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Entfernungs-, Höhen- und Richtungsmesser für unzugängliche Punkte
im Raum. Die Erfindung betrifft einen Entfernungs-, Höhen- und Richtungsmesser für
unzugängliche Punkte im Raum (Luftfahrzeuge u. dgl.).
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Es sind bereits Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen eine Haupt-
und eine Nebenmeßstelle an den Enden einer Grundlinie vorgesehen ist. Das Ziel wird
von beiden Meßstellen angeschnitten. Die sich hieraus ergebenden Einstellungen des
Nebengeräts werden auf eine die Grundlinie in verkleinertem Maßstabe
darstellendenTafeldes
Hauptgeräts selbsttätig (z. B. elektromotorisch) übertragen, so daß an dem mit graphischer
Tafel, Linealen undTeiLkreisenversehenen Hauptgerät, dieEntfernung, Höhe u. dgl.
abgelesen werden können. Im allgemeinen wird bei diesen Geräten an der Haupt- und
Nebenmeßstelle der Winkel eingestellt, den die Verbindungslinie zwischen dem Ziel
und der betreffenden Meßstelle mit ihrer Projektion auf die durch die Grundlinie
gelegte wagerechte Ebene bildet (Höhenwinkel). Der Messung liegt mithin ein Tetraeder
zugrunde, daß sich aus der durch die Grundlinie gelegten wagerechten Ebene, den
Flächen, in denen diese Höhenwinkel liegen und der Fläche, die durch die Grundlinie
und das Ziel gelegt ist, ergibt. Diese Geräte haben folgende Nachteile: Wenn die
Höhe des Ziels über dem Erdboden verhältnismäßig klein gegenüber seiner ]Entfernung
von der Grundlinie ist, wie es bei Luftfahrzeugen häufig der Fall ist, so sind die
Höhenwinkel sehr gering und ein Fehler um so größer.
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Wenn ferner das Luftfahrzeug mit großer Geschwindigkeit sich fortbewegt,
so ist es schwierig, ihm zu folgen und den Zielpunkt dauernd anzuschneiden.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß der Messung nicht
Richtungs-, sondern Flächenwinkel zugrunde gelegt werden. Diese Flächenv.inkel werden
aus der durch die Grundlinie gelegten, wagerechten Ebene und den Ebenen gebildet,
die durch den Zielpunkt einerseits und anderseits durch je eine Linie laufen,
die senkrecht auf der Grundlinie in der vorgenannten Ebene auf den beiden Meßstellenerreichtsind.
DurchdiesedreiEbenen und zwei zueinander parallele senkrechte Ebenen, von denen
die eine durch die Grundlinie läuft, entsteht ein auf einer Seitenfläche liegendes
Prisma, dessen obere Seitenkante durch den Zielpunkt läuft. Die Höhe des Ziels über
der wagerechtEn Ebene ist gleich dem senkrechten Abstand der durch das Ziel gehenden
Seitenkante des Prismas von der Grundlinie. Man kann also die Höhe des Ziels in
der durch die Grundlinie gehenden senkrechten Ebene messen.
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Die zu messenden Flächenwinkel sind völlig unabhängig von der Entfernung
des Ziels von der Grundlinie. Infolgedessen sind diese Winkel wesentlich größer
als die unmittelbar nach dem Ziel gemessenen Höhenwinkel. Der relative Fehler ist
infolgedessen geringer. Außerdem werden sich, wenn sich das Luftfahrzeug in etwa
gleichbleibender Höhe bewegt und in einer- Richtung, die etwa senkrecht zu der senkrecht
durch die Grundlinie gelegten Fläche d(s Prismas geht, die Winkel der Prismaflächen
verhältnismäßig wenig verändern und für kürzere Zeiträume fast gleich bleiben, so
daß die Messung wesentlich erleichtert wird.
