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Verfahren und Einrichtung zur laufenden Vorausbestimmung des Wertes
einer veränderlichen Größe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignete Einrichtung zur laufenden Vorausbestimmung einer veränderlichen
Steuergröße (z. B. für einen Motor), eines nach Ablaufen einer gewissen Zeitspanne
zu erwartenden Lagewertes (z.B-.Entfernung oderRichtung), eines beweglichen Zieles
oder ähnlicher sich unregelmäßig ändernder Werte.
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Derartige Vorausbestimmungen veränderlicher Werte erfolgen bisher
auf Grund der Gegenwarts-,verte für die betreffende Größe unter Zuhilfenahme der
zeitlichen Änderung oder einer anderen Funktion des gegenwärtig vorhandenen oder
zu einem früheren Zeitpunkt gehörenden, beispielsweise durch Messung bestimmten
Wertes der veränderlichen Größe. Diese Vorausbestimmungen sind nur dann richtig,
wenn die betreffende Größe sich gleichmäßig, z. B. mit konstanter Geschwindigkeit,
ändert. Dies ist aber meist nicht der Fall.
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Um nun trotz ungleichmäßiger Änderungen der jeweils in Betracht kommenden
Größe, z. B. der Steuergröße eines Motors, eines Ziellagenwertes o. dgl. eine richtige
oder doch mit größter Annäherung richtige Vorausbestimmung von zukünftigen Werten
dieser Größe mit verhältnismäßig einfachen Mitteln zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß
der Bestimmung der zukünftigen Größe außer dem zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen
Wert die Änderung dieser Größe zugrunde gelegt, die nicht zu dem gegenwärtigen oder
einem früheren Meßwert gehört, sondern zu einem Zeitpunkt, der in oder nahe der
Mitte liegt zwischen dem zukünftigen Zeitpunkt, für den der Wert vorauszubestimmen
ist, und demjenigen Zeitpunkt, für den der Wert gemessen wurde.
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Solange die ihrem Wert nach vorauszubestimmende Größe eine Bewegung
betrifft, die durch eine Kurve konstanter oder nahezu konstanter Krümmung dargestellt
werden kann, wird das neue Verfahren schon dann sehr genaue Annäherungswerte liefern,
wenn der Zeitpunkt, zu dem die Änderung der Größe-gehört, in der Mitte liegt zwischen
dem zukünftigen Zeitpunkt, für den der Wert vorauszubestimmen ist, und dem Zeitpunkt,
in welchem der Wert gemessen wurde. Zeigt dagegen die Kurve, welche die einzelnen
Werte der Größe zu den verschiedenen Zeitpunkten wiedergibt, eine zunehmende oder
abnehmende Krümmung, so kann es zweckmäßig sein, der Ermittlung nicht die zu einem
mittleren Zeitpunkt gehörende Änderung -der Größe zugrunde zu legen, sondern hierfür
einen
Zeitpunkt zu wählen, der demgegenüber um einen kleinen Betrag früher oder später
liegt. , In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Fig. i und 2 in graphischer Darstellung die Grundlagen des Verfahrens
und zweier Einrichtungen zu dessen Ausübung, Fig. 3 und 4 in schematischer, teils
körperlicher Darstellung die Einrichtungen selbst. Bewegt sich ein Zielpunkt gegenüber
einem Beobachtungspunkt, der ortsfest oder selbst beweglich sein kann, so besitzen
diese beiden Punkte in jedem Moment einen bestimmten (meßbaren) gegenseitigen Abstand.
