DE18980C - Apparat zum selbsttätigen Aufnehmen und Aufzeichnen von Terrainprofilen - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 25. October 1881 ab.

Das geometrisch richtige Bild einer ebenen Figur kann man dadurch herstellen, dafs man, an einem beliebigen Punkt anfangend, mit dem Zeichenstift auf der festliegenden Zeichenebene einen Linienzug bildet, dessen einzelne Seiten der Reihe nach parallel und gleich lang den ähnlich liegenden Seiten des Originals sind; das Bild ist in diesem Fall dem Original congruent.

Sind die Längen der Seiten des Bildes in einem bestimmten Verhältnis gegen diejenigen des Originals verkleinert, während der Parallelismus der entsprechend liegenden Seiten beibehalten bleibt, so entsteht ein Bild, in reducirtem Mafsstabe, von dem man in geometrischem Sinne sagt: es ist dem Original ähnlich.

Dasselbe geometrisch ähnliche Bild wird erzeugt, wenn man die Zeichenebene, von einem gewissen Punkt ausgehend, der Reihe nach parallel den Richtungen und proportional den Längen der einzelnen Seiten des Originals an der Spitze des Zeichenstiftes vorüber verschiebt, während die Zeichenebene beständig nach einer bestimmten Richtung orientirt bleibt, d. h. eine solche Lage in ihrer Ebene beibehält, dafs die Verbindungslinie zweier beliebigen Punkte in derselben sich selbst bei der Bewegung beständig parallel bleibt.

In dieser Art der Erzeugung eines Bildes der durchfahrenen Terrainlinie in reducirtem Mafsstabe besteht die Functionirung des vorliegenden Apparats.

- Die geometrische Aehnlichkeit zwischen dem aufgenommenen und dem durchfahrenen Terrainprofil wird dadurch erzielt, dafs das Zeichenpapier eine von den Umdrehungen des Triebrades abhängige, also auch der Länge des durchfahrenen Weges proportionale Strecke weit vor dem Zeichenstift in einer beständig vertical orientirten Lage parallel zur jeweils durchfahrenen Terrainlinie vorbeigeschoben wird, während der Drehungsmittelpunkt für den Uebergang aus einer Richtung der Verschiebung in die folgende durch die Spitze des Zeichenstiftes dargestellt wird.

Wenn daher die durchfahrene (natürliche) Terrainlinie eine constante Neigung gegen die Horizontale besitzt, so führt das Zeichenpapier in seiner eigenen Ebene eine dieser Linie der Richtung nach gleiche (event, entgegengesetzte) und der Länge nach proportionale Translation aus.

Beim Ueberfahren eines Gefällwechsels ändert sich die Richtung dieser Translation, indem jeder Punkt der Zeichenebene einen dem durch die beiden anliegenden Gefälle eingeschlossenen Winkel entsprechenden Bogen um die Spitze des Zeichenstiftes als Mittelpunkt beschreibt.

Da also für den Moment des Ueberfahrens eines Gefällsbruches die fortschreitende Bewegung des Papieres aufhört, so stellt sich derselbe in der Zeichnung analog der Wirklichkeit als der Bruchpunkt zweier verschieden geneigter Linien dar.

Ist der durchfahrene Verticalschnitt der Terrainoberfläche continuirlich gekrümmt, sb ist leicht zu übersehen, dafs durch successive Folge von unendlich kleinen Translationen und Rotationen der Zeichenebene längs bezw. um den zeichnenden Punkt eine dem durchfahrenen Terrainschnitt geometrisch ähnliche (eventuell umgekehrte) Curve entstehen mufs.

Die von einem richtig functionirenden Apparat zu erfüllenden Bedingungen lassen sich hiernach in folgende vier Punkte zusammenfassen :

1. Die von der Zeichenebene an der Spitze des Zeichenstiftes vorbei zurückgelegte Strecke mufs in einem bestimmten Verhältnifs zu dem vom Triebrad durchfahrenen Wege stehen.

2. Die Lage der Zeichenebene mufs in jedem Augenblick vertical orieritirt sein.

3. Die Zeichen ebene mufs in der unter 2. angegebenen Lage und in der unter 1. festgestellten Strecke beständig parallel zur Neigung der jeweils durchfahrenen Terrainlinie längs der Zeichenstiftspitze vorbeigeschoben werden.

4. Der Drehungsmittelpunkt für den Uebergang der Bewegung der Papierebene aus einer Richtung in eine andere, entsprechend zwei verschiedenen Neigungen des durchfahrenen Terrains, mufs der zeichnende Punkt selbst sein.

Zu i. Bei der vorliegenden Construction wird die rotirende Bewegung des Triebrades T durch ein Zahnradgetriebe auf eine Zahnstange Z übertragen, durch welche die Zeichenebene in Bewegung gesetzt wird. Das erwünschte Umsetzungsverhältnifs oder der Verkleinerungsmafs_r

stab der Zeichnung ist — = — · · ■ · ——,

⁶ χ R R₁ R_n

wo r T₁ . . r_u bezw. R R₁ ... R_n die Theilrifsradien der treibenden bezw. der getriebenen Räder bedeuten.

