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Elektromechanisches Rechengerät.
Die von einem Horchgerät ermittelten akustischen Peilwerte (Seitenwinkel oder Azimut und
Höhenwinkel) z. B. eines Flugzeuges können in der Regel nicht unmittelbar benutzt werden. Meistens wird es erforderlich sein, diese Werte nach einem andern Orte weiterzuleiten, z. B. zum Scheinwerfer oder zur Flakbatterie. Infolge des Sehallverzugs, des Windeinflusses, der durch die Entfernung zwischen Horchgerät und Scheinwerfer bedingten Parallaxe sind an den ermittelten Winkelwerten ferner
Korrekturen anzubringen.
Solche Korrekturen werden durch besondere Rechengeräte ermittelt. Es sind Rechengeräte bekannt, in die die akustischen Winkel entweder direkt oder durch elektrische Fernübertragung eingeführt und durch den Mechanismus des Rechners in die wahren Werte umgewandelt werden. Diese wahren Werte werden über Kupplungen, Wellen, Zahnräder, Differentialgetriebe an ausserhalb des
Rechners liegende Geber einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung weitergeleitet.
Um bei einem elektromagnetischen Rechengerät, das die akustisch ermittelten Werte, z. B. eines Flugzeugsehalles, mittels einer Fernübertragung vom Horchgerät empfängt und die durch Umrechnung ermittelten entsprechenden optischen Werte mittels einer Fernübertragung zum Scheinwerfer, zur Flakbatterie od. dgl.
weiterleitet, die mit den bisher für diese Zwecke bekannten Fernübertragungseinrichtungen verbundenen Nachteile zu vermeiden, bestehen gemäss der Erfindung sowohl der Fern- übertragungsempfänger als auch der-geber des Rechengerätes aus je einem zu einer Brückenschaltung gehörigen Bürstenpaar, die derart miteinander verbunden sind, dass das Bürstenpaar des Empfängers durch seine Einstellung entsprechend dem akustisch ermittelten Wert das Bürstenpaar des Gebers mittels des Umrechnungsgetriebes entsprechend dem gesuchten optischen Wert einstellt.
Hiedureh werden die der elektrischen Fernübertragung dienenden Teile gleichzeitig als Bestandteile des machanischen Rechners verwendet, so dass alle sonst üblichen mechanischen Übertragungsteile zwischen Rechner und Geber/Empfänger fortfallen. Es führen aus dem Rechner keine Wellenstümpfe an aussenliegende Geber/Empfänger, sondern nur noch Kabel heraus.
Die Vorteile einer solchen elektromechanischen Kombination liegen in dem einfachen Aufbau, der viel höheren Genauigkeit der Rechenoperation infolge des Fortfalles der vielen mechanischen Übertragungsteile, in der grösseren Betriebssicherheit und dem geringeren Kraftbedarf.
Die Brückenschaltungen arbeiten nach der Nullmethode, u. zw. in der in den Figuren schematisch dargestellten Weise.
Der Geber des Horchgerätes und der Empfänger des Rechengerätes besteht je aus einem Widerstand in der Form eines in sich geschlossenen Ringes (s. Fig. 1). Diese beiden Ringe sind durch vier Leitungen miteinander verbunden. Sie zapfen die Widerstandsringe an vier gleichmässig auf dem Umfang verteilten Punkten an. Führt man dem Geber durch zwei gegenüberliegende Bürsten, die auf dem Widerstand verstellt werden können, eine Spannung zu, so verteilt sich die Spannung von den beiden Berührungspunkten der Bürsten gleichmässig auf die vordere und hintere Ringhä1fte. Durch die Verbindungsleitungen herrschen nun auch auf der Empfängerseite dieselben Spannungszustände.
Tastet man am Empfänger diesen Widerstandsring durch zwei Bürsten ab, die mit einem Strommesser (Nullinstrument) verbunden sind, so kann man eine Bürstenstellung finden, in der das Instrument durch Nullstellung anzeigt, dass an den beiden Bürsten die gleiche Spannung herrscht. Diese Stellung ist zu den Geberbürsten um 900 versetzt. Sorgt man dafür, dass die Bürstenstellungen an einer Skala abgelesen werden können, so kann man durch Nachdrehen der Empfängerbürsten bis zur Nullanzeige
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des Instrumentes immer an der Stellung der Bürsten den am Geber eingestellten Winkel ablesen. Diese Übertragung eignet sich für Winkel, die sich von 0 bis 360 und darüber hinaus verändern, z.