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Um die Flächenwinkel zu messen, werden gemäß- der Erfindung Visierscheiben
verwandt. Die Visierscheibe des Nebengeräts ist mit Bolzen versehen, über die ein
Faden gespannt ist, dessen Abschnitte als Zielmarken dienen. Die Drehachse dieser
Visierscheibe verläuft senkrecht zur Grundlinie. Am Hauptgerät sind zwei senkrechte
Tafeln angeordnet. Eine dieser Tafeln enthält das Richtlineal und wird mit diesem
auf das Ziel eingerichtet. Die andere verläuft in Richtung der Grundlinie und trägt
Schwenklineale zur Bestimmung der Zielhöhe. Das eine dieser Schwenklineale, das
an einer verkleinerten Grundlinie den mit dem Nebengerät gemessenen Flächenwinkel
anzeigt, wird vom Nebengerät aus selbsttätig, z. B. durch elektromotorische Übertragung
eingestellt, das andere Schwenklineal steht mit dem Richtlineal des Hauptgeräts
in Verbindung. Ferner ist das Hauptgerät mit Vorrichtungen versehen, um auf graphischem
Wege die Höhe und Entfernung des Zielpunktes zu bestimmen.
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Di# Zeichnung zeigt den Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel,
und zwar: Abb. i eine schematische Gesamtdarstellung, Abb. ?- das Nebengerät
in Schrägansicht, Abb. 3 das Haupigerät, Abb. 4 eine Einzelheit des Nebengeräts
in größerem Maßstabe.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen in Ansicht und Draufsicht in
einem größeren Maßstabe die Teile, welche das Richtlineal des Hauptgeräts mit dem
zugehörigen Schwenklinealverbinden.
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In Abb. i sind A und B die beiden Meßstellen und
C der aufzusuchende, nicht zugängliche Punkt, welcher zugleich auch zu verfolgen
ist, beispielsweise ein Flugzeug. Die beiden Meßgeräte sind in A und B derart
aufgestellt, daß sie auf ihrer gemeinsamen Grundlinie A-B einander zugewendet sind.
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Das der Messung zugrunde gejegte dreiseitige Prisma liegt auf der
einen Seitenfläche, die von der Grundlinie A-B und den beiden Seitenlinien A-A 3-,
B-El, die rechtwinklig zur Grundlinie in der wagerechtcn Ebene gezogen gedacht sind,
begrenzt wird. Die zweite und dritte Seitenfläche schneiden sich in einer KanteF,Fl,
die dieser FläcbeA,B,B',Al gegenüberliegt und in der der ZielpunktC liegt. Der Punkt
F liegt in der auf A, B, Bl, A 1
senkrecht stehenden
Ebene A, F, B, welche durch die Grundlinie A-B hindurchgeht,
der Punkt F' auf einer hierzu parallel laufenden Ebene. Mit der Vorrichtung werden
die Flächenwinkel an den Kanten A, A' und B# BI -gemessen. Sind diese
Winkel bekannt, so kann man in dem Dreieck A, F, B die
Höhe
k bestimmen, die gleich der Höhe kl, d. h. der Höhe des Punktes
C über der wagerechten Ebene A, B, B, A' ist,
die als Lot vom Punkte C auf die wagerechte Ebene in dem Punkte c trifft.
