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Jtegistriervorriehtung zur kontinuierlichen Aufzeichnung einer veränderlichen Grösse, insbesondere zur Bestimmung des Höhenvorhalts für Fliegerabwehrger te.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Registriervorrichtung, vermittels welcher eine veränderliche Grösse kontinuierlich aufgezeichnet werden kann. Die Werte dieser Veränderlichen sollen nur unmittelbar nach der Aufzeichnung beobachtet werden. Gemäss der Erfindung wird das Diagramm auf eine drehbare Kugel gezeichnet, wodurch erreicht wird, dass für das Aufzeichnen des Diagramms in beiden Dimensionen eine endlose Fläche vorhanden ist.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Vorrichtung ist die Fliegerabwehr. Bei Fliegerabwehrgeräten, z. B. Kommandoapparaten, die zur Bestimmung der Schusselemente geeignet sind, ist es erwünscht auch den Höhenvorhalt zu bestimmen ; hiedurch wird es nämlich ermöglicht schief nach aufwärts oder abwärts fliegende, z. B. sich im Sturzflug befindliche Flugzeuge zu beschiessen. Die erfindungsgemässe Registriervorrichtung kann als ein eingebauter Teil eines Kommandoapparates gebraucht werden und ist zum Bestimmen des Höhenvorhalts bzw. zum Vornehmen der als Höhenvorhalt nötigen Korrektur geeignet.
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Bestimmung des Höhenvorhalts wird auf der Kugel ein Diagramm aufgezeichnet, welches die Höhenänderung des Zieles als Funktion der Zeit graphisch darstellt. Die jeweilige Richtung der auf die Kugel gezeichneten Linie ist für die Geschwindigkeit der Höhenänderung des Zieles im betreffenden Augenblick kennzeichnend, da die Tangente des Winkels dieser Richtung mit der Nullinie, wie im folgenden nachgewiesen wird, der Grösse der Höhenänderung in der Zeiteinheit entspricht. Hiedurch ist die Möglichkeit gegeben einen Zeiger mit dieser Richtung in Deckung zu halten und dadurch das Mass der Zielhöhenänderung in der Zeiteinheit ununterbrochen und ohne Zeitverlust auf das Abwehrgerät zu übertragen.
Um die nötige Hohenvorhaltkorrektur zu erhalten ist dann nur noch die Multiplikation dieser Grösse mit der jeweiligen Geschossflugzeit erforderlich. Es kann jedoch auch derart vorgegangen werden, dass die Geschossflugzeit bereits beim Feststellen der Komponenten des Diagramms berücksichtigt wird ; die eine Komponente des Diagramms entspricht also dem Produkt : Höhenänderung mal Flugzeit bzw. dem Quotient laufende Zeit durch Flugzeit des Geschosses.
Bei der Vorrichtung wird die Kugel mit Hilfe von Reibrädern gedreht, die die Kugel um zwei zueinander senkrechte Achsen drehen können. Es ist bereits bekannt, bei Fliegerabwehrgeräten die Richtung und Grösse einer resultierenden Geschwindigkeit zweier Geschwindigkeitskomponenten derart zu bestimmen, dass eine Kugel um zwei senkrechte Achsen durch Reibräder gedreht wird, doch wurde noch nicht vorgeschlagen eine derartig gedrehte Kugel als Träger eines Diagramms zu benutzen, was gegenüber dem bisher verwendeten Papierstreifen die im folgenden auseinandergesetzten besonderen Vorteile besitzt. Ferner wird gemäss der Erfindung die Kugel nicht zur Bestimmung einer resultierenden Geschwindigkeit, sondern zur graphischen Darstellung einer Funktion benutzt.
Bei der Anwendung der Erfindung zur Bestimmung des Höhenvorhalts ist jeweils nur die Steilheit der Kurve massgebend, die Erfindung weicht also von der erwähnten bekannten Vorrichtung grundsätzlich ab.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der als Fliegerabwehrgerät ausgebildeten Vorrichtung schematisch dargestellt. Fig. 1 ist die Vorderansicht und Fig. 2 die Draufsicht der zur Bestimmung des Höhenvorhalts geeigneten Vorrichtung. Fig. 3 ist eine Teilansicht der Vorrichtung in grösserem Massstab.
