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Entfernungsmesser. Die Erfindung betrifft einen Entfernungsmesser,
mit dem sowohl von einem hochgelegenen Beobachtungspunkte der Küste die Entfernung
eines auf dem Meere schwimmenden Zieles unter Verwendung der Beobachtungshöhe über
dem Meeresspiegel als Meßbasis als auch von einem beliebigen Beobachtungspunkte
aus unter Verwendung einer bekannten Höhe am Ziele als Meßbasis die Zielentfernung
bestimmbar ist.
Entfernungsmesser, welche die Höhe des Aufstellungsortes
über einem Wasserspiegel, z. B. dem Meeresspiegel, zur Meßbasis (Seehöhenbasis)
haben, sind als ' sogenannte Küstenentfernungsmesser bekannt, doch konnten sie bisher
meist nur in einer einzigen Beobachtungshöhe, nämlich in jener verwendet werden,
für die ihre Entfernungseinteilung errechnet war. Die Erfindung bezweckt, einen
Entfernungsmesser zu schaffen, der bei jeder beliebigen Höhe des Beobachtungsortes
über dem Meeresspiegel, sofern diese nur ein gewisses, von der Meßgenauigkeit bei
der größten zu messenden Entfernung abhängiges Maß erreicht, benutzbar ist, bei
dem auch die Einflüsse der Erdkrümmung und der Strahlenbrechung berücksichtigt werden
können und der bei kleineren Beobachtungshöhen als Entfernungsmesser mit »Basis
am Ziel«, also unter Verwendung bekannter Zielhöhen als Meßgrundlage verwendbar
ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sowohl zum Einstellen
des Zielwinkels (bei Seehöhenbasis) als auch zum Einstellen des Glaskeilwinkels
(bei Zielhöhenbasis) eine das Fernrohr abstützende Kurvenscheibe verwendet wird,
deren Radienlängen als Exponentialfunktionen der Kurvenscheibendrehungen ermittelt
sind, so daß die Entfernungen nicht wie bei bekannten Entfernungsmessern dieser
Art auf einer gleichmäßigen, sondern auf einer logarithmischen Kreisteilung abgelesen
werden, die gleichzeitig bei passender Wahl des Teilungsverhältnisses als Höhenteilung
mit zweckmäßig verkleinerter Längeneinheit verwendet werden kann, falls für die
Höhenangaben keine besondere Teilung erwünscht ist. Um den Einfluß der Erdkrümmung
und der mittleren Strahlenbrechung zu berücksichtigen, ist erfindungsgemäß diese
Kreisteilung mit einer zweiten Kurvenscheibe fest verbunden, die mit Bezug auf die
erste verdrehbar, mittels eines Zeigers nach der jeweiligen Beobachtungshöhe einstellbar
und in dieser Lage feststellbar ist. Die beiden Kurvenscheiben stützen sich mit
ihrer Mantelfläche gegen ein festes Schneidemager ab, so daß bei jeder Kurvenscheibendrehung,
die zum Anschneiden der Wasserlinie des Zieles erfolgt, der Zielwinkel.als Funktion
der Summe der Stützradien beider Kurvenscheiben erscheint.
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Den Erfindungsgegenstand zeigt die Zeichnung in einer beispielsweisen
Ausführungsform, und zwar: Abb. i eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, Abb.
2 eine Draufsicht, Abb. 3 eine Rückansicht teilweise im Schnitt, Abb. 4 eine Vorderansicht,
Abb. 5 eine Seitenansicht mit Teilung und Zeigern, Abb. 6 eine Seitenansicht der
Vorrichtung mit vorgeschaltetem Glaskeil und Doppelspiegel im Schnitt, Abb. 7 eine
Draufsicht auf die in Abb. 6 dargestellten Teile teilweise im Schnitt.
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Wie aus Abb. i und 2 ersichtlich, ist um einen senkrechten Zapfen
i des Stativkopfes 2 der mit einer Kreuzlibelle 3a versehene Träger oder Unterteil
3 drehbar gelagert, der an seinem gabelförmigen Ende 3b zwei koachsiale Schildzapfen
4 aufweist. Um diese Schildzapfen 4 ist zunächst ein doppelgabelförmiger Lenker
5 schwenkbar gelagert, der parallel zur wagerechten Achse der Schildzapfen 4 einen
mittels einer Griffscheibe 6a verdrehbaren Lagerbolzen 6 trägt, auf dem eine Kurvenscheibe
7 aufgekeilt ist (Abb. 3, 4). Unmittelbar neben dieser Kurvenscheibe 7 ist, ebenfalls
auf dem Zapfen 6 drehbar, eine zweite Kurvenscheibe 8 angeordnet, die mit einer
Schneckenradverzahnung 9 versehen ist, in welche eine durch die Griffscheibe io
drehbare Schneckenspindel i i eingreift. Diese Schneckenspindel ist zwecks rascher
Lösung des Zahneingriffes in einem Bügel 12 drehbar gelagert, der seinerseits an
einem in der Kurvenscheibe 7 fest eingesetzten Stirnzapfen 13 schwenkbar gelagert
ist und anderseits durch eine an dieser Kurvenscheibe 7 befestigte Feder 14 derartig
belastet wird, daß die Schneckenspindel i r in die Schneckenradverzahnung 9 ohne
Spiel eingreift. Die Kurvenscheibe 8 stützt sich nun mittels ihrer Mantelfläche
gegen eine zur Bolzenachse 6 parallele Lagerschneide 15 des Trägers 3. Die Mantelfläche
der Kurvenscheibe 7 dient zum Stützen der Lagerschneide 16 eines um das Schildzapfenpaär
4 drehbar gelagerten, gabelförmigen Hebels 17, der das Zielfernrohr 18 trägt, dessen
optische Achse so angeordnet ist, daß sie die Schildzapfenachse 4 in der Mitte der
Trägergabel 3b rechtwinklig schneidet. Neben der Kurvenscheibe 8 sitzt eine mit
ihr fest verbundene Kreisscheibe i9 (Abb. 3), die am Umfange eine logarithmische
Kreisteilung iga (Abb. 5) trägt, wie sie etwa der kreisförmig aufgewickelten Teilung
eines Rechenschiebers entsprechen würde. Die Bezifferung dieser Kreisteilung gibt
bei Ablesung mittels eines am Lenker 5 befestigten Zeigers 2o unmittelbar die Entfernung
des angezielten Zieles an. Wird das Teilungsverhältnis dieser Entfernungsteilung
zweckmäßig gewählt und die Bezifferung in geeigneter Maßeinheit, z. B. in Hektometern,
durchgeführt, dann kann die gleiche Teilung iga i infolge ihres logarithmischen
Charakters auch als Höhenteilung zum Einstellen der Beobachtungshöhe mittels eines,
an der Kurvenscheibe 7 befestigten, einen Zeiger 21 tragenden Armes 7a verwendet
werden. Die Bezifferung gibt dann die eingestellte Beobachtungshöhe des Aufstellungsortes-in
Metern an.
Bekanntlich ist der Winkel a, um den die Ziellinie gegen
die Wagerechte geneigt ist, wenn aus der Höhe la ein in der Entfernung x auf dem
Meeresspiegel schwimmendes Ziel genau angezielt ist, mit praktisch ausreichender
Genauigkeit gegeben durch die Formel:
In dieser bedeutet k eine von der Erdkrümmung und der mittleren Strahlenbrechung
abhängige Konstante und a" den Zielwinkel, ohne Rücksicht auf die Erdkrümmung und
Strahlenbrechung.
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Eine Vorrichtung, die für verschiedene Beobachtungshöhen die richtigen
Zielentfernungen ergeben soll, muß also selbsttätig eine Summe liefern, deren erster
Teil der jeweiligen Beobachtungshöhe h direkt und der zu messenden Entfernung--
verkehrt proportional ist, während der zweite Teil nur dieser Entfernung x, und
zwar direkt proportional sein muß. .
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Den ersten Teil
liefert eine mechanische Einrichtung, bei der ein Zielfernrohr einerseits um eine
feste wagerechte Achse 4 drehbar ist und sich anderseits gegen eine Kurvenscheibe
7 abstützt, deren Vektoren dem Gesetz folgen:
In dieser Formel ist @O o ein aus rein praktischen Gründen notwendiger Grundkreisradius
und x die konstante Entfernung der Ferarohrdrehungsachse q. von der Kurvenscheibenauflage
16.
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Soll nun die Kurvenscheibe für beliebige Beobachtungshöhen 1a die
gleiche Kreisteilung als Entfernungsteilung erhalten, so muß die Größe der Scheibenverdrehung
(p für eine bestimmte Zielentfernung gegeben sein durch die Gleichung
Hierin ist a eine Konstante, die zweckmäßig so zu wählen ist, daß der Winkelbereich
der Kurvenscheibe für die gewünschten äußersten Werte von lt und x etwas
kleiner als a ac bleibt. Es können also die Teilungen für h und x in eine
einzige zusammengefaßt werden, wenn die Bezifferung, wie bereits erwähnt; für die
Höhen- und Entfernungswerte in verschiedenen Längeneinheiten abgelesen werden, z.
$. die Höhenwerte in Metern, die Entfernungswerte in Hektometern. Der Umfang der
Teilung kann dabei ebenfalls unter a n gehalten werden.
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Da die Teilung für die Scheibenverdrehungen p die Differenzen lg 1z
- 1g x zeigt, kann sie wie ein gewöhnlicher, kreisförmig aufgewickelter Rechenschieber
verwendet werden, d. h. die relative Umfangsverschiebung 1g da der Teilung
gegenüber einem mit der Kurvenscheibe fest verbundenem Zeigerar auf die gegebene
Beobachtungshöhe h liefert durch Ablesung mittels eines festen Zeigers Zo auf der
gleichen Teilung die Zielentfernung als lg x ohne Berücksichtigung des Einflusses
der Erdkrümmung und der mittleren Strahlenbrechung.
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Um nun diesen allerdings nur ziemlich unbedeutenden, der Zielentfernung
x direkt proportionalen Einfluß mechanisch als Änderung des Zielwinkels zu berücksichtigen,
ist die Drehungsachse der erwähnten Kurvenscheibe 7 durch Zwischenschaltung einer
zweiten Kurvenscheibe 8 gegen eine in konstanter Höhenlage gehaltene Lagerschneide
abgestützt. Letztere Kurvenscheibe muß demnach der Parameterglechung: es = 9'o +
k x
entsprechen. Auch hier bedeutet p', einen nach rein praktischen Gesichtspunkten
zu wählenden Grundkreisradius und k die bereits erwähnte Konstante.
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Mit Rücksicht auf die logarithmisch geteilte Entfernungsskala muß
hier x - a y oder der Verdrehwinkel
sein, so daß die Polargleichung dieser -Kurvenscheibe gegeben ist durch die Formel:
2s -- 2'. -% k ta y. Da die Größe des Korrekturgliedes k a y bei praktisch
vorkommenden Entfernungsmessungen nur etwa 0,¢S mm beträgt, so wird die Form dieser
Kurvenscheibe von der Kreisform nur sehr wenig abweichen.
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Liegt die Höhe des Beobachtungspunktes unter einem von der Genauigkeit
der Messung abhängigen Maße, qo kann durch folgende Einrichtung die Entfernungsmessung
mit »Basis am Ziel« unter Verwendung der vorhandenen Kurvenscheibe und Entfernungsteilung
vorgenommen werden.
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Bei dieser Meßmethode wird bekanntlich ein Glaskeil mit verstellbarem
Ablenkungswinkel vor eine seitliche Objektivhälfte geschaltet, wodurch im Gesichtsfelde
ein Doppelbild sichtbar wird, bei dem die beiden Teilbilder am Ziel einen von der
Größe des jeweiligen Glaskeilw inkels y und vom Brechungskoeffizienten- n des Glases
abhängigen
Höhenunterschied h' aufweisen, der gegeben ist durch
die Formel: h'_-=xtgä. In dieser ist a'= (n i) # y. Es bedeutet a' den Winkel, den
der ungebrochene und der durch den Glaskeil gebrochene Zielstrahl miteinander einschließen.
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Ist diese Höhenverschiebung der Zielbilder gleich einer bekannten
Zielhöhe, so ist die Zielentfernung gegeben durch die Formel:
Hierbei muß mit Rücksicht auf die Verwendbarkeit einer einzigen Teilung für alle
praktisch vorkommenden Zielhöhen die Größe des Keilwinkels y ebenfalls durch eine
Kurvenscheibe nach Art der Kurvenscheibe 7 mittels einer logarithmisch geteilten
Teilung eingestellt werden, denn es ist auch hier ganz analog wie vorher
Demnach kann ohne weiteres dieselbe Kurvenscheibe, die zur Einstellung des Zielwinkels
dient, auch zum Ermitteln des Glaskeilwinkels verwendet werden, desgleichen auch
die Entfernungs- bzw. Höhenteilung, nur die Anordnung des Zielhöhenzeigers oder
dessen fester Winkelabstand vom Beobachtungshöhenzeiger wird von rein baulichen
Maßnahmen abhängen. Zur Einstellung des erforderlichen Ablenkungswinkels a' ist,
wie Abb.6 und 7 zeigen, unmittelbar vor das Objektiv eine meridional abgeschnittene
Hälfte einer sphärisch plankonkaven Linse 22 derartig befestigt, daß sie eine seitliche
Objektivhälfte überdeckt. Der Krümmungsmittelpunkt dieser plankonkaven Vorschaltlinse
22 liegt genau im Schnittpunkt der optischen Achse des Fernrohrs 18 mit der Achse
der beiden Schildzapfen q.. In diesem Punkte liegt auch der Krümmungsmittelpunkt
einer plankonvexen, ebenfalls meridional abgeschnittenen Linse 23, die derartig
am Lenker 5 befestigt ist, daß sich ihre Kugelfläche mit der der Linse 22 genau
berührt. Es geht aus der Zeichnung ohne weiteres hervor, daß dann der Ablenkungswinkel
a' des durch die beiden ebenen Halblinsenflächen gebildeten Glaskeils von der Neigung
der optischen Achse des Zielfernrohres 18 abhängt. Um nun trotz dieser Neigung ein
am Horizont befindliches Ziel beobachten zu können, ist vor das ablenkende Halblinsensystem
ein mit dem Fernrohr verbundenes Spiegelpaar 2¢, 25 angeordnet, von dem der eine
Spiegel 2q. gegen die optische Achse eine unveränderliche Neigung von etwa 45' erhält,
während die Neigung des anderen Spiegels 25 von Hand aus mittels einer Griffscheibe
26 so weit verstellt werden kann, daß das am Horizont liegende (oder bei Luftzielen
selbst oberhalb des Horizonts schwebende) Ziel im Gesichtsfelde des nach abwärts
geneigten Fernrohres sichtbar wird.
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Durch diese Einrichtung ist es möglich, die Größe des die Zielentfernung
messenden ablenkenden Glaskeilwinkels durch die Neigung des Fernrohres mittels der
logarithmischen Kreisskala zu bestimmen, also ganz genau wie bei der Messung mit
Seehöhenbasis. Aus der Analogie der für das Maß der Entfernung aufgestellten Gleichungen
geht hervor, daß auch bei dieser Meßmethode dieselbe Entfernungsteilung benutzt
werden kann, doch ist der auf die Zielhöhe einzustellende Zeiger 27 gegenüber dem
mit der Kurvenscheibe 7 fest verbundenen Beobachtungshöhenzeiger 21 um einen gewissen
konstanten Winkel versetzt, dessen Größe vom Brechungskoeffizienten des Glaskeiles
abhängt.
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Die. Handhabung der Vorrichtung ist folgende: Ist es möglich, das
Ziel aus einer genügend großen, genau bekannten Beobachtungshöhe anzuschneiden,
so ist zunächst nach genauem Senkrechtstellen des Stativzapfens mittels der am Unterteil
3 angeordneten Kreuzlibelle 3a die Beobachtungshöhe mittels des Zeigers 21 auf der
logarithmischen Kreisteilung iga einzustellen, und zwar durch Drehen der Schneckentriebsspindel
i i. Hierbei gibt die Bezifferung der Kreisskala die metrische Höhe an. Hierauf
wird das Ziel durch Drehen der Kurvenscheibe 7 mittels der Griffscheibe 6a bei abgenommenem
Glaskeil 22-23 angeschnitten und auf der Kreisteilung iga die Entfernung mittels
des Zeigers 2o abgelesen, wobei die Bezifferung die Entfernung in Hektometern angibt.
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Hat der Beobachtungsort keine hinreichende Höhe, um diese als Basis
benutzen zu können, so muß zum Entfernungsmessen eine bekannte (oder geschätzte)
Höhe am Ziel herangezogen werden. In diesem Falle wird wieder mit Hilfe der Schneckentriebspindel
i i diese Höhe mittels des Zielhöhenzeigers 27 auf der Kreisteilung eingestellt
und hierauf nach Vorschalten des Glaskeiles 22-23 mit Hilfe der beiden Vorsatzspiegel
2¢-25 durch Drehen des letzteren das Ziel angeschnitten. Dabei erscheint im Gesichtsfeld
ein in der Höhe verlagertes Doppelbild. Nun ist diese Höhenverlagerung durch gleichzeitiges
Drehen des Bolzens 6 mittels der Griffscheibe 6a und des Eintrittsspiegels 25 derartig
zu verändern, daß die Unterkante des einen Zielbildes genau auf die Oberkante des
zweiten Zielbildes zu liegen kommt, worauf
mittels des Zeigers 2o
die Zielentfernung auf der Kreisteilung iga in Hektometern abgelesen werden kann.