DE59269C - Auf Widerstandsmessung beruhender elektrischer Entfernungsmesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Neuerung an dem durch Patent No. 47747 geschützten Entfernungsmesser. Diese Neuerung wird auf der beiliegenden Zeichnung durch die Fig. 1 bis 12 zur Anschauung gebracht. Von diesen Figuren sind die mit 1,2,3 ^unc^ '² bezeichneten schematische Darstellungen, während die Fig. 4 und 4 a die Gesammtanordnung der Vorrichtung in Ansicht und in einem Schnitt nach \-\ der Fig. 4 verbildlichen und die Fig. 6 bis 11 Einzelheiten darstellen, wobei Fig. 9 ein Schnitt nach y-y der Fig. ι ο und Fig. ι ο ein Schnitt nach x-x der Fig. 9 ist.

In Fig. ι wird mit T die Lage des zu bestimmenden Zieles bezeichnet; von diesem ZielT sind nach einer kurzen Grundlinie A-B Verbindungslinien T-A und T-B gedacht, worauf von dem Punkt A ein Loth auf die Verbindungslinie T-B gezogen, die Linie T-A über A hinaus verlängert und durch den Punkt A eine Parallele zur Linie' T-B gezogen wird.

Es ist dann:

AC — A T sin A TC

A T=ACcosecA TC

AC = AB sin ABC und folglich

AT=AB sin A B C cosec A T C oazr

AT=AB sin AB T cosec A TB.

Nun ist A TB = DAE. Letzterer Winkel wird durch den Bogen GH gemessen; dieser Bogen GH ist = Bogen JH — Bogen J G.

Die Halbkreisbögen JJ¹ bestehen aus leitendem Material; bei i i¹ sind Fernrohre oder Arme angebracht, von denen jedes an seinem Ende auf der Grundlinie A-B drehbar ist; bei abcd sind, die Drähte einer Wheatstoneschen Brücke angeschlossen, die in ihrem Stromkreis ein Galvanometer g und eine Batterie f einschliefst. Wenn die Fernrohre i P auf das Ziel T gerichtet sind, so hat sich der Beobachter am Fernrohr i zunächst die Länge des Bogens J G zn merken, worauf er dann das Fernrohr i so weit verschiebt, bis das Galvanometerg· keine Abweichung mehr zeigt; dies tritt ein, wenn das Fernrohr i dem Fernrohr i¹ parallel liegt und sich demnach auf dem Punkt H des Bogens J befindet. Der Beobachter liest nun die Bogenlänge JH ab, welche somit der Bogenlänge J¹ H¹ entspricht; da aber der Bogen G H gleich ist dem Bogen J¹ H¹ minus dem Bogen JG, so kann der Beobachter den Winkel D A E und. somit den Winkel ATB leicht bestimmen.

Bei dieser Bestimmung wird der Ausdruck sin ABT der oben angegebenen Gleichung nicht in Betracht gezogen. Dies ist auch nicht nöthig, wenn der Winkel ABT annähernd 90".beträgt. Weicht derselbe aber wesentlich von 90⁰ ab, so mufs der Factor sin A B T in Betracht gezogen werden. Die hierzu dienende Vorrichtung wird in folgendem näher beschrieben.

In Fig. 2 ist der Aufrifs eines Schiffes gezeigt, auf dessen Heck und Bug zwei Fernrohre i i¹ aufgestellt sind. Die durch die Fern-

S9 Z

rohre gehende Linie bildet die Grundlinie A-B. Wenn nun das Ziel T rechtwinklig zur Grundlinie A-B liegt, dann beträgt der Winkel ABT 90⁰, und es ist demnach eine Verbesserung, da der Sinus dieses Winkels =1 ist, nicht erforderlich.