Zu 2. Die verticale Orientirung, d. h. die Festhaltimg einer solchen Lage der Zeichenebene, dafs zwei in derselben vertical über einander liegende Punkte bei jeder beliebigen Neigung des durchfahrenen Terrains senkrecht über einander verbleiben, wird mittelst eines an dem aufrecht stehenden Theil A des Wagengestells aufgehängten Pendels P bewirkt, dessen mathematische Drehungsachse mit der Mittellinie des Zeichenstiftes ^ zusammenfällt. An der Verlängerung dieses Pendels über dem Aufhängungspunkt ist eine verticale Führung V angebracht, welche einen Schlitten aufnimmt und demselben eine beliebige Verschiebung in verticaler Richtung gestattet. An diesem Schlitten ist, rechtwinklig dessen Längsrichtung kreuzend, eine horizontale Führung H befestigt, welche einem zweiten Schlitten, der den rechteckigen Rahmen R zur Befestigung des Zeichenpapieres trägt, eine beliebige Verschiebung in horizontalem Sinne ermöglicht.

Hiermit wird erreicht, dafs, während das Pendel beständig infolge des an seinem Fufs hängenden Gewichtes G die' verticale Orientirung der Zeichenfläche festhält, jeder Punkt der letzteren durch Combination der verticalen und horizontalen Verschiebungen der Schlitten in den beiden Führungen vor die Spitze des Zeichenstiftes gebracht werden kann.

Damit bei seitlicher Verschiebung des Schlittens, an welchem der Rahmen befestigt ist, das Pendel infolge einseitiger Belastung nicht aus seiner verticalen Lage und daher auch die Zeichenfläche nicht aus ihrer verticalen Orientirung heraustritt, bewegt sich über der horizontalen Führungsrinne an einer Schnur ohne Ende ein rollendes Gewicht C, welches ebenso schwer ist wie der Rahmen R sammt dem darauf gespannten Zeichenpapier, so dafs sich dasselbe ebenso weit von der Längenachse des Pendels, aber in entgegengesetzter Richtung entfernt wie die verticale Schwerlinie des Rahmens und Papieres.

Damit ferner der verticale Schlitten sammt der rechtwinklig darauf befestigten horizontalen Führung und dem angehängten horizontalen Schlitten, Rahmen, Papier und Gegengewicht C die Möglichkeit erhält, in jeder Höhenlage von selbst zu verharren, sind die sämmtlicben genannten Stücke durch ein zweites Gegengewicht G/ ausbalancirt, welches an einer mittelst Rolle über das obere Ende des Pendels geführten Schnur befestigt ist. Dieses Gegengewicht, welches sich in einer an dem unteren Theil des Pendels angebrachten Führung auf- und abbewegen kann, hilft zugleich die verticale Lage des Pendels erhalten.

Zu 3. Nachdem für alle Fälle die verticale Orientirung der Zeichenebene gesichert ist, genügt die Bewegung eines einzigen Punktes derselben in der verlangten Gröfse und Richtung, um dieselbe der ganzen Ebene mitzutheilen.

Ein solcher Punkt ist der gemeinschaftliche Berührungspunkt eines Druckrollenpaares D, dessen gemeinsame Berührungsebene das Zeichenpapier darstellt.

Dieses Rollenpaar ist auf den Innenflächen einer hufeisenförmigen »Führungsgabel« L so befestigt, dafs die Achsen der Rollen parallel zu dessen Längsrichtung und in einer Höhenlage über dem Boden gelagert sind, welche derjenigen des Zeichenstiftes über demselben genau gleich ist.

Die Führungsgabel ist auf zwei Gleitlagern / und K, welche an dem festen Wagengestell in zu einander gleicher Höhe über dem Erdboden angebracht sind, gelagert und in den Stand gesetzt, sich in ihrer Längsrichtung parallel zur jeweiligen Neigung der Terrainlinie zu verschieben. Diese Verschiebung wird unter Rücksichtnahme auf das Umsetzungsverhältnifs durch die an einem Zinken der Führungsgabel befestigte Zahnstange Z bewirkt, welche vermittelst des Zahnradgetriebes indirect durch das Triebrad T in die beabsichtigte Bewegung gesetzt wird.

