Einrichtung zur Ermittlung der für das Beschiessen von Luftzielen erforderlichen Geschützdaten mit Hilfe von Rechenvorrichtungen. Es sind Kommandogeräte zur mechanischen Leitung des Feuers gegen Luftziele bekannt, welche zur Ermittlung der erforderlichen Schussdaten die Zielbahn räumlich darstellen oder die in die Horizontalebene fallenden Projektionen (Kartenentfernungen) benützen, oder die erforderlichen Vorhaltegrössen mit- telst Rechengetrieben nach bestimmten For meln mechanisch oder elektrisch-mechanisch berechnen.
Dabei wird in den meisten Fällen vorausgesetzt, dass das Ziel in gerader; wag rechter Bahn fliegt, weil eine Berücksichti gung der Höhenänderungen bei Schrägflug eine nicht unbeträchtliche Komplikation der Rechengetriebe zur Folge haben würde.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit Hilfe mechanischer und optischer Rechenvorrich tungen auch für den allgemeinen Fall eines beliebigen Schrägfluges, wobei nur die ein zige Annahme gemacht wird, dass das Ziel die Geschwindigkeit, die es im Augenblicke des Abfeuerns des Geschützes besitzt, von diesem Augenblicke ab bis zum Zusammen treffen von Geschoss und Ziel nach Grösse und Richtung unverändert beibehält.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass für eine mechanische Vorrichtung, welche ebene Parallelkoordinaten in Polarkoordinaten umwandelt, einerseits Einstellorgane zur fort laufenden Einführung der vertikalen Winkel geschwindigkeit der Visierlinie und ander seits ebenfalls fortlaufend betätigte Einstell organe für das Produkt aus der horizontalen Winkelgeschwindigkeit der Visierlinie und dem Kosinus des Höhenwinkels vorgesehen sind;
derart, dass zwei mit den Endgliedern der Vorrichtung verbundene Wellen dabei entsprechend der Winkelgeschwindigkeit der Visierlinie in der durch Flugrichtung und Beobachtungsort gelegten Flugebene und ent sprechend der Neigung dieser Ebene mit Bezug auf die durch die Visierlinie gelegte Vertikalebene fortlaufend verstellt werden, und dass ferner mit dieser Vorrichtung ein optisch-mecbanischer Raumkoordinatenwarrd- ler von solcher Ausbildung beeinflussbar ver bunden ist,
dass er den in der Flugebene genommenen Unterschied zwischen Visier- und Treffpunktrichtung in die auf die Dreh achsen des Geschützes bezogenen Komponen ten zerlegt.
Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 ist schaubildlich die Lage der Zielbahn und ihrer Bestimmungsgrössen dar gestellt; Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Ermitt lung der Lage der Flugebene und der Win kelgeschwindigkeit in dieser; Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur fort laufenden graphischen Ermittlung des Schnitt winkels zwischen Zielbahn und Zielrichtung; Fig.4 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Ermittlung der Zielgeschwindigkeit aus ihrer Querkomponente und ihrer Richtung; Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Vor richtung zur Ermittlung der Lage der Ziel bahn in bezug auf den Beobachtungspunkt und der Lage des Treffpunktes auf dieser Zielbahn ;
die Fig. 6a, 6b und 6 zeigen in Drauf sicht, im Schnitt längs A-A und im Schnitt längs B-B ein Ausfübrungsbeispiel für eine Vorrichtung zur optisch-mechaniscben Um wandlung der in die Flugebene fallenden Vorhaltung in die den Geschützrichtbewe- gungen entsprechenden Winkelgrössen.
In Fig. 1 ist 0 der Beobachtungsort (bezw. das Geschütz), WP" Pg die Flugbahn, OTPP < , P6 die Flugebene,<B>OP" p.</B> die Zielebene, TV der Wechselpunkt (Fusspunkt des Lotes K von 0 auf die Zielbahn), K die kürzeste Zielent fernung, Po der augenblickliche Zielort, x" die entsprechende Entfernung, P" der Treff punkt, x, die zugehörige Treffpunktsent- fernung,
e. (e,) der Höhenwinkel zum Ziel (zum Treffpunkt); Winkel OP" Pp <I>=</I> (3o der Schnittwinkel zwischen Zielbahn und Visier linie.
