .elektrischen
Stromes bewirken wodurch ein entlang einer Höhenteilung bewegter Zeiger beeinflußt
wird. Bei derartigen Anzeigevorrichtungen bediente man sich beispielsweise eines
einen optischen Zeiger vorstellenden Lichtbündels, welches durch einen Spiegel abgelenkt
wurde, der durch die Schallstöße unter Benutzung eines Geräts nach Arteines Stromanzeigers
mit geringer Masse seiner schwingenden Teile so beeinflußt wurde, daß er Lagenänderungen
ausführte, die eine Abweichung des Zeigers aus seiner Bahn entlang der Höhenteilung
zur Folge hatten.
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Die Erfindung löst die Aufgabe der Anzeige in Anlehnung an -eine für
Zeitmessungen an sich bekannte Vorrichtung mit Hilfe eines mechanischen Zeigers,
der von einem Mitnehiner entlang einer Höhenteilung bewegt und am Ende der Messung
durch die elektrischen Stromstöße entkuppelt wird. Durch die Lösung der Kupplung
kommt der Zeiger in dem Augenblicke zum Stillstand, in welchem das Echo ankommt.
Der von ihm dann auf der Höhenteilung angezeigte Wert gibt die während der Echozeit
durchschnittlich eingenommene Höhe an.
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Für den gesamten Anzeigevorgang, der in die drei Abschnitte: Bewegung
aus der Anfangslage in die Anzeigestellung, Stillstand in der Anzeigestellung und
Wiedereinnehmen der Anfangslage zerfällt, steht jeweils eine Schallperiode zur Verfügung,
d. h. die Zeit von der Abgabe eines Schallsignals bis zur Abgabe des folgenden.
Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem unter dem Einflusse einer Federkraft
stehenden Greifer ausgestattet, der zeitweise mit dem Mitnehmer gekuppelt ist und
nach Lösung dieser Kupplung unter der Wirkung der Federkraft den Zeiger in seine
Anfangslage befördert. Die Lösung der Kupplung darf demnach unter der Voraussetzung,
daß ihr Eintreten unabhängig von der angezeigten Höhe ist, immer erst dann erfolgen,
wenn der Mitnehmer eine gewisse Strecke über diejenige Lage hinaus fortgeschritten
ist, bei welcher der mit ihm gekuppelte Zeiger- den als obere Grenze der Höhenteilung
angenommenen Höhenwert soeben erreicht, damit auch in demjenigen Falle, in dem die
zu bestimmende Flughöhe gerade diesem Endwerte der Höhenteilung entspricht, eine
gewisse Zeit für die bei Stillstand des Zeigers vorzunehmende Höhenablesung verfügbar
bleibt.
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Die Höhenteilung der Anzeigevorrichtung kann nach einer Geraden oder
einer Kurve ausgebildet sein. Ist sie auf einem Kreise angeordnet mit Rücksicht
darauf, daß der Mitnehmer dann fortlaufend kreisende Bewegungen ausführen kann deren
Winkelgeschwindigkeit zweckmäßig so zu wählen ist, daß zu jeder Schallperiode ein
voller Kreislauf
des Mitnehmers gehört, dann ist es am einfachsten,
den Zeiger, den Mitnehmer und den Greifer um eine gemeinsame, die Kreisfläche im
Mittelpunkte senkrecht schneidende Achse drehbar zu machen. Diese Anordnung empfiehlt
sich besonders dann, wenn die Bewegung des Zeigers entlang der Höhenteilung mit
unveränderlicher Geschwindigkeit stattfinden soll, weil dann auch die Umlaufbewegung
des Mitnehmers gleichförmig ist. An-@dererseits hat man infolge der Möglichkeit,
die Umdrehungsachse des Mitnehmers anders zu legen, ein einfaches Mittel in der
Hand, bei gleichförmiger Umlaufbewegung des. Mitnehmers eine zwar gesetzmäßige,
jedoch ungleichförmige Bewegung des Zeigers hervorzurufen.
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Die Lösung der Kupplung des Mitnehmers mit dem Zeiger durch den elektrischen
Strom, ist so einzurichten, daß sie bei allen Zeigerstellungen zwischen der Anfangslage
und der durch die obere Grenze der Höhenteilung bestimmten Endlage stattfindet.
