-
Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Signale, die den Lagekomponenten
eines Punktes in einer Ebene entsprechen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur manuellen Erzeugung elektrischer Signale, die den Lagekomponenten eines Punktes
in einer Ebene entsprechen.
-
Vorrichtungen dieser Art werden insbesondere benötigt, um die Lage
eines Markierpunkts auf einem Radarschirm einzustellen. Bei der Einstellung eines
solchen Markierpunkts ist es notwendig, seine Lage sehr genau einstellen zu können,
andererseits aber, ihn sehr schnell von einer Stelle auf dem Schirm zu einer anderen
bewegen zu können.
-
Der Markierpunkt auf einer Kathodenstrahlröhre wird durch elektrische
Signale erzeugt und verschoben. Diese Signale werden ihrerseits durch die Lage eines
von Hand zu bedienenden Einstellgliedes bestimmt. Eine Bedienungsperson beobachtet
den Radarschirm und bewegt das von Hand zu bedienende Einstellglied derart, daß
die erforderlichen elektrischen Signale erzeugt werden, um den Markierpunkt in die
richtige Lage auf dem Schirm zu bringen.
-
Es ist bekannt, ein von Hand zu bedienendes hebelartiges Einstellglied
zu verwenden, das in zwei Koordinatenrichtungen beweglich ist und das mechanisch
mit zwei Potentiometern gekuppelt ist. Um den Markierpunkt genau einzustellen und
ihn dennoch schnell über den Schirm zu bewegen, ist die Kupplung mit einem Getriebe
versehen, so daß zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der mechanischen
Bewegung des Einstellgliedes und der entsprechenden Bewegung der Potentiometerarme
eingestellt werden können.
-
Die Erfindung geht bei der Gestaltung des Einstellgliedes einen anderen
Weg, und zwar wird eine bei einem automatischen Signalgeber bekannte Einstellkugel
in Verbindung mit beliebigen elektrischen Drehsignalgebern verwendet, deren Winkelstellungen
entsprechend der Verschiebung des Punktes in den beiden Koordinatenrichtungen einstellbar
sind und die z. B. auch wieder als Potentiometer ausgebildet sein können. Die Einstellkugel
wirkt auf die Achsen der Drehsignalgeber über Reibrollen ein, welche in einer den
Kugelmittelpunkt enthaltenden Berührungsebene an der Oberfläche der Einstellkugel
anliegen und die Kugel seitlich unter Mitwirkung von Gegenrollen stützen.
-
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird die Kugel durch Treibrollen
gestützt und durch diese automatisch nach Maßgabe von Steuergeräten eingestellt,
wobei die Treibrollen an der Einstellkugel ebenfalls in Berührungsebenen anliegen,
die durch den Kugel mittelpunkt gehen.
-
Es ist nicht ohne weiteres möglich, diese bekannte Vorrichtung für
Handbetrieb zu verwenden. Denn die Treibrollen, die zwar nicht mehr zum Antrieb,
wohl aber noch zur Stützung der Einstellkugel in derjenigen Richtung dienen, die
auf der Berührungsebene der die Drehsignalgeber antreibenden Reibrollen senkrecht
steht, behindern nunmehr eine freie Drehbarkeit der Einstellkugel. Es läge nahe,
diese Reibrollen durch eine Stützkugel oder Stützpfanne zu ersetzen. Damit wäre
aber noch nicht das Maß an Reibungsfreiheit erzielt, welches insbesondere dann erforderlich
ist, wenn man unter Benutzung des Trägheitsmomentes der Einstellkugel durch kräftiges
Andrehen eine schnelle Verstellung erreichen will.
-
Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Einstellkugel
in Richtung der auf der Berührungsebene der Reibrollen senkrecht stehenden Achse
durch ein Laufrad gestützt ist, welches in einer auf einem Zapfen um die Stützachse
drehbaren Gabel derart gelagert ist, daß seine Drehachse zwar senkrecht zur Stützachse
verläuft, jedoch gegen die Stützachse seitlich versetzt ist.
-
Das erfindungsgemäße freie Laufrad stellt sich in die jeweilige Drehrichtung
der Kugel ein und gewährleistet eine ausreichende Reibungsfreiheit der Kugel.