Zu 4. Die Forderung, dafs der Drehungsmittelpunkt für den Uebergang der Bewegung der Papierebene aus einer Richtung in die folgende in der Spitze des Zeichenstiftes liegen mufs, wurde durch die oben beschriebene Lage-

rung der Achsen des Druckrollenpaares D und somit auch seines gemeinschaftlichen Tangentialpunktes in Höhe der Zeichenstiftspitze über dem Terrain nur theilweise erfüllt. Da aber die Verlängerung der Achsenrichtungen derselben durch die Mittellinie des Zeichenstiftes geht, so war nur nöthig, noch ein zweites Druckrollenpaar E senkrecht zum ersteren an dem aufrecht stehenden Theil A des Wagengestelles so anzuordnen, dafs dessen verlängerte Achsen ebenfalls die Mittellinie des Zeichenstiftes S schneiden. Dann ist diese gemeinschaftliche Schnittlinie im Stande und genöthigf, die Momentanachse der Drehung der Führungsgabel L beim Ueberfahren eines Gefällwechsels zu sein, und ist daher die Spitze des Zeichenstiftes in der Ebene des Papieres derjenige Punkt, um welchen sich der die Bewegung der ganzen Ebene erzeugende Tangentialpunkt des verticalen Druckrollenpaares D in jeder Entfernung kreisförmig herumbewegen kann und mufs.

Hiermit ist der Nachweis geführt, dafs die erforderlichen Bedingungen zur selbsttätigen Anfertigung eines der durchfahrenen Terrainlinie geometrisch ähnlichen Bildes auf der Zeichenflache an dem vorliegenden Apparat erfüllt sind und dafs er daher bei technisch richtiger Ausführung genau und sicher functioniren wird.

Da die Mittellinie des der Abnutzung unterworfenen Zeichenstiftes nicht selbst als Drehungsachse für das Zahnradgetriebe und das Pendel benutzt werden kann, so wurde, wie aus der Zeichnung ersichtlich, für die Aufhängung des Pendels P eine durchbohrte Achse an dem aufrecht stehenden Theil A des Wagengerüstes befestigt, in welcher sich die Achse des letzten Zahnradpaares dreht, und dieser gegenüber, am überhängenden Gerüst der Zeichenstift S.

Um beständig einer sicheren Führung des Papieres durch die beiden Druckrollenpaare gewifs zu sein, ist bei jedem Paar eine der Rollen in der Richtung gegen die andere ver-' schiebbar gemacht und wird durch je eine starke Spiralfeder, welche in der Zeichnung symbolisch durch kleine Pfeile angedeutet ist, gegen dieselbe angedrückt. Aufserdem werden zur Vermehrung der Adhäsion sämmtliche Rollen mit Gummi überzogen.

Damit für den Fall, dafs der Zeichenstift an dem oberen oder unteren Rand des Zeichenpapieres in Function ist,. in Steigungen oder Gefällen das verticale Druckrollenpaar D nicht über den Papierrahmen hinaustritt, mufs dieser nach oben und unten eine entsprechende Zugabe erhalten; die ganze Ebene des Rahmens mufs mit einem Papierbogen als Unterlage überspannt sein, auf welchem dann erst das Zeichenpapier nach Mafsgabe der aufzunehmenden Terrainlinie höher oder tiefer befestigt wird. Bei der gezeichneten Anordnung ist es möglich, dafs sich die Zahnstange gänzlich um das letzte Zahnrad herum bewegen kann; es können also Steigungen bezw. Gefälle bis zur verticalen Richtung aufgenommen werden.

Um die Zahnstange, welche nach der Aufnahme eines Querprofils um eine gewisse bezw. um ihre ganze Länge in den Gleitlagern vorwärts geschoben worden ist, ohne Rückwärtsdrehung des Triebrades wieder in ihre anfängliche Lage behufs Aufnahme eines neuen Profils zurückzuführen, ist !unter der Zahnstange in dem Gleitlager J ein Keil angeordnet, welcher zu diesem Zweck herausgezogen wird, so dafs die Zahnstange aufser Contact mit dem Zahnrad kommt und daher die Rückwärtsverschiebung ermöglicht ist.

Der Apparat erhält am hinteren Theil eine auf zwei am Wagengestell festgeschraubten Streben befestigte Handleiste, welche einen Arbeiter in den Stand setzt, denselben bequem vorwärts zu bewegen und die abgesteckte Richtung innezuhalten.

Alles weiter zur Erklärung des Apparats Nöthige und die Natur des zur Verwendung kommenden Materials wird aus der Zeichnung ersichtlich sein.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Apparat zum selbsttätigen Aufnehmen und Aufzeichnen des Profils des mit demselben durchfahrenen Terrains in einem beliebig wählbaren Mafsstabe, gekennzeichnet durch:

   a) die Art der verticalen Orientirung mit Hülfe eines Pendels P, eines Gewichtes Gj, einer verticalen Führung V, einer horizontalen Führung IT und eines rollenden Balancirgewichtes C,

   b) die Anordnung der Zeichenstiftspitze S, und

   c) die Führung der Zeichenfläche mittelst der beiden Druckrollenpaare D und E und der Führungsgabel L, welche infolge der Umdrehungen des Triebrades T über die festen Gleitlager J und K hingeschoben wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.