Bezeichnen wir die horizontale und die vertikale Winkelgeschwindigkeit der Visier linie mit wo, co" sowie ihre Winkelgeschwin digkeit in der Flugebene mit wy, ferner den Neigungswinkel der Flugebene gegen die Zielebene mit po, so ergibt eine mathema tische Betrachtung die Beziehungen
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(!)7a = (Cvo - cos 80)2 + W', Es sind somit mittelst Mo, m, und e" der Winkel p,,
also die Lage der Flugebene in bezug auf die jeweilige Visierlinie, und die Winkelgeschwindigkeit in der Flugebene be stimmt.
Die Zielgeschwindigkeit<I>v =</I> Po Q hat in der Flugebene die beiden Komponenten:<I>R</I> Q in Richtung der Visierlinie und gleich der Entfernungsänderung
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in der Zeiteinheit, und Po R = vi,
quer zur Visierlinie und gleich dem Produkt der Winkelgeschwindig keit cvy und der Entfernung xo. Diese zweite Komponente bildet mit der Richtung der Geschwindigkeit den Winkel Q Po <I>B =</I> r. <I>=</I> (30 - 90 .
Der aus aufeinanderfolgenden Entfernungsmessungen zu bestimmende Wert von und das aus der gemessenen Ent- ferntuig
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x. und der Winkelgeschwindigkeit my erhältliche Produkt (cuy - xo) würden an sich somit die Ermittlung der Zielgeschwin digkeit v nach Grösse und Richtung ermög lichen.
Falls der Wert # nicht mit genügen der Genauigkeit aus den Entfernungsmes sungen erhalten werden kann, kann die Ge schwindigkeit v auch aus der Komponente vi <I>=</I> wy - x, und aus dem Winkel<I>Q</I> Po R=ra (bezw. ,Q.) bestimmt werden, indem dieser Winkel gesondert mit Hilfe der Winkel geschwindigkeit my ermittelt wird.
Eine mathematische Betrachtung ergibt nämlich, dass die Tangente an die Kurve, welche er halten wird, wenn der reziproke Wert
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in einem rechtwinkligen Koordinatensystem in Funktion der Zeit t, aufgetragen wird, in dem dem jeweiligen Zielpunkte entsprechen den Punkt dieser Kurve mit der Richtung der y = Achse den zu diesem Zielpunkte gehörenden Winkel r" bildet. Bei der Be stimmung der Zielgeschwindigkeit v aus vi und r. wird ausserdem der Wert
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erhalten.
Weiterhin kann mittelst des Winkels r. und der Entfernung xo im augenblicklichen Zielpunkte das rechtwinklige Dreieck OWPo erhalten werden, welches den Abstand K und die Flugstrecke WP" liefert. Durch letztere ist also auch, da v bereits ermittelt ist, die Zielflugdauer to vom Wechselpunkte W bis zum Zielorte Po bekannt.
Ist die Ziel- $ugdauer von W bis zum Punkte Pg gleich 1s, so ist Po P8 <I>= v</I> (t. <I>-to),</I> und ist P8 der Treffpunkt, so ist die Zeitdifferenz (t8-to) gleich der zur Entfernung<I>x,
</I> --- <I>0P8</I> schuss- tafelmässig gehörenden Geschossflugzeit z und der Winkel Po <I>0P6 =</I> r, <I>-</I> r" gleich der in die Flugebene fallenden Vorhaltung Q r.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zeigt die Visierfernrohre 1 und 2, die in an sich bekannter Weise zum Verfolgen des Ziels der Seite und der Höhe nach dienen, indem sie der Seite (Höhe) nach mittelst der Kurbel 3 (9) auf das Ziel gerichtet und mittelst der Kurbel 6 (12) das Reibrädchen 7 (13) des Reibgetriebes 8 (14) derart ein gestellt wird, dass die Ziellinie fortlaufend dem Ziele der Seite (Höhe) nach folgt.
