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Einrichtung zur Bestimmung der Richtung eines im Raume sich bewegenden
Zieles Korrektoren von Abhorchapparaten und andere Mittel zum Anvisieren eines beweglichen
Zieles benötigen immer eine Bestimmung der Bewegungsrichtung dieses Zieles, z. B.
des Fluges eines Flugzeuges. Diese Bestimmung erfolgt bisher in der Weise, daß die
Flugzeugbahn in einer zentralen Projektion entweder auf einer Halbkugel oder auf
einer ebenen Platte eingezeichnet wird. Diese beiden Arten weisen den, Nachteil
auf, daß ein Registrierungsteil (eine Kugel oder eine Kotangensplatte) von ziemlich
großen Abmessungen erforderlich ist, um nämlich die ganze Bewegungsbahn des Zieles
in einem ausreichend großen Maßstabe registrieren zu können, welcher aus Gründen
der Übersichtlichkeit und einer hinreichend genauen Ablesung der Bewegungsrichtung
(des Kurses) erforderlich ist.
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Die hierbei verwendete Registrierungseinrichtung an und für sich weist
bei praktischer Anwendung, insbesondere zu Militärzwecken, ebenfalls bedeutende
Nachteile auf, da sie einer Wartung, nämlich des Einsetzens von Schreibstift oder
Feder, und einer Auswechslung dieser Teile bei Beschädigung bedarf, wodurch die
Bedienung erschwert wird. Außerdem muß die eingetragene Bewegungsbahn des Zieles
wieder ausradiert werden. Die Erfindung bezweckt, sämtliche diese Nachteile zu vermeiden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe von neuen Gesichtspunkten aus, und zwar
auf Grund einer neuen geometrischen Auffassung der Zielbahn mit Hilfe eines Ähnlichkeitspunktes.
Zur Aufklärung des Wesens der Erfindung sei eine theoretische Erwägung unter Hinweis
auf Abb. i und 2 der Zeichnung vorausgesandt.
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ist der veränderliche Seitenwinkel des Zieles relativ zur Nullrichtung
in der Horizontalebene.
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ß ist der augenblickliche Kurs des Zieles, d. h. der Winkel, welcher
von der Zielbahn und von der Nullrichtung eingeschlossen ist. Dieser Winkel kann
für ein kleines Element s der Zielbahn als konstant angesehen werden.
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z ist der Geländewinkel des Zieles über der Horizontalebene.
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Abb.2 stellt die räumlichen Verhältnisse der Winkel- und Größenangaben
dar, und zwar in einer Verkleinerung, welche durch Dividieren mit der konstanten
metrischen Höhe des Zieles über der Horizontalebene entstanden ist. Die Höhenstrecken
11 li = ml, 1z l2 = ml sind nämlich konstant und werden als
der gewählten Konstante na, gleich angenommen.
Die räumliche Zielbahnstrecke
s, welche demnach als geradlinig und waagerecht vorausgesetzt wird, hat den Grun.driß
s1 = 1112-Wenn ,
man die Strecke cl 4 = v2 (Abh, r; dem
Apparate gegenüber als ortsfest nimmt, von einer Länge na, - cotg a2, so
ve-i@j'n läuft in den weiteren Punkt 1i des Grund--'F risses s, der Zielbahn s ein
Vektor v1 von einer Länge na, - cotg v1. Die Vektoren v2 und v1 schließen
mit der Grundrichtung cl o (Abb. 2) einen Winkel q?, bzw. (p1 ein. Der GrundriB
s1 der Flugzeugbahn s wird daher vom Vektor v2 als festem Vektor um einen Winkel
w = 99, -f- a abweichen.
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Es sind Vorrichtungen und Geräte bekannt, welche die Zielbahnstrecke
s1 automatisch durch ununterbrochenes Anvisieren des Zieles aufzeichnen und hierdurch
.die Ermittlung des Kurswinkels a ermöglichen. Dieselben besitzen aber den gemeinsamen
Nachteil, daß die Strecken v, und v2 bei einem genügend großen Maßstab zu groß werden
und dadurch die Dimensionen der betreffenden Geräte beträchtlich anwachsen. Gemäß
der Erfindung verwirklicht man dagegen eine der Zielbahnstrecke s1 ähnliche Zielbahnstrecke
s2, welche parallel und in entgegengesetzter Richtung zur Strecke s1 verläuft, stets
aber durch den Beobachtungspunkt c1 gelegt ist. Diese ähnliche Strecke s2 kann in
einem beliebig großen Maßstabe verwirklicht werden, ohne dabei die Strecken v1
= cl h (Abb. i) und v2 = c1 12 proportional anwachsen zu lassen.