Die Lösung der Kupplung des Greifers mit dem Mitnehmer jedoch, die infolge der früher
erwähnten Voraussetzung in jeder Schallperiode einmal, und zwar dann stattfindet,
wenn der Mitnehmer und somit auch der Greifer einen bestimmten, gleichbleibenden
Weg von ihrer Anfangslage aus beschrieben haben kann in einfacher Weise durch eine
Kurvenführung des Greifers bewirkt werden, die eine Verschiebung des Greifers gegenüber
dem Mitnehmer im Sinne einer Lösung ihrer Verbindung am Ende des gemeinsam zurückgelegtenWeges
hervorruft. Ist beispielsweise an einem nicht an den Bewegungen teilnehmenden, also
im Flugzeuge festen Teile der Anzeigevorrichtung eine Leitkurve angebracht, an welcher
ein mit dem Greifer fest verbundener Teil entlang gleitet, und besteht bei konzentrischer
Anordnung der Bahn des Greifers und. derjenigen des Mitnehmers die Kupplung zwischen
beiden aus einem in den einen von beiden in axialer Richtung eingreifenden Teil
des anderen, dann hat die Leitkurve zum Teil den Verlauf eines ebenfalls konzentrischen
Kreises, der den Greifer auf dem gemeinsam mit dem Mitnehmer zurück= zulegenden
Wege gegen axiale Verschiebung sichert, während eine im entsprechenden Punkte der
Leitkurve einsetzende, entsprechend gerichtete axiale Abweichung der Kurve von diesem
Kreise durch axiale Verschiebung des Greifers zur Lösung der Kupplung führt. Bei
diesem Aufbau des Gerätes hat man dafür zu sorgen, daß die gemeinsame Bewegung des
Greifers und des Mitnehmers im Sinne einer Vergrößerung auf .die Federkraft einwirkt
die nach Lösung der Kupplung den nunmehr nur noch ihrer Einwirkung unterliegenden
Greifer in die Anfangslage zurückwirft, wobei der Greifer den an beliebiger Stelle
der dabei rückläufig durchlaufenen Bahn in der Anzeigestellung stehenden Zeiger
ergreift und in seine Anfangslage befördert.
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Wenn die Flughöhe den als obere Grenze der Höhenteilung angenommenen
Wert überschreitet, so spricht der Schallempfänger erst dann auf ' das Echo an,
wenn der Zeiger den Endwert der Höhenteilung bereits überschritten hat. Die Kupplung
des Greifers mit dem Mitnehmer würde dann vor der Lösung der Kupplung des Zeigers
mit dem Mitnehmer gelöst, und als Folge davon würde möglicherweise eine Zerstörung
von Teilen der Vorrichtung, mindestens aber eine Störung ihres Arbeitens eintreten,
weil die auf den freigegebenen Greifer wirkende Federkraft den Zeiger entgegen der
Wirkung des Mitnehmers in die Anfangslage zurückzuwerfen bestrebt wäre. Die Vorrichtung
ist deshalb so auszubauen, daß die Kupplung des Zeigers mit dem Mitnehmer zweckmäßig
in der zum Endwerte der Höhenteilung gehörenden Zeigerstellung, jedenfalls nicht
später als die Kupplung des Mitnehmers mit dem Greifer gelöst wird. Das läßt sich
einfach in einer Weise verwirklichen, die der Lösung der letztgenannten Kupplung
ähnelt indem man eine Kurvenführung für den Zeiger vorsieht, die seine Kupplung
mit dem Mitnehmer spätestens gleichzeitig mit der Lösung der Kupplung des Mitnehmers
mit dem Greifer löst. Man kann bei der beispielsweise angegebenen Ausführungsform
dabei davon absehen, den Zeiger selbst axial verschieblich zu machen, wenn man ihn
aus elastischem Stoffe herstellt und ihm einen solchen Querschnitt gibt, daß er
durch Führung der Zeigerspitze an einer entsprechend gestalteten Leitkurve .derart
axial abgebogen wird, daß sich seine Verbindung mit dem Mitnehmer löst.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Abb. i zeigt einen Mittelschnitt durch die Anzeigevorrichtung,
Abb. z einen Schnitt nach der Linie 2-a der Abb. i. Abb. 3 gibt die Abwickelung
des die Leitkurve für den Greifer tragenden Zylinders in die Zeichenebene, Abb.
q. die Abwickelung des Zylinders, der .die zur Führung des Zeigers dienende Leitkurve
trägt, in diese Ebene wieder. An beiden Abwickelungen ist eine Einteilung nach Winkelgraden
angegeben.
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Die Vorrichtung hat einen zweiteiligen Gehäusekörper a'@ a2; beide
Teile sind durch eine Zwischenwand b getrennt, die einen nabenartigen Anguß b1 hat.