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Die Welle 1 wird in an sich bekannter Weise entsprechend der Höhe des Flugzeuges gedreht.
Die Verdrehungen dieser Welle werden mit Hilfe des Zahnrades 2 auf das Zahnrad 3 übertragen ; dieses treibt mit Hilfe eines Reibrades 4 die Welle 5 an, von welcher die Drehung mittels des Reibrades 6 auf eine Kugel 7 übertragen wird. Das Reibrad 6 ist bestrebt die Kugel 7 um die geometrische Achse 8 zu verdrehen. Anderseits trachtet ein Reibrad 11 die Kugel 7 um die auf die Achse 8 senkrecht stehende geometrische Achse 9 zu verdrehen. Das Rad 11 sitzt auf der Welle 10, welche durch ein Uhrwerk gleichmässig gedreht wird.
Die Kugel wird zwischen den Rädern 6 und 11 durch beliebige, nicht dargestellte Rollen, Kugel od. dgl., gelagert.
In der auf beide Achsen 8 und 9 senkrechten Achse 16 ist ein Schreibstift 12 angeordnet, welcher während der Drehung der Kugel 7 um eine oder gleichzeitig um beide Achsen 8 und 9, im Diagramm zeichnet. Das Schreiborgan befindet sich also in der Schneidelinie der Mittelebene der Reibräder 6 und 11.
Das Rad 11 dreht die Kugel entsprechend der Zeit und das Rad 6 entsprechend der Änderung der Höhe des Zieles (Flugzeuges). Da aber der Höhenvorhalt nicht nur von der vertikalen Komponente der Bewegung des Flugzeuges bzw. von der Höhenlage desselben abhängig ist, sondern auch von der Flugzeit des Geschosses, soll auch diese in Betracht genommen werden. Zu diesem Zwecke wird eine Welle 13 entsprechend der Flugzeit des Geschosses in bekannter Weise verdreht. Diese Verdrehungen werden mit Hilfe des Zahnrades 14 zur axialen Verschiebung der Welle 5 des Reibrades 4 benutzt, wodurch dieses Reibrad auf verschiedenen Radien des Rades 3 aufruht.
Hiedurch wird das Übersetzungsverhältnis zwischen den Rädern 3 und 4 geändert, die Kugel 7 wird also durch das Reibrad 6 stets proportional zu den Verdrehungen der beiden Wellen 1 und 13 gedreht, diese Drehungen der Kugel 7 entsprechen also dem Produkt der Höhenänderung des Flugzeuges und der Flugzeit des Geschosses.
Das Verschieben der Welle 5 im Verhältnis zu dem unbeweglichen Rad 6 wird durch einen langen Keil 17 auf der Welle 5 und eine entsprechende Keilnut im Rad 6 ermöglicht.
In dieser Weise wird ein Diagramm 15 auf der Oberfläche der Kugel 7 unter dem Schreibstift 12 hergestellt, welches die Änderungen des erwähnten Produkts als Funktion der Zeit darstellt. Dieses Diagramm weist den Vorteil auf, dass der Bediener des Geräts stets eine Übersicht von der Höhenbewegung des Flugzeuges hat, er kann also leicht feststellen, ob die Bewegung des Flugzeuges für eine verhältnismässig längere Zeit eine sinkende oder steigende Tendenz hat, oder ob das Flugzeug aus irgendwelchem Grund nur vorübergehend seine Höhenlage geändert hat. Es kann nun über dem Diagramm ein Zeiger 18 angeordnet werden, welcher um die Achse 16 verdrehbar ist.
Dieser Zeiger ist in Fig. 2 in seiner Nullstellung dargestellt, ist also mit einer Linie auf der Kugel in Deckung, die durch den Schreibstift 12 gezeichnet wird, wenn das Flugzeug in einer waagrechten Ebene fliegt, die Kugel 7 also nur um die geometrische Achse 9 gedreht wird. Fliegt dagegen das Flugzeug z. B. nach unten, so wird die Kugel 7 auch durch die Welle 5 derart verdreht, dass die dargestellte Kurve 15 entsteht, die eine sinkende Tendenz des Fluges anzeigt.