Gemäß Abb. z ist
setzt man Cl z=q-Mi-cotgvi, wo q eine pantographische Übersetzung (Verkleinerungs-
oder Vergrößerungsverhältnis) bezeichnet, so erhält man ein konstantes Verhältnis
Die Parallelführung der Strecke s2 zur Strecke s1 geschieht selbsttätig dadurch,
daß ein Pantograph (Storchschnabel) eingeschaltet ist.
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Wenn nämlich der Punkt 1i (Abb. i) die Strecke s1 beschreibt, so beschreibt
der Punkt l2` (Ende des Storchschnabels) die Strecke s2 parallel und im entgegengesetzten
Sinne zu s1, wenn der veränderlich lange Hebel 1, 12' im Ähnlichkeitspunkte
z aufgehängt ist.
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Man braucht den Punkt 1i gar nicht weiter zu verwirklichen, sondern
es genügt bloß die Strecke l,' z = ciz nach den angeführten Formeln zu wählen.
Man braucht also nur folgende Strecken mechanisch zu verwirklichen: a) _m1
- cotg z2, cl z,
"@.-. d_en veränderlichen pantographischen e1 l2 l2', welcher
im Punkte z aufgehängt .er en _muß und dessen veränderliche Strecken C2 z und z
l.,1 meinem konstanten Verhältnis zueinander stehen müssen. Es leuchtet ein, daß
man den Maßstab von, s2 durch die Wahl der pantographischen Übersetzung beliebig
groß machen kann, ohne den Maßstab der Strecke in, cotg a2 zu ändern.
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Die Punkte h und z können daher als Aufhängepunkte eines Pantographen
mit einem Übersetzungsverhältnis q gewählt werden. Der Punkt 12' zeichnet dann eine
Linie s2, welche dem Grundriß s1 der Flugzeugbahn in der entsprechenden Verkleinerung
oder Vergrößerung entspricht. Die Bahn s2 schließt mit dem festen Vektor v2 den
Winkel ü) =(P, -f- ß ein. An die Punkte 12 und z des Pantographen werden zwei mechanische
Systeme angeschlossen, und zwar ein dem Vektor v2 entsprechendes System als festes
System 15, 16, 17 (Abb.3), in dem die Länge zyai - cotg v2 verkörpert
wird, und ein drehbares System z bis 13, 20, 21, 30, welches die Länge m1
- cotg v1 des Vektors v, verkörpert und veränderlich ist, wobei die Anordnung
so zu treffen ist, daß es möglich ist, das drehbare mechanische System des Vektors
v1 mit der Länge m1 - cotg z1 zeitweise mit dem festen mechanischen System des Vektors
v2 mit der Länge m1'- cotg v2 in Übereinstimmung zu bringen, d. h. dasselbe so einzustellen,
daß der Punkt l2 mit dem Punkte cl zusammenfällt (vgl. Abb. i und 3). Das ist dann
die Grundstellung der ganzen Einrichtung, deren Einzelheiten aus der näheren Beschreibung
der Abb. 3 hervorgehen werden. Wenn man nun den Vektor v2 ortfest beläßt und den-
Vektor v1 um den Seitenwinkel, jedoch im entgegengesetzten Sinne dreht, als sich
das Ziel bewegt (- 9), so tritt das Pantographenende 12' aus der Mitte cl heraus
-und beschreibt die Bahn s2, welche von der Richtung des Vektors v2 um einen Winkel
(o = yp2 + e abweicht. Dabei bleibt das Verhältnis von cl z zur Gesamtlänge ml -
cotg ,l konstant.
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Zur Bestimmung des Richtungswinkels a (Abb. 2) wird c1 (Abb. 3 und
4.) eine durchsichtige Scheibe i9 drehbar gelagert, auf welcher ein Richtungszeiger
i angebracht wird (Abb. 4).
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Die Scheibe i9 wird durch eine beliebige Einrichtung vom optischen
oder akustischen Visier- oder Richtungsapparat aus so gesteuert, daß sie stets um
den Seitenwinkel gedreht wird.
Nun sehen wir (Abb. i), daß die Strecke
s2 relativ zur augenblicklichen Richtung cT2 stets den Winkel o) =7:2 -C- 6 einschließt.