Das Richtlineal des Hauptgeräts wird auf das Ziel C eingerichtet. Wenn die Höhe
k aus dem Dreieck A, F, B
ermittelt ist, läßt sich in
dem rechtwinkligen Dreieck B, C, c die Entfernung-y zwischen B und
C bestimmen. Um das Luftfahrzeug auch bei Nacht verfolgen zu können, bildet
die Umrandung, welche das Fadenkreuz des Richtlineals trägt, einen Zylinder, dessen
Inneres phosphoreszierend ist. Das Nebengerät, das die Masse des Flächenwinkels
und seine Veränderungen auf das Hauptgerät übermittelt, besteht aus einer Tischplatte
T (Abb. 2), deren Längsseite in Richtung auf das Hauptgerät eingestellt wird. Senkrecht
zu dieser Längsrichtung ist eine Visierscheibe D angeordnet, Die wagerechte
Ebene, welche in halber Höhe durch die Meßstelle hindurchgeht, fällt mit der wagerechten
Seitenfläche des der Messung zugrunde gelegten Prismas zusammen, Die Achse a-a,
auf weicher die Scheibe D mittels des Trägers Q drehbar sitzt, ist infolgf
dessen die Scheitellinie des Flächenwinkels, der gemessen werden soll. Am Umfange
der Visierscheibe D sind Bolzen b von gleicher Höhe angeordnet, durch
deren Enden ein Faden u ohne Ende hindurchläuft, der den Umfang eines Polygons darstellt.
Beim Zielen wird die Scheibe mittels des Zahnbogens c geneigt. Dieser wird
durch die Welle a-a gedreht, die mittels der zwischengeschalteten Zahnräder rl,
r2,,r3 durch eine Handkurbeld bewegt wird. Man dreht die Kurbel, bis das Flugzeug
in Richtung von zwei Teilen des Fadens liegt, die einander gegenüberliegen. Ist
dies einmal erfolgt, so läßt sich leicht durch dine Bewegung der Handkurbel d nach
rechts oder links dauernd die Fläche der Scheibe in der Richtung nach dem Flieger
halten.
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Die Bewegungen der Scheibe werden auf die Hauptstation beispielsweise
mit Hilfe folgender elektrischen Einrichtung übertragen. Die Kurbel d, welche
die Neigung der Scheibe D
herbeiführt, besteht aus zwei Teilen. Der eine Teil
e sitzt auf der Achse des Zahnrades rl und trägt einen doppelten Kontakt
g,
welcher mit der einen Leitung einer Batterie B (Abb. 4) in Verbindung steht.
Der zweite Teil Diener Kurbel bildet ein Stück mit dem Handgriff E (Abb.
2) und sitzt lose auf der Achse. Er hat zwei Kontakte gl und g2, von denen
einer oder der andere mit dem Kontakt g, je
nach der Drehrichtung der Handkurbel,
in BerÜhrung kommt.
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Die bciden Kontakte gl und g2 #,ind mit zwti verschiedenen
Leitern H2 und H3 mittels metallischer Ringe hl und k2 verbunden, die auf
einem isolierten Zylinder sitzen, und stehen mit Bürsten oder Kontaktfedem
f 1 und f 2 in Verbindung. Die elektrische Verbindung wird somit bald
mit dem einen Draht, bald mit dem anderen gebildet, je nach der Richtung,
in welcher man die Kurbel E dreht. Wenn diese Drehung fortdauert, nimmt der
bewegliche Teil der Kurbel das Stück g und ebenso das mit Buckeln versehene
Rad i mit, welche beide auf der Welle gelagert sind. Dieses Rad
i bringt den Unterbrecher k in Schwingungen, so daß der Strom während
der Bewegung des Rades i abwechselnd geöffnet und geschlossen wird. Zwei
Kondensatoren K und KI, die mit den beiden Leitungen und mit dem doppelten Kontakt
n in Verbindung stehen, vernichten den Öffnungsfunken, und zu gleicher Zeit entlasten
sie die Leitung nach jedem Kontaktgeben, wie es auch eine Erdleitung machen würde.
