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Vorrichtung zur Ortsbestimmung nach dem Beschleunigungsprinzip.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche die Ermöglichung der Fahrt eines Fahrzeuges nach reiner Kartenorientierung bezweckt, d. h. die auf einer Karte stets jenen Punkt der Erdoberfläche anzeigt, über dem sich das Fahrzeug jeweilig befindet.
Bei der Konstruktion der Vorrichtung wurde von den bekannten Voraussetzungen ausgegangen, dass : i. ein irgendwie starres System, das mittels zweier Rahmen kardanisch aufgehängt ist, in lotrechtem Sinne seine Lage stets beibehalten wird und dass
2. die Achsen von Kreiseln mit horizontaler bzw, vertikaler Rotationsebene, die kardanisch eingebaut sind und die mit einer grossen Tourenzahl rotieren, ihre Lage mit Bezug auf die Erde nicht verändern, wenn die Kreisel nicht in ihren Schwerpunkten aufgehängt sind und wenn die Präzessionsbewegungen der Kreisel nicht gehemmt werden, was z. B. durch elastische Verbindung der Rotationskörper der Kreisel mit ihren Achsen erreicht werden kann.
Wenn nun mit dem unter 2 genannten System von Kreiseln ein Pendel in geeigneter Weise. verbunden wird, so können die Kreisel dazu benutzt werden, die Schwingungsebene des Pendels gegenüber der Erde dauernd zu stabilisieren.
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Luftfahrzeuges sich ergebenden Gleichgewichtslagen der beiden Pendel auf den vom Luftfahrzeug mit Bezug auf die Erde zurückgelegten Weg zu schliessen bzw. mit Hilfe dieser verschiedenen Gleichgewichtslagen und ihrer Differenzen und einer zur Übertragung der Pendelschwingungen auf eine Registriervorrichtung geeigneten Einrichtung den genannten Weg auf einer Karte zu registrieren.
Die hierbei zur Verwendung gelangende Vorrichtung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt Fig. r eine Ansicht der Vorrichtung von vorn, Fig. 2 eine Ansicht von der rechten Seite, die Fig. 3 und 4 zeigen eines der beiden Pendel mit der zugehörigen Registriervorrichtung und den zur Übertragung der Pendelschwingungen auf dieselbe notwendigen Einrichtungen in Vorder-und Seitenansicht, im vergrösserten Massstabe, die Fig. 5 und 5 a zeigen eine Einzelheit in Vorderansicht und Schnitt, gleichfalls vergrössert.
In den Rahmen 1, 1, der um die horizontale Achse (Zapfen) 1', l'drehbar gelagert ist, liegt ein zweiter horizontaler Rahmen 2, 2, der um die zu 1', l'normale Achse (Zapfen) 2', 2' drehbar ist. Dieser Rahmen trägt zwei zueinander normale, nach abwärts reichende, bich schneidende Tragarme T2, T2.
In dem Rahmen 2 liegt, um die vertikale Achse 3', 3'drehbar, der Rahmen 4, der mit seitlichen konsolartigen Armen (z. B. vier an der Zahl)', 4'versehen ist, welche Führungsrollen 4", 4"tragen, die die Führung des Rahmens 4 bei Drehung um die Achse 3', 3'auf den Rahmen 2 zum Zwecke haben. Zur gegenseitigen Absteifung sind die Arme 4', 4'durch einen kreisförmigen Ring 4R miteinander verbunden.
Der in dem Rahmen 2, 2 gelagerte Kreisel 3 dreht sich um die vertikale Achse 3', 3'und soll die Ebene des Rahmens 2, 2 horizontal und die gemeinsame Drehachse des Kreisels selbst und des Rahmens 4 vertikal erhalten. (Der Kreisel 3 und der Rahmen 4 sind über dem Kreuzungspunkt der Tragarme T2, T2 konzentrisch gelagert.)
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Im Rahmen 4 liegt um die horizontale Achse 5', 5'drehbar der Kreisel 5, dessen Drehebene vertikal steht. Ist der Vertikalkreisel 5 in die Ebene des Ortsmeridians eingestellt, so wird der mit seinen Achsen 5', 5'fest verbundene Rahmen 4 bei entsprechend hoher Tourenzahl des Kreisels 5 in der Nord-Südebene konstant orientiert bleiben.
Der Rahmen 4 trägt eine ebene Platte 4''', 4"', auf der eine Karte aufgezogen ist, und an deren Unterseite die Pendel 6 und 7, die in den Lagern 6'und 7'aufgehängt sind und die in zwei zueinander normalen Vertikalebenen schwingen, montiert sind. Auch alle weiteren, zur
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Die Pendel bestehen aus je zwei beispielsweise um go0 gegeneinander verstellten Radialarmen 6", 6"und 7", 7", die durch kreisförmig gebogene Schienen 8 bzw. 9 verbunden sind.