Der gesuchte Winkel ß wird also derjenige Winkel sein müssen; welcher durch den
Richtungszeiger i und die Strecke s2 eingeschlossen ist. Wenn man also durch Vermittlung
eines Differentials den Richtungszeiger i bis zum Einklang mit der Strecke s2 verdreht,
so gleicht diese Verdrehung dem gesuchten Richtungswinkel e. Das Übersetzungsverhältnis
g des Pantographen kann beliebig gewählt werden.
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In Abb.3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Apparates schematisch
dargestellt. In einem ortsfesten Gehäuse 23 des Apparates ist eine Welle 5 drehbar
gelagert, die einen Arm 6 trägt, in dem eine Schraubenspindel 7 gelagert ist, welche
mit Hilfe eines Kegelradgetriebes 8, 9 gedreht werden kann. Das Rad 9 dieses Getriebes
ist mit dem Planetenrad eines Differentials i i verbunden, von dem ein Kegelrad
ija mit einem Schneckenrad 12 fest verbunden und das andere Kegelrad iib auf der
Welle 5 aufgekeilt ist. Das Schneckenrad 12 kann mit Hilfe eines an der Vorderseite
des Apparates zugänglich gelagerten Handrades 13 verdreht werden. Auf der Schraube
7 ist eine Mutter io gelagert, welche den Punkt z (den inneren Ähnlichkeitspunkt)
realisiert. Die Mutter 1o trägt die Pantographenmitte 14 mit dem Anl. L='. Das Ende
des Armes 1. des Pantographen ist mit einer Zahnstange 15 gelenkig verbunden, die
mit Hilfe eines Ritzels 16 über eine Nockenscheibe 17 angetrieben werden kann, welche
ihrerseits von einem Höhenapparat aus um den Höhenwinkel -c gedreht wird. Das Ende
l2' des anderen Armes ist mit einer gut wahrnehmbaren Marke, z. B. einer Rolle i
g, versehen.
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Die zwei notwendigen Horizontalprojektionen na, cotg -t2 und
ml cotg r1 werden durch eine einzige mechanische Vorrichtung, und zwar mittels der
Nockenscheibe 17, des Triebrades 16, der Zahnstange 15 und des Storchschnabels 14
fortlaufend erhalten; es wird also eigentlich im allgemeinen stets 71z1 cotgc erzeugt.
Den Wert von in, cotg -cl erhält man, indem man mit Hilfe der Handräder 4 und 13
die Markenrolle i8 in den Mittelpunkt cl der durchsichtigen Scheibe i9 rückstellt.
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Der Wert von 71t1 cotg z2 ist dann veränderlich und bewirkt selbsttätig
die Auswanderung der :Markenrolle 18 vom Mittelpunkt cl.
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Die Scheibe i9 ist mittels eines Deckels 22 auf dem Gehäuse 23 drehbar
gelagert und verdeckt die inneren Organe des Kastens.
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Der Antrieb der Welle 5 erfolgt über ein Differential i und über ein
Getriebe 2 von der Welle 3o aus, welche den von einem Seitenrichtapparat ermittelten
Seitenwinkel (p einführt. Zu diesem Zwecke ist eine nicht dargestellte Übersetzung
vom Seitenrichtapparat an das rechte Ende der Welle 3o angeschlossen.. Das Differential
i wird außerdem mittels eines Handrades 4 über ein Schneckenrad 3 unabhängig vom
Seitenrichtapparat gesteuert.
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Die durch den Seitenrichtapparat angetriebene Welle 30 treibt
zugleich den Deckel 22 samt der Scheibe i9 an, und zwar durch eine Zahnradübersetzung
auf einen am äußeren Umfang des Gehäusedeckels a2 vorgesehenen Zahnkranz. Der Antrieb
erfolgt über ein Differential 2o, auf welches auch ein Handrad 21 einwirken kann.
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Die Rückstellungsprojektion v1 (Abb.2) wird durch die Einrichtung
gemäß Abb. 3 richtig eingestellt, und zwar durch die Bewegungen der beiden Rückstellhandräder
4 und 13. Durch das Handrad 4 wird eine Seitenrückstellung mittels der Schnecke
3 dem Differential i zugeführt; andererseits wird mit Hilfe der Welle 3o die Seitendrehung
(p in dasselbe Differential i eingedreht. Die Welle 5 verdreht sich also bei der
Rückstellung um (p1. Das Handrad 13 führt mittels der Schnecke 12 in das Differentialgetriebe
i i eine der Rückstellgröße ml cotg z1 proportionale Bewegung ein.
