CH90985A - Mechanischer Transformator für sphärische Koordinaten. - Google Patents

Mechanischer Transformator für sphärische Koordinaten.

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CH90985A
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Description


  Mechanischer Transformator für sphärische Koordinaten.    Nicht selten wird die Aufgabe gestellt,  eine Transformation von     sphärischen        Koordi-          uaten    vorzunehmen, d. h. von einem     sphä-          iischen    Koordinatensystem in ein anderes  überzugehen. Hierbei handelt es sich     uin     konzentrische,     sphärischeKoordinatensysteme,     deren Hauptaren in jedem System     reebt-          winklig    aufeinander stehen und welche um  eine gemeinsame Hauptare tun einen belie  bigen Winkel gegeneinander verdreht sind.

    Sphärische     Koordinatensysteme    dieser Art  sind beispielsweise die hauptsächlichsten  astronomischen Systeme: die Systeme des  Horizontes, des     Äquators,    der Ekliptik     etc.     



  Zur gegenseitigen Lagebestimmung eines  Punktes in zwei derartigen Koordinaten  systemen kommen fünf Bestimmungsgrüssen  in     BetraoLt    : zwei Abszissen, zwei Ordinaten  und der Winkel, um welchen die beiden  Systeme gegeneinander verdreht sind. Kennt  man drei dieser     (xrössen,    so     können    die bei  den andern nach den Regeln der sphärischen  Trigonometrie rechnerisch bestimmt werden.  Die Rechnung ist, auch bei Zuhilfenahme  von Tabellen und ähnlichen Hilfsmitteln     etc.,          umst:indlich    und zeitraubend.    Zweck vorliegender Erfindung ist nun  eine Vorrichtung, mit welcher auf mecha  nischem Wege eine Transformation von sphä  rischen Koordinaten eines Systems auf ein  anderes vorgenommen werden kann.  



       @emäl>    der Erfindung weist der mecha  nische     Trausformator    zur Transformation  sphärischer Koordinaten zweier konzentrischer  Koordinatensysteme, deren Hauptaren     iri    je  dem     Sy        stein    aufeinander senkrecht stehen  und wobei beide Systeme eine gemeinsame  Hauptare besitzen, um welche sie relativ zu  einander verdreht sind, zwei Kreisteilungen,  deren Ebenen aufeinander senkrecht stehen,  von denen die eine einem     1VIeridiankreis    des  einen Koordinatensystems entspricht und um  die Polare dieses Systems gedreht werden       kann,

      sowie einen     14feridiankreis    des zweiten       Koordinatensystems    auf, auf welchem ein  Punkt     fixiert    ist und welcher     Meridiankreis     sowohl um die -Polare seines     Systernes,    als  auch uni die beiden Systemen gemeinsame  Hauptare gedreht werden kann, wobei     zwecks          Transformation    der Koordinaten die     Meri-          diankreise    der beiden Systeme durch Dre  hung     uni    vorgenannte Hauptare derart ein-      gestellt werden, dass ihr Schnittpunkt, wel  cher mit dein fixierten Punkt zusammen  fällt,

       denjenigen    Punkt auf einer beiden  Systemen gemeinsamen     Kugeloberfläche    dar  stellt, welcher drei gegebenen Bestimmungs  grössen in bezug auf die betreffenden Systeme  entspricht und die gesuchten andern beiden       Bestimmungsgrt;Pen    auf mindestens einer der  beiden     Kreisteilungen    durch Ablesen mecha  nisch zu bestimmen gestattet.  



       Auf    der beiliegenden Zeichnung ist in       Fig.    1 eine schematische Darstellung zweier  sphärischer Koordinatensysteme und der in  Frage kommenden     Bestimmungsgrössen    eines  Punktes gezeigt;     Fig.    2 stellt eine beispiels  weise Ausführungsform des Erfindungsgegen  standes dar.  



       rin    bei der Darstellung der     Koordinaten-          Beziehungen    eindeutige Bezeichnungen ver  wenden zu können, sei ein spezifisches Bei  spiel für die in     Fig.    1 dargestellten konzen  trischen sphärischen     Koordinatensysteme    an  genommen, und zwar sei das eine System  das System des Horizontes und das andere       System    das     Sy        stein    des Äquators. Der Haupt  kreis N 0     S    W N stellt den Horizont dar,  auf welchem die     Polaxe,    welche in diesem  Falle durch den Zenit geht, senkrecht steht.

