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Einrichtung zur Aufzeichnung voll Vorgängen, die in einem nicht voraus
zu bestimmenden Zeitpunkt einsetzen DieErfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufzeichnen
von Schwingungen, in denen sich zeitlich nicht voraussehbare Vorgänge darstellen,
auf einer von einem Triebwerk zu bewegenden Aufzeichnungsfläche, deren Bewegung
mit Hilfe von Schaitmitteln durch das Einsetzen des aufzuzeichnenden Vorganges eingeleitet
wird, unter Benutzung von Mitteln zum künstlichen Verzögern der Aufzeichnung.
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Wenn sderarti, ge Vorgänge aufgezeichnet werden sollen, so müßte
man, um den Eintritt des Vorgangs deutlich erfassen zu können, den Aufzeichnungsstreifen
dauernd laufen lassen. Um Idengdadurch bedingten unnötigen Streifenverbrauch zu
vermeiden, hat man bei solchen Einrichtungen die Anordnung so getroffen, daß der
Vorschub des Aufzeichnungsstreifens erst im Augenblick des Einsetzens des aufzuzeichnenden
Vorgangs durch Diesen selbst bewirkt wird.
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Diese Einrichtungen werden vorzugsweise dann benutzt, wenn Störungsvorgänge
in elektrischen Leitungsnetzen aufgezeichnet werden sollen, deren Beginn durch Relais
erfaßt werden kann. Wenn z. B. die bei einem Kurzschluß im Leitungsnetz auftretenden
elektrischen Schwingunlgsvorgänge aufgezeichnet werden sollen, so kann als Schreibgerät
ein Oszillograph benutzt werden, dessen Aufzeichnungsstreifen von einem Trieb werk
bewegt werden kann. Das Triebwerk läuft zwar dauernd, die Vorschubeinrichtung für
den Aufzeichnungsstreifen wird aber erst durch ein bei Kurzschluß ansprechendes
Relais mit dem Triebwerk gekuppelt.
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Solche oder ähnliche Einrichtungen haben aber den Nachteil, daß der
Aufzeichnungsstreifen erst eine gewisse Zeit nach dem Einsetzen des Störungsvorganges
die für ein gutes Erkennen der Aufzeichnungen erforderliche Geschwindigkeit erreicht.
Dies führt dazu, daß gerade der Beginn der Störung, der für die nachträgliche Prüfung
der Natur und der Ursachen der Störung wesentlich ist, auf dem Streifen nicht oder
nicht deutlich genug erkennbar ist. Diese Erscheinung wird durch die teils elektrischen,
teils mechanischenVerzögerungen verursacht, die in dem Störung relais und in der
Kupplung selbst liegen. Tatsächlich
ist auch bei den besten bisher
bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art mit einer Anlaufverzögerung von etwa
Io mjSek zu rechnen.
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Die Aufgabe, auch den Beginn der Störung bereits deutlich auf dem
Schreib streifen erkennbar zu machen, ist auf diese Weise nichtzu lösen, da die
Anlaufverzögerung mit den erwähnten Mitteln wohl verringert, aber nicht ganz vermieden
werden kann. Andererseits ist auch bereits bekannt, den Vorgang mit einer künstlich
herbeigeführten Verzögerung aufzuzeichnen. Bei einer dieser bekannten Einrichtungen
werden die aufzuzeichnenden elektrischen Vorgänge zunächst, ähnlich wie bei magnetischen
Tonaufnahmeeinrichtungen, auf einer umlaufenden Eisenscheibe in Form von Magnetisierungsänderungen
aufgespeichert. In einem bestimmten Abstand von dem zur Aufzeichnung dienenden Aufnehmer
ist ein Abnehmer angeordnet, in dessen magnetischem Kreis ein kleiner Dauermagnet
nach Art einer Galvanometernadel drehbar aufgehängt und mit einem kleinen Spiegel
zur photographischen Aüfzeichnung der Schwingungen auf einem bewegten Filrnstreifen
versehen ist.
