DE1285C - Gegliederter Brenn- und Beleuchtungsspiegel mit Tangentialstellung für Rllipsoide, Paraboloidc und Hyperboloide - Google Patents

Description

1877.

EDMUND PRUCKNER in BERLIN.

Gegliederter Brenn- und Beleuchtungsspiegel mit Tangentialstellung für Ellipsoide, Paraboloide

und Hyperboloide.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 30. November 1877 ab.

Der in beiliegender Zeichnung auf den Fig. 1, 2, 3 dargestellte gegliederte Hohlspiegel besteht aus einer von zwei Säulen getragenen Planscheibe, an der der eigentliche Spiegel mit der dazu gehörigen Hebelcombination und Stellvorrichtung befestigt ist; ferner aus einem Untergestell, dessen Construction sowohl eine horizontale Drehung um eine unter dem Scheitelpunkt gelegene Vertical-Axe, als auch eine Verticaldrehung um eine so genau wie möglich Unter dem Schwerpunkt angebrachte horizontale Axe zuläfst, und an welchem endlich, auf einem schräg nach der Spiegel-Axe aufsteigenden Doppelträger die zur Beleuchtung dienende elektrische Lampe bezw. ein anderer Lichtentwickehmgs-Apparat im mathematischen Focus des Spiegelsystems befestigt ist.

Da in der Construction des eigentlichen Gliederspiegels mit seiner Hebelcombination und Stellvorrichtung hauptsächlich das Neue vorliegender Erfindung besteht, so mag zunächst das derselben zu Grunde liegende mathematische Princip erläutert werden.

Eine jede Curve läfst sich durch eine Tangenten - Construction bildlich veranschaulichen bezw. geometrisch darstellen.

Die einzelnen Tangenten durchschneiden sich dabei und bilden ein die Curve umschreibendes Polygon.

A auf Fig. 4 sei der gemeinschaftliche Scheitel, F der gemeinschaftliche Brennpunkt verschiedener Kegelschnittscurven — dann ist A F deren gemeinschaftliche Brennweite.

Nehmen wir nun A als Anfangspunkt rechtwinkliger Coordinaten-Axen an und nennen die durch A F gehende Gerade Haupt- oder Abscissen-Axe, dann ist die lothrecht auf ihr in A errichtete Linie (die Scheiteltangente) die Ordinaten-Axe.

Nun theile man diese in gleiche Theile von beliebiger Länge, bezeichne die Theilpimkte der Reihe nach von A aufwärts mit o, 1, 2, 3—9 und ziehe durch diese Punkte parallel der Haupt-Axe gerade Linien ·— so wollen wir diese in der Folge als 1., 2., 3.—9. Theillinie bezeichnen.

Die Theilpunkte kann man nun als Durchgangspunkte beliebig vieler Tangenten betrachten an ebenso vielen Kegelschnittscurven., die sich über der Brennweite A F construiren lassen. Die Beziehungen zwischen all diesen Tangenten leiten sich aus folgenden zwei Hauptgesetzen ab, die ihren Grund in den analytischen Eigenschaften der Curven haben:

1. für alle Tangenten desselben Durchgangspunktes liegen die Berührungspunkte auf ein und demselben Brennstrahle.

2. Die durch zwei aufeinanderfolgende Theilpunkte gehenden Tangenten derselben Curve schneiden sich auf demjenigen Brennstrahle, auf welchem sich auch alle Tangentenpaare jeder anderen Curve (mit derselben Brennweite) durchschneiden, die durch dieselben Theilpunkte gehen.

Diese beiden Gesetze sind ganz allgemein gültig; den Beweis dafür glauben wir an dieser Stelle nicht führen zu dürfen. . Die Bestimmung der Brennstrahlen, auf denen sich diese Tangentenpaare durchschneiden, geschieht am leichtesten durch die Tangenten-Construction der Parabel auf folgende einfache Weise: .

