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Einridhtung zur Zeitmessung mittels photographischer Registrierung
Es
sind Zeitmeßgeräte, insbesondere zur Aufzeichnung der Geschwindigkeit von Geschossen,
bekannt, bei denen Beginn und Ende des zu bestimmenden Zeitablaufes durch Stromimpulse
bzw. von den Stromimpulsen veranlaßte Lichtblitze gekennzeichnet sind. Bei einer
Anordnung zur Bestimmung von Geschoßgeschwindigkeiten durchfliegt das Geschoß eine
Meßstrecke. Am Beginn der Meßstrecke löst das Geschoß einen Stromimpuls aus, durch
den ein Lichtblitz veranlaßt wird. Dasselbe geschieht am Ende der Meßstrecke. Die
Impulsgebung erfolgt z. B. auf induktivem Wege, indem das Geschoß Meßspulen, auf
kapazitivem Wege dadurch, daß es Meßkondensatoren durchfliegt; sie kann aber auch
galvanisch geschehen, indem durch das Geschoß Leitungen einer Meßspule od. dgl.
zerstört werden.
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Schließlich kann die Impulsgebung elektroakustisch durch die Kopfwelle
des Geschosses bewirkt werden.
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Bekannt ist eine Einrichtung, bei der durch den ersten Lichtblitz,
etwa durch einen gemäß dem Stromimpuls ausgelösten Funken, der obere Teil und durch
den zweiten Lichtblitz der untere Teil einer mit bekannter Drehzahl umlaufenden
Trommelskala photographiert wird. Das dadurch gegebene Bild zeigt also zwei übereinanderliegende
Aufzeichnungen der Skala, d. h. es kann von ihm der von der Trommel zurückgelegte
Weg abgelesen werden. Da die Trommeldrehzahl bekannt ist, kann die Meßzeit und damit
die Geschoßgeschwindigkeit bestimmt werden. Die bekannte Einrichtung hat den wesentlichen
Nachteil, daß die Flugzeit immer nur eines Geschosses aufgenommen werden kann, daß
also zwischen zwei Schüssen jedesmal das Aufnahmematerial in der photographischen
Kamera gewechselt werden muß. Handelt es sich nun
z. B. darum, schnellere
Schußfolgen, etwa bei Maschinenwaffen, oder lange Zeiten, Flugzeiten von Geschossen,
aufzuzeichnen, Zeiten also, die sich über mehrere Trommelumdrehungen erstrecken,
so macht einmal der schnelle Transport des Aufnahmematerials in der Kamera Schwierigkeiten,
andererseits können bei mehreren Trommelumdrehungen innerhalb der Meßzeit Fehlanzeigen
auftreten. Gibt etwa die zu untersuchende Waffe 50 Schuß in der Sekunde ab und will
man die Geschwindigkeit der einzelnen Geschosse feststellen, so ist es notwendig,
alle 1/50 sec den Filmtransport vorzunehmen. Da die Geschoßfolge nicht als immer
konstant angenommen werden kann, zwischen den einzelnen Schüssen können verschieden
lange Zeiten liegen, nur der mittlere Abstand beträgt 1,!so sec, so muß also der
Filmtransport in noch kürzerer Zeit, also z. B. in 1!ion sec erfolgen. Man müßte
also eine Zeitlupenkamera-Filmfortschaltung anwenden oder einen Filmtransport mit
optischem Ausgleich benutzen. Beide Einrichtungen bedingen einen erheblichen technischen
Aufwand.
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Eine stetige Weiterbewegung des Aufnahmeträgers während der Meßzeit
würde zu einer fehlerhaften Zeitbestimmung führen, wenn nicht die Geschwindigkeit
des Films bekannt ist. Diese muß aber mit der gleichen Genauigkeit bestimmt werden
wie die Drehzahl der zu photographierenden Trommel, denn sonst ist bei derartigen
Zeitmessern nicht die notwendige hohe Meßgenauigkeit zu erreichen.
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Abgesehen von der begrenzten Anwendbarkeit der bekannten Einrichtung,
die durch die Ver,vendung des ruhenden Aufnahmeträgers gegeben ist, hat diese noch
den Nachteil, daß zwei Lichtblitzgeräte (Funkenstrecken) und zwei Optiken benötigt
werden.
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Diese Mängel werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß ein von
einem für beide Lichtblitze gemeinsamen Lichtblitzgerät herrührender Lichtblitz
eine mit konstanter Drehzahl gegenüber einer festen Marke umlaufende, mit Skala
versehene Trommel oder Scheibe beaufschlagt, die auf einem stetig angetriebenen
Film abgebildet wird. Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile. Das Gerät kann
für eine schnelle Schußfolge verwendet werden; es können beliebig lange Zeiten mit
gleicher Genauigkeit gemessen werden, ohne daß Sondereinrichtungen nötig sind; es
ist nur ein Lichtblitzgerät, z. 13. eine Funkenstrecke, erforderlich, und die Messung
erfolgt durch Ausmessung der Verschiebung der Skala gegen eine feste Marke.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. I ist das Geschoß, dessen Flugzeit gerade gemessen werden soll. Es
durchfliegt die Meßspule 2 und 3. Die dadurch entstehenden Stromimpulse wirken auf
ein Lichtblitzgerät 4, dessen Lichtquelle durch eine Funkenstrecke 5 dargestellt
ist. An Stelle der Funkenstrecke 5 kann auch eine Quecksilberdampfhochdrucklampe
treten.
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6 ist eine mit konstanter Drehzahl umlaufende Scheibe, auf der die
Skala 7 aufgetragen ist. Die Scheibe 6 ist durchsichtig: sie wird von dem von der
Lichtquelle 5 ausgehenden Lichtblitz ausgeleuchtet.