Die Aussenseiten der Schienen sind gezahnt.
Im Zusammenhange mit diesen Pendeln sind je zwei Zahnrädchen 10 und 11 bzw. 12 und 13
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Jedes dieser Rädchen trägt auf seine Achse lose drehbar aufgesteckt ein zweites kleineres Zahnrädchen 10"und 11"bzw. 12"und 13" (siehe Fig. g und 4, letztere nicht dargestellt), auf das durch einen Sperrzahn die Bewegung des grösseren Rädchens in nur einem Sinne übertragen wird, d. h. das Rädchen 10 überträgt seine Bewegung auf das Rädchen 10", wenn das Pendel 6 (siehe Fig. 3), vom Beschauer gesehen, nach rechts ausschwingt und das Rädchen 11 überträgt seine Bewegung auf das Rädchen 11", wenn das Pendel nach links ausschwingt.
Analog beim Pendel 7.
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gemeinsamen Achsen der Rädchen 10, 10" und 11, 11" bzw. 12, 12" und 13, 13" durch Spiralfedern getragen und so weit nach aufwärts gedrückt werden, dass die Zähne der Rädchen 10 und 11 bzw. 12 und 13 in die Zahnschienen 8 bzw. 9 eingreifen. Diese Lager stehen aber mittels Schnur-
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dass bei einem Zuge des Gewichtes Q10 nach links sich dieser Zug über die Rädchen lOs und 1014 auf das Lager der gemeinsamen Achse der Rädchen 10 und 10" überträgt, so dass diese im Sinne der Fig. 3 nach abwärts gezogen wird und daher jede Bewegungsübertragung vom Pendel auf die Rädchen 10 und 10"unterbleibt.
Analog ist die Konstruktion beim Lager der gemeinsamen Achse der Rädchen 11 und 11" bzw. 12, 12" und 13, 13". Die genannten Gewichte haben an ihren Längsseiten horizontale Rillen, mit denen sie auf Stäben stlO und stll bzw. stl2 und st13 gleiten. Diese Stäbe sind ebenfalls durch Tragarme an der Unterseite der Platte 4"'aufgehängt (siehe Fig. 3 und 4).
In der Ebene der beiden kleineren Zahnrädchenpaare 20"und 22"bzw. 22"und 23"steht zwischen je zwei Zahnrädchen je ein sogenanntes Mutterrad 14 bzw. 15 (siehe Fig. 3 und 4, letztere nicht dargestellt), derart, dass seine mathematische Achse mit ii mathematischen Achsen der genannten Rädchen in einer Ebene liegt.
Auch dieses ist ein Zahnrad, welches in die Zähne der Rädchen 10"und 11"bzw. 12" und 13"eingreift, jedoch dreht es sich nicht um eine volle Welle, sondern ist (siehe Fig. 5 und 5 a) mittels einer kreisringförmigen Nut 14'bzw. 15'auf eine kreisringförmige Wulst 14"bzw. 15", die mittels der Tragarme 14"'bzw. 15'"an der Platte 4'" aufgehängt ist, lose drehbar derart aufgesteckt, dass durch seine schraubenmutterförmig ausgestaltete Nabe eine Schrauben- spindel 14S bzw. 15S geführt werden kann, die unverdrehbar, wohl aber längsverschiebbar in den Uhrwerken 16 und 17 bzw. 18 und 19 (siehe Fig. 3 und 4, letztere nicht dargestellt) gelagert ist.
Da die Mutterräder parallel zur Ebene der zugehörigen Pendel stehen, liegen die Spindeln normal zu den Ebenen der zugehörigen Pendel.
Die oben genannten Uhrwerke sind mit Tragarmen 16t und 17t bzw. 18t und 19t an der Platte 4'" aufgehängt und mit irgendwelchen Geschwindigkeitsregulatoren, die in beliebiger Weise gebremst werden können, ausgestattet. Die vier kantigausgearbeitetenEnden der Spindeln A ' bzw. 15S sind mit diesen Geschwindigkeitsregulatoren derart velbunden, dass jede Längsverschiebung der Spindeln eine Änderung der Gangart der Uhrwerke zur Folge hat.
Im Zustande der Ruhe des Luftfahrzeuges stehen die Spindeln in der Mittel-oder Normallage, d. h. derart, dass beide mit ihren Enden verbundenen Regulatoren eben noch bis zum Stillstande der Uhrwerke gebremst sind.
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im Sinne des Uhrzeigers, die Umdrehungsrichtung des Schnurlauftreibrades 16'aber entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers gerichtet sind.