    In dem     Horizontalkreis    liegen die beiden an  dern aufeinander senkrecht stehenden Haupt  axcn     N-S    und W-0. Durch einen Punkt  L auf der Kugeloberfläche sei' ein Meridian  kreis gelegt, d.     1i.    der Höhen- oder Vertikal  kreis des Punktes im Horizontalsystem. Der  Punkt L ist nun durch seine sphärischen Ko  ordinaten, das     Azimut   <I>a</I> und die Höhe     h,    in  bezug auf das Horizontalsystem festgelegt.  



  In analoger Weise kann der Punkt. L  vermittelst des durch diesen     Punkt    gehenden       Meridiankreises,    welcher in diesem Fall der  Deklinationskreis ist, in bezug auf das     Äqua-          tor-System    festgelegt werden. Die Abszissen  sind der Stundenwinkel . und die Deklina  tion ö.

   Die auf der Äquatorebene senkrecht  stehende     Axe    ist die     Polaxe,    welche durch  den Pol geht, die     0-W    Achse ist beiden  Systemen gemeinsam und das Äquatorsystem  ist um den     Winkel        90-;-    gegen das Hori-         zontsystem    um die 0-W Achse verdreht,  wobei der Winkel      < ,J    die Breite darstellt.

   Es  handelt sich also um fünf Grössen, die bei  der     Festlegung    eines Punktes der Kugel  oberfläche in bezug auf beide     Systeme    in  Betracht kommen, nämlich um     rz.,        1a,        v,        d    und  Jeder Punkt der Kugeloberfläche kann  als Schnittpunkt je eines     Meridiankreises     jedes Systems eindeutig bestimmt werden,  wobei zur Lagebestimmung der beiden     DIe-          ridiankreise    das Einstellen derart, dass ihr  Schnittpunkt dreien der vorgenannten     Grössen     entspricht, genügt.

   Die beiden andern     Grössen          können    dann mechanisch aus der Einstel  lung der     Meridiankreise        bestimmt    werden.  Diese Überlegung bildet die Grundlage des  Erfindungsgegenstandes.

   Allgemeine Bedin  gung für das Einstellen der beiden     Meri-          diankreise    ist, dass dieselben uni ihre zuge  ordnete     Polaxe    und mindestens einer der       Meridiankreise    auch um die     gemeinsame          Hauptaxe    der beiden Systeme drehbar     sind.     und dass die     Polaxen    relativ zueinander in  der auf der gemeinsamen Achse senkrecht  stehenden     Meridianebene    drehbar sind.

   Die       Drehbarkeit    der     Polaxen    ermöglicht, jeder  zeit die beiden Systeme zum Koinzidieren  zu bringen, aus diesem Grunde genügt eine  Abszissen- und eine     Ordinatenteilung    zum  Einstellern und Ablesen aller Bogengrössen  beider Systeme.  



  In dem in     Fig.    2 gezeigten Beispiel be  steht das eine System aus einer horizontalen,  mit Kreisteilung versehenen     Kreisscheibe    1,  welche auf einem Lagerfuss 2 fest gelagert  ist. Ein Scheibenkranz 3, welcher an seinem       I        mfarig    mit einer Kreisteilung versehen ist,  ist in dem Lagerfusse 2 drehbar gelagert um  eine     Axe   <I>1-I,</I> welche     durch    das     Zentrum     C der Kreisscheibe 1 geht und auf letzterer  senkrecht steht. Das zweite. System besteht  aus einem     Arm    4, welcher um einen Hori  zontalen Zapfen 5, der in einem Lagerfuss       u    gelagert ist, drehbar ist.

   Die durch den  Zapfen 5 gebildete     Drehaxe    geht durch den       Mittelpunkt    C und ist die beiden Systemen  gemeinsame     Hauptaxe        II-II.    Das freie  Ende des Armes 4 ist mit einer     Büchse    7      versehen, in welcher ein Zapfen 8 drehbar  lagert. Die Anordnung von Arm 4 und  Büchse     i    ist so getroffen, dass sich der Zap  fen 8 um eine     Axe   <I>11I</I>     III    dreht, welche       durch    C geht und auf der     Axe        II-II    senk  recht stellt.

