DE604531C - Einrichtung zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten oder Kreisfunktionen - Google Patents

Einrichtung zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten oder Kreisfunktionen

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DE604531C
DE604531C DEG82161D DEG0082161D DE604531C DE 604531 C DE604531 C DE 604531C DE G82161 D DEG82161 D DE G82161D DE G0082161 D DEG0082161 D DE G0082161D DE 604531 C DE604531 C DE 604531C
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DE
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switch
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DEG82161D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Robert Helwig
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Siemens APP und Maschinen GmbH
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Siemens APP und Maschinen GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G11/00Details of sighting or aiming apparatus; Accessories

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten oder Kreisfunktionen Die Umwandlung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten läßt sich mit einem bekannten Getriebe ohne Schwierigkeiten, durchführen, bei welchem eine Schraubenspindel in einem Bügel schwenkbar gelagert ist und ein auf ihr axial verschiebbar angeordneter Stein in zwei Schlitzführungen eingreift, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Verschiebung jedes der beiden Schlitten stellt eine der beiden kartesischen Koordinaten dar, die sich durch Umwandlung der Polarkoordinaten ergeben, welche der Schwenkung der Schraubenspindel und der wirksamen Spindellänge entsprechen. Hingegen war es bisher nicht möglich, eine derartige Einrichtung umgekehrt zur Umwandlung von kartesischen, Koordinaten in Polarkoordinaten zu verwenden, ein Fall, der beispielsweise für artilleristische Zwecke zur Ermittlung derjenigen Einstellungen eines Geschützes o. dgl. nach Höhe und Seite, welche zum Treffen des beweglichen Zieles oder zur Erreichung von Zwischenwerten erforderlich sind, vorliegt.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, eine nach dem vorstehend angedeuteten Prinzip arbeitende Einrichtung zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten brauchbar zu machen.. Gemäß der Erfindung enthalten zwei Steuerschalter für die beiden Antriebsmaschinen, von, denen die eine die Schwenkung und die andere die Verschiebung eines Organs, z. B. einer Schraubenmutter mit Stift bewirkt, einen entsprechend den umzuwandelnden kartesischen Koordinaten verstellbaren Teil und einen von einem der beiden, Schlitten verstellten Teil derart, daß jede der beiden Antriebsmaschinen so lange das Organ verstellen, bis die beiden Teile des Steuerschalters wieder die Ausgangsstellung einnehmen. Erfindungsgemäß ist zusätzlich noch in den Steuerstromkreisen beider Antriebe ein. Springschalter eingefügt, welcher in jedem Quadranten des Schwenkbereiches des Organs die Arbeitsweise der-Antriebe nach besonderen Gesetzen einschaltet.
  • Auf der Zeichnung ist ein, Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung dargestellt. Ein. Schneckenrad i ist durch eine Schnecke 2 drehbar; an dem Schneckenrad i ist ein Bügel 3 befestigt, in, welchem eine Schraubenspindel q. drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Schraubenspindel q. erfolgt mittels zweier Kegelräder 5, von denen das eine auf der Schraubenspindel festgekeilt ist, während das andere auf einer Achse 6 befestigt ist, die durch eine zentrale Bohrung des Schneckenrades i hindurchragt. Auf der Schraubenspindel q. ist eine Mutter 7 axial verschiebbar angeordnet. Ein auf der Mutter 7 befestigter Stift 8 greift gleichzeitig in die Schlitzführungen g und io zweier Schlitten x1 und 12 ein., welche senkrecht zueinander verschiebbar gelagert sind.
  • Die bisher beschriebene Einrichtung ist ihrem Aufbau nach bekannt. Sie konnte bisher nur dazu verwendet werden, um Polarkoordinaten in, kartesische Koordinaten umzuwandeln. Die Polarkoordinaten wurden durch den Schneckenantrieb 2, 1 und durch die Welle 6 als Schwenkung der Schraubenspindel 4 und Veränderung ihrer wirksamen Spindellänge eingeführt, und die entsprechenden kartesischen Koordinaten waren, durch die bei der erwähnten Verstellung auftretenden Verschiebungen der beiden Schlitten il und 12 gegeben.
  • Um eine derartige Einrichtung nun auch umgekehrt zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in PoIarkoordinaten brauchbar zu machen, sind in dem Beispiel die im folgenden beschriebenen, zusätzlichen Teile vorgesehen.