Befindet sich dagegen das Ziel an der Stelle T¹, so weicht der Winkel ABT¹ bedeutend von 90° ab. Der Winkel A T¹ B kann durch die Kreisbögen JJ¹, Fig. 1, genau gemessen werden, da diese Kreisbögen den Winkel AT¹ B genau ablesen lassen. Aufserdem· mufs hier noch der sin ABT¹ in Betracht gezogen werden. Die Bestimmung der Entfernung von T¹ wird daher genau, wenn sin A B T der oben aufgestellten Formel

A T-AB sin AB T cosec A TB
berücksichtigt wird. Diese Formel kann auch umgeformt werden in:

A T= A B sin A B T

sin ATB

oder

AT=AB.

sin A TB
sin ABT

T^ . , , sin A TB . , , ■

Der Ausdruck —_:— giebt demnach die sin A B T

Gröfse an, bis zu welcher der Bogen bezw. der Widerstandskörper verlängert werden mufs. Anstatt aber das Fernrohr über den wirklichen Bogen zu verschieben, wird eine Vorrichtung angewendet, wodurch die der Bezeichnung

sin A TB , , ,, ,

—:—■ entsprechende Verbesserung selbstsin A B T

thätig bewirkt wird. In folgendem soll diese Vorrichtung, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, auseinandergesetzt werden.

Die Fernrohre i z'¹, Fig. 4 und 7, ruhen auf Trägern 5 und 6 mit Füfsen 7. In jedem der Träger 5, 6 ist eine Büchse 8 angebracht, welche einen konischen Drehzapfen q aufnimmt. Letzterer trägt ein waagrechte Stange 10 mit Lagern 11 für das Fernrohr i bezw. i¹. Die Lager 11 sind in einiger Entfernung von den Drehzapfen 10 angebracht, so dafs also jedes, der Fernrohre sowohl im senkrechten als auch im waagrechten Sinne eingestellt werden kann. Auf jedem der Träger 5, 6 befinden sich die beiden Arme 13, 14, welche die Achsenlager für einen Cylinder 16 aus Isolirmaterial bilden. Dieser Cylinder 16 ist mit einem Doppelgewinde versehen, welches aus zwei parallelen Einschnitten 17 und 18, Fig. 9, gebildet wird. In dem Einschnitt 17 ist ein Draht. 19 aus leitendem Material untergebracht, welcher als Widerstandsspule wirkt. Die Achse des Cylinders 16 besteht aus zwei metallenen Zapfen 20 und 21, welche durch die Arme 13 und 14 hindurchtreten und in den Cylinderenden befestigt sind. Auf dem Zapfen 20 ist ein Bund 22 und auf dem Zapfen 21 ein Bund 23 angebracht; mit diesen Bunden sind die Enden des Drahtes 19 verbunden. Ueber den Cylinder 16 und den Draht 19 greift eine Mutter 24 in der Weise, dafs die Erhöhung 25 des Muttergewindes den Einschnitt 18 des Cylinders 16 ausfüllt, während die dem Einschnitt 17 des letzteren entsprechende Erhöhung des Muttergewindes am. Scheitel abgeschnitten ist, so dafs ein Raum zwischen den Berührungsstellen zur Aufnahme des Drahtes 19 freibleibt. Mit der einen Seite der Mutter 24 sind zwei Stangen 27 und 28 verbunden, zwischen welchen eine an dem Träger 5 bezw. 6 befestigte Stange 29 liegt. Diese Stange dient als Führung für die Mutter 24 während ihrer waagrechten Bewegung auf dem Cylinder 16. Um einen innigen Contact mit der Führungsstange zu sichern, kann zwischen den Stangen 28 und 29 eine Blattfeder 30, Fig. 10, eingefügt werden. Auf der oberen Seite der Mutter 24 ist eine Platte 24 ^x. Fig. 9 und 10, angeordnet. Diese Platte 24^X besitzt eine schwalbenschwanzförmige Nuth zur Aufnahme eines Geilblockes 31, welcher in der La'ngenrichtung mit einer. Aussparung für einen Bolzen 33 versehen ist. Letzterer ist auf einem mit der Mutter 24 zusammengeschraubten Streifen 32 . befestigt und von einer Schraubenfeder 34 umgeben, welche somit das Bestreben hat, den Schieber 31 von der Stange 32 weg nach der rechten Seite der Fig. 10 zu drücken. Die das Fernrohr i bezw. i¹ tragende Stange ι ο reicht über den Schieber 31 weg und ist bei 35 mit einem Schlitz versehen, in welchem ein Gleitblock 36 läuft, durch welchen ein Kopfbolzen 37 hindurchtritt. Dieser ■ sitzt lose in dem Gleitblock 36 und reicht nach unten bis in den Schieber 31, in welchem er befestigt ist. An dem vorderen Ende des Schiebers 31 ist eine kleine Rolle 38 angebracht, welche durch die Feder 34 in beständiger Berührung mit der Kante einer gebogenen Stange 39, Fig. 8, gehalten wird. Im. oberen Theil der Mutter 24 sitzt aufserdem ein Bolzen 40, welcher in elektrischer Verbindung mit dem Schieber 31 und dem Draht 19 steht.