Die äussere Zylinderfläche der Schnurlauftreibräder setzt sich aus zwei parallelen Streifen zusammen, wovon der eine gezahnt ist, während der andere die Form eines rillenförmigen Hohlschliffes hat. Diese Räder dienen zur Betätigung der unten beschriebenen Schnurläufe SL16 und SL17 bzw. SL18 und SL19 (siehe Fig. 3 und 4, jedoch nur SL16 und SL17 dargestellt).
Die Schnurläufe, SL16 und SL17 gehören mit ihren Treibrädern 16'und 17', den Uhrwerken 16 und 17 und mit der Spindel 14S im Zusammenhange mit dem Mutterrade 14 zum Pendel 6 und laufen parallel zueinander, die Schnurläufe SL18 und SL19 gehören analog zum Pendel 7 und laufen normal zu den ersteren Schnurläufen.
Der Schnurlauf SL16 (siehe Fig. 3) geht vom Schnurlauftreibrad 16'über das an der Unterseite der Platte 4"'aufgehängte'Rädchen 22 zu dem Rädchen 22a, das auf einer unterhalb des linken Randes der Platte 4'" aufgehängten horizontalen Welle W25 lose drehbar sitzt, sodann zum Rädchen 23a, das auf einer unterhalb des rechten Randes der Platte 4"'aufgehängten Welle M- lose drehbar sitzt,
sodann über das an der Unterseite der Platte 4''' aufgehängte Rädchen 23 zurück zum Schnurlauftreibrad 16'. Hierbei übertragen die Rädchen 22a und 23a ihre Bewegung mittels Sperrzahn nur im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers auf die Wellen W25 und W25'. Analog ist der über das Schnurlauftreibrad 17'und die Rädchen 22', 22'a, 23'a und 23'gehende Schnurlauf SL17 konstruiert ; der Unterschied besteht nur darin, dass die Rädchen 22'a und 23'a ihre Bewegung mittels Sperrzahn nur im Sinne des Uhrzeigers
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die Rädchen 24a, 24b, 24c und 24d jedoch nicht dargestellt).
Über die Räder 25a und 25b geht derart, dass der obere Teil sich knapp über der Platte. 4'''
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der Oberseite der Platte liegende Registrierlineal 25, das normal zur Richtung der Schnurläufe liegt bzw. gleitet, verbunden. Dieses Lineal ist ein glatter, schmaler, sehr dünner gerader Stab. aus einer durchsichtigen, leichten und möglichst festen Masse, der in seiner Breitenmitte einen Markiertisch trägt, der über die ganze Länge des Lineals, die der ganzen Breite bzw. Länge
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gehörigen Schnurläufe als auch das Registrierlineal 1. M zu den zum Pendel 6 gehörigen Schnurläufen bzw. zu dem Registrierlineale 25 normal liegen.
Entsprechend der im folgenden beschriebenen Funktion der oben beschriebenen Vorrichtung bezeichnet der Schnittpunkt der beiden Registrierlineale auf der Karte stets jenen Ort der Erdobernäc. ;, in dessen Zenithlinie sich das Luftfahrzeug jeweilig befindet.
Bewegt sich das Luftfahrzeug in einer zwischen Nord und Ost gelegenen Richtung, so wird die Wirkung dieser Bewegung auf ein in der Nord-Südebene schwingendes Pendel dieselbe sein, wie. wenn sich das Luftfahrzeug mit einer der Projektion der wahren Geschwindigkeit oder Beschleunigung (Verzögerung) auf die Ordinate entsprechenden reduzierten Geschwindigkeit oder Beschleunigung (Verzögerung) tatsächlich in der Nord-Südrichtung bewegen würde.
Wenn nun zwei Pendel mit stabilisierten Schwingungsebenen vorhanden sind, von denen eines in der Nord-Südebene, das andere in der Ost-Westebene schwingt, so wird die Änderung der Gleichgewichtslagen der beiden Pendel den verschiedenen Beschleunigungen des Luftfahrzeuges mit Bezug auf die Nord-Südebene bzw. auf die Ost-Westebene entsprechen. Man kann also füglich bei der Untersuchung der Funktionen der oben beschriebenen Vorrichtung von der Annahme ausgehen, dass das Luftfahrzeug sich in der Schwingungsebene des einen der beiden Pendel geradlinig fortbewegt. Wenn man nun annimmt, dass das Luftfahrzeug aus dem Zustande der Ruhe in den einer konstanten Geschwindigkeit übergehen soll, so ist eine Übergangsphase hierzu nötig, welche einer beschleunigten Bewegung des Luftfahrzeuges entspricht.
Es sei die Fortbewegungsrichtung des Luftfahrzeuges im Sinne der Fig. 3 nach rechts gerichtet.