Die Verschiebung des Reibrädchens 7 bezw. 13 ist dann proportional der horizontalen bezw. vertikalen Winkelgeschwindigkeit des Zieles coo bezw. to,. Die horizontale Winkelgeschwin digkeit<I>wo</I> wird einem Kosinus-Muitiplika- tionsgetriebe 15 an sich bekannter, hier nicht näher dargestellter Wirkungsweise zugeführt, welches anderseits von der Welle 5 den Drehwinkel der Höhenwelle 11 der beiden Fernrohre,
also den Höhenwinkel e. zum Ziel erhält und fortlaufend das Produkt <B>(WO</B> # cos so) bildet. Letzteres wird der Vor richtung zur Ermittlung von p" und wy zu geführt, indem ein Schlitten 16 proportional diesem Werte von der Mitte der Scheibe 21 aus verschoben wird. Senkrecht zur Be wegungsrichtung dieses Schlittens wird ein zweiter Schlitten 17 proportional der verti kalen Winkelgeschwindigkeit wo verschoben.
Jeder der beiden Schlitten besitzt einen quer zu seiner Bewegungsrichtung angeordneten Schlitz; diese beiden Schlitze führen einen Stift 18, der gemäss den obigen Formeln den Endpunkt des Vektors der in der Flug ebene liegenden Winkelgeschwindigkeit coy darstellt. Er führt seinerseits eine auf der Scheibe 21 radial verschiebbare Zahnstange 19 und bewirkt bei seiner Einstellung ausser deren Verschiebung eine Drebung der Scheibe 21 um den Winkel p", welche von den Rä dern 22 und der Welle 23 fortgeleitet wird.
Die radiale Verschiebung der Zahnstange 19 proportional wy wird durch Stirn- und Kegel räder 20 abgenommen und dem Rückstell- differential 24 zugeführt, durch welches der Einfluss der Scheibendrehung auf wy in be kannter Weise unwirksam gemacht wird; die Welle 25 leitet den Wert wy fort.
Um zufällige, durch mechanische oder messtechnische Fehler verursachte Schwan kungen in der Einstellung der Endpunkte des Vektors wy ausschalten zu können, kann gegebenenfalls in der Vorrichtung nach Fig. 2 dieser Endpunkt an Stelle eines durch Schlitze geführten Stiftes durch den Schnittpunkt zweier, von den Schlitten 16 und 17 ge tragenen Fäden dargestellt werden.
Die Ein stellung der Schlitten beeinflusst hierbei nicht unmittelbar die weiteren, zur Errechnung der Vorhaltegrössen vorgesehenen fxlieder, sondern es wird mit jenem Schnittpunkte eine Marke derart in Deckung gehalten, dass sie den von Zufälligkeiten herrührenden klei neren Schwankungen der Einstellung des Fadenschnittpunktes nicht folgt. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur fortlaufenden Ermittlung des Schnitt winkels zwischen Zielbahn und Zielrichtung gezeichnet.
Der von der Welle 25 der Fig. 2 fortgeleitete Wert coy. wird einem Kurven zylinder 33 zugeführt, der mittelst einer ent sprechenden Kurvennut und eines von dieser geführten Stiftes 35 die zu wy proportionale Drehung des Zylinders in eine zu
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pro portionale Verschiebung der Zahnstange 36 umsetzt. Diese Verschiebung wird von dem Zahnrad 3 7 abgenommen und einer Spindel 38 zugeführt, welche die mit einem Zeichen stift 40 versehene Mutter 39 verschiebt. Ein Zeichenband 41 wird, beispielsweise von einem Uhrwerk 42, mit gleichmässiger Ge schwindigkeit senkrecht zur Bewegungsrich tung der Spindelmutter 39 verschoben.
Der Zeichenstift 40 zeichnet dann die oben er wähnte Kurve 28 auf. Zur Ermittlung der Neigung der Tangente dieser Kurve ist ein durchsichtiges Lineal 48 vorgesehen, das so verschoben und um seine Achse gedreht werden kann, dass es durch den zuletzt auf gezeichneten Punkt der Kurve, die übrigens, mathematisch betrachtet, eine Parabel dar stellt, hindurchgeht und zugleich die Rich tung der Tangente in diesem Punkte an nimmt. Die Drehachse des Lineals ist auf einem Schlitten 47 gelagert, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zeicbenbandes durch die Kurbel 45 mittelst der Spindel 46 verschoben werden kann.