Durch Rechnung oder geometrische Construction stelle man zuerst irgend einen Punkt der Parabel, z. B. den Punkt P auf der Theillinie 8 fest. Dann geht die Tangente an P, wie bekannt, durch den Theilpunkt 4 (= ⁸/₂). Sie durchschneidet die Theillinien 7 und 9 in zwei Punkten, durch die die beiden Brennstrahlen gehen müssen, auf welchen alle Tangentenpaare sämmtlicher zur Brennweite A F gehörenden Curven, deren Durchgangspunkte die Theilpunkte 3 und 4 bezw. 4 und 5 sind, sich durchkreuzen müssen.

Wenn diese Tangenten durch 3 und 5 gezogen werden, so weifs man wieder, dafs ihre Berührungspunkte auf dem Brennstrahle liegen, den man durch den Berührungspunkt der Parabel bestimmt und der, wie uns bekannt, auf der Theillinie 10 — 2,5 bezw. 6 = 2,3 liegt.

Ihre Durchschnittspunkte mit den Nachbar-Tangenten liegen dagegen auf den Brennstrahlen, die durch die Parabel-Tangenten auf den ungraden Theillinien 11 bezw. 5 bestimmt sind.

Dies Verfahren, fortgesetzt in Anwendung gebracht, läfst leicht die ganze Construction, wie sie Fig. 4 darstellt, verzeichnen.

Betrachten wir nun das zur Parabel gehörende Tangenten-System für sich allein, und denken wir uns die Theilpunkte i, 2, 3 . . . . als feste Drehpunkte, um die sich die Tangenten als einarmige Hebel drehen können, ferner diese Hebel paarweise so untereinander verbunden, dafs ihre Durchschnittspunkte immer auf dem, einem jeden Paare angewiesenen Brennstrahle als Richtungslinie sich zu bewegen gezwungen sind, wobei die dazu nothwendige Verschiebung auf den Tangenten selbst (auf- und abwärts) irgendwie möglich ist, so entsteht eine in allen Punkten zusammenhängende Hebelcombination, welche bei der geringsten Drehung irgend eines Hebels sofort die Umstellung des ganzen Systems in die durch die neue Richtung des bewegten Hebels vorgeschriebene Tangential-Construction (auf eine andere ganz bestimmte Curve) hervorruft.

Von der Parabelstellung aus aufwärts bewegt, bilden sich stets hyperbolische, abwärts elliptische Tangential-Systeme.

In Fig. 4 sind fünf verschiedene Stellungen angegeben:

H Hyperbol (Gebiet dieser Art Curven: zwischen Ordinaten-Axe und Parabel);

P Parabel als Grenzlinie;

E Ellipse, deren zweiter Focus aufserhalb der Brennweite A F liegt (Gebiet: zwischen Parabel und Kreis);

K Kreis als Grenzlinie;

E' Ellipse, deren zweiter Focus innerhalb der Brennweite A F liegt (Gebiet: der vom Kreise eingeschlossene Raum).

Bei der praktischen Ausführung für den vorliegenden Fall ist nun wie folgt verfahren worden:

Auf der Planscheibe/, welche als der eigentliche Spiegelsitz zu betrachten ist, sind zunächst mit gleichmäfsigen Intervallen vierundzwanzig Stück geschweifter Arme in der aus Fig. 1 ersichtlichen Form aufgeschraubt.

Diese Arme besitzen, jeder für sich, vier nach dem mathematischen Focus des Hebelsystems gerichtete Führungsnuthen, in denen sich schlittenartig die Träger a_t a₂ a₃ e₄ der Planspiegel C₁ c-i C₃ c_t bewegen. An dem auf der äufsersten Peripherie befindlichen Träger a_x greift nun, mittelst eines Bolzens, der lange zweiarmige Winkelhebel i_l an, ebenfalls der Länge nach schlitzförmig ausgearbeitet, damit das Führungsstück, das den Bolzen des Trägers umschliefst, darin auf- und abgleiten kann.

Derselbe Hebel £, greift auch, weiter nach der Axe zu, an einen gleichen Bolzen des zweiten Trägers a, an, ganz in der eben beschriebenen Weise.

