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Einrichtung zum Richten eines Geschützes mit einem Entfernungsmesser.
Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung der Steuerung des Entfernungsmessers
durch das Geschütz nach Patent 3oo633 in der Weise, daß an Stelle eines vernachlässigbaren
Abstandes der Geschützstellung und des Entfernungsmessers ein beliebiger Abstand
tritt.
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Der Grundgedanke der Einrichtung soll an Hand von Fig, i erläutert
werden. Die Figur zeigt nach Kartenart ein -Stück Meeresfläche kI und ein Stück
Land L, durch eine Küstenstrecke K, K voneinander geschieden. @ i ist ein
an Land aufgestelltes Geschütz auf einer drehbaren Plattform a; G ist der Drehpunkt.
Das Zielgerät ist ein Entfernungsmesser. Um die Beschreibung möglichst anschaulich
zu machen, ist ein Entfernungsmesser mit zwei Fernrohren 3 und4 vorausgesetzt; es
sind also auch zwei Beobachter, die sich miteinander verständigen, anzunehmen. Dieser
Entfernungsmesser ist in folgender Weise aufgebaut: In einem Punkt A ist, um eine
lotrechte Achse schwenkbar, ein Arm 5 gelagert; mit diesem Arm ist das Fernrohr
3 so verbunden, daß seine optische Achse mit dem Arm parallel ist oder wenigstens.
in der durch den Arm und seine lotrechte Drehachse bestimmten lotrechten Ebene bleiben
mufi. Mit dem Arm 5 ist ein Arm 6 starr verbunden. Diese Verbindung wird durch den
Bogen bei 7 angedeutet; der Arm 6 möge auf dem Arm 5 senkrecht stehen. Am Ende des
Armes 6 ist, um einen Punkt B schwenkbar, ein Arm -8 gelagert; er ist mit
dem Fernrohr q. so verbunden, daß die optische Achse des Fernrohres ihm parallel
bleibt oder wenigstens in die durch ihn und seine Drehachse in B bestimmte lotrechte
'Ebene fällt. An dem -Arm 6 ist ferner in .dem Punkte B' ein Arm 9, um eine lotrechte
Achse schwenkbar, gelagert; durch eine Kuppelstange io wird die Parallelführung
dieses Armes und des Armes 8 erreicht.
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In einem Punkte G', der auf der Verbindungslinie des Geschützdrehpunktes
G und des Entfernungsmesserdrehpunktes A in der Nähe des letzteren Punktes liegt,
ist, um eine lotrechte Achse schwenkbar, ein Arm i i gelagert; entlang diesem Arin
ist ein Schlitten 12 verschieblich. An dem Schlitten befindet sich eine Führung
13 für die Arme 5 und 9 des Entfernungsmessers. Die Teile 5 bis i I denke man sich
in mehreren wagrechten Ebenen übereinander angeordnet; beispielsweise mögen die
Teile 8, 9, 1o in der höchsten Ebene liegen, die Teile 5, 6, 7 in einer Ebene darunter,
der Arm i i in einer dritten noch tiefer liegenden Ebene. Die Arme 5, 9; i i können
dann bei Entfernung der Führung 13
frei übereinander wegspielen. Die Führung
13 ist nun so gemacht, daß die geometrischen Achsen der Arme 5, - 9 und i i eine
und dieselbe lotrechte Gerade schneiden, deren Projektion in der Zeichnung durch
den PunktZ' angegeben ist.
Der Punkt B' ist so auf -dem Arm 6 gewählt,
daß AB' : AB==--IG': AG.
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Der arm i r wird synchron mit dein Geschütz geschwenkt, so daß er
also die seitliche Bewegung des Geschützes genau nachahmt. Der Schlitten 1-2 wird
auf .dem Arm i i mittels einer im Prinzip gleichen Einrichtung verschoben. Seine
Bewegung wird von der Erhebung s des Geschützes abhängig gemacht, und zwar so, daß
der Abstand f der Punkte Z' und G' sich zu der Schußweite F, die zii der Erhebung
e - gehört, ebenso verhält wie die Strecke .1 G' zur Strecke AG.