-
Gegebenenfalls ist es auch zweckmäßig, wie später noch näher erläutert
wird, die Information, die durch die jeweilige Stellung des freien Laufrades gegeben
wird,
auszunutzen. Zu diesem Zweck ist bevorzugt ein die Winkelstellung der Gabel messender
Drehsignalgeber vorgesehen.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Laufrad oberhalb einer
flachen Basisplatte montiert, und eine zweite Platte ist an dieser Basisplatte oberhalb
und parallel zu ihr starr befestigt. Diese zweite Platte hat eine Öffnung, durch
die ein Teil der Einstellkugel hindurchragt, um einer Bedienungsperson zu erlauben,
die Kugel zu drehen. Die Reibrollen werden zweckmäßigerweise derart angeordnet,
daß sie die Kugel in einer Durchmesserebene, die parallel zu diesen Platten liegt,
berühren.
-
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
-
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
die obere Abdeckplatte ist entfernt, um die Innenkonstruktion offenzulegen; F i
g. 2 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 1 in Seitenansicht teilweise im Schnitt;
F i g. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1.
-
Die Vorrichtung nach diesen Figuren weist eine Basisplatte 10 auf,
die in der folgenden Beschreibung als horizontal liegend angenommen wird. Auf dieser
Basisplatte ist ein drehbarer Zapfen 11 befestigt, an dem mittels eines Kugellagers
12 eine Gabel 13 drehbar ist. Diese Gabel trägt ein Laufrad 14. Die Achse des Rades
14 ist horizontal und nach einer Seite von der Achse des drehbaren Zapfens 11 abgesetzt.
Das Rad 14 besteht vorteilhaft aus Nylon. Eine Kugel 15 aus verhältnismäßig dichtem
plastischen Werkstoff, ähnlich dem für Billardkugeln verwendeten Werkstoff, ist
oberhalb der Gabel 13 angeordnet und ruht auf dem Rad 14. Der Mittelpunkt der Kugel
befindet sich genau auf der Achse des drehbaren Zapfens 11.
-
Die Kugel 15 wird in dieser Lage mittels dreier Rollen 16, 17, 18
gehalten, deren Achsen horizontal liegen und die gegen die Oberfläche der Kugel
15 an Stellen, die in einer horizontalen Diametralebene liegen, drücken. Die Achsen
der drei Rollen 16 bis 18 sind parallel zu den Tangenten an der Oberfläche der Kugel
15 und an ihren Kontaktstellen mit ihr. Die beiden Rollen 16, 17 sind Reibrollen
zum Antrieb von Potentiometern 19 bzw. 20. Diese Rollen 16, 17 sind derart gelagert,
daß sie die Kugel 15 an Enden von aufeinander senkrecht stehenden Durchmessern berühren.
-
Jede dieser Rollen 16, 17 besteht aus Nylon und hat einen flachen,
peripheren Teil 21, der gegen die Oberfläche der Kugel 15 drückt. Die Rollen 16,
17 sind jede an einem Metallklotz 23 befestigt, der von einer Welle 24 getragen
wird. Die Welle 24 ist in Kugellagern 25, 26 gehaltert, die sich in den beiden Armen
eines auf dem Kopf stehenden U-förmigen Teils 27 befinden. Dieser U-förmige Teil
27 hat einen längeren Arm 28, der mittels Schrauben an der Basisplatte 10 befestigt
ist. Die Welle 23 hat einen Abschnitt 30 mit vergrößertem Durchmesser, dessen Länge
dem Abstand der U-Schenkel angepaßt ist, um ein Axialspiel zu vermeiden. Der Abschnitt
30 ist ferner als Zahnritzel 31 ausgebildet, das mit einem Zahnrad 32 im Eingriff
steht. Dieses Zahnrad 32 ist an der Antriebswelle 33 des obengenannten Potentiometers
19 (oder 20) befestigt. Das Potentiometer ist seinerseits an einer Platte 34 am
längeren Arm 28 des Teils 27 befestigt. Das Ritzel 31 und das Zahnrad 32 haben in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Unterset-
zungsverhältnis 10: 1, so daß,
obwohl die Kugel 15 einen größeren Durchmesser hat als die Rollen 16, 17, mehrere
Umdrehungen der Kugel notwendig sind, um die Potentiometer zwischen ihren Grenzen
zu drehen. Die Winkeldrehung eines jeden der Potentiometer ist begrenzt durch einen
Anschlag mit einem Bolzen 35, der in dem Zahnrad 32 befestigt ist. Dieser Bolzen
stößt gegen einen Bolzen 36 auf dem Arm 28 an.