  • Zwei Steuerschalter 13 und 14, welche zur Einstellung der umzuwandelnden kartesischen Koordinaten dienen, enthalten, je einen entsprechend diesen Koordinaten verstellbaren Teil 13' und 14' und einen damit zusammenarbeitenden zweiten Teil I3" und 14", welcher von den Schlitten x1 und 12 verstellt wird. Die Teile 13' und 14' sind als Kontaktfedern ausgebildet, die Teile I3" und 14" als Gegenkontakte. Die Gegenkontakte 13" werden von dem Schlitten 12 über die Zahnräder 15 und 16 angetrieben, während die Gegenkontakte 14" unmittelbar an dem Schlitten il befestigt sind. Die untere Seite des Schlittens 12 und der Umfang der Gegenkontakte 13" ist dabei mit Verzahnung versehen. Die beiden, Steuerschalter 13 und 14 dienen zur Veränderung des Antriebes des Schneckenrades i und der Sahraubenspindel4 dadurch, daß in dem Beispiel mittels dieser Steuerschalter über einen zusätzlichen Springschalter 17 zwei elektrische Wendegetriebe 18 und 1g beeinflußt werden, über welche zwei ständig, möglichst mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufende Motoren zo und 21 auf die Organe 1 und 4 einwirken. Die beiden elektrischen Wendegetriebe, welche z. B. als elektromagnetische Kupplungen ausgebildet sein, können, enthalten. in dem Beispiel je zwei Elektromagnetwicklungen 18' und 18" sowie 1g' und 1g", die mit je einem Ende mittels der Leitung?,?, an dem einen. Pol einer Gleichstromquelle 23 angeschlossen sind. Die anderen Enden der Wicklungen 18', 18", 1g' und xg" sind zu je einer von vier ruhenden Kontaktanordnungen 246, 241, 256 und 251 geführt, die in dem Springschalter 17 unter sich um j e go ° versetzt angeordnet sind. An der Welle 17' des Springschalters 17 sind vier ebenfalls unter sich um je go° versetzte Kontaktarme 176, 17b, 17° und 1711 befestigt, welche über Schleifbürsten 266, 26b, 26° und 26d an die Stromquelle gelegt sind und mit den, vorerwähnten Kontakten 24d, 2e, 256 und 25b zusammenarbeiten. Die beiden Schleifbürsten 266 und 26° sind mittels Leitungen 27 und 28 an die beiden durch eine Unterbrechungsstelle 2g getrennten Teile des Gegenkontaktes 14" verbunden, während die Schleifbürsten 26b und 26d mittels Leitungen 30 und 31 an die durch Unterbrechungsstellen 32 und 33 getrennten, Hälften des Kontaktringes 13" gelegt sind. Die beiden Kontakte 13' und 14 sind mittels der Leitungen 34 und 35 an, den zweiten Pol der Stromquelle 23 angeschlossen. Der Antrieb des Springschalters 17 wird durch den Motor 2o über das elektrische Wendegetriebe 18 mittels einer =Schnecke 36 und eines Schneckenrades 37 bewirkt. Der Schalter 17 hat insgesamt nur vier Stellungen, die durch die Gegenkontakte 246, 24b, 256 und 25b gekennzeichnet sind, und die auf der Welle 17' befestigten Kontaktarme 176 bis 17,1 werden über den Schneckentrieb 36, 37 sPruRgweise von der einen der vier möglichen Stellungen in. die andere überführt.
  • Die Wirkungsweise der, dargestellten Einrichtung ist wie folgt Der Kontaktarm Ig' wird entsprechend der einen umzuwandelnden kartesischen Koordinaten gedreht und der Kontakt 14' gleichzeitig entsprechend der zweiten. Die Verstellung der beiden Kontakte I3' und 14 kann entweder von Hand oder durch irgendwelche selbsttätig arbeitende Einrichtungen erfolgen. Durch solche Verstellungen gelangen die beiden Kontakte aus ihren durch die Unterbrechungsstellen 32 -und 33 bzw: 2g gekennzeichneten Nullstellungen z. B. in die gezeichneten Stellungen. In diesen Stellungen kommen folgende Stromkreise zustande: Stromquelle 23, Leitung 34, Kontakt 13' Kontaktsegment I3", Leitung 31, Kontaktfeder 26b, Kontaktarm 17b, Gegenkontakte 2q.1, Magnetwicklung 18" und über die .Leitung 22 zurück zum anderen Pol der Stromquelle 23. Die in diesem Stromkreis liegende Elektromagnetwicklung 18" bewirkt, daß der ständig laufende Motor 2o über das Wendegetriebe 18 und die Schnecke 2 das Schneckenrad i dreht und dadurch die Spindel 4 mit dem Arm 8 schwenkt, so daß sich die beiden Schlitten 1i und i2 verschieben und dadurch die mit ihnen gekuppelten Gegenkontakte I3" und 14" verstellen. Gleichzeitig wird auch über den, Schneckentrieb 36, 37 der Springschalter 17 angetrieben, der aber erst, wenn das Schneckenrad 37 um 9o° verstellt ist, in die nächste Schalterstellung übergeht.