B. für die Seitenwinkelübertragung. Für den Höhenwinkel, der sich nur von 00 bis 900 verändert, wird die Über- tragungsart nach Fig. 2 verwendet. Auf der Geber-und Empfängerseite sind Platten angeordnet, die mit Widerstandsdraht Windung neben Windung einlagig bewickelt sind. Um die Mitte dieser Platte laufen zwei Bürsten, die um 900 zueinander versetzt sind, im gleichen Abstand vom Drehpunkt über die Windungen des Widerstandes und geben dabei Kontakt. Die beiden Bürsten des Gebers sind mit denen des Empfängers durch elektrische Leitungen verbunden, und die Mitten der Widerstandsplatten sind mit einem elektrischen Nullinstrument verbunden.
Stellt man auf dem Geber die Bürste 1 so ein, dass sie mit der Horizontalen den Winkel ï bildet, so liegt zwischen der Bürste 1 und der Plattenmitte 7 der Teilwiderstand 1. 1 = cos y und zwischen 2 und 7 der Widerstand 2.7 = sin (, wenn der ganze Widerstand einer Plattenhälfte gleich eins gesetzt wird. Leitet man jetzt den beiden Bürsten eine Spannung zu, so wird das Nullinstrument 9 dann keinen Strom mehr anzeigen, wenn die Widerstände zwischen den Bürsten 3 und 4 bis zur Plattenmitte 8 sich genau so erhalten wie auf der Geberseite. (Bedingung für Brückengleichgewicht.) Da aber auch die Empfängerbürsten ebenso wie die Geberbürsten angeordnet sind, wird also nur dann Gleichgewicht herrschen, wenn die Bürste 3 auch unter dem Winkel ï steht.
Es verhalten sich dann die Widerstände :
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An Stelle des plattenförmigen Widerstandes am Geber kann man aber auch zwei Einzelwiderstände verwenden (s. Fig. 3). Man erhält an dem nach Fig. 2 ausgeführten Empfänger ebenfalls den Winkel r, wenn auf der Geberseite am Widerstand 10 durch die Bürste 12 ein Widerstand 12. 14 eingestellt wird, der sich zum Widerstand 13. 14, der getrennt von 10 auf dem Streifen 11 eingestellt wird, wie cos r zu sin ï verhält.
Stellt man also am Geber an den beiden Widerständen, die getrieblich voneinander getrennt sein können, zwei derartige Werte ein, so zeigt die Bürstenstellung am Empfänger nach dem Einspielen des Instrumentes auf Null einen Winkel an, dessen Tangens sich wie die beiden am Geber eingestellten Widerstände verhält, denn es ist dann
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Die Möglichkeit, den Geberwiderstand in zwei Einzelwiderstände zerlegen zu können, wird im Rechner-wie das weiter unten behandelte Anwendungsbeispiel zeigen wird-zur Vereinfachung des Getriebes verwendet.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird in Fig. 4 gezeigt, wie man bei spezieller Anwendung des Verfahrens auf die Schallverzugsermittlung die optischen Seiten-und Höhenwinkel aus den akustischen Werten bekommt. In diesem Bild wird ein Flugzeug auf seinem nach einem beliebigen Verfahren ermittelten Zielweg von der Station H in einem Augenblicke in der Richtung HB gehört. Der Zielweg wird für die Dauer der Messzeit als geradlinig und waagrecht erachtet. Nach bekanntem
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der Zielwegrichtung entgegen der Flugrichtung verschoben ist, mit dem Punkte B verbindet. Das dadurch entstandene Dreieck OBH liegt in der durch die Flugrichtung und die Horchstation H gelegten Ebene (der sogenannten Horehdachebene), deren Neigungswinkel bei gleichbleibender Flugrichtung unverändert bleibt.
Die Richtung OB ist die gesuchte optische Richtung. War der akustische Peilstrahl gegeben
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Es ergibt sich also bei der Nachbildung des Dreiecks automatisch die Richtung und Grösse der dritten Seite OB'. Der optische Höhenwinkel kann aus dem rechtwinkeligen Dreieck BB'O bestimmt
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die Empfängerbürsten so ein, dass kein Strom durch das Instrument 9 (Fig. 2) angezeigt wird, so ist der Tangens des Winkels, den die Bürste 3 in Fig. 2 mit der Horizontalen einschliesst :
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d. h. der eingestellte Winkel ist der gesuchte optische Höhenwinkel.