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Nenn diese Bedingung neben den bereits angegebenen Voraussetzungen
erfüllt ist, so wird jedesmal, wenn die beiden Beobachter dasselbe Ziel, z. B. den
Fuß Z des mittleren Schornsteines eines Schiffes 14., gleichzeitig vor den Fadenkreuzen
ihrer Fernrohre haben, auch das Geschütz die Seiten- und Höhenrichtung nach dein
Ziele Z haben. Dies läß t sich durch eine einfache geometrische Betrachtung an der
Figur erweisen, in der die Schußweite F als Länge der Strecke G Z erscheint.
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Durch die Fig. 3 und 4. wird eine Einrichtung veranschaulicht, durch
die der eben angegebene Zusammenhang zwischen den Größen. f und F hergestellt werden
kann. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Erhebungswinkel e des Geschützrohres dem
Drehwinkel des Hubmotors proportional ist; dies ist dann der Fall, wenn zwischen
dem Hubmotor und dem Geschützrohr eine einfache Zahnradübersetzung vorhanden ist.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in Draufsicht, Fig..:l. zeigt einen Schnitt nach der
Linie x, .i von Fig. 3.
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Der Arm i i von Fig. i ist in der Hauptsache gebildet aus zwei Schienen
i i', i i" mit U-förmigem Profil. Sie sind an ihren Enden durch Querstücke 15, 16
und in der Nähe des einen Endes durch eine Platte 17 mit einem Zapfen 18 miteinander
verbunden. Dieser Zapfen: steckt mit lotrechter Achse in einem Lager i9, das man
sich auf einem wagerechten Tisch, dessen Ebene die Zeichnungsebene von Fig.3 ist,
angebracht denken mag. Konzentrisch mit dein Zapfen 18 ist auf dein Tisch eine Bahn2o
für einen Schlitten (oderWagen) 21 angebracht, auf dem das andere Ende des Armes
ii aufruht. Durch Verschiebung des .Schlittens auf seiner Bahn wird der Arm um den
Zapfen 18 in einer wagrechten Ebene geschwenkt; der Mittelpunkt G' des Zapfens
18 entspricht deshalb dem gleichbezeichneten Punkt in Fig. i.
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Für die Schwenkung des Armes ist auf dein, Schlitten 21 ein Motor
22 aufgesetzt, der durch Schnecke 23 und Schneckenrad 24. eine am Schlitten'2i gelagerte
Achse 25 in Unidrehung versetzt.* Am unteren Ende dieser Achse befindet sich ein
Trieb 26, das in einen mit der Bahn 2o verbundenen Zahnkranz 27 eingreift.
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Die Bewegung des Schlittens 12 entlang dem Arm i i wird zum Teil direkt
durch eine in dem Arm gelagerte Schraubenspinde128 hervorgebracht, zum andern Teil
durch einen Kurvenschub mittels einer unrunden Scheibe 29, die allerdings ihre Drehbewegung
mittelbar auch durch die Spindel ?-8 erhält. Zur Erläuterung dieser Einrichtung
wird auf die Fig.2 Bezug genommen. Die Kurve .dieser Figur stellt die Schußweite
F in Abhängigkeit von dein Erhebungswinkel s dar. Der Einfachheit halber ist die
für den luftleeren Raum gültige Beziehung F= F°#sin2e angenommen, wo F° die maximale
zu e gleich 4.5° gehörige Schußweite ist. In die Figur ist eine Gerade eingezeichnet,
.die sich der Kurve anschmiegt; die Ordinate H dieser Geraden ist
Bezeichnet man nun mit .,#, den von e ab. hängigen Ordinatenabschnitt zwischen der
Kurve und der Geraden, so kann F in Abhängigkeit von e ausgedrückt werden durch
die Gleichung
wozu man sich die zu den einzelnen Werten von a gehörigen Werte von '-,'# noch unter
Voraussetzung eines bestimmten Wertes für F° naeh Art der folgenden Tabelle zusammenstellt,
in der für F° - 12 km und für j e um 5 ° steigende Werte von e die Werte von #A
in Kilometern angegeben sind.