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Die Kurbcl E sitzt frei auf der Welle. Die Drehung der Welle
erfolgt mittels des Teiles e nur, wenn der Pflock g mit einem der Kontakte
gl und g2 in Berührung kommt, und zwar je nach der Drehrichtung, welche
durch die Handkurbel ausgeübt wird. Infolge der Drehrichtung wird also zur Hauptstation
der Strom von der Batterie B (Abb. 4) entweder durch die Leitung E2 oder durch die
Leitung H3 gesandt. Durch diese wird er zum Hauptgerät geleitet und gelangt in einen
der beiden Elektromagnete G oder Gl (Abb. 3), je nach der Drehrichtung
der Kurbel E. Die Elektromagnete besitzen jeder zwei Anker. Die oberen Anker
m und m', die sehr leicht gestaltet sind, um eine große Geschwindigkeit zu erlangen,
und die keinen rernanenten Magnetismus aufweisen, betätigen ein Zahnrad mit Hilfe
der oben mit einem Zahn versehenen Stangen v und vi, die gelenkig auf den Enden
der Hebel t und 11 sitzen. Die Hebel t und il werden in geringer Entfernung
von den Kernen der Elektromagnete unter der Wirkung der Federn 1 und
11 gehalten. Die unteren Anker r und rl sind stärker und enthaltcn größere
Remanenz; denn da sie nur verwendet werden, um je nach der Drehrichtung den
einen oder anderen Anker anzuziehen, so findet ihre Wirkung nur bei jeder Änderung
der Drehbewegung statt. Sie wirken auf die Enden der Stangen v und vl, um sie von
dem Zahnrade R durch Drehung uni die Lager s lind s' zu entfernen oder zu nähern.
Sie sind durch die mit Gewinde versehene Stange I, I verbunden. An dieser
sind alle Hebel mit Schrauben und Gegenmuttern einste'ibar. Schließlich bremst eine
Feder RI regelbar das Rad R, damit es keine fremden, schädlichen Einflüsse erhalten
kann. Das so angetriebene Rad R überträgt seine Bewegung durch einen Zahntrieb auf
ein Rad 0, das ein
Schwenklineal 0,.P trägt, das auf dem
Plane M, M, N, NI sich bewegen kann. Die Stellung des Schw'enklineals
zeigt daher die Größe des am Nebengerät gemessenen Flächenwinkels an.
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Das Richten des Hauptgeräts erfolgt mit dem Richtlineal
S, T nach der Linie x-y, die durch das Loch- und das Fadenvisier
hindurchgeht. Dieses Richtlineal wird mittels des Handgriffes L über der Ebene
N, U, NI,
UI (Abb. 3) geschwenkt. Es ist zu der Kante
N, NI beweglich und zu diesem Zwecke durch Halter z' (Abb.
5 und 6) mit einer ersten Scheibe q verbunden, die mit ihrer
Mitte an einer zweiten Scheibe qI anliegt und auf einem rechtwinklig zur Ebene des
Planes M, N, NI, MI verlaufenden Durchmessers z schwingbar ist.
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Wie ferner aus der Abb. 5 und 6 zu ersehen ist, dreht
sich die Scheibe q1 um ihren wagerechten Durchmesser z-z, welcher der Kante
B, BI der Abb. i entspricht. Dieser Durchmesser geht durch den Punkt
N, welcher der untere Schnittpunkt des der beiden graphischen Flächen
M, M, Nli N und N, NI,
Ul, U ist
und am Ende der Grundkante M, N
liegt. An dem obersten Punkte
y2 der Scheibe ql- ist die Stange r2, PI befestigt, deren Länge gleich der
Entfernung des Gelenkpunktes o' vom Gelenk z, z ist. Ferner ist die Länge
N-r2 gleich der Länge ol-pl. Das Viereck r2, PI, ol-, N
ist also ein Parallelogramm, und der Winkel pl, ol, N gibt dauernd
die Größe der Neigung der Fläche des Diopterlineals S, T
gegenüber
der Grundfläche, d. h. den gesuchten Winkel an.
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Die Scheibe q, an welcher das Richtlineal S,
T mittels der Halter Z, z' sitzt, kann sich gegenüber der Scheibe qI um die
gemeinschaftliche Senkrechte X-X verschieben, die im Raume beweglich ist und durch
die Mitte der beiden Scheiben q und qI hindurchgeht.