Fig. 5 zeigt als praktisches Beispiel ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Gerät, u. zw. handelt es sich um einen Rechner, der die akustischen Peilwerte in die optischen Peilwerte umwandelt, der also
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die die Parallaxe oder eine andere Korrektur oder mehrere Korrekturen gleichzeitig ermitteln, oder für Rechengeräte anderer Art.
Die vom Horchgerät ermittelten akustischen Winkel werden durch die Fernübertragung nach den Fig. 1-3 in das Rechengerät eingeführt ; die berichtigte Werte werden ebenso zum Scheinwerfer oder zur Flakbatterie geleitet. Die Ausführung des Rechenvorganges setzt voraus, dass die Zielwegrichtung bekannt ist, bzw. das Rechengerät muss noch mit einer zusätzlichen Einrichtung für die Zielwegermittlung versehen sein. Im oberen Teile der Fig. 5 ist eine solche Einrichtung dargestellt. Die Zielwegermittlung ist nicht Gegenstand der Erfindung. Ihre Wirkungsweise braucht daher nicht erläutert zu werden. Es kann natürlich auch ein anderes Verfahren der Zielwegermittlung angewendet werden.
In Fig. 5 ist das ganze Gerät zur Erläuterung in der Höhe stark auseinandergezogen gezeichnet.
Unter einem Deckel 26 ist ein Zahnkranz 27 um eine Achse H-H drehbar angeordnet. Ein Handrad 28 verbindet durch ein Zahnrad 29 den Kranz 27 mit dem Deckel 26, der auch um die Achse H-H drehbar ist. Durch eine Welle 30 ist der Deckel 26 mit einer Scheibe 32 verbunden. Diese trägt zwei Bürsten 33, die auf einem Widerstandsring 34 schleifen, der auf der oberen Kastenplatte 35 montiert und durch vier Leitungen mit dem Geber für den akustischen Seitenwinkel am Horchgerät verbunden ist. Die Bürsten 33 sind mit dem elektrischen Nullinstrument 36 im Deckel 26 verbunden. Auf der Platte 32 ist ferner noch die Widerstandsplatte 37 des Empfängers für den akustischen Höhenwinkel angebracht. Auf ihr gleiten zwei Bürsten 38, die durch eine hohle Welle 31 mit dem Zahnkranz 27 verbunden sind.
Die Mitte der Platte 37 ist an das Instrument 39 angeschlossen, an das noch die zugehörige Leitung vom Geber geführt ist. Es kann nun durch Drehen des Deckels 26 um die AchseH-H die Bürstenstellung auf dem Ringe 34 so lange verstellt werden, bis das Instrument 36 keinen Strom anzeigt. Dann ist der Deckel 26 und mit ihm die Scheibe 32 auf den vom Horchgerät ermittelten akustischen Seitenwinkel eingestellt. Um auch die akustischen Höhenwinkel in das Gerät einzuführen, braucht das Handrad 28 nur so lange gedreht zu werden, bis das Instrument 39 Null zeigt. Durch Drehung an diesem Handrad werden der Zahnkranz 27 und über die Hohlwelle 31 die Bürsten 38 des Höhenwinkelempfängers 37 bewegt. Unterhalb des Deckels 26 ist eine Scheibe 41 angeordnet, durch deren Verdrehen die richtige Zielwegrichtung eingestellt wird.
Auf der Unterseite der Scheibe 41 sind eine Gewindespindel 43 und eine Geradführung 42 befestigt, von denen ein Ring 44 getragen wird, der parallel zur Spindel 43 und der Geradführung 42 verschiebbar ist. Bezeichnet man die Stellung des
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wobei HB eine Gerätkonstante ist, v die Flugzeuggeschwindikgeit und a die Schallgeschwindigkeit bedeuten. Die Verschiebung ist auf einer Skala 45 ablesbar. Diese Verschiebung wird über einen Ring 46 und einen Steg 47 entgegen der Zielwegrichtung auf eine Platte 48 übertragen, die durch eine Prismenführung 49 so auf der Grundplatte 50 gelagert ist, dass sie wohl in allen Richtungen verschoben,
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wegriehtung. Diese Verschiebung bildet die Seite OH des nachzubildenden Dreiecks OHB'der Fig. 4.