Die Vorrichtung zur Bewegung 11e8 Schlittens 12 in Fig, 3, d: ist nun so eingerichtet,
daß dem Schlitten eine dem Glied F°$ der letzten Gleichung ent sprechende Bewegung
unmittelbar durch -die Spindel 28 und eine dem Glied !\ entsprechende Zusatzbewegung
durch den Kurvenschub erteilt wird. Dabei möge für jeden Kilometer Schußweite i
dm Verschiebung. des Schlittens i2 angenommen sein.
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Der Schlitten 12 - bewegt sich nicht unmittelbar auf den Schienen
i i'; i i ", sondern auf einem Schlitten 3o, der auf den Schienen
gleitet.-
Mit .diesem Schlitten ist die Mutter 31 der Spindel 28 fest verbunden. Die
Spindel ist in den Querstücken 15, 16 des Armes i i gelagert; gegen
Längsverschiebung ist sie gesichert einerseits durch einen Stellring 32, anderseits
durch den Bund 33 eines auf die Spindel aufgekeilten Schneckenrades 34. Dieses Schneckenrad
steht in Eingriff mit der Schnecke 35 auf der Achse eines Motors 36, der gleich
dem Motor 22 auf dem Schlitten 21 angebracht ist.
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Der Schlitten 30 trägt eine Lagersäule 37. An dieser Säule
sind zunächst drehbar gelagert die fest miteinander verbundenen Zahnräder 38, 39
und über ihnen, an einem verjünghen Teil der Säule 37, ein Zahnrad 40, mit dem die
Kurvenscheibe 29 fest verbunden ist. Die Zahnräder 39 und 4o sind durch die fest
miteinander verbundenen Vorgelegeräder 41, 42 miteinander gekuppelt; diese Räder
sind an einem ausladenden Teil 43 des Schlittens 30 gelagert. Das Rad 38
steht in Eingriff mit einer Zahnstange.., die an der Schiene i i' angebracht ist.
Der Schlitten 12 legt sich mit einer Nase 45 gegen den Umfang der Kurvenscheibe
29 unter dem Zug einer Feder 46, von deren Enden eines mit dem Schlitten 12, das
andere (bei 47, Fig. 4) mit dem Schlitten 30 verbunden ist.
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In den Fig. 3 und 4 ist auch noch die Führung 13 für die Arme
5, 9 (Fig, i) in einfacher Weise angedeutet durch zwei mit Bohrungen für den Durchtritt
der Arme 5, 9 versehenen Teile13' und i3", die um-konaxiale Zapfen 48 und 49 aufeinander
bzw. auf einer vom Schlitten 12 getragenen Lagersäule 50 drehbar sind.
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Wenn man den Schlitten 3o kurz bauen will, so kann man den Schlitten
12, auch auf den Schienen i i', i i" laufen lassen.
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Die Umrißlinie der Kurvenscheibe 29 ist mit Hilfe der oben angegebenen
Tabelle für J und unter Annahme von 8° Zentriwink et für jeden Grad des Erhebungswinkels
e in folgender Weise ermittelt. Ein Kreis mit 2 dm Halbmesser, der auch in Fig.
3 strichpunktiert eingezeichnet ist, ist in neun Teile eingeteilt. Auf den zu den
Teilpunkten gehörigen Radien sind die Werte von .A von dem Kreisumfang aus abgetragen,
und zwar negative Werte von _# nach innen, positive Werte nach außen.
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Bei Drehung der Spindel -28 verschiebt sich der Schlitten
30 auf dem Arin i i ; dabei rollt sich das Zahnrad. 38 an der Zahnstange
44 ab und setzt über .das Vorgelege <11, 42 das Zahnrad 4o und :damit die Kurvenscheibe
29 in Umdrehung. Die Kurvenscheibe verschiebt dabei durch ihren Druck auf die Nase
45 den Schlitten i2 entgegen dem Zug der Feder 46.