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Diese bekannte Finrichtung hat zunächst den Nachteil, daß die durch
den remanenten Magnetismus der umlaufenden Scheibe in dem Eisen des Abnehmers entstehende
Magnetisierung so schwach ist, daß ihre Änderungen zur Ablenkung des zur-Wiedergabe
höherer Frequenz, en an genügend ggespannten Bändern aufgehängten Spiegel systems
nicht ausreichen. Um eine solche Anordnung zum Aufzeichnen der bei Störungen in
elektrischen Leitungsnetzen auftretenden elektrischen Vorgänge mit der zum Erkennen
der Störungsursachen erforderlichen Deutlichkeit benutzen zu können, müßte zuvor
eine Verstärkung vorgenommen werden. Diese könnte z. B. dadurch erfolgen, daß man
die Magnetisierungsänderungen in elektrische Schwingungen uruwandeln und über einen
Verstärker einem besonderen elektrischen Oszillographen zuführen würde. In diesem
Falle würde aber der Aufwand verhältnismäßig groß werden.
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Im übrigen hat die Verwendung eines der bekannten magnetischen Aufzeichnungsverfahren
für diesen Zweck Iden grundsätzlichen Fehler, daß die Speicherung und Wiedergabe
nicht linear erfolgen. Es ist eine bekannte Erscheinung, daß bei rderartigen Anordnungen
ein das Meßergebnis in tunzulässiger Weise verzerrender Störpegel auftritt, der
in der Hauptsache auf nicht vermeidbare Ungleichmäßigkeiten in dem magnetischen
Werkstoff zurückzuführen ist, und in der gleichen Richtung machen sich auch alle
Abweichungen von der genauen Oberflächengestalt und Lagerung des sich bewegenden
ferromagnetischen Körpers als Fehler bemerkbar.
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Um diese störenden Erscheinungen zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung
bei einer Aufzeicheneinrichtung dieser Art, bei der die Bewegung der Aufzeichenfiäche
mit Hilfe von Schaltmitteln durch das Einsetzen des aufzuzeichnenden Vorgangs eingeleitet
wird, die Aufzeichnung jedoch erst nach einer Verzogerung erfolgt, Mittel vorgesehen,
die die den Vorgang darstellenden Schwingungen zunächst in Schallschwingungen und
nach Durchlaufen einer zur Zeitverzögerung dienenden Schallstrecke in elektrische
Schwingungen verwandeln, die mittels eines elektrischen Meßgerätes aufgezeichnet
werden.
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Dieses Verfahren einer rein akustischen Verzögerung hat gegenüber
dem bekannten Verfahren der magnetischen Speicherung den Vorzug, daß es gerade zum
Aufzeichnen von schnellen Schwingungen, wie sie in der Regel im Gefolge von Störungen
in elektrischen Leitungsnetzen auftreten, besonders geeignet ist und daß bei Venvendung
von verzerrungsfrei arbeitenden Mitteln zum Umwandeln der Schwingungen eine naturgetreue
Aufzeichnung der betreffenden Vorgänge möglich ist.
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Da es im allgemeinen, besonders bei Störungsschreibern, darauf ankommt,
daß der Beginn des Vorgangs bereits mit der vollen Ablaufgeschwindigkeit aufgezeichnet
wird, so ist es erforderlich, die Schallstrecke so zu bemessen, daß {die dadurch
gegebene zeitliche Verzögerung gleich oder ein wenig größer ist als die zeitliche
Verzögerung des Beginns der Bewegung des Aufzeichnungsstreifens.
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Zur Umwandlung der aufzuzeichnen'den Vorgänge in Schalischwingungen
wird vorzugsweise ein elektrisch betriebener Schallsender benutzt. Zu Idiesem Zweck
können die aufzuzeichnenden Vorgänge, sofern es sich nicht bereits um elektrische
Schwingungen handelt, in solche umgewandelt werden. In weiterer Ausgestaltung der
Erfindung wird vorgeschlagen, als Schallsender und ebenso als Schallempfänger zur
Umwandlung der Schallschwingungen in in elektrische Schwingungen solche elektrodynamischer
Bauart, z. B. die bekannten Tauchspulengeräte, zu benutzen, da sie eine leistungsproportionalé
Energieumsetzung ermöglichen.
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Handelt es sich um die Aufzeichnung von Störungen in elektrischen
Leitungsnetzen, so kann man das beirn Eintreten der Störung ansprechende Relais
mit einer Kontaktanordnung ausrüsten, durch die eine Kupplung zwischen dem dauernd
laufenden Triebwerk und der Vorschubeinrichtung für den Aufzeichnungsstreifen eingerückt
wird. Man
kann nun bei Einrichtungen gemäß der Erfindung das betreffende
Relais mit einer zweiten Kontakteinrichtung versehen, durch die gleichzeitig das
Meßwerk des elektrischen Aufzeichnungsgerätes eingeschaltet wird. Dadurch wird das
Meßwerk geschont, da es nicht dauernd, sondern nur im Bedarfsfalle beansprucht wird.