-
Die obengenannte Rolle 18 ist eine leerlaufende Rolle und besteht
vorteilhaft aus Nylon, ähnlich wie das Laufrad 14. Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich,
wird die Rolle 18 von einer Welle 40 in Kugellagern 41 getragen. Die Kugellager
41 befinden sich in einem U-förmigen Teil 42, das drehbar bei 43 befestigt ist,
und zwar zwischen zwei Armen eines Trägerteils 44, das mit dem aufrechten Rahmenteil
45, welches an der genannten Basisplatte 10 festgeschraubt ist, aus einem Stück
besteht. Die Drehachse für den U-förmigen Teil 42 und die Achse der Rolle 18 sind
horizontal, und der U-förmige Teil 42 wird durch eine Feder 46 in eine Richtung
gedrückt, um die Rolle 18 in Berührung mit der Kugel 15 in einer horizontalen Diameterebene
zu halten. Ein einstellbarer Anschlag 47 ist vorgesehen, um die Bewegung der Rolle
18 von der Kugel 15 weg zu begrenzen.
-
Eine Kopfplatte 50 ist auf den obengenannten Teilen 27 und 45 befestigt
und genau parallel zur Basisplatte 10 angeordnet. Diese Kopfplatte hat eine Öffnung,
durch die die Kugel 15 hindurchragt und die es einer Bedienungsperson ermöglicht,
sie zu drehen.
-
Es ist ersichtlich, daß die Kugel 15 feinfühlig frei bewegt werden
kann und daß sie, wenn nötig, zu einer schnellen Drehung angestoßen werden kann,
um schnell größere Verstellungen der Potentiometer 19, 20 zu bewirken. Das eine
oder das andere oder beide Potentiometer drehen sich entsprechend der Richtung,
in der die Kugel bewegt wird. Die Beträge der Drehungen der Potentiometer sind proportional
zu den Komponenten der Drehung der Kugel.
-
Die wirksame Trägheit der Einstellkugel für schnelle Verstellungen
kann erhöht werden, indem Schwungmassen an den Rollen 16, 17 angebracht werden.
Werden diese Schwungmassen als Schwungräder ausgebildet, so werden sie an den Wellen
der Reibräder vorzugsweise über elastische Kupplungen befestigt. Beispielsweise
kann jedes Schwungrad frei drehbar auf seiner Welle gelagert sein, aber mittels
einer Feder befestigt, um seine Rotation relativ zur Welle zu begrenzen. Eine derartige
federnde Befestigung erleichtert die schnelle Beschleunigung der Kugel, während
die Trägheit der Kugel und der Schwungräder hilft, die kontinuierliche Bewegung
des Potentiometers und der Kugeldrehung aufrechtzuerhalten.
-
Das erfindungsgemäße Laufrad 14 schwingt um seine Führungsachse 11
und nimmt eine Stellung ein, die von der letzten Bewegungsrichtung der Kugel abhängig
ist. Es ist zu bemerken, daß der Berührungspunkt des Laufrades 14 mit der Kugel
um einen bestimmten Abstand von der Drehachse der Rolle abgesetzt sein muß. Dieser
Abstand kann jedoch sehr klein gehalten sein, so daß nur eine geringe Bewegung der
Kugel in einer Richtung notwendig ist, um das Laufrad in diese Richtung einzustellen.
Wenn es erforderlich ist, diese Richtung der Bewegung zu wissen, beispielsweise
dann, wenn die Vorrichtung dazu verwendet wird, Signale zum Verfolgen eines Echos
auf
einem Radarschirm zu erzeugen, und wenn es erforderlich ist, die Richtung der Bewegung
des Markierpunktes zu wissen, so kann diese Bewegungsrichtung aus der Lage des Laufrades
bestimmt werden.
-
Beispielsweise kann das Laufrad an eine Potentiometerantriebswelle
gekuppelt sein, so daß ein Signal erzeugt wird, das die Winkellage des Laufrades
anzeigt.