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Für die richtige Wirkung der Einrichtung müssen dabei folgende Bedingungen
erfüllt sein. Die 1`hersetzung zwischen den Rädern 38 und 40 muß so groß sein, (1a13
bei Verschiebung des- Schlittens 30 um 12 din die Scheibe 29 gerade eine
Volldrehung ausführt. Die Scheibe 29 muß so mit dein Rade 40 verbunden sein, daß
die Nase 45 am Schlitten i 2 den tiefsten Punkt der Einkerbung der Kurvenscheibe
29 berührt, wenn der Schuttei. 30 so weit gegen (las Ende des Armes i i mit
dein Querstück 15 hingeschoben ist, - daß die Achse der -Führung 13 am Schlitten
i2 mit der Achse .des Zapfens 18 zusammenfällt, um den sich der Arm ii dreht, wenn
also in der Darstellungsweise der Fig. 3 der Punkt Z' am Schlitten 12 mit dem Punkt
G' an der Lagerstelle des Armes zusammenfällt. Endlich muß die Scheibe so aufgesetzt
sein, daß bei Verschiebung des Schlittens 3o aus der zuletzt angedeuteten -Stellung
gegen dass Ende des Armes ii am Schlitten 2 1 hin die zu der kleinen Werten von
s gehörigen Teile des Scheibenumfanges mit der Nase 45 am Schlitten i2 in Berührung
bleiben. -Die beiden letzten Bedingungen sind bei der gezeichneten Einrichtung erfüllt
unter der Voraussetzung, daß die erste erfüllt -ist. Der Antriebsmotor 36 der Spindel
28 muß mit dem Hubmotor des Geschützrohres svnchron laufen und die >Jbersetzungen
zwischen diesem Motor und dein Geschützrohr einerseits, dem Motor 36 un' der Spindel
28 anderseits müssen so zusammengestimmt sein, daß die Spindel ihre Mutter
31 und damit den Schlitten 30 um 12 dm verschiebt, wenn :der Hubmotor
das -Geschützrohr um 45° dreht.
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Beim Gebrauche der Einrichtung kann man den einen der .beiden Beobachter,
z. B. den am Fernrohr 3, sowohl den Regler für den Schwenkmotor, mit dem der 1Iotor
-22 synchron läuft, wie auch den Regler für den Hubmotor, mit dem der Motor 36 synchron
läuft, jeden mit einer Hand bedienen lassen. Man kann aber auch jedem der Beobachter
einen der Regler anvertrauen. Mit den Reglern ist so zu manövrieren, daß die Fäden
in beiden Fernrohren sich über .dem vereinbarten Zielpunkte schneiden.
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Die Erfindung kann auch mit einem Entfernungsmesser gewöhnlicher Bauart
ausgeführt -,werden, der das Okular in der Mitte. zwei Objektive an seinen Enden
hat und mit drehbaren Spiegeln oder Prismen oder mit verschieblichen Glaskeilen
zur Veränderung der Konvergenz der Sehstrahlen ausgestattet ist. Um die Verwendung
eines solchen Gerätes an Hand von Fig. i soweit als möglich anschaulich zu .machen,
denke man sich die Teile 3, 4, 8, 9, io entfernt und den Entfernungsmesser so -mit
dem Arm 6 verbunden, daß sein Okular an die Stelle des Fernrohres 3 -und
der
eine seiner .firme in Richtung des Armes 6 zti liegen kommt; dann wird dem Entfernungsmesser
schon durch den Arm 5 die allgemeine Richtung nach dem Ziel gegeben. Um nun auch
die Sehstrahlen gerade nach dein Zielpunkt konvergent zu machen, ist es noch nötig,
die Stellung der Spiegel, Prismen oder Keile des Entfernungsmessers von der Lage
des Führungsteiles 13' (Fig. d.) auf dem Arm 5, kurz gesagt von der Entfernung
AZ', in solcher Weise abhängig zu machen, dall die .Entfernung des Sehstrahlenschnittpunktes
von .d sich zii der Strecke .3 Z' ebenso verhält wie die Strecke .d G zur Strecke
AG'. Diese Aufgabe ist mit den bekannten Hilfsmitteln der Kinematik immer
leicht zu lösen, mit drehbaren Spiegeln oder Prismen in den Objektiven des Entfernungsmessers,
z. B. in der aus Fig@5 ersichtlichen Weise. In dieser Figur, die nur für die eine
Hälfte des Entfernungsmessers gilt, ist das Gerüst des Entfernungsniessers von Fig.