Durch Abtragen der Zeiten als Abszissen und. der Entfernungen als Ordinaten in einem
rechtwinkligen Koordinatensystem möge z. B. die in Fig. i dargestellte Kurve A entstanden
sein. Diese Kurve wird zweckmäßig durch einen in Abhängigkeit von der Entfernung
gesteuerten, z. B. mit einem Entfernungsmesser verbundenen Schreibstift auf eine
gleichförmig bewegte Papierbahn gezeichnet. Nach Ablauf der Zeit T ist die stark
ausgezogene Kurve niedergeschrieben. Wird jetzt diese Kurve von Hand um den der
halben Geschoßflugzeit 2f entsprechenden Betrag bis zur Ordinate E' derart verlängert,
daß die von Hand gezeichnete Kurve die stetige Fortsetzung der selbsttätig gezeichneten
bildet, hierauf die Tangente B an den neuen Kurvenendpunkt C gelegt und die Parallele
D zur Tangente B durch den der Zeit T entsprechenden Punkt F der Kurve gezogen,
so gibt diese als Schnittpunkt mit einer Ordinate x, deren Lage der um die gesamte
Geschoßflugzeit vermehren Zeit T + tr entspricht, die nach Ablauf .der Geschoßflugzeit
tf zu erwartende Größe x der Zielentfernung E an.
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Anstatt einen noch nicht gezeichneten Kurvenwert in der eben beschriebenen
Weise zur Bestimmung der voraussichtlichen Entfernung nach Ablauf der Geschoßflugzeit
zugrunde zu legen, kann auch ein zeitlich vor der Ordinate für T liegender, also
bereits vorhandener Kurvenpunkt verwendet werden. Dieser Fall wird an Hand der Fig.2
beschrieben.
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Die Kurve H möge in der Zeit T bis zu dem Punkt I gezeichnet
sein. Der um die Ger schoßflugzeit tf verminderten Zeit T-tt entspricht der Kurvenpunkt
K. Legt man die Tangente im Punkte T an die Kurve H und zieht hierzu
die Parallele L durch den Punkt K, so wird diese als Schnittpunkt mit der der Zeit
T + t, zugeordneten Ordinatex auf dieser die der Entfernung nach Ablauf der
Geschoßflugzeit tt angenähert entsprechende Strecke abschneiden, Von den Ausführungsbeispielen
liegt der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung das Prinzip nach Fig. i, der in Fig.
4 dargestellten das nach Fig. 2 zugrunde. In Fig. 3 bezeichnet i eine Kurbel, mit
deren Hilfe über eine Schnecke 2 eine Skalenscheibe 3 so eingestellt wird, daß eine
feste Marke 4 die augenblickliche Zielentfernung angibt. .Die Einrichtung kann auch
so getroffen sein, daß die Marke 4 mit einem Schneckenrad verbunden ist und als
Folgezeiger mit dem von einem Entfernungsmesser aus selbsttätig verstellten Zeiger
5 in Deckung gehalten wird. Die Drehungen der Kurbel i werden über ein Stirnrad
6 auf einen als Zahnstange ausgebildeten Träger 7 eines Schreibstiftes 8 übertragen.
Der Träger 7 ist zu diesem Zweck in ortsfesten Führungen 7a verschiebbar gelagert.
Der Schreibstift 8 legt sich gegen einen Registrierstreifen 9, der mit Hilfe eines
nicht dargestellten Uhrwerkes in Richtung des eingezeichneten Pfeiles gleichförmig
weiterbewegt wird. Durch eine Kurbel io kann ein Ritzel ioa gedreht werden, mit
dem der als Zahnstange ausgebildete Träger ii einer Marke 12 in Eingriff steht.
Das Teil i i ist in Richtung der Ordinaten verschiebbar in einer Führung 13 gelagert,
die selbst in ortsfesten Führungen 13a in der Abszissenrichtung (Transportrichtung
des Registrierstreifens 9) verschoben werden kann. Diese Verschiebung wird durch
einen Kurvenzylinder 14 gesteuert, der auf der Welle 6a des Zahnrades 6 befestigt
ist und in dessen Kurvennut ein an der Führung 13 befestigter Stift i36 eingreift.