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Das Differentialgetriebe i i erhält aber andererseits mittels der
Welle 5 eine Verdrehung um den Rückstellwert cpl und liefert somit die Summe (cpl
+ ,»il cotg r1) . Diese Bewegung wird mittels der Kegelräder 9 und 8 auf die Schraubenspindel
7 übertragen. Da der Arm 6 um (p1 gedreht wird, so verschiebt sich die Mutter io
relativ zur Achse A-B (Punkt cl) um ml # cotg .l.
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Der beschriebene Apparat arbeitet wie folgt: Die Welle 5 samt dem
Arm 6 wird über die Welle 30 vom Seitenrichtapparat aus angetrieben und um
den Seitenwinkel (p verdreht. Diese Bewegung des Armes 6 um den Seitenwinkel p wird
durch die Mutter io auf den mittleren Aufhängepunkt z des Pantographen 12 l2' übertragen.
Das Ende des Armes 1, des Pantographen wird der dem Ausgangspunkt cl entsprechenden
Achse A-B gegenüber so verschoben, daß der Abstand des Punktes l@ von der Achse
A-B dem Werte 711, # cotg z2 entspricht. Dies erfolgt durch einen Antrieb von einem
Höhenrichtapparat (Winkel z) aus über Übersetzungen 17, 16 und 15.
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Durch den Antrieb des Armes 6 vom Seitenrichtapparat (Winkel (p) aus
und der den Pantographenarm 1, l2 bewegenden Zahnstange 15 vom Höhenrichtapparat
(Winkel z) aus wird eine der Bahn s2 entsprechende Bewegung
der
Rolle 18 bewirkt. Um nun den Richtungswinkel a zwischen dem Kurs des Flugzeugfluges
und der gewählten Grundrichtung c1 o (Abb. 2) zu bestimmen, muß derjenige Winkel
gemessen werden, welchen die Bahn s2 der Rolle 18 mit der Richtung cl oo einschließt.
Zur Messung dieses Winkels wird der Deckel 2:2, welcher -bereits durch den Antrieb
vom Seitenrichtapparat aus, also um den Winkel 9 gedreht wird, mit Hilfe des Handrades
21 weiter verdreht, bis der Richtungszeiger i mit der Bahn der Rolle 18 zusammenfällt.
Der Winkel, um welchen das Handrad 21 den Deckel 22 samt der Scheibe ig zu verdrehen
hat, wird mittels des Differentials 2o auf das Übersetzungsgetriebe zwischen der
Welle 30 und dem Deckel 22 übertragen und ist gleich dem gesuchten Richtungswinkel
ß, so daß der Deckel 22 samt der Scheibe ig um den Gesamtwinkel c) = gq + a gedreht
wird. Auf irgendeiner geeigneten, am Deckel 22 angebrachten Skala kann entweder
der Winkel co abgelesen werden, oder bei einer geeigneten Ausbildung mit Hilfe von
zwei Skalen, von welchen die eine der Scheibe ig gegenüber um den Winkel p gedreht
wäre, könnte auf dieser Skala unmittelbar der gesuchte Kurswinkel a abgelesen werden.
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Wenn die Scheibe ig mit dem Richtungszeiger i auf einen bestimmten
Winkel ß eingestellt wird und dieser Richtungswinkel sich während der Flugzeugbewegung
nicht ändert, so bewegt sich die Rolle 18 des Pantographenarmes in der Richtung
des Richtungszeigers i. Sobald sie jedoch von diesem Zeiger abweicht, so ist dies
ein Zeichen dafür, daß das Flugzeug seine Richtung geändert hat, und dann wird durch
ein Verdrehen des Handrades 21 ein neuer Winkel ß bestimmt. Rückstellbewegungen,
d. s. Bewegungen, die dazu dienen, um am Apparat den Ausgangszustand herzustellen,
erfolgen mit Hilfe der Handräder 4 und 13 mittels eingeschalteter Differentiale
i und i i vollkommen unabhängig vom Antrieb durch den Höhen -und den Seitenrichtapparat.
Durch dieselben wird der Punkt 12 in den Punkt cl zurückgebracht.
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Die Differentiale i und i i sind Rückstelldifferentialgetriebe, über
welche von den Handrädern 4 und 13 aus vor Beginn jeder neuen Kursermittlung der
Schwingarm 6 und die Spindelmutter io in ihre Nullstellung zurückgebracht werden,
in welcher sich die Marke i$ (d. i. der Punkt 12) im Zentrum c1 befindet. Bei einem
entsprechend gewählten Darstellungsmaßstab m1 und, einem geeigneten pantographischen
Verkleinerungs- bzw. Vergrößerungsverhältnis q können sehr kleine Abmessungen des
Apparates erreicht werden.