i wiedergegeben. Im Punkte B ist ein um eine lotrechte Achse drehbarer Spiegel 5i
angenommen, der mit einem auf der Spiegelfläche senkrecht stehenden Arm 52 fest
verbunden wird. Dieser' Arm endet in einer Schleife 53, in der sich ein Stift 54
an der Kuppelstange io führt. Dieser Stift ist so gesetzt, daß sein Abstand vom
Gelenk zwischen der Kuppelstange io und dem Arm 8 ebenso groß ist wie die Länge
des Armes B.
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Im Anschluß an die Beschreibung der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4.
soll noch hervorgehoben werden, daß die dort angenommene Ausführung des Kurvenschubes
mit einer ebenen drehbaren Kurvenscheibe nicht die einzig mögliche ist. Man könnte
die Werte L in Abhängigkeit von F auch in rechtwinkligen Koordinaten darstellen
und eine Platte mit entsprechender Begrenzung als Schubkurve in einer am Schlitten
3o angebrachten Führung senkrecht zur Richtung des Armes i i verschieben. Man könnte
ein; solche Platte auch auf einen Zylinder wickeln und diesen Zylinder sich um eine
zur Achse des Armes i i parallele Achse drehen lassen. Für den Antrieb des Kurvenschubes
ist in keinem Falle die Zahnstange ..4 unbedingt erforderlich. Man könnte dafür
an denn Schlitten 3o ein Rad lagern, das von der mit einer Längsnut zu versehenden
Schraubenspindel 28 durch eine Feder initgedreht wird Lind von diesem Rad
die Bewegung der Schubkurve ableiten. ' Cber die Verwendung eines Kurvenschubes
Für den angegebenen Zweck ist ini allgemeinen ?.ti sagen, daß die durch die Kurve
in Fig. 2 dargestellte einfache Beziehung zwischen ._ @zw. dem Drehwinkel des mit
dein Hub- . motor synchronlaufenden Motors 36 und den Strecken F und f (Fig. i)
bzw. der Verschiebung des Schlittens 12 (Fig. ?, 3) auch ganz xakt mit verhältnismäßig
einfachen kinematischen Mitteln, z. B. mit Hilfe einer Schlitzkurbel hergestellt
werden könnte. Da aber in der Wirklichkeit die Beziehung zwischen I#' und E ziemlich
verwickelt ist, so ist für das Ausführungsbeispiel gleich die Vorrichtung mit dem
Kurvenschub angenommen worden, die auch bei Zugrundelegung einer experimentell ermittelten
Kurve der Schußweiten in derselben einfachen Weise und auf verhältnismäßig kleinem
Raum ausführbar ist.
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Als eine der Voraussetzungen für die beschriebene Vorrichtung ist
Proportionalität zwischen der Erhebung s des Geschützrohres und dem Drehwinkel des
Hubmotors angegeben worden. Auch wenn diese Voraussetzung nicht zutrifft, kann die
Vorrichtung iiiit dein -Kurvenschub Verwendung finden, nur wird dann die Schubkurve
eine andere Gestalt annehmen. Dabei erzielt man einen konstruktiven Vorteil, wenn
man die Verbindung zwischen dem Hubmotor und dem Geschützrohr so ausführt, daß sich
die Beziehung zwischen der Schußw eite und denn Drehwinkel des Hubmotors einer Geraden
nähert. Mit einem Kurbelantrieb für das Geschützrohr läßt sich dies erreichen. In
diesem Falle wird nämlich die Zusatzbewegung, die der Kurvenschub dein Schlitten
1:2 erteilen muß, kleiner, so daß man mit einer kleineren und mehr einem Kreis ähnlichen
Kurvenscheibe auskommt.