Sobald man die Mutter 24 auf dem Cylinder 16 durch Drehen des ■ letzteren mittelst seiner Kurbel 41 längsweise verschiebt, wird der Schieber 31 mitgenommen, welcher sich jedoch infolge der Einwirkung der Feder 34 quer über die Mutter wegbewegt. Die Ausdehnung dieser Querbewegung wird durch die Krümmung des Umfanges der Curvenstange 39 geregelt, denn dieser Krümmung folgt die Rolle 38 des Schiebers 31. Da' ferner der Bolzen 37 fest an dem Schieber 31 sitzt, so wird die Bewegung des Gleitblockes 36 im Schlitz 35 nicht allein durch die Bewegung der Mutter 24

■^. -Χ. ,iv,J:V-,.,.^ J.⁴'

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von dem einen Ende des Cylinders 16 zum anderen, sondern auch durch die Querbewegung des Schiebers 31 quer zum Cylinder 16 geregelt. Die Folge hiervon ist, dafs die Stellung des Bolzens 37 und folglich auch der Winkel, welchen die Stange 10 einnimmt, durch die Krümmung der Curvenstange 39 bestimmt wird. In gleicher Weise wird die Länge der Widerstandsspule 19, welche zwischen dem Bolzen 40 und den Bunden 22 oder 23 eingeschlossen ist, durch die Krümmung der Curvenstange 39 bestimmt. Man kann sonach die Curvenstange durch die derselben zu gebende entsprechende Form mit der durch die Mutter veränderten Drahtlänge und einem bestimmten Winkel, um -den die Stange 10 gedreht wird, in Beziehung setzen. Diese Richtigstellung entspricht dem Ausdruck:

sin A TB . .

—; · Dies soll in folgendem an der

sin A B T

Hand der Fig. 3 erläutert werden.

Mit- A sei der Drehpunkt des Fernrohres i bezw. i¹ bezeichnet, welches sich, über den Bogen IJ fortbewegt; PR sei die Achse des Cylinders 16 und somit der Weg für die Mutter 24. Von dem Punkt A ist eine Linie A-G¹ rechtwinklig zur Linie P-R gezogen. Da in der Vorrichtung Fernrohr und Mutter auf dem Cylinder 16. mechanisch mit einander verbunden sind, so veranlafst die durch die Drehung des Cylinders hervorgerufene geradlinige Bewegung der Mutter eine Winkelbewegung des Fernrohres. An den gegenüberliegenden Seiten von dem durch die Linie ^4-G¹ gebildeten Schnittpunkt sind Eintheilungen 1,2,3 in gleichem Abstaride von einander gemacht. Es wird nun angenommen, dafs jede Zahl einen Bogengrad darstellt; aufserdem entsprechen bestimmte Längen der Linie P-R bestimmten. Längen des Bogens // und folglich auch bestimmte Winkelbewegungen diesen Bogenlängen. Die Längen auf der Linie P-R, welche hier

in Betracht kommen, werden durch —_:—■ _. _

sin A B T-

bezeichnet. Es mufs sich nun, während das Fernrohr aus der Stellung A G in die Stellung A¹ gedreht wird, der über die Linie P-R fortbewegte Körper um so viel mehr entfernen, wie G¹Wi ausmacht. Diese Entfernung G¹ m wird durch den Sinus des Winkels G A¹ dividirt durch den Sinus eines anderen Winkels ausgedrückt. Wird nun angenommen, dafs der Winkel G.4¹ — i° beträgt, der andere Winkel jedoch 90⁰, so ist

sin A TB sin i° . ₀

sin A B T ⁼ Ί ' = sin ι .