Gleichzeitig kann von der Kurbel 55 aus, über Räder 56, Dif ferential 54, Welle 53 und weiter über das auf dem Schlitten 47 gelagerte, auf Welle 53 längsverschiebbare Zahnrad 52, sowie über Zahnrad 51, Schnecke 50 und Schnek- kenradsegment 49 das Lineal gedreht werden. Der Drehwinkel des Lineals in bezug auf die Bewegungsrichtung des Zeichenbandes ergibt den Winkel r", welcher von der Welle 57 fortgeleitet wird.
Zur fortlaufenden Ermittlung des Winkels r" aus einer einmaligen Richtungseinstellung des Lineals 48 ist folgende Vorrichtung vor gesehen: Die Drehung proportional my wird von der Welle 25 zu einem Reibgetriebe (Integrator) 59 geleitet, dessen Reibrädchen 58 proportional my verschoben wird, so dass der Integrator in an sich bekannter Weise fortlaufend das Integral S my # dt bildet,
wel ches über 60 im Differential 54 zu dem von Kurbel 55 eingestellten Anfangswerte des Winkels r o algebraisch addiert wird. In Fig. 4 bildet ein Multiplikationsgetriebe 61 beliebiger Bauart aus den Werten coy und x" fortlaufend das Produkt vi <I>=</I> my # x"; proportional zu dieser Komponente von v wird ein Schlitten 62 von dem Mittelpunkte einer Scheibe 72 aus verschoben.
Der Schlit ten 62 trägt eine Spindel 63, deren Mutter 64 von der Welle 67 aus über Kegelräder 66 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens 62, also entsprechend der Rich tung der Komponente
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von v, verschoben werden kann. hin Stift 65 der Mutter 64 greift durch eine Nut des Schlittens 62 in eine auf der Scheibe 72 radial verschiebbare Zahnstange 70 ein. Eine Verschiebung des Schlittens 62 bezw. der Mutter 64 bewirkt ausser einer radialen Verschiebung der Zahn stange 70 eine Drehung der Scheibe 72. Ein Schneckenrad 73 wird von der Schnecke 74 der Welle 57 gedreht und trägt die Gegenkontakte einer Kontaktvorrichtung 69, deren Mittelkontakt auf der Scheibe 72 be festigt ist.
Die Kontaktvorrichtung betätigt beispielsweise einen kleinen Elektromotor 68 derart, dass er in entsprechendem Sinne die Welle 67 so lange dreht und damit die Mutter 64 so lange verschiebt, bis die durch die zu (my # xo) proportionale Verschiebung des Schlittens 62 und die Verschiebung der Mutter 64 bewirkte Drehung der Scheibe 72 gleich ist dem Winkel r"; um den das Schneckenrad 73 vor) der Welle 57 aus ge dreht wurde.
Es ist dann die Hypotenuse des Dreieckes<I>A C</I> b proportional der Ziel geschwindigkeit v deren Betrag über Zahn stange 70, Stirn- und Kegelräder 71, Rück stelldifferential 75 fortgeleitet und zur An zeige gebracht werden kann, während die Verschiebung der Mutter 64 von der Null- lage C aus, bezw. die Drehung der Welle 67, der Komponente
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proportional ist.
Diese Drehung wird auf die Reibrolle 88 des Inte- grators 89 übertragen, welcher das Integral
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dt bildet und dem Differential 83 zu führt, wo es zu einem mittelst der Kurbel 82 eingestellten, gemessenen oder geschätzten Anfangswerte der Entfernung algebraisch addiert wird, so dass das Differential 83 dann fortlaufend die augenblickliche Zielent fernung x" liefert.
In Fig. 5 ist eine Spindel 104 auf einer Scheibe 103 gelagert und wird in Richtung des Vektors der jeweiligen Zielentfernung eingestellt, indem das mit der Scheibe ver bundene Schneckenrad 102 von der Welle 57 gegenüber einer festen, der kürzesten Zielentfernung entsprechenden Bezugsrichtung um r" gedreht wird. Auf der Spindel wird die Mutter 108 über Rückstelldifferential 105, Kegelräder 106 und 107 proportional x" ver schoben.