  • Gleichzeitig mit denbeschriebenenSchaltungsvorgängen ist auch "noch von dem einen Pol des Gleichstromnetzes 23 über die Leitung 35, den Kontakt 14, den Gegenkontakt 14", die Leitung 27, die Schleifbürste a66, den Kontaktarm 176, den Gegenkontakt 256, die Wicklung ig' und die Leitung 22, die zum anderen Pol des Gleichstromnetzes 23 führt, der Erregerstromkreis der Wicklung =g' zustande gekommen, so daß der Motor 21 über das elektrische Wendegetriebe =g die. Kegelräder 38 (ein Rückstellgetriebe ist der bersicht halber fortgelassen), die Welle 6, die Kegelräder 5, die Schraubenspindel 4 dreht, so daß sich ihre Schraubenmutter 7 mit dem Stift 8 in axialer Richtung verschiebt. Dadurch wird ebenfalls eine Verstellung der Schlitten =i und 12 und der mit ihnen gekuppelten Gegenkontakte 13" und 14" bewirkt.
  • Die Verstellung der Schlitten =i und 12 ist dann beendet, wenn die Kontakte 13' und 14 wieder in den Unterbrechungsstellen 32, 33 bzw. 29 stehen.
  • Die gesuchten Polarkoordinaten können beispielsweise mittels einer auf dem Schneckenrad i angebrachten Teilung 39 gegenüber einer feststehenden Marke 40 und mittels einer von dem Motor 21 über das Wendegetriebe =g und das Schneckenrad 41 angetriebenen Teilung 42 gegenüber einer festen Marke 43 abgelesen werden.
  • Wird das Schneckenrad 37 des Springschalters um mehr als go° aus der Ausgangsstellung gedreht, so springen die Kontaktarme 17a und 171 sowie =7c und 17,1 aus der gezeichneten Stellung in die nächstfolgende, in welcher der Kontaktarm 1711 die Gegenkontakte 245 und der Kontaktarm =7b die Gegenkontakte 255, der Kontaktarm =7c die Gegenkontakte 24a und der Kontaktarm =7d die Gegenkontakte 25a berühren. Dadurch kommt eine Umschaltung für die Magnetwicklungen 18" und =g' auf die Magnetwicklungen 18' und =g" nach bestimmter Gesetzmäßigkeit zustande. Zur Erläuterung dieser Gesetzmäßigkeiten sind an dem Schneckenrad i die Stellungen o', go °, =8o ° und 27o' vermerkt. Befindet sich die Spindel 4 in dem Bereich 45' bis :135', so ist durch entsprechende Anordnung der Kontakte des Springschalters 17 dafür Sorge getragen, daß eine gewünschte Verschiebung 13' des Schlittens i2 nach rechts eine Rechtsdrehung des Schneckenrades i und eine Verschiebung in umgekehrter Richtung eine Linksdrehung zur Folge hat. Eine gewünschte Bewegung (Kontakt i4') des Schlittens =i in Richtung nach oben hat eine Auswanderung der Spindelmutter 7 und eine Verschiebung des Schlittens =i in umgekehrter Richtung eine Verringerung der wirksamen Spindellänge zur Folge. Für den Bereich 135' bis 225' gelten folgende Bedingungen Eire gewünschte Bewegung des Schlittens I2 nach rechts hat eine Verringerung der wirksamen Spindellänge zur Folge und eine umgekehrte Verschiebung eine Vergrößerung der wirksamen Spindellänge. Eine gewünschte Bewegung des Schlittens Il nach oben hat eine Rechtsdrehung des Schneckenrades = und eine Verstellung nach unten eine Linksdrehung zur Folge.
  • Im Bereich 225' bis 315' entspricht eine Bewegung des Schlittens 12 nach rechts einer Linksdrehung des Schneckenrades i und eine Verschiebung des Schlittens =i nach oben einer Verringerung der wirksamen Länge der Schraubenspindel 4. Schließlich gelten für den Bereich 315' über Null hinaus bis 45' die Bedingungen, daß eine gewollte Bewegung des Schlittens 12 nach rechts eine Auswanderung der Spindelmutter 7, also eine Vergrößerung der wirksamen Spindellänge zur Folge hat, und daß durch eine gewollte Verschiebung des Schlittens =i nach oben eine Linksdrehung des Schneckenrades i bedingt ist.