Die Entfernung von G¹ nach m ist demnach gleich sin 1 ° oder gleich dem Sinus des Bogens des Winkels GA¹. Diese Entfernung wird nach beiden Seiten von G¹ auf der Linie P-R aufgetragen. Es wird nun das Fernrohr in die Stellung A¹ gebracht; die auf der Linie P-R

abzugreifende Entfernung wird durch —_;—-—^

■ sm 89

ausgedrückt. Da der Sinus von 89⁰ ein Bruch ist, so ergiebt sich, dafs die abzugreifende wirkliche Entfernung m η gröfser als die Entfernung G¹Wi ist. Das Fernrohr wird nun in die Lage Ĺ gebracht; man hat dann folgende Form:

Nach Ausrechnung der Formel

sin 88

findet man die Entfernung no, welche gröfser als die vorher bestimmte Entfernung in η ist. Man hat auf diese Weise auf der Linie P-R die Entfernung G¹Wi, mn und η ο bestimmt, welche die Lagen darstellen, die der Körper auf besagter Linie einnehmen mufs, während das Fernrohr sich in den Stellungen A^A^-A³ befindet. Hieraus folgt, dafs bei einer Vereinigung des Fernrohres mit dem Gleitkörper die Vereinigungsstelle beider der gekrümmten Bahn folgen mufs, welche an der Schnittstelle der die verschiedenen Fernrohrstellungen darstellenden Linie und der senkrecht zur Linie P-R an den Punkten mn 0 gezogenen Linie liegt. Man braucht daher nur an den Punkten mn ο Senkrechte zu fällen, die Linie A^x-A^-A^% bis zu diesen Senkrechten zu verlängern und schliefslich die Curve durch die Schnittpunkte MN O zu ziehen.

Bewegt sich nun ein Körper längs der Linie P-R allmälig über die ungleichen Entfernungen G¹m,mn,no und wird dieser Körper mit einem bei A drehbaren Fernrohr gelenkig verbunden, und mufs sich ferner die Verbindungsstelle über die Curve MNO fortbewegen, dann bewegt sich auch das Fernrohr über gleiche Bogenabschnitte G¹G^ G³, trotzdem die Thatsache besteht, dafs der Gleitkörper auf der Linie P-R sich über ungleiche Zwischenräume fortbewegt. Wenn daher umgekehrt ein bei A drehbares Fernrohr an einem auf der Linie P-JR frei gleitenden Körper eingelenkt ist und die gelenkige Verbindungsstelle gezwungen wird, sich längs der Curve MNO zu bewegen, dann wird bei gleichen Winkeln, über welche das Teleskop sich fortbewegt, der Gleitkörper auf der Linie P-R ungleiche Zwischenräume durchlaufen. Es steht demnach die Ungleichheit dieser Zwischenräume PR in Beziehung zu dem Verhältnifs zwischen dem Sinus des Winkels, über welchen das Fernrohr weggeht, und dem Sinus des anderen Winkels.

In der vorbeschriebenen Weise ist nun die Curvenstange 39, Fig. 6, angeordnet. Der Rand dieser Stange entspricht der Curve MNO der Fig. 3. Der Bolzen 37 befindet sich am Orte der Verbindung der drehbaren Stange 10 und der Gleitmutter 24; es wird demnach die Bahn dieser Orte infolge der angegebenen Anord-

£9

nung durch den convex en Rand der Stange 39 vorgeschrieben.

Die Einschaltung der beiden Fernrohre i i¹ nebst den vorstehend beschriebenen Theilen in die Wh eats tone'sehe Brücke und die Anordnung der übrigen elektrischen Verbindungen zur Bestimmung der Entfernung in der nach dem Patent No. 47747 vorzunehmenden Weise ist in Fig. 4 dargestellt. In einen Tragrahmen 42 sind die beiden Drähte 43 und 44 gespannt; Draht 43 ist an seinem Ende mit der Stellschraube 45 verbunden und steht mit der Klemme 46 in Verbindung, während der Draht 44 mit der Stellschraube 47 und Klemme 48 verbunden ist. An ihren anderen Enden sitzen die Drähte 43 und 44 auf einer Isolirrolle 49. Das Ende des Drahtes 44 schliefst sich an die Klemme 50 und das Ende des Drahtes 43 an die. Klemme 51 an. Aufserdem ist in dem Rahmen 42 eine Metallstange 52 mit zwei federnden Contacten 53 und 53^x untergebracht, welche sich gegen die Drähte 43, 44 legen und von dem Gleitstück 63 der Stange 52 getragen werden. Der Contact 53 wird durch einen Isolirhlock von dem Gleitstück 63 getrennt (Fig. 4a) und legt sich aufserdem gegen einen Metallstreifen 54, welcher am Rande des Rahmens 42 angebracht und mit der Klemme 55 verbunden ist. Die Stange 52 tritt mit der Klemme 56 in Verbindung. Zwischen den Klemmen 55 und 56 ist das. Galvanometer g eingeschaltet. Von der Batterie f geht der Strom zunächst nach der Klemme 57 des Drehzapfens 9 der auf dem Träger 5 angebrachten Stange 10, von da nach letzterer, dem Bolzen 40 und dem Draht 19. Der Strom theilt sich nun; ein Theil geht vom Bolzen 40 nach Klemme 58 des Lagerarmes 14, ein anderer Theil dagegen von der Klemme 59 nach dem Lagerarm 13. Von letzterem aus geht der Stromkreis durch Draht α nach Klemme 46, Draht 43, Klemme 51 und Draht b nach Klemme 60 des Lagerarmes 13 auf dem Träger 6, von hier über Draht 19 nach Stange 10. des Fernrohres z¹ und nach der Klemme am Drehzapfen dieses Fernrohres und so zurück nach der Batterie f. Der Strom geht ferner von der Klemme 58 auf Träger 5 durch Draht c nach der Klemme 50, Draht 44, Klemme 48 und von da durch Draht d nach Klemme 62 und so durch Drähte 19 nach Klemme 61 und wieder zurück zur Batterie f.