   Am     untern    Ende des Zapfens 8 ist  eine Hülse 9 vorgesehen, in welcher eine  nach einem     Meridiankreis    durch die     Axe          III-III        gebogene    Schiene 10 verschiebbar  angeordnet ist. Auf dem einen Ende der  Schiene 10 ist ein     Punkt    fixiert, und zwar  durch eine     Ablesevorrichtung    11. Das obere  Ende des Zapfens 8 trägt einen Knopf 12,       mittelst    welchem der Zapfen 8 und somit  auch die Schiene     uin    die     Axe        III-III    ge  dreht werden kann.

   Ferner ist an der Büchse       i    ehre Stellschraube 13 gezeigt, durch welche  der Zapfen 8 in irgend einer Lage     festge-          kleinint    werden kann. Auf denn Lagerfuss 6  ist ein mit Teilung     versehener        Quadrant    14  befestigt, auf welchem     mittelst,    einer     finit          einem        Indexstrich        versehenen        Fortsetzung    15  des Armes 4 die Stellung des letzteren abge  lesen werden     kann.    Auf dein Lagerfusse 6  ist ein Anschlag 16 vorgesehen,

   welcher die  Drehung des Armes 4 in der einen Dreh  richtung in der Stellung     hemrut,    in welcher  die     Axe        III-III    mit der     Axe        I-I        zusain-          inenfällt.    Der     Scheibenkranz    3 ist     finit    zwei       Ablesevorrichtungen    17 und 18 für die Tei  lung der Scheibe 1 ausgestattet. Die beiden  Lagerfüsse 2 und 6 sitzen auf einer     genieiri-          samen        Grundplatte    19.  



  Die     Handhabungsweise    des     Transforma-          tors    sei an einem spezifischen Beispiel be  schrieben.  



  Die beiden     Koordinatensysteme    sollen  wieder das Horizont- und das     Äquatorsystem     darstellen. Es seien folgende Bestimmungs  grössen     eines        Punktes    gegeben:     Deklination     der Sonne ö, Höhe der Sonne     h.    und Breite.

         Gesucht    seien:     Azimut    a und     Stundenwinkel     der     Sonne        :.    Zunächst wird die Koinzidenz  der Axen<I>I-1</I> und     III        --III    beider     Systeme     herbeigeführt, indem der Arm 4     uni    die     Axe     <I>I1-11</I> gedreht wird, bis er am Anschlag  16 anliegt; dann fallen die     Axen        I-I    und       III-IZI    zusammen.

   Der Scheibenkranz 3,    welcher     einen        Meridiankreis    des einen     '5'vbtenis     darstellt, wird in die auf der     Axe        1I-II          senkrecht    stehende Ebene gedreht, und die  Schiene 10, welche den     'Heridiankreis    des  zweiten Systems darstellt, wird durch Drehen  um die     Axe        Ill-III    in die Stellung über  den Scheibenkranz 3 gebracht.

   Nun wird die       Schiene    10 in ihrer Hülse verschoben, bis  durch die     Ablesevorrichtung    11 über der     'Tei-          lung    des     Scheibenkranzes    3 der     Winkel        .1     abgelesen werden kann und die Schiene irr  der Hülse 9     festgeklemmt.    Darauf wird der       Arin    4 um die     Axe   <I>II-11</I> mittelst der       Skala    14 auf den Winkel c eingestellt.

   Diese       Skala    14 ist nicht     unbedingt    nötig,     n-ian          könnte    auch die     Verdrehung    des Armes 4  mittelst der     Ablesev        orrichtung    11 über der       Skala    3     bestimmen,        wobei    der Arm     -l    so  lange gedreht wird, bis der     Winkel        (90 -o          -j-        ü    oder z. 13.

   auch der     Winkel    an beson  derer N     uinerierung)    auf dieser Skala mittelst  11 abgelesen wird. Jetzt dreht     nian    den  Kranz 3 um die     Ase        1-I        und    die Schiene  10 uni die     Axe        III-III    bis durch die     Ab-          lesevorrichtung    11 über der Teilung des  Kranzes 3 die     (xrösse        /a    abgelesen wird.

       Nun     befinden sieh die     lIeridiaiikreise    der     beiden          Svsteine.    welche durch die Teilung 3 und       Schiene    10 dargestellt     -sind,    in einer derar  tigen Lage, dass     ilir        Schnittpunkt,        welcher     in der Achse der     Ablesevorrichtung    11 liegt,  den     Punkt    darstellt, welcher den gegebenen  drei     Bestinnnungsgrühen    entspricht.

