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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Veranschaulichung
der einander zugeordneten Bewegungen von Sonne, Erde und Mond, bestehend aus einem
um eine feste Achse drehbaren Hauptträgerarm unveränderlicher Länge für einen die
Erde darstellenden, für sich um einen Erdachsträger drehbar gelagerten Kugelkörper,
einem um eine durch den Mittelpunkt der Erdkugel verlaufende Achse drehbaren Trägerarm
für eine Mondkugel sowie Antriebs- und Antriebsübertragungsmitteln zur Herbeiführung
der Bewegungsabläufe. Vorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt und dienen zu Lehr- und Demonstrationszwecken in Lehranstalten, Museen u.
dgl. Sonne, Erde und Mond sind üblicherweise als Kugeln ausgebildet, die beleuchtet
sein können. Die vielfältigen Bewegungsabläufe der Vorrichtungsbestandteile machen
in der Regel komplizierte Antriebe und Antriebsübertragungen erforderlich, um eine
naturgetreue Wiedergabe der Bewegungen in ihrer Zuordnung zu gewährleisten.
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Bei einer bekannten Ausführung einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art sind hierzu Zahn- bzw. Kettenrädergetriebe vorgesehen, welche die Antriebsübertragung
von einem Federantrieb auf den Hauptträgerarm sowie den Erdachsträger herstellen,
der am Ende des Hauptträgerarmes winklig gelagert ist. Während eines Jahresablaufes
ist der Erdachsträger dabei einmal um seine Lagerung drehbar.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung ist als Antriebsübertragung
auf dem Ende des Hauptträgerarmes ein Umlaufgetriebe angeordnet, das mehrere um
eine Hauptachse drehbare verzahnte Umlaufkörper von unterschiedlicher Unter- bzw.
übersetzung besitzt, wobei die drehbeweglich ausgestaltete Hauptachse mittels einer
Schnurscheibe mit einer an der Zentralachse des Hauptträgerarmes angeordneten festen
Rillenscheibe und das System der verzahnten Umlaufkörper mittels eines Schnurrades
von geringem Durchmesser mit einer an der Zentralachse befindlichen festen Rillenscheibe
kraftschlüssig durch offene oder gekreuzte Schnurtriebe gekoppelt sind. Das Umlaufgetriebe
ist dabei am Ende des Hauptträgerarmes mit einer Vorgelegewelle befestigt, die an
ihrem die Erdkugel tragenden Ende winklig abgekröpft ist. Das Umlaufgetriebe umfaßt
dabei Kegelgetriebe, Stirnradgetriebe und dergleichen Teilgetriebe.
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Aus zahlreichen Kegel- und Stirnradgetrieben besteht auch eine weiterhin
bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der der Erdachsträger in einer
Lagervorrichtung winklig gelagert ist, wobei die Lagervorrichtung als Ganzes um
eine feste Achse am Ende des Hauptträgerarmes drehbar gelagert ist. Der Antrieb
erfolgt hierbei von einer Handkurbel über eine sich durch den als Hohlträger ausgebildeten
Hauptträgerarm hindurcherstreckende Antriebswelle.
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In ähnlicher Weise ist auch eine weiterhin bekannte Vorrichtung ausgebildet,
bei der der Erdachsträger wiederum winklig in einer Lagervorrichtung am Ende des
Hauptträgerarmes gelagert ist, wobei die Lagervorrichtung als Ganzes um eine feste
Achse des Hauptträgerarmes drehen kann. Als Antrieb ist dabei ebenfalls eine sich
durch den Hauptträgerarm hindurcherstreckende Antriebsübertragungswelle vorgesehen,
welche über Kegelgetriebe den Drehantrieb von der Zentralachse an der Vorrichtung
auf die Lagerung des Erdachsträgers überträgt. Als Zentralantrieb kann bei dieser
bekannten Vorrichtung ein Elektromotor oder Elektromagnet vorgesehen sein, dessen
Ausgangsbewegungen über konzentrisch ineinander drehbar gelagerte Hülsen eines Zentralachssystems
auf die Antriebswelle im Hauptträgerarm übertragen werden. Zum Antrieb der Erdkugel
bzw. des Mondträgerarmes ist innerhalb der Erdkugel ein gesonderter elektrischer
Antrieb vorgesehen. Zum Zwecke von Einzeldemonstrationen können bei dieser bekannten
Vorrichtung die Abstimmungen der Antriebsbewegungen durch gesonderte Steuerung der
Antriebe verändert werden.