Der Zeiger 18 kann nun um die Achse 16 derart verdreht werden, dass er mit der Berührungslinie 19 in Deckung kommt, die die Kurve im Berührungspunkt des Schreibstiftes 12 berührt. Zwecks Verdrehens des Zeigers ist mit ihm ein eine Gabel 21 aufweisender Arm 20 verbunden, welcher durch eine auf einem Gewinde der Welle 22 sitzende, unverdrehbar geführte Mutter 24 mit einem in die Gabel 21 eingreifenden Stift 30 bewegt wird. Die Welle 22 wird durch die Handkurbel 23 angetrieben.
Wenn der Zeiger 18 die Lage 19 eingenommen hat, befindet sich der Arm 20 in der mit 25 bezeichneten Lage, hat sich also um denselben Winkel i verdreht, wie der Zeiger 18. Um eine Verdrehung or der Bestandteile 18, 20 zu erreichen, muss die Welle 22 eine Anzahl von Umdrehungen ausführen, die mit tg x proportional ist, da im rechtwinkeligen Dreieck 12, 30, 31 der Winkel'7. mit Hilfe der gegenüber diesem Winkel liegenden Kathete eingestellt wird, wobei die neben dem Winkel a liegende Kathete 30-12 konstant ist.
Die Tangente des Winkels or, ist aber, gleich dem Quotient des oberwähnten Produkts und der Zeit, da die gegenüberliegende Kathete des durch die Linien 8, 19 gebildeten Winkels mit dem Produkt und die andere Kathete mit der Zeit proportional ist. Dieser Quotient ist nun mit der benötigten Korrektur des Höhenvorhalts gleich. Folglich ist die Anzahl der Umdrehungen der Welle 22 proportional mit dem jeweilig benötigten Höhenvorhalt, die Einstellung der Höhe kann also mit dieser Welle einfach und genau, ferner ohne jedweden Zeitverlust korrigiert werden.
Zu diesem Zweck wird die Drehung der Welle 1 mit Hilfe eines an sich bekannten (in Fig. 1 nicht dargestellten) Differentials 27 an die Welle 26 weitergeleitet, in welchem in an sich bekannter Weise die nötige Korrektur der Höheneinstellung durch die Welle 22 durchgeführt wird.
Diese Art der Korrektur der Höheneinstellung ist nur im Falle richtig, wenn während der Geschossflugzeit, also normalerweise während einiger Sekunden nach dem Einstellen des Zeigers 18 das Flugzeug in derselben Richtung weiterfliegt, wenn also die Geschwindigkeit der Höhenänderung während der Geschossflugzeit unverändert bleibt. Um also eine richtige Korrektur der Höheneinstellung zu erreichen, wird der Zeiger mit Hilfe der Handkurbel 23 nicht immer auf die Linie 19 eingestellt, sondern es wird das Diagramm J5 berücksichtigt, um die Tendenz der Flugrichtung möglichst feststellen zu können.
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So z. B. wenn der auf der Kugel ersichtliche Teil des Diagramms die Tendenz zeigt, dass das Flugzeug immer steiler nach unten fliegt (Fig. 3), so wird es zweckmässig sein den Zeiger nicht auf die Berührungs- linie 19'einzustellen, sondern etwa auf die Linie 28, da man annehmen kann, dass nach dem Einstellen des Zeigers während einiger Sekunden, also während des Fluges des Geschosses, das Flugzeug noch steiler sinken wird.
Anstatt eines Zeigers 18 kann ein anderes, zum Folgen des Diagramms geeignetes Element angewendet werden. So z. B. kann die Kugel 7 mit einer durchsichtigen Kugelschale umgeben werden, auf welcher eine Zeigermarke gezeichnet ist und die um die Achse 12 verdreht werden kann. Falls das auf der Kugelfläche gezeichnete Diagramm, wie eingangs erwähnt wurde, den Änderungen der
Zielhöhe selbst entspricht, so kann der Zeiger 18 und die Welle 13 mit einer bekannten Vorrichtung verbunden sein, vermittels welcher das Produkt der beiden durch die Bestandteile 18 und 13 eingestellten
Werte unmittelbar auf das Differential 27 übertragen wird. Es ist aber nicht unbedingt nötig die
Höhenkorrektur auf die Höheneinstellung unmittelbar zu übertragen, da man auch z.