Wenn die Bewegung beschleunigt ist, wird das Gewicht Q10 in seinen Schienen nach links zurückgleiten und das Rädchen 10' aus dem Verbande mit der Zahnschiene 8 loskuppeln. Infolgedessen wird nur mehr das Rädchen 1. ? die Bewegung des Pendels 6 übernehmen. Da aber das Rädchen 11" diese Bewegung durch den Sperrzahn nur übernimmt, wenn das Pendel nach links ausschwingt, was ja beim Beginne einer rechts gerichteten beschleunigten Bewegung sofort geschieht, wie ja auch die linksseits der Vertikalen gelegenen Aussehlagswinkel in diesem Falle um so grösser sind wie die rechtsseits gelegenen, je grösser die Beschleunigung ist,
so wird dieses Rädchen 11"
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bei jeder Linksschwingung des Pendels 6 ruckartig sich im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers bewegen und seine Bewegung auf das Mutterrad 14 übertragen, welches seinerseits ruckartig im Sinne des Uhrzeigers in Umdrehung versetzt, werden wird. Hierdurch wird die rechtsgängig geschnittene Schraubenspindel-M. S' (Fig. 3), welche unverdrehbar ist, in der Richtung zum Beobachter, bzw. in Fig. 5, welche eine Ansicht von rechts ist, nach links verschoben.
Hierdurch wird nun der Geschwindigkeitsregulator des Uhrwerkes 17 entlastet (das Uhrwerk wird entbremst), was zur Folge hat, dass das Uhrwerk zu arbeiten beginnt und das Schnur- lauftreibrad j ! ?" im Sinne des Uhrzeigers in Umdrehung versetzt. Das Uhrwerk 16 bleibt solange gebremst, bis die Spindel jM < S'nach Ruckwanderung in ihre Normallage nach rechts verschoben wird (siehe Fig. 6). Durch den Schnurlauf Salz7 und durch die Schnurläufe SL25 und SL25' wird nun das Registrierlineal25 von links nach rechts, konform der wahren Bewegung des Luftfahrzeuge verschoben.
Solange die Beschleunigung anhält, wird durch weiteren ruckweisen Transport der Spindel 14S das Uhrwerk 17 in immer lebhaftere Gangart versetzt, was eine immer raschere Bewegung des Registrierlineas 25 mit sich bringen muss. Wird eine konstante Geschwindigkeit erreicht, so wird das Gewicht eau infolge des Druckes der Feder im Gabellager 10' in seine Normallage zurückkehren und auch das Rädchen 10 wieder die Bewegungen des Pendels 6 übernehmen und durch den Sperrzahn auf 10"übertragen. Von diesem Momente an wird die ruckweise Bewegung (Umdrehung) des Mutterrades 14 sich in eine schwache oszillierende Rotationsbewegung und der ruckweise Transport der Spindel 14S sich in eine stets abnehmende Oszillation der Länge nach verwandeln, bis das Pendel ausgeschwungen haben wird.
Das Uhrwerk 17 arbeitet aber der zuletzt vorhandenen Beschleunigung entsprechend mit konstanter Umdrehungszahl weiter, konform der erreichten konstanten Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges.
Man nehme an, dass nun eine Verzögerung der Bewegung eintrete, was mit Bezug auf das in Rede stehende Pendel auch der Fall ist, wenn das Luftfahrzeug mit unverminderter Geschwindigkeit weiterfliegt, jedoch einen Bogen nach der Seite beschreibt. Das Gewicht Q11 gleitet im Sinne der Fig. 3 nach rechts vor und zieht das Lager des Rädchens 11 nach abwärts, wodurch dieses ausser Kontakt mit der Zahnschiene gebracht wird, so dass nur mehr das Rädchen 10 die Bewegungen des Pendels 6 übernimmt.
Da aber das : Rädchen 10" diese Bewegung durch den Sperrzahn nur übernimmt, wenn das Pendel nach rechts ausschwingt, so wird das Rädchen 10"bei jeder Rechtsschwingung des Pendels 6 sich ruckartig im Sinne des Uhrzeigers drehen und seine
Bewegung auf das Mutterrad. 14 übertragen, welches seinerseits ruckartig im entgegengesetzten
Sinne des Uhrzeigers in Umdrehung versetzt werden wird.
Hierdurch wird die Spindel 14S in der Richtung gegen die Zeichenfläche (Fig. g) bzw. nach rechts (Fig. 4) ruckartig verschoben und der Geschwindigkeitsregulator des Uhrwerkes 17'zunehmend belastet (das Uhrwerk wird wieder allmählich gebremst), was zur Folge hat, dass auch das Schnurlauftreibrad 17'in lang- samere Umdrehung versetzt wird, so dass auch die Bewegung des Registrierlineals 25 eine ver-
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