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Die Bewegung der Kurbel io und damit des Trägers i i der Marke 12
wird über Kegelräder 15 und 16 auf einen Zeiger 17 überträgen. Ein diesem Zeiger
17 zugeordneter Folgezeiger i8 ist auf einem Schneckenrad i9 angebracht, das durch
eine Schnecke 20 in Umdrehung versetzt werden kann. Diese Umdrehung wird von dem
mit konstanter Drehzahl umlaufenden Motor 2r bervorgebracht und über ein Reibradgetriebe
einreguliert, das. aus einer Planscheibe 22, einem Reibrädchen 23 und einem auf
der Achse 2oa der Schnecke 2o befestigten Zylinder 24 besteht. Das Reibrädchen 23
ist in an sich bekannter -Weise auf einer gegen Drehung gesicherten, nicht dargestellten
Mutter derart gelagert, daß es durch Drehen einer mit der Spindel 25 verbundenen
Kurbel 26 verschoben wird.
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Die zum Einregulieren der Nachlaufgeschwindigkeit des Folgezeigers
18 erforderlichen Umdrehungen der Kurbel 26 werden über Kegelräder 27 und. 28 und
Welle 29 in ein Multiplikationsgetriebe 30 übertragen. Dieses Getriebe erhält
andererseits eine Einstellung durch die Verschiebung der Führung
13,
die zu diesem Zweck als Zahnstange ausgebildet ist und mit einem Zahnrad 31 in Eingriff
steht. Da die Einstellung der Führung 13 dem Wert
, die Einstellung des Reibrädchens 23 dagegen dem Wert
entspricht, wird das Produkt
oder nach Multiplikation mit 2 der Wert tf -
gebildet. Diesem Wert entsprechend wird die Welle 31a eingestellt, die über
Kegelräder 31 bis 35 und über ein Planetenrad 36 diese Einstellung auf die Welle
37 überträgt. Letztere erhält eine weitere Einstellung entsprechend dem gemessenen
Wert der Entfernung über das mit der Achse 6a fest verbundene Kegelrad 38 und die
weiteren Kegelräder 39 und 40. Die Drehung der Welle 37 entspricht somit jetzt der
Summe dE' x - E -i- tf . dt .
Der Wert entspricht hierbei der
-Geschwindigkeit,
die nach Ablauf der halben Geschoßflugzeit herrscht. Mittels einer Schnecke 41 und
eines als Skalenscheibe 42 ausgebildeten Schneckenrades kann dieser Wert an einer
festen Marke 43 zur Anzeige gebracht oder in an sich bekannter Weise auf ein Registrierorgan,
eine Steuereinrichtung oder einen Fernmeldegeber übertragen werden.
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Die Einrichtung wäre wie folgt zu, bedienen: Mittels der Handkurbel
i oder auch selbsttätig von einem Entfernungsmesser aus wird der Schreibstift 8
dauernd auf den, der Entfernung entsprechenden Wert eingestellt. Dabei wird mittels
des Kurvenzylinders 14 selbsttätig der Schieber 13 auf den zugehörigen Wert
gebracht. Nun ist mittels der Kurbel 1o die Marke 12 so einzustellen,! daß sie auf
der voraussichtlichen Verlängerung der Kurve liegt. Gleichzeitig wird mittels der
Kurbel 26 das Reibrad 23 in eine derartige Stellung gebracht, daß der Folgezeiger
18 mit dem Zeiger 17 in Deckung bleibt. Dann wird'in der bereits beschriebenen Weise
die nach Ablauf der Geschoßflugzeit vorhandene Entfernung von der Skalenscheibe
42 und der Marke_43 laufend angezeigt oder auf andere Getriebe weitergegeben.