Der Stift der Spindelmutter 108, der den Endpunkt des Vektors der augen blicklichen Entfernung darstellt, bewegt bei seiner Einstellung zwei zueinander senkrecht verschiebbare Schlitten 109 und 111. Der Schlitten 111 wird in der erwähnten festen Bezugsrichtung um einen Betrag verschoben, der proportional ist- zu der Länge K des Lotes vom Beobachtungspunkte, welcher durch den Mittelpunkt der Scheibe 103 dar gestellt wird, auf die Zielbahn, während die dazu senkrechte Verschiebung des zweiten Schlittens 109 proportional ist dem Abstande (vto) des augenblicklichen Zielortes vom Fuss punkte dieses Lotes (Wechselpunkt).
Der Schlitten 111 trägt weiter quer zu seiner Bewegungsrichtung eine' Spindel 112, welche damit durch die Bewegung des Schlittens um den Betrag g parallel zu sich selbst gegenüber dem ebenfalls dem Beobachtungs punkte zugeordneten Mittelpunkte der Scheibe 123 verschoben wird. Auf dieser die Zielbahn darstellenden Spindel 112 kann eine dem Treffpunkte zugeordnete Mutter 113 von einem Motor 140 aus über Welle<B>115</B> und Kegelräder 114 verschoben werden. Ein Stift der Mutter 113 greift in eine Zahnstange 124 der Scheibe 123 ein und bewirkt bei der Verschiebung der Spindelmutter ausser einer Verschiebung dieser Zahnstange eine Drehung der Scheibe 123.
Der Drehwinkel r. wird einem Differential 121 zugeführt, das anderseits den Drehwinkel r. der Scheibe 103 erhält, die Differenz dieser beiden Win kel bildet und einer anhand von Fig. 611, 6" und 6 beschriebenen Vorrichtung <B>136</B> zu führt.
Die Drehung der Welle 115 propor tional der Verschiebung (v # t & ) der Spindel mutter 113 wird einem Differential 117 zu geführt, das anderseits vom Rad 110 die Verschiebung (v to) des Schlittens 109 erhält und die Differenz v (t5 to) bildet. Dieser Wert wird einem Divisionsgetriebe<B>118</B> be liebiger Bauart zugeführt, das ausserdem den Wert v erhält und fortlaufend die Grösse (t8 <I>to)</I> bildet. Diese wird auf ein Differential 138 übertragen, dessen A'littelräder eine Kon takteinrichtung 139 betätigen, welche den Motor 140 steuert.
Der Abstand der dem Treffpunkte zugeordneten Spindelrnutter <B>113</B> von dem den Beobachtungsort darstellenden Mittelpunkte der Scheibe 123 wird als Ver schiebung der Zahnstange 124 über Stirn und Kegelräder 125, Rückstelldifferential 126 einer Spindel 127 zugeführt, welche einen Schlitten 128 proportional diesem Abstande x" verschiebt. In einer Führung dieses Schlit tens ist eine Zahnstange<B>129</B> senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens verschieb bar.
Die Verschiebung der Zahnstange wird durch ein Röllchen 135 bewirkt, das sich gegen einen die schusstafelmässige Funktion der Flugzeit von Treffpunktsentfernung und Höhenwinkel zum Ziele darstellenden Kurven körper 133 anlegt. Dadurch, dass das Röll chen mit dem Schlitten 128 proportional der Entfernung x. verschoben und der Kurven körper 133 von der von der Vorrichtung 136 kommenden Welle 134 in Abhängigkeit des Höhenwinkels e9 gedreht wird, wird die Zahn stange 129 proportional der zur Entfernung x. gehörenden Geschossflugzeit r unter Be rücksichtigung des Treffpunkthöhenwinkels verschoben.
Diese Verschiebung wird vom Zahnrad 130, welches auf dem Schlitten 128 gelagert und auf der Welle 131 verschieb bar ist, abgenommen und von der Welle<B>131</B> zum Differential 138 geleitet.