B. derart vorgehen kann, dass vermittels der Welle 22 ein Zeiger angetrieben wird, der die nötige Korrektur beständig anzeigt. Dieser Zeiger wird beobachtet um die nötige Korrektur von Hand aus vorzunehmen.
Beim Anwenden einer Kugel 7 zum Aufzeichnen des Diagramms ist es zweckmässig ein Schreiborgan, z. B. Kreide, anzuwenden, dessen Linie leicht abgewischt oder in anderer Weise entfernt oder unsichtbar gemacht werden kann. Dadurch wird ein Träger für das Diagramm geschaffen, welcher in beiden Dimensionen endlos ist, im Gegensatz z. B. zu einem Papierstreifen od. dgl., welcher nur in einer Dimension praktisch als endlos betrachtet werden kann. Beim Anwenden eines solchen bandförmigen Trägers für die aufzuzeichnende Kurve, ist die grösste Ausschwenkung des Schreiborgans bzw. die grösste Ordinate durch die Breite des Streifens beschränkt, falls also aus irgendwelchen Gründen verhältnismässig grosse Dimensionen nicht zulässig sind, ist der anwendbare Massstab des Diagramms durch die geringe Breite dieses Streifens gegeben.
Hiedurch wird natürlich die Genauigkeit beeinträchtigt.
Dagegen ist die Kugel in beiden Dimensionen endlos. Wenn also-wie bereits erwähnt wurdeeine leicht entfernbare Linie gezeichnet wird, die an einer bestimmten Stelle der Kugel, z. B. durch einen Wischer entfernt wird, so kann für die Aufzeichnung ein beliebig grosser Massstab gewählt werden, da z. B. ein spitzenförmiger Teil der Kurve auch durch mehrere volle Umdrehungen der Kugel gezeichnet werden kann. Natürlich ist bei einer derartigen Registrierung die Länge der ablesbaren Abszisse beschränkt, da eigentlich nur derjenige Teil der Kurve leicht beobachtet werden kann, der auf etwa einer Viertelkugel vorhanden ist. Der gegenüber dem Schreibstift vorhandene Kurventeil ist schwer ersichtlich und die Kurventeile die während der früheren Umdrehungen der Kugel gezeichnet wurden, sind bereits entfernt worden, doch ist eine derartige Registrierung in vielen Fällen, z.
B. bei der erfindunggemässen Vorrichtung, vollständig befriedigend. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird stets bloss ein Teil der Kurve besichtigt, der einer Zeitdauer von etwa zehn Sekunden entspricht, was fürdie Beurteilung der Tendenz der Flugrichtung genügend ist.
Es ist jedoch nicht unbedingt nötig die Linie von der Kugel während des Registrieren zu entfernen, unter andern aus dem Grunde, da Anwendungsmöglichkeiten dieser Kugel vorkommen können, bei welchen während des ganzen Registrierungsvorganges die Kugel nur wenige Umdrehungen ausführt. In solchen Fällen wirken die neben dem zu beachtenden Kurventeil vorhandenen, diese meistens kreuzenden, während der früheren Umdrehungen gezeichneten Kurventeile nicht derart störend, dass ein Ablesen erschwert wäre. Man kann auch z. B. derart vorgehen, dass bei der Registrierung eine in der Luft ihre Farbe schnell ändernde Tinte verwendet wird, der zu beobachtende frisch gezeichnete Diagrammteil hat also eine andere Farbe als die früher gezeichneten Linien.
Das Beobachten des frisch gezeichneten Diagrammteils ist also auch dann leicht, wenn die Kugel mit mehreren andern Linien ziemlich bedeckt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Registriervorriehtung zur kontinuierlichen Aufzeichnung einer veränderlichen Grösse, deren Werte nur unmittelbar nach der Aufzeichnung beobachtet werden müssen, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagramm auf eine Kugel gezeichnet wird, wodurch für die Aufzeichnung in beiden Dimensionen eine endlose Fläche vorhanden ist.