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Bei der Einrichtung nach Fig. 4 dient zur Einstellung der augenblicklichen
Entfernung eine Handkurbel 44, die über das auf ihrer Achse 45 befestigte Zahnrad
46 eine in ortsfesten Lagern verschiebbare Stange 47 einstellt, die den Schreibstift
48 trägt: Mit der Welle 45 ist eine Schnecke 49 fest verbunden, welche mit einer
als Schneckenrad ausgebildeten Skalenscheibe So iri Eingriff .steht. Letztere gestattet,
mit Hilfe einer festen Marke 51 die augenblicklich eingestellte Größe der Ent-.
fernung abzulesen. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel erwähnt, kann auch hier
die Einrichtung so getroffen sein, daß die Marke 51 mit dem Schneckenrs,d verbunden
ist und über einer ortsfest angebrachten Skala derart gedreht wird, daß - sie mit
dem von einer anderen Einrichtung her, z. B. einem Entfernungsmesser, verstellten
Zeiger 52 in Deckung bleibt. .
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Die Welle 45 trägt weiterhin einen Kurvenzylinder 53, in dessen Nut
ein am Schieber 54 befestigter Stift 54a eingreift. Der in ortsfesten Lagern 55
geführte Schieber 54 wird hierdurch ständig entsprechend dem Wert der Geschoßflugzeit
tf . eingestellt, die zu der gerade- eingestellten Entfernung E gehört. Der
Schieber 54 besitzt eine Führung 54b, in welcher der Träger 56 einer Marke 57 verschiebbar
gelagert ist. Die Verschiebung wird hervorgebracht durch eine Handkurbel
58,
deren Achse 59 ein Ritzel 6o trägt, in welches der an seinem unteren Ende
als Zahnstange ausgebildete Träger 56 eingreift.
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Die mittels der Kurbel 4L,. hervorgebrachten Verstellbewegungen werden
über Kegelräder-61 und 62 auf einen Zeiger 63 übertragen. Ein diesem zugeordneter
Folgezeiger 64 ist auf einem Schneckenrad 65 angebracht, und dieses erhält seinen
Antrieb durch einen Motor 66 über ein Reibradgetriebe 67, 68, 69 und eine Schnecke
70. Die Einstellung des Reibrädchens 68 ist wieder über Kegelräder 71 und 72 einem
Multiplikationsgetriebe 73 übermittelt worden, das gleichzeitig durch die Verstellbewegung
des Schiebers 54 beeinflußt wird. Die erste Einstellung entspricht wieder dem Wert
, die zweite der Geschoßflugzeit tf. Das Produkt dieser Werte wird über eine Welle
74 und über Kegelräder 75_ bis 79 sowie ein Planetenrad 8o auf eine Welle 81 übertragen,
die der Welle 37 des ersten Ausführungsbeispieles entspricht. Eine zusätzliche Bewegung
entsprechend der Zielentfernung El in einem um die Geschoßflugzeit zurückliegenden
Zeitpunkt erhält die Welle 81 über Kegelräder 82, 83 und 84. Die Stellung der Welle
81 entspricht also jetzt dem Wert x-El+tf.dE ät Hierin ist
die Änderung der augenblicklichen Entfernung in der Zeiteinheit.
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Zur Bedienung der Einrichtung ist jetzt gemäß Fig. 2 der Schreibstift
48 auf die augenblickliche Entfernung und die Marke 57
so einzustellen,
daß sie sich mit der bereits aufgezeichneten Kurve deckt. Wird jetzt noch durch
Einregulierung der Stellung des Reibrädchens 68 der _Folgezeiger 63 in Dekkung gehalten,
so wird der gewünschte Wert in der beschriebenen Weise gewonnen.
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An Stelle der Errechnung eines zukünftigen Wertes kann natürlich auch,
wie .dies z. B. beim 'Schießen zur Einstellung der Vorhaltewerte erforderlich ist,
der Unterschied zwischen dem augenblicklichen und dem .zukünftigen Wert zur Anzeige
gebracht,.registriert oder auf andere Organe, erforderlichenfalls mit Hilfe von
Fernmelde- oder Fernsteuereinrichtungen, übertragen werden. Ferner kann das Verfahren
nicht nur zur Bestimmung von Entfernungen und Vorhaltewerten, sondern auch zur Bestimmung
beliebiger -anderer Größen, z. B. veränderlicher Höhen, Seitenrichtungen usw., Verwendung
finden.