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Für den Fall, daß zwischen dein Schallempfänger und dem elektrischen
Meßgerät ein Verstärker angeordnet ist, kann gemäß der Erfindung das Relais mit
einer weiteren Kontakteinrichtung ausgerüstet werden, durch die die Anodenbatterie
des Verstärkers eingeschaltet wird. Auf diese Weise werden vor allem die Röhren
Ides Verstärkers geschont, da auch sie erst nach Eintritt einer Störung belastet
werden.
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Die Schall strecke besteht vorzugsweise aus einem Rohr, das an seinen
Enden durch die Membranen des Schallsenders bzw. -empfängers verschlossen ist. Wenn
das Rohr aus Gründen der Platzersparnis gebogen werden muß, so ist es zweckmäßig,
die Anordnung so zu treffen, daß der Schaltweg an allen Stellen des Leitungsquerschnittes
möglichst gleich lang ist, damit störende Interferenzen vermieden werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dar ; gestellt. Dabei handelt es sich um eine Einrichtung zum Aufzeichnen der in
einem Leitungsnetz auftreffenden Störungen mittels eines Oszillographen.
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Das zu überwachende Leitungsnetz ist durch die. Klemmen I und 2 angedeutet.
An diese ist in an sich bekannter Weise eine Relaisanordnung angeschlossen, von
der in der Zeichnung nur die Wicklung 3 sowie drei Kontakte 4, 5 und 6 gezeichnet
sind. Von diesen sind die Kontakte 4 und 5 einseitig miteinander verbunden und an
die eine Klemme 7 einer Hilfsstromquelle angeschlossen. Andererseits ist der Kontakt
5 über die Erregerwicklung einer magnetischen Kupp-I, ung 8 mit der anderen Klemme
g der Hilfsstromquelle verbunden. Die Kupplung 8 ist zwischen dem Motor 10 und der
Vorschubwalze 11 des Aufzeichnungsstreifens angeordnet. Mit I2 ist eine Lichtquelle
bezeichnet, von der in der bei Oszillographen üblichen Weise über den Spiegel der
Meßschleife I3 ein Lichtstrahl auf den Aufzeichnungsstreifen geworfen wird und dort
eine Kurve 14 aufzeichnet.
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Gemäß der Erfindung ist nun die Meßschleife I3 nicht unmittelbar
an das zu überwachende Netz angeschlossen, sondern über einen Verstärker 15 an einen
Sohallempfänger 16. Die Membran des z. B. als elektrodynamisches Tauchspulengerät
ausgebildeten Schallempfängers I6 bildet den Abschluß einer Rohrleitung I7, die
auf der andern Seite durch die Membran eines in der gleichen Weise ausgebildeten
Schallsenders 18 abgeschlossen ist. Die Rohrleitung 17 ist in der Weise gebogen,
daß, wie man-aus der Zeichnung ohne weiteres erkennt, die Länge des Schallweges
an allen Stellen des Querschnittes gleich groß ist. Der Kontakt 4 ist über die Anodenbatterie
19 des Verstärkers 15 an die Klemme 9 der Hilfsstromquelle angeschlossen. Der Kontakt
6 ist in der Zuleitung zu der Meßschleife I3 angeordnet.
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Die beschriebene Einrichtung wirkt in folgenadelt Weise: Die den
aufzuzeichnenden Netzvorgängen entsprechenden elektrischen Ströme setzen in bekannter
Weise die Membran des Schallsenders I8 in Schwingungen und erzeugen in dem die Rohrleitung
I7 füllenden Medium entsprechende Schallwellen.
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Diese treffen nach einer gewissen endlichen Zeit auf die Membran des
Schallempfängers 16 auf und versetzen diese in entsprechende mechanische Schwingungen,
so daß die in der Tauchspnle des Empfängers 16 entstehenden elektrischen Ströme
den zu überwachenden Netzvorgängen entsprechen. Die von dem Empfänger I6 erzeugten
Ströme werden über den Verstärker 15 der Meßschleife I3 zugeleitet, deren Schwingungen
auf dem Streifen in Gestalt der Kurve 14 erscheinen, wenn der Streifen durch den
Motor 10 in Ider Pfeilrichtung bewegt wird.