Solange die Drehbewegungen der Wellen 131 und 137 voneinander abweichen, schaltet die Kontaktvorrichtung 139 den Motor 140 ein, so dass eine Verschiebung des Einstell gliedes 113 erfolgt. Sobald die Gleichheit beider Drehbewegungen erreicht ist, stellt das Einstellglied 11:3 den zu dem durch das Glied 108 dargestellten augenblicklichen Ziel ort gehörigen Treffpunkt dar. Es ist dann die Verschiebung der Zahnstange 124 der Treffpunktentfernung x, proportional, wäh rend die vom Differential 121 gebildete Dif ferenz der Drehwinkel beider Scheiben der Vorhaltung 0 rin der Flugebene entspricht.
In den Fig. 6a, 6b und 6 wird zur Ein stellung des Höhenwinkels e" das Rundblick fernrohr 150 als Ganzes über Schnecken antrieb 152 um die wagrechte, durch den Schnittpunkt .1T der beiden Drehachsen des Kopfprismas 154 hindurchgehende Achse a-a fortlaufend um diesen Höhenwinkel gedreht.
Dadurch wird erreicht, dass zwischen der ursprünglich senkrechten Drehachse m-in des Fernrohrkopfes und der wagrechten Dreh achse des kreisbogenförmigen Bügels 116 der Winkel 90 - e. eingestellt wird. Dem Kopfprisma 154 werden zwei Einstellbe wegungen zum Anschneiden einer um Q r auf dem Bügel verschobenen Marke 143 mit- telst der Kurbeln 167 und 163 erteilt.
Mit telst der Kurbel 167 wird das Prisma mit dem .Kopfteil 153 um die Achse m-na über Rückstelldifferential 166, Kegelrad 165, Kegel radsegment 164, das am Kopfteil 153 be festigt ist, um den auf die Horizontalebene bezogenen Seitenvorhaltewinkel 0 99 und mittelst der Kurbel 163 um die Achse c-c über Rückstelldifferential 162 und 161, Stirn räder 160, Kegelradsegment 159, Kegelrad- segnient 158, das um den Kopfteil 153 lose drehbar ist, Stirnradsegment 157,
welches mit 158 verbunden ist, Stirnrad 156, dessen Welle am Kopfteil 153 gelagert ist, Kegel räder 155, um den Höhenwinkel es zum Treff punkte gedreht. Soll gegebenenfalls der Höhen vorhaltewinkel für sich zum Geschütz über tragen werden, so wird die Drehung s6 einem Differential zugeführt, welches anderseits den Winkel e" erhält und fortlaufend die Differenz 0 e bildet.
Die Vorrichtung zur Einstellung der dem Treffpunkte zugeordneten Marke 143 besteht aus dem kreisbogenförmigen Bügel 116, der um seine Drehachse Mpo von der Achse 141 aus um den Winkel p" gegen die (senkrechte) Bezugslage gedreht wird. Der Bügel<B>116</B> bildet die Führung für ein Gleitstück 142; welches die dem Treffpunkte zugeordnete Marke 143 trägt. Zur Einstellung des Win kels A r wird das Gleitstück vom Schnek- kenantrieb 149 aus über Rückstelldifferential 148, Stirnrad 147, Stirnrad 146, das um Welle 141 lose drehbar ist, sowie über Stirn rad 145, Zahnrad 144 und Verzahnung des Gleitstückes entsprechend verschoben.
Die Drehungen der Kurbeln 163 und 167, welche proportional e, und /, cp sind, können in an sich bekannter Weise den Geschützen übermittelt werden. Ebenso können bekann termassen aus den ermittelten Bestimmungs stücken für den Treffpunkt die sonstigen Sehiessdaten, wie Aufsatzwinkel und Geschoss- tempierung bestimmt und den Geschützen zugeleitet werden.
Zum Sehlusse sei noch bemerkt, dass man die auf der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellten Vorrichtungen in der Praxis am besten zu einem einzigen Geräte vereinigt, das somit als Zentral kommandogerät für die Feuerleitung benützt wird.