Es spielt hier der Hebel b_t die Rolle der Tangenten 4 P. auf der Fig. 4, welche des leichteren Vergleichs wegen genau in Maafsstab und Lage mit Zugrundelegung der gleichen Focaldistanz, der Anlage der Fig. 1 entsprechend, gezeichnet ist.

An dem entgegengesetzten Ende des durchgehenden Bolzens «₂ greift nun, ebenso mit Schlitz und Führungsstück versehen, der einarmige Hebel ί>₂ an, während er zugleich in derselben Weise mit dem Träger a₃ verbunden ist.

Die Unterstützungspunkte der Hebel ü>, Ir₂ sind genau in Uebereinstimmung mit den Theilpunkten 4 und 3 der Fig. 4 angeordnet; dagegen findet bei dem dritten (einarmigen) Hebel b₃ insofern eine Abweichung statt, als, der praktischen Ausführbarkeit wegen, dessen Unterstützungspunkt, der dem Theilpunkt 2, Fig. 4, entspräche, in eine andere Ebene gelegt ist; freilich sind dann nach dem geometrischen Grundsatz, dafs Parallele zwischen Parallelen gleich sind, um dasselbe Stück, um das der Stützpunkt auf der Theillinie 2 verrückt ist, auch die Bolzen auf den Trägern a_s und a_A nach derselben Richtung hin verschoben. Der Effect bleibt natürlich derselbe.

Als letzter Hebel dient schliefslich der Spiegel i₄ selbst, dessen Unterstützungspunkt in ähnlicher Weise, wie eben beschrieben, auf der Theillinie 1 verschoben ist, wogegen um dieselbe Gröfse sein Angriffspunkt an dem Träger β 4 vorgerückt ist.

Die Planspiegel C₁ c„ C₃ c$ sind ebenfalls nach dem Princip der Gleichheit der Parallelen zwischen Parallelen in der Weise mit ihren Trägern a, a, a_% a,_t verbunden, dafs alle ihre Stützpunkte gleichen Abstand von den Angriffspunkten haben, wie deutlich aus Fig. 1 ersichtlich.

Dieser Abstand ist gleich der Summe der vorhererwähnten beiden Verschiebungen auf den beiden Theillinien 2 und 1.

Die Verbindungen der Spiegel mit den Trägern sind so hergestellt, dafs ein jeder an der Innenkante vermittelst einer Spitzschraubenbefestigung von seinem Träger, der zu diesem Zweck vorn gabelförmig erweitert ist, festgehalten wird, und sich also gemeinschaftlich mit ihm auf- und abbewegen mufs, in der Richtung des durch die Führung vorgeschriebenen Brennstrahls; wogegen die Neigung des Spiegels gegen die Axe von dem nächsten Träger nach aufsen bestimmt wird, mit dem er in ähnlicher Weise (durch Schlitz und Bolzen) in seiner äufseren Kante verbunden ist, wie schon bei den Hebeln beschrieben und aus der Zeichnung erhellt.

Was wir bisher von den zu einem Radialsystem gehörenden Theilen der Hebel- und Spiegelcombination gesagt haben, gilt natürlich für alle vierundzwanzig Systeme ganz gleichmäfsig, welche im Anschlufs an den unbeweglichen Scheitelspiegel C₅ , dessen Befestigung aus der Fig. 1 deutlich hervorgeht, den ganzen Gliederspiegel zusammensetzen.

Zur Herstellung der Vereinigung aller vierundzwanzig Hebelsysteme sind, wie bereits erwähnt, alle Hebel b_x zweiarmig und sind ihre kürzeren Arme an den Enden mit Gleitrollen versehen, welche zwischen zwei Scheiben d gefafst, und so mittelst einer mit diesen in Ver-

bindung stehenden Stellvorrichtung einheitlich und gleichmäfsig gerichtet werden können.

Der gröfseren Sicherheit wegen können die Spiegel mit den Trägern und diese mit den Ftihrungsböcken mittelst Zugfedern aus Drahtspiralen oder Kautschuk elastisch verbunden werden, so dafs alle Spiegel und Träger stets Tiach aufsen hin gleichmäfsig angedrückt werden, welche Einrichtung jedoch nicht auf der Zeichnung zur Darstellung gebracht ist.