Auf diesem Anguß b1 ist ein Kettenrad c und ein damit verbundenes Rohr d drehbar
gelagert, zu deren
Antrieb eine Kette c1 dient. In den Gehäuseteil
a2 ist eine weitere Zwischenwand a3 eingegossen, die einen ringförmigen Anguß a'
und einen beiderseits aus der Zwischenwand a3 hervorragenden, rohrförmigen Anguß
a5 trägt, in welchen eine Büchse e mit flanschartig verbreitertem Rande ei
eingeschraubt ist. Das Rohr d ist im Anguß a' und der Büchse e geführt und hat eine
Querbohrung dl. Durch diese Bohrung dl greift ein in seitlichen Armen d' drehbar
gelagerter Hebel f, dessen freies Ende mit einem Mitnehmerstift g ausgestattet ist
und der innerhalb des Rohres d eine kleine Einbohrung f1 hat. Die jeweilige Lage
des Hebels f wird durch einen in der Nabe b1 der Zwischenwand b verschieblich gelagerten,
an seinem Ende zu einer Spitze zugeschärften Stift h bestimmt, gegen den sich der
Hebel f mit der Bohrung f1 unter .dem Drucke einer im Ende des Rohres
d untergebrachten Feder i stützt. Als Widerlager für die Feder i dient eine
Schraube k. Auf dem Anguß a' ist, durch den Rand e1 der Büchse c gegen seitliche
Verschiebung gesichert, ein elastischer Zeiger L mittels eines Ringes h drehbar
gelagert; die Zeigerspitze ist in einer im Gehäuseteil a2 eingefrästen Kurvennut
al geführt.
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Die Zwischenwand a3 hat einen kreisförmigen Schlitz a7, durch den
ein Greifer in. hindurchgeführt ist, der mit einem Ende über die Bahn des Zeigers
L hinausragt, während das andere Ende in einer Trommel iz befestigt ist, die auf
dem rohrartigen Angusse a5 drehbar und verschieblich gelagert ist. Sie wird mit
einem Zahne ia' in tangentialer Richtung an einen am Kettenrade c vorgesehenen Nokken
c2 durch eine Schraubenfeder o angepreßt. Die axiale Lage der Trommel n regelt ein
Führungsstift p, der in eine im Angusse a4 eingefräste Kurvennut a$ eingreift.
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Der Stift )a greift zwischen ,den zwei mit Eisenkernen versehenen
Spulen ql und q2 eines mittels einer Isolierschicht r auf der Zwischenwand b befestigten
Elektromagneten hindurch und trägt ein als Anker dienendes Querhaupt s. Zwei Bolzen
t1 und t', die im Gehäuseteil a1 geführt sind, begrenzen den Hub dieses Ankers s
und # verhüten zugleich Drehungen des Stiftes )a um seine Achse. Zwei Polklemmen
til und 112 sind im Gehäuseteil a1 in isolierenden Muffen v' und v' eingesetzt und
dienen zum Anschlusse der Spulen q1 und q2 an einen Stromkreis.
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Unter dem Zeiger L ist ein Teilring w auf die Zwischenwand
a' aufgeschraubt. Erträgt eine Höhenteilung w1, die sich über 300° des Umfanges
erstreckt und einen Höhenbereich von 300 m umfaßt. Der Gehäuseteil
a2 ist durch eine Lupe x verschlossen, die in einem Ring y gefaßt ist, und deren
Brennweite so gewählt ist, daß die Teilung uA mit dem Zeiger-) dem Beobachter in
sehr großer Entfernung erscheinen.
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Die Vorrichtung ist zum Gebrauche beim Landen von Flugzeugen, insbesondere
bei unsichtigem Wetter (z. B: bei starkem Nebel), bestimmt und ist so im Flugzeuge
befestigt zu denken, daß die Lupe x in der Blickrichtung des Flugzeugführers etwa
um den halben Pupillenabstand seitlich vor der Körpermitte liegt. Der Beobachter
sieht dann mit den auf die Ferne akkommodierten Augen das vor dem Flugzeuge liegende
Gelände, in dem die Teilung mit dem Zeiger zu schweben scheint, so daß er die Anzeigevorrichtung
dauernd beobachten kann und doch etwa aus dem Nebel auftauchende Geländehindernisse
sofort bemerkt. Das Kettenrad c und das Rohr d sind durch die Kette cl mit unveränderlicher
Geschwindigkeit im Uhrzeigersinne so anzutreiben, daß sie innerhalb einer Schallperiode
je eine Umdrehung von 36o° ausführen. Auch der Mitnehmerstift g läuft demnach mit
gleicher Winkelgeschwindigkeit um. Der Beginn der Schallperiode fällt auf diejenige
Mit nehmerstellung, bei welcher der Stift g den auf der Höhenteilung w1- den Wert
Null anzeigenden Zeiger l soeben erfaßt. Die Kurvennut ae (Abb. d.) ist durch das
Winkelmaß der Höhenteilung & bestimmt. Sie beginnt in der mit dem Beginne der
Schallperiode zusammenfallend angenommenen Winkelstellung 0 ° und ist so beschaffen,
daß bei der Winkelstellung 300°, bei welcher die Höhenteilung w1 endet, der Zeiger
l um einen solchen Betrag in axialer Richtung abgebogen wird, daß der Mitnehmerstift
g über den Zeiger l hinweggleitet, ohne ihn weiterzubefördern.