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Die bekannten Vorrichtungen sind in der Ausgestaltung der Antriebs-
und Bewegungsübertragungen außerordentlich kompliziert und in der Herstellung teuer,
zumal die zahlreichen Getriebe sowie die Lagerungen der beweglichen Bauteile besonders
präzise ausgeführt sein müssen, um eine einigermaßen genaue Abstimmung der Bewegungen
zu gewährleisten. Die Vielzahl der bei den bekannten Vorrichtungen zur Verwendung
gelangenden Bauteile für die Erzeugung der Bewegungsabläufe machen die bekannten
Vorrichtungen störanfällig und bilden dem Verschleiß ausgesetzte und der Wartung
bedürftige Konstruktionsteile, welche die Beibehaltung einer präzisen Abstimmung
der Bewegungsabläufe aufeinander in Frage stellen. Soweit bei einzelnen bekannten
Vorrichtungen Zentralantriebe vorgesehen sind, deren Ausgangsbewegungen über formschlüssige
Antriebsübertragungen mitgeteilt werden, besteht keine Möglichkeit zur Steuerung
der Vorrichtung zu Zwekken einzelner Demonstrationen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Antrieb für die Herbeiführung
der Bewegungsabläufe und insbesondere die Bewegungssteuerung für die Lage der Erdkugel
zu vereinfachen, und ist ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Lage der Erdachse an die jahreszeitliche
Veränderung der Ekliptik der Erdachsträger der Erdkugel in einer Halterung am Hauptträgerarm
in zwei zueinander senkrechten Ebenen in Abhängigkeit von der Bewegung des Hauptträgerarmes
schwenkbar ist, wobei als Halterung für die Erdkugel ein am Ende des Hauptträgerarmes
gelagerter, um eine radial gerichtete Achse schwenkbarer Trägerkopf vorgesehen ist,
an dem der als Hebel wirkende Erdachsträger um eine zum Umlaufkreis des Hauptträgerarmes
tangential gerichtete Achse schwenkbar gelagert ist. Die Erfindung ermöglicht es,
in besonders einfacher Weise, die Zuordnung der Bewegung der Erde um die Sonne bei
gleichzeitiger naturgetreuer Ekliptikveränderung der Erdbahn herbeizuführen, wobei
die Zuordnung der Ekliptikstellung zu jeder Stellung des Trägerarmes unabhängig
von steuernden Eingriffen in den normalen Betriebsablauf aufrechterhalten bleibt.
Die Vorrichtung ist dabei in der Bewegungsübertragung und -steuerung außerordentlich
einfach, betriebssicher und verschleißarm, so daß die Vorrichtung auch als Dauerdemonstrationsgerät
geeignet ist.
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Die Erfindung und deren Ausgestaltung wird in Verbindung mit der Zeichnung,
in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung dargestellt ist, beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der unter einer Decke angeordneten
Vorrichtung im Aufriß, F i g. 2 einen vereinfachten Teilschnitt durch das
zentrale
Konsolgehäuse mit Trägerarm und Sonnenkugel, F i g. 3 eine vereinfachte Ansicht
der Vorrichtung nach F i g. 2 in einem zur Schnittebene in F i g. 2 senkrechten
Schnitt, F i g. 4 einen Schnitt in gegenüber F i g. 3 senkrecht stehender Ebene,
F i g. 5 einen vereinfachten Teilschnitt durch das Ende des Hauptträgerarms mit
Erdkugel und Mondkugel, F i g. 6 bis 9 schematische Darstellungen des Trägerkopfes
für den Erdachsträger zu unterschiedlichen Jahreszeiten, im wesentlichen aus Richtung
des Pfeiles A in F i g. 5, F i g. 10 bis 13 Einzelansichten der Steuerkugel auf
dem deckenfesten Achszapfen, in den Stellungen des Trägerkopfes nach F i g. 6 bis
9 entsprechenden Stellungen, F i g. 14 bis 17 schematische Seitenansichten des Trägerkopfes
mit Erdachsträger, Pleuel und Pleuelzapfen, zur Veranschaulichung der unterschiedlichen
Winkelstellungen des Erdachsträgers entsprechend den in F i g. 6 bis 9 bzw. 10 bis
13 veranschaulichten jahreszeitlichen Stellungen, F i g. 18 eine Ansicht ähnlich
F i g. 1 zur Veranschaulichung einer abgewandelten Ausführungsform des Hauptträgerarmes.