Die Führungsscheiben d sitzen fest auf einer Patronenspindel e, die in der Nabe der Planscheibe /, durch Nuthen und Federn an der Drehung behindert, sich nur parallel der Axe vor- und rückwärts bewegen kann.

In das an ihrem Aufsenende befindliche Gewinde greift die Mutterhülse h, welche in dem Schneckenrad g festsitzt und ebenfalls in der Nabe der Planscheibe/ ihre Führung hat, die vermöge eines vorstehenden Randes eine concentrische Drehung, aber keine Längsverschiebung des Schneckenrades zuläfst.

Dieses kann entweder unmittelbar von Hand mittelst der Kurbel i oder durch die Schraube ohne Ende k (Fig. 2) am Handrade / in Umdrehung versetzt werden; je nachdem letzteres mit dem Winkelhebel m aus- oder eingerückt ist; es läfst dies im ersteren Falle eine raschere, im zweiten eine langsamere aber genauere Einstellung des Hohlspiegels zu.

Wenden wir uns nun zur Beschreibung des eingangs bereits erwähnten Unterbaues.

Die Planscheibe / wird zunächst von den beiden Säulen getragen (Fig. 1 und 2 in der Ansicht, Fig. 3 im Grundrifs und Durchschnitt sichtbar). Sie sind an ihrer Basis durch ein schwellenartiges Verbindungsstück η miteinander verbunden, das an seiner unteren Seite mit zwei Sitzen ο für die durchgehende Horizontal-Axe / versehen ist. Die Endzapfen dieser Welle p werden durch die Lager q unterstützt, welche ihrerseits auf der mit einem Ausschnitt versehenen kreisförmigen Grundplatte r (Fig. 3) ruhen, die um einen starken, im Centrum angebrachten Bolzen drehbar ist, und bewirken vier an ihrer Unterseite in der Nähe der Peripherie befestigte kräftige Konuswalzen, dafs diese Drehung leicht und rasch vor sich gehen kann.

Diese vier Walzen laufen auf der kreisrunden Bahn einer Drehscheibe s, deren Rand von doppelt T-förmigem Querschnitt (T) mittelst sechs starker Arme mit der Nabe zusammenhängt, welche den vorerwähnten starken Bolzen trägt.

Die Parallelität beider Scheiben, der Grundplatte r und der Drehscheibe s, und erstere auch gegen Kippen zu sichern, können noch besondere Führungsstücke angebracht werden, die, an den Lagern der vier Walzen befestigt, Von unten herum den inneren Rand der Drehscheibe greifen, .was nicht aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Auf der Grundplatte r ist ferner nach hinten zu ein aus starkem Eisen geschmiedeter, durch Seitenstreben abgesteifter Arm befestigt, der an seinem Kopfende mit einer Bremsvorrichtung versehen ist, die aus dem Excenterhebel t in Verbindung mit einer festen und losen Spannbacke besteht, und die zum Anklemmen der ringförmig um die Axe / gebogenen Coulisse u, die ihrerseits an dem Verbindungsstück η festgeschraubt ist, dient.

Diese ganze Vorrichtung, des bequemeren Gebrauchs wegen mit den nöthigen Handhaben versehen, bildet gleichsam eine Steuerung für die Vertical- und Horizontal-Einstellung des Spiegels.

Dafs das Verbindungsstück η ferner auch zur Befestigung des Lampenträgers ν dient, ist bereits erwähnt worden und die bezügliche Anordnung ist aus der Zeichnung klar ersichtlich.