  • Sind die vorstehend erwähnten Bedingungen durch zweckentsprechende Ausbildung des Springschalters 17 erfüllt und ist außerdem auch dafür gesorgt, daß die Drehung der Schraubenspindel 4 wesentlich schneller erfolgt als die Drehung des Schneckenrades i, so arbeitet die Einrichtung einwandfrei und liefert z. B. an den Anzeigevorrichtungen, 39, 4o und 42. 43 die richtigen Werte für die Polarkoordinaten.
  • Der Springschalter 17 schaltet jedesmal, wenn das Schneckenrad i mit der Schraubenspindel 4 die Stellungen 45, 135, 225 und 315' ° überschreitet, um, und zwar momentan.. Gewünschtenfalls kann man auch eine gewisse Verzögerung an dem Schalter 17 einstellen, die bis zu 45' Drehung des Schneckenrades i entsprechen kann. Durch eine solche Schaltüberlappung ist auch in den Umschaltstellungen ein einwandfreies Arbeiten verbürgt.
  • Die neue Einrichtung arbeitet selbsttätig, so daß sie keinerlei Wartung bedarf. Das Ergebnis ist genau, das sie vom Schnellen ins Langsame übersetzt. Wesentlich ist weiter, daß die Ergebnisse an Teilen abgenommen werden können, die sich mit verhältnismäßig großen Kräften verstellen und daß daher der neue Koordinatenwandler zu gleicher Zeit auch als Kraftverstärker wirkt. Die angegebene Koordinatenumwandlung läßt sich auf sämtliche Kreisfunktionen zur Anwendung bringen. Bezeichnet man z. B. in einem rechtwinkligen Dreieck die Katheten mit a und b und den einen spitzen Winkel mit a, so besteht bekanntlich die Beziehung: b=a#tga Um diese Beziehung auszuwerten, wird a als eine kartesische Koordinate am Kontakt 13' eingeleitet; die andere kartesische Koordinate (Kontakt 14') wird so lange verstellt, bis das Schneckenrad i auf dem gewünschten Winkel a steht. Die Verstellung des Kontaktes 14 muß dann gleich dem gesuchten Wert b = a . tg a sein.
  • In entsprechender Weise kann man auch andere Kreisfunktionen (Sinus-, Cosinus- und Cotangensfunktionen) auswerten.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten oder Kreisfunktionen unter Anwendung zweier Schlitten, die durch ein schwenkbar und verschiebbar gelagertes Organ in sich kreuzenden Richtungen verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuerschalter (13, 14) für die beiden Antriebsmaschinen (2o, 18 und 21, ig), von denen die eine (2o, 18) die Schwenkung und die andere (2i, ig) die Verschiebung des Organs (7, 8) bewirkt, einen entsprechend den umzuwandelnden kartesischen Koordinaten verstellbaren Teil (13' und 14') und einen von den Schlitten (11, 12) verstellten Teil (13" und 14") enthalten, derart, daß jede der beiden Antriebsmaschinen. so lange das Organ. (7, 8) verstellt, bis die beiden Teile des Steuerschalters wieder in die Ausgangsstellung gelangt sind, wobei in den Steuerstromkreis' ein Springschalter (17) zusätzlich eingeschaltet ist, welcher in, jedem Quadranten des Schwenkbereiches des verschiebbar und schwenkbar gelagerten Organs (7, 8) die Arbeitsweise der beiden Antriebe nach der vorgeschriebenen Gesetzmäßigkeit umschaltet.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Springschalter (17) durch den die Schwenkung des Organs (7, 8) bewirkenden Antrieb (2o, 18) gleichzeitig mitverstellt wird.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch x oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Springschalter (17) in der Mitte jedes Quadranten des Schwenkbereiches des Organs (7, 8) dessen Antrieb umschaltet.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Steuerschalter (13, 14) mit verstellbaren Kontakten (13' und 14) ) und durch die Schlitten (i2, ii) verstellten Gegenkontakten (13" und 14") zusammen mit einem Springschalter (17) elektrische Wendegetriebe (18 und ig) schalten, über welche zwei ständig laufende Motoren (2o, 21) das die Schlitten (11, 12) verstellende Organ (7; 8) antreiben. .
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