   Das     Azi-          mut        a    kann nun direkt auf der Teilung des  Horizontalkreises abgelesen werden.     L:    m den       Stundenwinkel        .-    zu erbalten, bringt man die       Axen        I-I    und     III-III    der beiden Systeme       wieder    in     Koinzidenz    und dreht den Kranz 3,  bis seine 'Peilung unter der     Ablesevorrich-          tung    11 erscheint, worauf der     Stundenwinkel     auf der Teilung der Scheibe 1 abgelesen  wird.

   Die aus     der    Transformation sich er  gebende Bestimmung der gesuchten Koordina  tion ist durch diesen Transformator auf ein  völlig     mechanisches    Einstellen und Ablesen  an zwei     resp.    drei Teilungen reduziert.  



  An dem gezeigten Ausführungsbeispiel  sind alle unnötigen Details, wie Feineinstell-           vorriehtuirgeri,        Adjustiereinriolitungen,        Vor-          richtungen        zum    Festklemmen     ete.,    wegge  lassen.

   Die     Ausführungsform        könnte    noch       inannigfarhe        _lnderungen        erfabren.    So könnte  beispielsweise die     Verdrehung    der beiden  Systeme     um        den    Winkel     S)0         -c    gegeneinan  der     aueli    dadurch erfolgen, dass man das       System,    welches die beiden Teilungen auf  weist,

       uni    die beiden     Systemen    gemeinsame       Axe    drehbar     anordnet    und (im diesen Winkel  gegen das andere System verdreht. Die  Ebene der Horizontalteilung braucht nicht  durch das gemeinsame     Zentrum    zu gehen.

    Die     Ablesevorrichtung        könnte        auch    auf einen  Halbkreisbogen angebracht     wirr,    der inner  halb eines     um    die     Polaxe    des einen     Svstenis     drehbaren Bügels in auf letzterem angeord  neten Zapfen     schwingt,    wobei die Achse der       Zapfen    durch den     gemeinsamen    Mittelpunkt  gehen     muss.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Mechanischer Transformator zur Trans- formation sphärischer Koordinaten zweier konzentrischer Koordinatensysteme, deren Hauptaxen irr jedem System aufeinander senkrecht stehen und wobei beide Systeme eine gemeinsame Hauptaxe besitzen, uni welche sie relativ zueinander verdreht sind, gekennzeichnet durch zwei Kreisteilungen. deren Ebenen aufeinander senkrecht stehen,
    von denen die eine einem lIeridiankreis des einen Koordinatensystems entspricht und um die Polaxe 'dieses Systems gedreht werden kann, sowie durch einen Meridiankreis des zweiten Koordinatensystems, auf welchem ein Punkt fixiert ist, welcher Meridiankreis sowohl um die Polaxe seines Systems, als auch um die beiden Systemen gemeinsame Hauptaxe gedreht werden kann,
    wobei zwecks Transformation der Koordinaten die Meri- diankreise der beiden Systeme durch Dre hung uni vorgenannte Hauptaxen derart ein gestellt werden, dar ihr Schnittpunkt, wel cher mit dem fixierten Punkt zusammenfällt, denjenigen Punkt auf einer, beiden Systemen gemeinsamen Kugeloberfläche darstellt,
    wel cher drei gegebenen Bestimmungsgrössen in bezug auf die betreffenden Systeme entspricht und die gesuchten andern beiden Bestim- niungsgrössen auf mindestens einer der bei den Kreisteilungen durch Ablesen mechanisch zu bestimmen gestattet.
    U N T ERAN SPR il CHE 1. Meehanischer Transformator nach Patent- arisprucli, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kreisteilungen um die beiden Systemen genehrsame Hauptaxe drehbar angeordnet sind, um die relative Verdre hung der beiden Systeme gegeneinander zu bewerkstelligen.
    2. Mechanischer Transformator nach Patent <B>-In,</B> dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einstellung der beiden Systeme auf das Komplement des Winkels, uni -#velelien sie gegeneinander verdreht sind, eine besondere Teilung vorgesehen ist und ferner ein Anschlag vorhanden ist, um beim Drehen der beiden Systeme relativ zueinander im entgegengesetzten Sinne der Verdrehung dieselben in der Koinzidenz lage anzuhalten.
CH90985D 1920-12-10 1920-12-10 Mechanischer Transformator für sphärische Koordinaten. CH90985A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2478315A (en) * 1945-03-22 1949-08-09 Richard B Pollman Architect's instrument for determining the direction of the sun's rays

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2478315A (en) * 1945-03-22 1949-08-09 Richard B Pollman Architect's instrument for determining the direction of the sun's rays

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