Wenn die Contacte 53 und 53^x in ihre äufserste Stellung rechts von den Drähten 43 und 44 geschoben und die beiden Fernrohre i und z'¹ rechtwinklig zu dem Cylinder 16 eingestellt werden (Fig. 12), so sind die Widerstände in den vier Gliedern α b c d der Wheatstone'schen Brücke gleich. Es ist dann ein elektrischer Ausgleich vorhanden und das Galvanometer g zeigt keine Ablenkung. Nun werden die auf einer Grundlinie, welche der Achse des Cylinders 16 parallel ist, angeordneten Fernrohre auf das Ziel T gerichtet, um die Entfernung zu messen. Die Fernrohre befinden sich dann in der punktirt angegebenen Stellung; infolge des Wechselns der Stellung des Fernrohres i wird das Glied α der Brücke bezüglich seiner Länge und folglich auch seines Widerstandes vergröfsert, während Glied c abnimmt; in gleicher Weise wird auch durch das Fernrohr z'¹ Glied d vergröfsert und Glied b verkleinert. Der Ausgleich in der Brücke ist also nun nicht mehr vorhanden und der Unterschied im Widerstände, welcher das Gleichgewicht aufgehoben hat, entspricht dem Unterschied zwischen den Längen der Leiter auf den beiden Cylindern 16, über welche die Muttern 24 beim Einstellen des Fernrohres weggeglitten sind. Wenn nun die Contacte 53 und 53^x nach links geschoben, werden, so tritt eine Vergröfserung von b und c und eine Verkleinerung von a' und d ein; man braucht daher, wie ersichtlich, nur die Contacte 53 und 53* um ein gewisses Stück zu verschieben, um einen solchen Ausgleich in der Brücke zu schaffen, dafs das Galvanomeier Null zeigt. Die von den Contactstücken 53 und 53^x zurückgelegte Entfernung kann man von einer Scala am Träger 42 ablesen. Da diese Entfernung den Unterschied in den Längen der Leiter, welche in die Brückenglieder nach dem Wechsel der Stellung des Fernrohres eingefügt worden sind, mifst, und da dieser· Längenunterschied, wie nachgewiesen, umgekehrt proportional der Entfernung des Zieles ist, so ergiebt sich, dafs die Eintheilung auf dem Träger 42 so eingerichtet werden kann, dafs sie die Entfernung angiebt.

Claims (1)

1. Patent- Anspruch :

   An dem durch Patent No. 47747 geschützten Entfernungsmesser die Verbindung der auf das Ziel gerichteten Fernrohre mit je einer von einer Widerstandsspule 19 umgebenen drehbaren Schraube 16, deren Mutter einen an die Tragstange ι ο des Fernrohres angelenkten Schieber 31 hat, welcher sich gegen eine Curvenführung von solcher Krümmung legt, dafs die Mutter 24 bei gleichen Winkelbewegungen der Fernrohre ungleich grofse Zwischenräume durchläuft, und die Widerstände in der Wheat stone'schen Brücke derartig vergröfsert werden, dafs die zu messende Entfernung bei jeder Lage des Zieles auf einer entsprechend eingerichteten Scala genau angegeben wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.