Der Punkt H liegt auf der Drehachse H-H des Gerätes, der Punkt 0 auf der Achse des Widerstandsringes 59 für den optischen Seitengeber. Gleichzeitig bildet 0 die Mitte des Bürstenträgers 52. Der dritte Dreieckpunkt B'liegt ebenfalls auf dem Bürstenträger und ist durch einen Stift 53 gegeben, der in einen Schlitz des Bürstenträgers hineinragt. Das nachgebildete Dreieck ist in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet. Der Stift 53 gehört zu einem mechanischen Sinusgetriebe, das den Wert FB'== NB. cos y nachbildet. Zu diesem Zwecke ist auf der Scheibe 32 eine Kulisse 62 so gelagert, dass ihre Führung 54 parallel zum akustischen Seitenwinkel verläuft. Durch die hohle Welle 81 wird noch eine Kurbel 55 mitgenommen, die mit der Achse der Kulissenführung immer den akustischen Höhenwinkel einschliesst.
Der Zapfen 56 der Kurbel 55 greift in den Schlitz 57 der Kulisse 62 ein und bewirkt dadurch, dass der Stift 53 von der Achse H-H immer zwangsläufig den Abstand FB. cos y (mechanisches Sinusgetriebe) hat. Dadurch ist die Dreieckseite HB'= HB. cosY der Grösse und Richtung nach bestimmt. Da die Verbindung des Stiftes 53 mit der Achse H-H die akustische Seitenriehtung ist, muss der Träger 52 die optische Seitenrichtung anzeigen. Er führt diesen Winkel durch zwei Bürsten 58 einem Wider-
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standsring 59 des Gebers für den optischen Seitenwinkel zu.
Für die Ermittlung und Übertragung des optischen Höhenwinkels ist auf der hohlen Welle 31 noch eine Bürste 60 vorgesehen, die so auf einer Widerstandsplatte 61 um den akustischen Höhenwinkel gedreht wird, dass der bis zu der Plattenmitte abgegriffene Widerstand immer dem Werte HB. sin- entspricht (elektrische Sinusgetriebe). Ferner liegt parallel zum Bürstenträger 52 ein Widerstandsband 63, das von einer Bürste abgetastet und durch den Stift 53 eingestellt wird. Dieser Widerstand entspricht seiner elektrischen Grösse nach der Länge der zweiten Dreieckseite oder der Strecke OB'in Fig. 4. Wird dieser Widerstand mit dem Widerstand auf der Platte 61 hintereinander als Geber geschaltet (s. Fig. 3), so ist der am Empfänger erhaltene Winkel der gesuchte optische Höhenwinkel.
Es lässt sich für den Höhenwinkel aber auch ein Übertrager nach der in Fig. 1 gezeigten Art in etwas abgeänderter Form verwenden.
Die Bedienung des Gerätes geschieht wie folgt : Die geschätzte Flugzeuggeschwindigkeit wird an der Skala 45 durch Drehen der Spindel 43 eingestellt. Der Rechner wird eingeschaltet. Der Handgriff 28 wird so lange um sich selbst und um die Achse H-H gedreht, bei die Instrumente 36 und 39 Null anzeigen. Sie werden durch laufendes Nachdrehen des Handrades 28 dauernd auf Null gehalten.
Ein zweiter Beobachter stellt durch Verdrehen der Scheibe 41 die richtige Zielwegrichtung ein. Die am Scheinwerfer erhaltenen Winkel haben dann die gesuchten optischen Werte.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromechanisches Rechengerät, das die akustisch ermittelten Werte, z. B. eines Flugzeuges, mittels einer Fernübertragung vom Horchgerät empfängt und die durch Umrechnung ermittelten entsprechenden optischen Werte mittels einer Fernübertragung zum Scheinwerfer, zur Flakbatterie od. dgl. weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Fernübertragungsempfänger als auch der-Geber des Rechengerätes aus je einem zu je einer Brückenschaltung gehörigen Bürstenpaar besteht, die derart miteinander verbunden sind, dass das Bürstenpaar des Empfängers durch seine Einstellung entsprechend dem akustisch ermittelten Wert das Bürstenpaar des Gebers mittels des Umrechnunggetriebes entsprechend dem gesuchten optischen Wert einstellt.