Der hiermit in allen seinen Theilen beschriebene Gliederspiegel functionirt nun folgendermaafsen:

Die elektrische Lampe (bezw. jeder andere statt ihrer in Anwendung gebrachte Beleuchtungs-Apparat) wirft ihre Strahlen auf einen jeden der siebenundneunzig einzelnen Planspiegel. In jedem entsteht ein Bild der Flamme, und zwar werden, gemäfs den der Construction zu Grunde liegenden Gesetzen und nach der Theorie der Brechung des Lichts, die parallel den Hauptstrahlen gehenden und ein jedes Bild zusammensetzenden Strahlen derartig reflectirt, dafs sie allesammt zu einem einzigen objectiven Bilde der Flamme von der theoretischen siebenundneunzigfachen Lichtstärke der Erzeugungsflamme vereinigt werden, dessen Mittelpunkt auf der Axe in dem zweiten Focus des gerade eingestellten Ellipsoides liegt, während eine Vereinigung der reflectirten Strahlen bei der Einstellung auf das Paraboloid nicht stattfindet, indem, wie bekannt, sich bei dieser Curve alle Strahlen parallel der Axe richten und ebenso werden sie sich bei den Hyperboloiden zerstreuen, d. h. in einem Punkte hinter der Spiegelfläche scheinbar vereinigen.

Es geht ferner aus der Construction hervor, dafs man im Stande ist, den Spiegel so zu richten, um jeden beliebigen, näher oder ferner gelegenen Punkt innerhalb des sichtbaren Hori-, zonts und innerhalb der dem praktischen Erfolge und der Ausführbarkeit gesetzten Grenzen scharf zu beleuchten, worin der Hauptzweck der Erfindung besteht.

Dieser Zweck wird mit den beschriebenen Einrichtungen des Spiegels in für die meisten vorkommenden Fälle ausreichendem Mäafse erreicht.

Immerhin mag noch erwähnt werden, dafs für ganz besondere Fälle, wo eine nach allen Richtungen bedeutende Empfindlichkeit wünschenswerth wäre, die bei der Construction des Stellrades g in Anwendung gebrachte Methode der Einstellung mittelst Schraube ohne Ende und Ausrücker auch für die Horizontal- und Verticaleinstellung zu gebrauchen, nichts im Wege steht.

Claims (1)

1. Eine andere wichtige Aenderung geschieht dagegen dadurch, dafs man die in der Zeichnung nach dem Focus gerichteten Führungen, von der Paräbelstellung ausgehend, alle parallel der Axe macht, also den Theillinien 3, 5, η, g der Fig. 4 entsprechend.

   Dann entsteht, bei sonst unverändert bleibender Einrichtung aller übrigen Theile des Spiegels: ein stets in Parabel-Tangenten sich stellender Hohlspiegel, der nur bedingungsweise als Beleuchtungsspiegel, im allgemeinen aber als B renn spiegel von der gröfsten Bedeutung ist und daher den ganzen Beleuchtungs- Apparatnebst Träger ν entbehrlich macht. Einen solchen Spiegel kann man mit Recht einen »Archimedes-^ Spiegel« nennen; denn er ermöglicht das bisher von vielen Seiten angezweifelte Experiment, das dieser alte gelehrte Syrakusaner vor mehr als zweitausend Jahren gemacht haben soll (Entzündung der feindlichen Flotte mittelst Brennspiegels) factisch zur Ausführung zu bringen.

   Patent-Anspruch: Die Construction eines aus vielen einzelnen Planspiegeln zusammengesetzten gegliederten Hohlspiegels, der mittelst einer besonderen, durch Zeichnung und Beschreibung erläuterten Hebelcombination in Verbindung ihit einer bestimmten Gradführung und Stellvorrichtung eine gleichzeitige Stellung aller einzelnen Planspiegel derartig bewirkt, dafs das ganze Spiegelsystem, vom Scheitelpunkt aus nach allen Richtungen divergirend, in radialsymmetrischer Anordnung die Mantelflächen entweder:

   a) elliptischer, parabolischer oder hyperbolischer Umdrehungskörper über ein und derselben festen Brennweite,

   oder:

   b) nur von Parabolo'iden der verschiedensten Brennweiten

   tangential umschliefst, behufs

   unter a) der scharfen Beleuchtung beliebiger Punkte innerhalb des sichtbaren Horizonts,

   unter b) der Anwendung als Brennspiegel mit beliebig verstellbarer Brennweite.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen.