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Vorrichtung zum Anzeigen oder Aufzeichnen des von einem Wagen durchfahrenen
Weges Die Erlindung betrifft eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, selbsttätig
und in einem gegebenen Maßstabe den von einem `Vagen durchfahrenen Weg auf einem
Zeichenblatt anzuzeigen oder aufzuzeichnen.
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Es sind zum Aufzeichnen des durchfahrenen Weges Vorrichtungen bekannt,
bei welchen zum Orientieren des Blattes und zum Erlangen der in zwei orthogonalen
Richtungen verlaufenden Komponenten der Bewegung Kreiselapparate zur Anwendung gelangen.
Ferner kennt man bereits Vorrichtungen, bei denen man sich zum Berücksichtigen der
Richtungsänderungen der Drehung der Steuerung bedient, während gleichzeitig der
zurückgelegte Weg von einem Wagenrad abgeleitet wird. Demgegenüber besteht die Neuerung
gemäß der Erfindung im wesentlichen darin, daß der Schreibstift die Bewegung von
zwei gleichartigen, unabhängigen Treibrädern erhält, die mit der Halbsumme ihrer
Umdrehungen die Länge des durchfahrenen Weges und mit der Halbdifferenz gleichzeitig
die Richtungsänderung liefern, wenn das Fahrzeug eine Kurve befährt.
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In der Zeichnung zeigt: Abb. i eine schematische Darstellung, Abb.
2 eine Ansicht von oben und Abb.3 eine Seitenansicht von einem Dreirad, das mit
der Anordnung nach der Erf ndung ausgerüstet ist. Die Abb.4 und 5 sind zwei Ansichten
des Differentialgetriebes und des Geschwindigkeitswechselgetriebes des Wegaufzeicliners.
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Die Abb.6 und 7 sind geometrische Darstellungen, und Abb.8 zeigt die
Zeichenebene, auf die der von dem Fahrzeug zurückgelegte Weg aufgezeichnet wird.
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In Ab-b.1, 2 und 3 sind die Räder eines Dreirades mit i, i' und 2
bezeichnet. Der :1bstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Hinterräder i und
i' vom Halbmesser R ist 2v; die Räder i und i' sind einander parallel. und haben
kurze Achsen, auf deren innenliegenden Enden Kettenräder 3, ; vom Halhmesserr befestigt
sind. Diese treiben mittels zweier Ketten 4., q:' zwei andere Kettenräder 5, 5'
an, deren Radius r' ist.
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Wenn das Fahrzeug eine Kurve, z. B. einen Kreisbogen M N (Abb.
i), durchfährt, dessen Mittelpunkt in O liegt, dessen mittlere Länge S und dessen,
Halbmesser p ist und sich über einen Winkel ca erstreckt, dann macht das äußere
Rad i bekanntlich .eine größere Anzahl von Umdrehungen als das innere Rad i'. Maßgebend
für den Unterschied der Umdrehungen ist weder der Halbmesser o des durchfahrenen
Kreisbogens noch dessen Länge S, sondern lediglich der Wert des Winkels a. und des
Abstandes 2v zwischen den beiden Rädern i, i'.
Wenn somit S1 und
S'1 die Längen der Bogen sind, welche von dem äußeren bzw. dem inneren Rad beschrieben
werden, so bestehen zwischen den erwähnten Größen die Beziehungen
Die Kettenräder 5, 5' sind auf die Enden einer geteilten Achse 6, 6' aufgekeilt,
die in der Mitte ein Differentialgetriebe 7 trägt, dessen Seitenräder 8, 8' sind
(Abb. 4. und 5). Diese drehen sich mit den Rädern 5 und 5'.
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Es folgt daraus, daß, wenn man das Seitenrad 8 des Differentialgetriebes
7 mit dem Rad i und das andere Seitenrad 8' desselben Getriebes mit dem anderen
Rad i' des Fahrzeuges mittels Zahnräder oder Kettenräder verbindet, die Halbsumme
der Umdrehungen der Seitenräder 8, 8' die Länge des durchfahrenen Weges .angibt,
während die Halbdifferenz derselben Umdrehungen den Wert des Winkels a angeben wird.
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Nennt man w und w' die Umdrehungen der Seitenräder 8 und 8' und ferner
k das Übersetzungsverhältnis, so bestehen die zwei Beziehungen
Die Halbsumme von w und w' stellt die Umdrehung n des Kronenrades 9 um die Achse
6, 6' des Getriebes dar, während die Halbdifferenz
(w - w') die Umdrehung p der Planetenräder io und in' darstellt. Es ist also
Die Bewegung des Kronenrades 9 wird auf eine Achse 17 (Abb. 5) übertragen, die zwei
Räder 18, i8' (Abb. q.) trägt, welche mit hervorstehenden, aber federnd nachgiebigen
Stiften besetzt sind. Diese beiden Räder 18, 18' drehen sich entsprechend der Länge
der zurückgelegten Strecke S.
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Die Drehung cp der Planetenräder erfolgt um kreisende Achsen und muß
daher in eine Drehung verwandelt werden, welche sich um eine feste Achse vollzieht,
was mittels eines beweglichen Schlittens erreicht wird, welcher längs der Achse
des Differentialgetriebes verschiebbar und zu gleicher Zeit um dieselbe drehbar
angeordnet ist.
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Der Schlitten besteht aus zwei Zahnstangen i2, 12' (Abb. ¢), welche
mit zwei Ritzeln i i, i i' in Eingriff stehen. Diese Ritzel i i, i i' sind mit den
Planetenrädern io, io' verbunden und drehen sich mit diesen. Die Zahnstangen 12,
12' verbinden. zwei kuppelförmige Teile 13, 13', welche sich längs der Wellenstücke
6, 6' leicht verschieben lassen. Die Planetenräder i o, i o' und die Ritzel i i,
i i' drehen sich um Achsen, die in der Nabe 14 (Abb. 5),
welche auf den beiden
Enden der geteilten Achse 6, 6' drehbeweglich sitzt und in dem Kronenrad 9 gelagert
sind. Infolge der Verbindung der Ritzel i i, i i' mit den Planetenrädern i o, i
o' verursacht die Drehung der letzteren eine geradlinige Verschiebung des Schlittens,
welche der Abweichung des Fahrzeuges von seiner anfänglichen Bewegungsrichtung proportional
ist.
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Die kuppelfärmigen Teile 13, 13' sind mit einem flachen Rand versehen
und verschieben mittels Rollen 16, 16' eine Zahnstange 15, deren Zähne nach oben
,gerichtet sind und die sich geradlinig zu bewegen vermag. Diese Stange steht mit
zwei Hohlzylindern 22, 22' (Abb. ¢ und 5) über die Zahnräder 33, 33' in Verbindung.
Die Zylinder 22, 22' sind in festen Sitzen i9, 2o (Abb. 5) bzw. i9', 20'
um ihre Achsen drehbar. Die Drehung, dieser Hohlzylinder 22, 22' ist der Verschiebung
des Schlittens 1-1, 13' und folglich dein Ablenkungswinkel a, proportional.
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Es wurde somit die Aufgabe gelöst, die zwei Elemente der Bewegung,
d.li. die Länge S der durchfahrenen Strecke und den Ablenkungswinkel a in bezug
auf die Anfangsrichtung voneinander zu trennen.
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Wenn sich das Fahrzeug in gerader Linie bewegt, so bleibt die Stellung
der Hohlzylinder 22, 22' unverändert, denn sie wird nur durch die Änderung der Bewegungsrichtung
beeinflußt.
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Es besteht nun die Aufgabe, die beiden Komponenten der Bewegung des
Fahrzeuges in Richtung der beiden Koordinatenachsen x, y, die mit Bezug auf die
Grundfläche festgelegt sind (Abb. 6), auf welche der Weg des Fahrzeuges bezogen
ist, zu trennen und zu erfassen. Dies kann erreicht werden mittels des Übersetzungsgetriebes,
welches :einen der wesentlichsten Teile der Erfindung bildet.
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Wie aus der Zeichnung (Abb. 5) ersichtlich ist, tragen zwei kreisförmige
Träger i9 und 2o, die auf einer Grundplatte 21 befestigt sind, den Hohlzylinder
22, der sich um seine geometrische Achse drehen kann. Dieser Zylinder trägt wiederum
die Lager zweier paralleler Achsen z3 und 2:1, die beide zu der Achse des Zylinders
22 senkrecht verlaufen und mittels zweier kleiner Kettenräder 2 5 und 26 und einer
kleinen Kette 27 oder durch ein anderes geeignetes Übertragungsmittel miteinander
verbunden sind.
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Auf den beiden Achsen 23 und 24. sind die
beiden Räder
28 und 29 (Abb. 5) aufgekeilt, deren Mittelebenen zusammenfallen. Das Rad 28 ist
an seinem Umfang mit dichtstehenden Rillen versehen, die parallel zu der Achse 23
verlaufen. Das Rad 29 stimmt mit dem obengenannten Rad 18 überein, dessen UmfangsgesChwindi.gkeit
der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportional ist. Ein Ständer 30, der auf der
Grundplatte 2 i befestigt ist, trägt ein waagerechtes Rad 3 i, welches gleichartig
mit dem Rad 28 ist. So sind in jedem L'bersetzungsg:etriebe t Abb. 4) zwei geriffelte
Räder 28, 28' und 31,31' vorgesehen und zwei Räder 18, 18' und 29,29', die mit federnd
nachgiebigen Stiften besetzt :sind.
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Der Zylinder 22 und demgemäß auch die Ebenen der Achsen 23 und 24
werden durch einen Zahnkranz 32 (Abb. 5) gedreht, der in der Mitte des Zylindermantels
befestigt ist.
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Wie oben gesagt, bewegt sich die Zahnstange 15 in einem gewissen Verhältnis
zu dein Winkel a. Mittels des Zahnrades 33, das an der Grundplatte 2 i befestigt
ist, dreht sie den Zylinder 22 in Abhängigkeit von dein Winkel u. Die Konstanten
des Gerätes sind so gewählt, da15, wenn das Fahrzeug um den Winkel a, z. B. = 9o
, von seiner ursprünglichen Richtung abweicht, der Zylinder 22 aus seiner Anfangslage
(das möge die sein, in der die Ebene der Achsen 23 und 24 waagerecht liegt) um den
Winkel
(Abb. 4.) gedreht wird.
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Wenn sich also das Fahrzeug von A nach A' bewegt (Abb.6) und dabei
der geraden Strecke d S folgt, die mit der x-Achse den Winkel a bildet, so bildet
die Mittelebene der beiden Räder 28 und 29 mit der Senkrechten ständig einen Winkel
In Abb. 7 stellt die Linie y' die Mittelebene
des Rads 18, die Linie z die Mittelebene der beiden Räder 28 und 29 und die Linie
x' die Mittelebene des Rades 31 dar.
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Wenn sich das Fahrzeug von A nach A' (A'bb.6) bewegt, so bleibt die
Lage der Linie z (Abb. 4.) unverändert. Der Zylinder 22 verbleibt in einer bestimmten
Lage in Ruhe, während sich. das Rad 18 um die Achse 17 in Abhängigkeit von
d S dreht.
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Wenn auf der Linie y' die Strecke o nt abgetragen wird,
die der Umfangsbewegung des Rades i 8 entsprechen möge, während sich das Fahrzeug
von A nach A' bewegt, so ist otn=&, dS.
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Hierin ist die Größe ri ein Proportionalitä tsfaktor.
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Bei dieser Verschiebung greift ein Stift des Rades i8 in eine Rille
des Rades 28, dessen Lage durch die Linie z dargestellt ist, und nimmt es mit sich,
so daß es sich um seine Achse dreht. Die Drehung des Rades 28, am Umfang gemessen,
sei .o it (Abb. 7'), wobei o 11 die Projektion von
o in auf die Achse z ist. Die Drehung des Rades 29 ist die gleiche, da die
beiden Räder 28 und 29 gleich groß sind, parallel liegen und mechanisch miteiinander
in Verbindung stehen. Ein Stift des Rades 29 bewegt beim Eingreifen in eine Rille
des horizontalen Rades 3 i dieses in gleicher Weise weiter, wie dies beim Räderpaar
18, 28 stattfindet. Bei einer Drehung des Rades 28 bzw. 29 um o tt beträgt
die Verschiebung des Rades 31 o p ; das ist die Projektion
von o n auf die Achse x'.
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Wenn sich daher das Fahrzeug um eine Strecke dS fortbewegt, so wird
sich das Rad 3 i um eine Strecke o p drehen, deren Wert sich aus der Gleichung
ergibt. Da u, konstant und bekannt ist, so folgt, d.aß die Drehung des Rades ;1
proportional der der Verschiebung des Fahrzeuges entsprechenden Komponente dx ist.
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Der -].eiche Vorgang tritt bei dem zweiten Wechselgetriebe 18'-29'
ein. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Wechselgetrieben i8-29 und i8'-29'
besteht darin, daß die Mittelebene der Räder 28, 29 mit der Mittelebene der Räder
28', 29' einen konstanten Winkel von 45° bildet. Hat daher nach erfolgter RichtungsÜnderung
des Fahrzeuges die Mittelebene der Räder 28, 29 eine StA-lung eingenommen, in der
diese einen Winkel von,
mit der Senkrechten einschließt, so beträgt der Winkel, den die Mittelebene dr Räder
28', 29' mit der Senkrechten bildet, - -i- 45° (Abb. 4).
Es gilt dann (für gleichgebliebenes o nz )
Wenn sich daher das Fährzeug von : l nach A' (Abb.6) bewegt, so bewegt sich das
Rad 31 im Verhältnis zu d x und das lad 31' im Verhältnis
zu d y.
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Das Fahrzeug soll in A' angekommen sein und die neue Richtung A' B
einschlagen, die gegen die vorherige Richtung A A' um einen Winkeld a geneigt
ist. Es soll angenommen werden, daß es an dem Punkte A' auf der Stelle sich in die
neue Richtung drehe. Die Zylinder-->2,22' drehen sich dann -um den Winkel
Da al)cr ihre Achsen durch die Berührungspunkte zwischen den Rädern 18, 28 und 29,31
des ersten Vbersetzungsgetriebes
bzw. durch die Berührungspunkte
zwischen den Rädern 18', 28' und 29', 31' des zweiten Übersetzungsgetriebes gehen,
so erzeugt die Drehung der Zylinder keinerlei Bewegung der Räder 31 und 31'. Die
Bewegung der Räder 31 und 31' tritt nur bei :einer Verschiebung des Fahrzeuges ein,
und diese ist für jedes_ der beiden Räder proportional den Komponenten der Verschiebung
in Richtung der Achsen x und y.
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Es wird somit die Bewegung des Fahrzeuges in zwei Komponenten aufgeteilt,
die rechtwinklig zueinander liegen. Diese beiden Komponenten entsprechen den Bewegungen
der zwei Räder 31, 31 '. Nun -sind auf den Achsen der Räder 31, 3 i' zwei Zahnräder
36, 36' aufgekeilt (Abb. 5 und 8), die die beiden sich rechtwinklig kreuzenden
Zahnstangen 37 und 37' bewegen. Die Stange 37 bewegt sich im Verhältnis zu d x und
die Stange 37' im Verhältnis zu d y.
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Die beiden Stangen 37, 37' stellen .auf der Zeichenebene die Achsen
x und y der Grundfläche dar. Sie tragen zwei kleine Stangen von kreisförmigem Querschnitt
34,34. In dem Schnittpunkt dieser Stangen ist ein Schreibstift 35 angeordnet, der
sich ebenso wie das Fahrzeug bewegt und somit den Weg des Fahrzeuges auf der Zeichenebene
aufzeichnet.
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Das Gerät kann Anwendung finden auf den Gebieten der Landesaufnahme,
des Sports, der Seefahrt, Luftfahrt und Kriegstechnik. Wenn es auf einem Schiff
oder einem Luftschiff= verwendet wird, so ist es natürlich notwendig, die Räder
i, i', die bei einem Landfahrzeug über den Boden rollen, durch zwei Wasser- oder
Luftschrauben zu ersetzen. Viele der beschriebenen mechanischen Verbindungen können
durch elektrische Verbindungen ersetzt werden.