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Die Lage des Ankers s und des Stiftes h. sowie des Mitnehmerstiftes
g entspricht im allgemeinen der in Abb. i dargestellten Lage. Sind die Polklemmen
u) und u' an einen Stromkreis angeschlossen, in dem unter dem Einflusse des von
der Erdoberfläche zurückgeworfenen Schalles Stromstöße auftreten, dann werden während
der Dauer dieser Stromstöße die Eisenkerne der Magnetspulen q1 und q' erregt und
der Ankers angezogen, wodurch sich der Mitnehmerstift g um so viel axial verschiebt,
daß er den Zeiger l überspringt, der in der gerade eingenommenen Lage zum Stillstande
kommt. Die Höhenteilung w1 ist so geeicht, daß der Zeiger l auf ihr jeweils gerade
die Flughöhe, d. h. die Hälfte der Strecke, anzeigt, die die mit der Abgabe eines
Schallsignales ausgesandten Schallwellen während der Dauer der Bewegung des Zeigers
L durcheilen.
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Der Greifer in, der durch den Zahn n1 .der Trommeln und den
N ocken c2 des Kettenrades c mit dem Mitnehmerstift g gekuppelt
ist,
eilt idiesem um i5° voraus. Der Führungsstift p ist um i8o° gegenüber dem Greifer
na versetzt. Die Kurve a8 (Abb. 3) ist so geformt, daß der Zahn 7a1 dann vom Nocken
c2 gelöst wird, wenn der Mitnehmerstift g den Endwert der Höhenteilung w1 um etwa
15'
überschritten hat, also daß die Kupplung beider Teilen' und c2
beim Winkelwerte i 5o° des Führungstiftes p bzw. 330° des Greifers in gelöst wird.
Dieser schnellt alsdann unter der Wirkung ,der Spannung der Feder o zurück, und
da er den Zeiger l in seine Anfangslage befördern soll, ist ersichtlich, daß die
Rückvärtsbewegung des Führungsstiftes p beim Winkelwerte 165' ihr Ende finden
muß. Für diese Rückwärtsbewegung steht der zwölfte Teil der Schallperiode zur Verfügung,
d. h. die Zeit, die verfließt, während sich der Mitnehmerstiftg vom Winkelwerte
3i5° bis zum Werte 3.45° bewegt. Bei dieser letzteren Stellung des Mitnehmerstiftes
g schließt sich seine Kupplung mit dem Greifer in wieder, so daß beim nächsten Umlaufe
der Greifer in dem Mitnehmerstift g wiederum um 15o° vorauseilt.
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Sobald der Mitnehmerstift g auf seinem Umlaufe den Zeiger L (in dessen
Anfangslage) wieder berührt, ist die Kupplung nvischen beiden erneut geschlossen,
und das folgende Signal wird abgegeben. Es beginnt eine neue Schallperiode, und
das beschriebene Spiel wiederholt sich. Die Dauer des jeweiligen Stillstandes des
Zeigers L in der Anzeigestellung hängt von der Flughöhe ab. Sie ist bei kleinen
Flughöhen am größten und hat bei der größten, von der Vorrichtung angezeigten Höhe
von 300 m, bei welcher sie dem vierundzwanzigsten Teile der Schallperiode
entsprechend iS° gleichkommt, ihren kleinsten Wert. Die Dauer der Schallperiode
ist auf Grund der Tatsache, daß der Schall in Luft durchschnittlich iooo m in drei
Sekunden zurücklegt, bei der Ausdehnung der sich über den Bereich von 3oö m erstreckenden
Höhenteilung w" auf den Winkelwert von 300° mit 2,16 Sekunden anzunehmen.