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In der Zeichnung sind allgemein gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Vorrichtung besteht im einzelnen aus einer die Sonne darstellenden
Lichtquelle in Form einer Lampenkugel 1, die koaxial unterhalb eines zentralen,
konsolartigen Gehäuses 2 und koaxial zu dessen Drehachse angeordnet ist, einem mit
dem unterhalb einer Deckenebene 3 drehbar gelagerten Konsolgehäuse 2 vereinigten
Hauptträgerarm 4, der mit dem Gehäuse 2 in einer zur Befestigungsebene
3 in geringem Abstand parallelen Ebene drehbar beweglich ist, einem am äußeren
Ende des Trägerarms 4 beweglich aufgehängten Erdachsträger 5, einer
als Kugelkörper ausgebildeten Erde 6 und einer an einem Trägerarm 7 um die Erdkugel
6 beweglichen Mondkugel 8.
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Wie insbesondere aus F i g. 2 bis 4 ersichtlich, ist das mit dem als
Hohlkörper ausgebildeten Trägerarm 4 vereinigte Konsolgehäuse 2 gegenüber
einer Befestigungsplatte 9 und einem in dieser befestigten Zapfen 10 über Kugellager
11, 12 drehbar gelagert. Der mit der an der Decke 3 befestigten Platte 9 fest verbundene
und die Zapfenachse 13 koaxial umgebende Ring des Kugellagers 12 ist zugleich als
Zahnkranz 14 ausgebildet, der mit einer als Ganzes mit 15 bezeichneten Schaltklinkenanordnung
zusammenwirkt, die mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist und von einem im Gehäuse
2 angeordneten Elektromagneten 16 betätigt wird. Koaxial zum Zahnkranz
14 ist ein weiterer, mit der Platte 9 fest verbundener Zahnkranz 17 angeordnet,
der mit einem im Gehäuse 2 frei drehbar gelagerten Zahnrad 18 kämmt.
Dieses um eine Achse 19 im Gehäuse 2 frei drehbar gelagerte Zahnrad
18 trägt einen exzentrisch zur Achse 19 angeordneten Pleuelzapfen
20, an dem mit einem auf diesem drehbar gelagerten Auge 21 eine Pleuelstange
22 angreift, die sich durch den Trägerarm 4 hindurch zum freien, oberen Ende
des als Hebel ausgebildeten Erdachsträgers 5 erstreckt.
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Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein über Schleifleitungen 23 mit einer
Stromquelle in Verbindung stehendes Steuerorgan 24 angeordnet, das als Impulsgeber
für den Elektromagneten 16 diesen mit einem Schaltimpuls pro Tag beaufschlagt. In
Verbindung mit dem 365 Zähne umfassenden Zahnkranz 14 ist ein Weiterschalten bzw.