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Mit anderen Worten, die Neigung der Scheibe q zu der wagerechten
Ebene, die durch M und N hindurchgeht, ergibt somit den Wert des Flächenwinkels
von dem Prisma wieder, dessen Scheitellinie durch die Linie B-Bl (Abb. i) läuft.
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Wie oben beschrieben wurde, wird zunächst die Höhe des Zielpunktes
in der Ebene A, B, F,
d. h. auf der Fläche
M, M', Nli N ermittelt. Hierzu ist das auf der Fläche
M, M 1, N', N
angebrachte Blatt nach.einem geeigneten
Maßstab mit wagerechten Parallelen versehen. Die Grundlinie M-N dieser Fläche ist
nach der Hilfsstation eingestellt. Das Schwenklineal 0, P gibt den
Flächenwinkel wieder, den die Hilfsstation gefunden hat. Um den Flächenwinkel der
Hauptstation zu erlangen, wird dieser mittels der Scheibe q durch das Parallellogramm
N, 01, pl, y2 im Punkte o' da-, Planes für die Höhenrnessung dargestellt.
Das Dreieck, das aus der Verlängerung der'Seite o', pl und aus den Seiten
0, P und 0, o' gebildet wird, gibt mithin die Dreiecksfläche
A,
F, B in verkleinertem Maßstabe, z. B. 1/1.,00, wieder. Die Begegnung
der beiden Schwenklineale aui dem Plane der FlächeM, N, NI, MI-läßt
somit die Höhe des Fliegers ermitteln.
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Um die Entfernung zu bestimmen, braucht man nur wagerecht mit Hilfe
der Linien des ersten Planes die Höhe p2 über den zweiten Plan zu verlängern
bis zum Zusammentreffen mit dem Richtlineal. Der Punkt des Zusammentreffens mit
einer der Kurven gleicher Entfernung, die beispielsweise von Millimeter zu Millimeter
auf der Zeichnung niedergezeichnet sind, gibt in Dekametern die Entfernung des Flugzeuges
an. Die Projektion dieses Punktes auf die Kante N, U zeigt seine wagerechte
Entf ernung.
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Das Richtlineal S, T muß immer in einer senkrechten
Ebene, und zwar parallel zum Plan N, NI, U, UI bleiben.
Hierzu kann man einen Führungsbogen aus Metall in geringer Entfernung vom Plan anordnen.
Ferner erleichtert ein zweites Parallelogramm o' oder N,
welches hinter der
Fläche M, N, MI., NI angeordnet ist und deren kleine Seiten mit dem
des ersten Winkels von go' einschließen, das Abheben der Schwenklineale, wenn diese
sich der Horizontalen nähern.
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Da die Sichtbarkeit der Flugzeuge im allgemeinen über 6 km
nicht hinausgeht, so wählt man zweckmäßig für den Plan den Maßstab von i:: io ooo,
so daß für einen Umkreis von 6 km ein Plan von einer Länge von 6o cm und
für die Höhe von 3 km über dem Erdboden eine Planhöhe von 30 cm ausreicht.
Unter diesen Verhältnissen genügt eine Grundlinie von i km zwischen den beiden Meßstellen,
um die Zielhöhe mit genügender Genauigkeit bestimmen zu können.
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Am Hauptgerät kann ferner für das Anzeigen des einen Flächeniwinkels
ein zweites Schwenklineal von anderer Farbe, das seinen Drehpurikt in der Mitte
der Grundlinie hat, angeordnet werden Dieses bewegt sich parallel zu einem der äußeren
Schwenklineale, um das Anzeigen in einem halb so großen Maßstabe vorzunehmen und
so den Bereich des Planes zu erweitern. Der Verwendungsbereich der Vorrichtung kann
dadurch einer Zielentfernung von bis zu 12 km und einer Zielhöhe von bis zu
6 km angepaßt werden.