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Diese Bewegung erfolgt in an sich bekannter Weise über die magnetische
Kupplung 8 erst dann, wenn das Relais 3 infolge des Eintnitts einer Störung angesprochen
und den Kontakt 5 geschlossen hat. Dadurch wird die Wicklung der magnetischen Kupplung
8 erregt, so daß der Anker idss Magneten angezogen und dadurch die Trommel 11 von
dem dauernd laufenden Motor In mitgenommen wird.
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Wenn man annimmt, daß die Anlaufzeit, d. h. die Zeit, die vom Beginn
der Störung verstreicht, bis der Aufzeichnungsstreifen seine volle Geschwindigkeit
erreicht hat, 10 m/Sek. beträgt, so ist die Länge des Schallw-eges in der Rohrleitung
so zu bemessen, daß Idie dadurch bedingte Verzögerung ebenfalls In m/Sek. oder etwas
mehr beträgt. Die Länge des Rohres berechnet sich dabei in bekannter Weise unter
Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit in dem das Rohr füllenden Medium. Wenn
es darauf ankommt, an Raum zu sparen, so kann das Rohr mit einem Gas gefüllt werden,
dessen Schallgeschwindigkeit kleiner als die in atmosphärischer Luft ist. Während
bei einer mit Luft gefüllten Rohrleitung mit einer Länge von
etwa
3,5 m zu rechnen ist, falls eine Verzögerung von 10 mjSek. erreicht werden soll,
ist z. B. bei einer Füllung mit Chloroform (Schallgeschwindiglueit I55 m/Sek. bei
200 C) nur eine Länge von etwa I, 8 m erforderlich.
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Eine Füllung mit Chloroform ist insofern besonder zu empfehlen, weil
dieses Gas neben der sehr geringen SchaUllgeschwindilgkeit noch den Vorzug aufweist,
Idaß es Metalle nicht angreift.
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Gleichzeitig mit dem Kontakt 5 werden auch die Kontakte 4 und 6 geschlossen.
Solange das Relais 3 nicht angesprochen hat, ist somit die Meßschleife I3 stromlos
und bleibt in Ruhe, bis eine Störung eintritt. Ebenso wird durch den Kontakt 4 die
Anodenbatterie 19 des Verstärkers 15 erst nach Eintritt einer Störung eingeschaltet.
Ini übrigen kann die Einrichtung in an sich bekannter Weise'durch besondere Relaisschaltungen
entweder nach Aufhören der Störung oder nach Ablauf einer gewissen Zeit selbsttätig
abgeschaltet werden.
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Wenn die Erfindung auch vorwiegend für die Aufzeichnung von Störungsvorgängen
in elektrischen Leitungsnetzen geeignet ist, so kann sie mit Nutzen auch bei der
Aufzeichnung von beliebigen anderen Vorgängen verwendet werden, sofern sie unvorhergesehen
eintreten können. Handelt es sich dabei um Vorgänge nichtelektrischer Art, so können
diese entweder durch Energieumsetzungsvorrichtungen unmittelbar in Schallschwingungen
oder zuvor in elektrische Schwingungen umgewandelt werden, die dann in der beschriebenen
Weise aufgezeichnet werden.
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Handelt es sich um die Aufzeichnung von akustischen Vorgängen, so
ist natürlich eine besondere Um, wandlung nicht mehr erforderlich. Man kann die
Vorgänge vielmehr in diesem Falle unmittelbar in einer zur Verzögerung dienenden
Schallstrecke wiirken lassen.
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Wirken die aufzunehmenden akustischen Vorgänge in der freien Atmosphäre,
so kann durch zweckmäßige räumliche Anordnung zweier Schallempfänger die verzogernlde
Schallstrecke durch die Atmosphäre sllber gebildet werden. Bei dieser Anordnung
wird der der Schallquelle näher liegende Schallempfänger zur Auslösung des Triebwerkes
für dile Bewegung der Aufzeichnungsfläche benutzt, während der weiter entfernte
Schallempfänger zur Aufzeichnung des gleichen Sohalls mit entsprechender Verzögerung
dient.