Drehen des Gehäuses 2 mit Trägerarm 4 um ein 365stel eines vollen Umlaufes je Tag
sichergestellt. Die Schleifleitungen 23 können an Netzspannung angelegt sein und
gleichzeitig mit Zuführungen für Lichtquellen oder weiteren, mit Strom zu versorgenden
Verbraucherstellen der Vorrichtung verbunden sein. Neben den Schleifleitungen
23 kann eine weitere, nicht dargestellte Schleifleitung vorgesehen sein,
die mit dem Impulsgeber 24 in Verbindung steht und diesen in an sich bekannter
Weise zur Veränderung des Impulsrhythmus mit Steuerströmen beaufschlagen kann. Eine
zwischen dem Gehäuse 2 und dem Zahnkranz 14 vorgesehene Sicherungsklinke
25 gewährleistet ein Weiterschalten bzw.. Bewegen auch bei Eingriff von Hand
lediglich in ein und derselben Drehrichtung.
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Koaxial zur Achse 13 ist auf dem Zapfen 10 ein als Kugel
26 ausgebildeter Nocken befestigt, der eine umlaufende Nut 27 aufweist,
deren Ebene unter einem Winkel von 231/$° zur Achse 13 verläuft. In diese
Nut greift ein Zapfen 28 ein, der in einem Kurbelhebel 29 befestigt ist. Dieser
Kurbelhebel 29 ist fest mit einer Schwenkachse 30 verbunden, die sich
zum Trägerkopf 31 am Ende des Trägerarms 4 erstreckt.
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Der Hauptträgerarm 4, der gemäß F i g. 18 auch als kreisförmige
Platte 4' ausgebildet sein und z. B. zugleich Ziffernblatt für eine Uhr sein
kann, weist an seinem Ende einen Trägerkopf 31 auf, der mittels der Achse
30 um dessen gedachte Achse 32 schwenkbar gelagert ist. Die verschiedenen,
in Abhängigkeit von der Bewegung des Trägerarmes um den Nocken 26 herbeigeführten
Schwenkstellungen veranschaulichen die F i g. 6 bis 9, die die Lagerkopfstellungen
zum Frühlings-, Sommer-, Herbst- bzw. Winteranfang veranschaulichen. Diese Schwenkbewegung
des Trägerkopfes 31 wird durch die unterschiedlichen Stellungen des Zapfens
28 am Kurbelarm 29 der Achse 30 bei Durchlaufen der Nut 27 im ortsfesten Nocken
26 herbeigeführt.
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Der um die Achse 32 schwenkbar gelagerte Trägerkopf 31 weist
zwei hakenförmige, eine Lagerung für einen Achsbolzen 33 bildende feste Ansätze
34 auf, in denen der Erdachsträger 5 in einer zur Schwenkebene des Kopfes
31 senkrechten Ebene schwenkbar aufgehängt ist. Die Schwenkachse fällt mit
der Achse 35 der Zapfen 33 zusammen, die diametral einander gegenüberliegend an
einem Rohrstück 36 befestigt sind, das zwischen den Hakenansätzen 34 gelegen
ist und ein Rohr 37 aufnimmt, das den eigentlichen Erdachsträger bildet. Um diesen
Rohrträger 37 ist die als Hohlkugelkörper 38 ausgebildete Erde mit ihrem
Äquator 39 frei drehbar gelagert, wobei der Antrieb der Erdkugel
38 über einen Synchronmotor 40 erfolgt, der über ein Untersetzungsgetriebe
mit Zahnrädern 41, 42 die Kugel mit einer vollen Umdrehung je Tag in Umlauf versetzt.
Der Synchronmotor 40 wird dabei über eine Zuleitung 43 gespeist. Das
Zahnrad 42
ist dabei zugleich als Lagerhülse auf dem Rohrträger 37 ausgebildet,
die über eine Kupplungshülse 44 die Bewegung auf die Kugel 38 überträgt.