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Die Skala wird auf dem Film 8 als Schattenbild aufgenommen und photographisch
aufgezeichnet.
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Gleichzeitig wird eine feste Marke g aufgenommen.
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In den Lichtstrahlengang sind zweckmäßig geeignete Optiken 10 und
II eingeschaltet.
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Der Film 8 wird mit stetiger Geschwindigkeit angetrieben. Die Filmablaufgeschwindigkeit
braucht nicht bekannt zu sein, da die Drehung der Scheibe 6 gegen die Festmarke
9 abgelesen wird. Die Geschwindigkeit des Films braucht nur so groß zu sein, daß
sich der Film innerhalb der Meßzeit um eine Bildhöhe weiterbewegt. Die Filmbewegung
selbst hat keinen Einfluß auf die Schärfe des Bildes, weil der Lichtblitz nur eine
Zeitdauer von I0-6 sec hat. Die Filmbewegung muß bei 1 cm Bildhöhe und einer Meßzeit
von sec rund 2 m/sec betragen; das würde bei einem mit I000 m/sec fliegenden Geschoß
eine Meßstrecke von 5 m bedingen. Bei Maschinenwaffen ist die Feuergeschwindigkeit
mitunter bis zu 50 Schußtsec groß. Es würden also alle l/o sec auf dem Filmstreifen
8 zwei Aufnahmen untereinander entstehen und der Abstand zwischen zwei Messungen,
d. h. zwischen aufeinanderfolgenden Schüssen, vier Bildhöhen groß sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können auch beliebig lange
Zeiten gemessen werden. Zu diesem Zweck wird z. B. bei jeder Umdrehung der Scheibe
6 ein Lichtimpuls oder ein Funkendurchschlag auf dem Film 8 aufgezeichnet. Zur Bestimmung
der Zeit ist es nur nötig, die Zahl der Scheibenumdrehungen zwischen den beiden
aufgezeichneten Skalenbildern abzuzählen. Die Umdrehungszahl der Scheibe gibt dann
die ganzen Zahlen (Einer, Zehner usw.) der Meßzeit an, während die aus beiden Skalenbildern
abgelesene Zeit den Dezimalstellen entspricht. Es ist auch möglich, die Drehzahl
der Scheibe nachzuprüfen, wenn außerdem auf dem Film eine Zeitmarke aufgezeichnet
wird, die von einem genügend genau arbeitenden Zeitgeber, z. B. einem Stimmgabel-,
Quarz-oder entsprechenden Zeitnormal, gegeben wird.
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Bei der Messung der Geschoßgeschwindigkeiten von Maschinenwaffen
bzw. bei sehr schnellen Schußfolgen kann man die Steuerung der Geschwindigkeit des
Films 8 durch Impulse bewirken, die durch die Schußfolge der Waffe bedingt sind.
Das kann so geschehen, daß der Ankerstrom des Filmantriebsmotors Stromstöße erhält,
die hinsichtlich Dauer und Stärke so bemessen sind, daß die Filmbewegung um das
erforderliche Maß beschleunigt wird. Hört das Feuern der Waffe auf, so kommt nach
einiger Zeit der Film zum Stillstand. Hierbei wird also der Filmvorschub in Abhängigkeit
von der Schußzahl geregelt.
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Zur Regelung werden gittergesteuerte Gasentladungs-oder Elektronenröhren
verwendet, deren Gitter Impulse entsprechend der Schußzahl erhalten.
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Die Konstanz der Umdrehungen der Scheibe 8 ergibt sich durch die
Verwendung eines synchronisierten Gleichstrommotors. Die Drehzahl wird zweckmäßig
mittels stimmgabelgesteuerter Glimmlampen oder eines Lichtblitzstroboskops überprüft.
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Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu erhaltenden Aufzeichnungen
sind in Fig. 2 dargestellt.
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Es ist auf dem Filmstreifen 12 auf dem oberen Bild die erste Aufnahme
I3 der Skala 7 und der festen Marke g, ferner die zweite Aufnahme 14 von Skala
und
Festmarke ersichtlich. Die Aufnahme ergibt die Differenz 80,98 - 10,65 = 70,33 Teilstriche.
Führt die Scheibe 6 pro Minute 6000 Umdrehungen aus, so entspricht I Umdrehung =
0,01 sec. Bei einer Skalenlänge von 1 m entspricht 1 cm Verdrehung vor der festen
Marke g der Zeit von 0,OOOI sec. Bei der ersten Messung auf dem Film I2 ergibt sich
also eine Meßzeit von 0,007033 sec. Zwischen der ersten und der folgenden Messung
ergibt sich der durch den Filmablauf bedingte freie Raum, die folgende, 1/,, sec
später einsetzende Messung erfolgt in der gleichen Weise.
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Die Auswertung des mit I5 bezeichneten Filmstreifens ergibt folgende
Werte: Die erste Aufnahme erfolgte bei Teilstrich 50,05. Der Abstand zwischen den
von der Scheibe 6 gegebenen Marken I6 beträgt 0,OI sec, d. h. die Schiebe 6 hat
zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme 3 Umdrehungen ausgeführt. Die zweite
Aufnahme erfolgte bei Teilstrich 80,73, so daß sich hier als Meßzeit ergibt: 3 Scheibenumdrehungen
zu 0,OI sec = .. = 0,03 sec plus Differenz der beiden Aufnahmen = .. = o,oo2g68
-Meßzeit = o,o32968 sec Beide Arten der Registrierung bzw. Auswertung können natürlich
mit ein und demselben Filmstreifen erfolgen.