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Der Synchronmotor 40 ist an einem am Rohrträger 37 befestigten
Trägerteil 45 befestigt und läuft mit zwei Umdrehungen pro 24 Stunden um. Auf der
das Antriebsritzel 41 tragenden Welle 46 des Synchronmotors
40
ist ein verstellbarer Anschlag 47 für einen Mikroschalter 48 vorgesehen,
der seinerseits mit einem Elektromagnet 49 in Verbindung steht. Infolge der Umdrehungszahl
des Synchronmotors wird über den Mikroschalter 48 der Elektromagnet 49 zweimal pro
24 Stunden betätigt.
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Auf der Kupplungshülse 44 ist ebenfalls ein verstellbarer Anschlag
50 vorgesehen, der einen Mikroschalter 51 betätigt, der gemäß seiner bevorzugten
Ausführungsform unter Umgehung des Impulsgebers 24 auf den Elektromagneten 16 einwirken
und diesen nach Vollendung eines Erdkugelumlaufs zu einer Schaltbewegung veranlassen
kann. In diesem Fall, bei dem die Schaltung in Abhängigkeit von der Umdrehung der
vom Synchronmotor 40 angetriebenen Erdkugel erfolgt, kann der Impulsgeber
24 lediglich zur Steuerung bei besonderen Vorführungen vorgesehen sein.
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Die Erdkugel 38 ist auf der der Kupplungshülse 44
gegenüberliegenden
Seite auf einem Lagerzapfen 52 gelagert, der in einer Bohrung des Trägerteils 45
befestigt ist. Der Lagerzapfen 52 dient seinerseits zur Lagerung einer Welle
53 für den Trägerarm 7 für die Mondkugel 8. An ihrem inneren Ende ist die
Welle 53 mit einem Zahnkranz 54 mit 59 Zähnen fest verbunden, der über eine als
Ganzes mit 55 bezeichnete, vom Elektromagneten 49 betätigte Klinkenanordnung schaltbar
ist. Die Achse 56 der Welle 53 schneidet den Mittelpunkt 57 der Erdkugel 38, ist
jedoch zur Erdachse 58 um 5° 9' versetzt angeordnet und aus dem Südpol der Erdkugel
38 verlegt.
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Wie aus F i g. 14 bis 17 ersichtlich ist, wird die Erdkugel samt Antrieben,
Mondkugelträgerarm und Mondkugel mittels des als Ganzes mit 5 bezeichneten Erdachsträgers
um die Achse 35, in überlagerung zur Schwenkbewegung des Kopfes 31 um die Achse
32, verschwenkt, wobei diese Schwenkbewegung über das Pleuel 22 und den Pleuelzapfen
20 des Zahnrades 18 in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Gehäuses 2 mit Hauptträgerarm
4 gesteuert wird.
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Diese Steuerung ermöglicht in besonders einfacher Weise die Zuordnung
der Bewegungen von Erde und Mond um die Sonne bei gleichzeitiger Ekliptikveränderung
der Erdbahn, so daß für den Betrachter eine ein geschlossenes Erscheinungsbild vermittelnde
Vorrichtung geschaffen ist, die im Normalbetrieb die natürlichen Bewegungsabläufe
von Sonne, Erde und Mond veranschaulicht, während gleichzeitig eine spezielle Steuerung
zu Vorführungszwecken ermöglicht ist, ohne die Zuordnung der Ekliptikstellung zu
jeder Stellung des Trägerarmes zu verlieren. Ein am Ende des Trägerarmes 4 bzw.
am Außenumfang des scheibenförmigen Trägers 4' befestigter Zeiger 59 kann bei hängender
Anordnung der Vorrichtung mit einem entsprechenden Datenring unterhalb der Decke
zusammenwirken, um zugleich mit der jeweiligen Stellung des Trägerarms dem Betrachter
kosmographische bzw. astronomische Daten, z. B. Monat, Wochentag, aber auch Tierkreiszeichen
od. dgl. zu vermitteln.
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An die Stelle des kugelförmigen Nockens 26 kann in Abwandlung der
beschriebenen Vorrichtung auch z. B. eine Nockenscheibe treten, die im Eingriff
mit einer Nockenfolgerolle am Kurbelarm 29 stehen kann. Ferner kann an die Stelle
des Schaltklinken-Elektromagneten-Antriebs ein Synchronmotor als Antrieb treten,
der über entsprechende Untersetzungsgetriebe den Trägerarm 4 bzw. 4' und/oder den
Trägerarm 7 für den Mond 8 in stetigen Umlauf versetzt.