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Mit einem Entfernungsmesser vereinigte Vorrichtung zum Erleichtern
des Messens von Entfernungen beweglicher Gegenstände Bekanntlich liegt eine der
Schwierigkeiten in der Verwendung eines gewöhnlichen monostatischen Entfernungsmessers
zum Anmessen beweglicher Ziele, beispielsweise eines Flugzeugs, in der Hauptsache
darin, daß die Entfernung des Zieles sich im allgemeinen sehr schnell ändert. Daraus
ergibt sich, daß der Meßmann, d. h. die mit dem Bedienen des Entfernungsmessers
beauftragte Person, beim Ausführen von Meßreihen den Entfernungsänderungen des Zieles
nur schwer folgen kann.
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Es ist bekannt, zur Vermeidung dieses Nachteils die Entfernungsmesser
mit bestimmten Höhenmessern auszustatten. Diese Vorrichtungen machen von der Tatsache,
daß sich ein Luftziel, z. B. ein Flugzeug, für gewöhnlich in einer waagerechten
Ebene bewegt, also eine gleichbleibende Höhe einhält, in der Weise Gebrauch, daß
die Drehung des Meßknopfes beim Messen nicht, wie sonst üblich, eine Funktion der
Entfernung D, sondern eine Funktion der Höhe H des Zieles und ihr mittels verschiedener
Übertragungssvsteme die Drehung des Entfernungsmessers in seinen Lagerringen zugeordnet
ist; dadurch wird der Höhenwinkel s des Zieles verkörpert, indem das Zusammenwirken
dieser beiden Drehungen den Meßkeil selbsttätig in eine Stellung bringt, für die
die gemessene Entfernung D einerseits der durch die Drehung des Meßknopfes bestimmten
Höhe H und andererseits dem Höhenwinkel s entspricht, unter dem der Entfernungsmesser
eingestellt ist.
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Wenn ein mit einer derartigen Vorrichtung versehener Entfernungsmesser
benutzt und beständig auf das Ziel gerichtet gehalten wird, so braucht der Meßmann,
nachdem er eine erste Messung vorgenommen hat, zufolge der der Höhenmesser die richtige
Höhe H des Flugzeuges anzeigt, den Meßknopf nicht mehr zu betätigen, um die Veränderung
der Zielentfernung zu verfolgen, da die Drehung des Entfernungsmessers nach Maßgabe
des Höhenwinkels (Höhendrehung) das Ablenkungssystem selbsttätig in die Meßstellung
für eine Entfernung D bringt, die für jeden Werts des Höhenwinkels der gleichbleibenden
angezeigten Höhe H entspricht.
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Wenn das Flugzeug nicht mit gleichbleibender Höhe fliegt, so entfernt
es sich im allgemeinen nicht viel aus dieser Lage. Das Arbeiten des Meßmannes wird
also dadurch weitestgehend erleichtert, daß er nur den Höhenänderungen zu folgen
braucht, die im Verhältnis zu den Entfernungsänderungen fast stets sehr gering sind.
Nichtsdestoweniger
wird der auf diese Weise durch die obengenannten Vorrichtungen erzielte Vorteil
nur auf Kosten der nachstehenden. Nachteile .erhalten: r. Um eine möglichst genaue
Messung durchzuführen, bewegt,-der Meßmann bekanntlich, nachdem er das Ablenkungssystem
nahezu in die Stellung gebracht hat, die der zu messenden Entfernung entspricht,
den Meßknopf des Entfernungsmessers derart hin und her, daß er mit Bezug auf das
Ziel abwechselnd zu große und zu kleine Entfernungen anzeigt; diese Schwankungen
sind mit dem Auge gerade noch bemerkbar. Dann arretiert er den Meßknopf in der Mitte
seiner beiden zuletzt eingenommenen Stellungen. Hinsichtlich der Beobachtung entsprechen
diese Hinundherbewegungen bzw. Schwankungen einer bestimmten Veränderung der Parallaxe
des Zieles, d. h. des Winkels, unter welchem man vom Ziel aus die Standlinie des
Entfernungsmessers sieht; dieser Winkel ist proportional zu
Wenn man einen gewöhnlichen Entfernungsmesser verwendet, bei dem der Meßknopf unmittelbar
ein proportional zu
bewegliches Ablenkungssystem steuert, -werden diese Schwankungen also durch Drehbewegungen
des Meßknopfes übertragen, die immer die gleiche Amplitude haben. Dies ist bei einer
Vorrichtung, bei der sich der Meßknopf in Abhängigkeit von der Höhe H dreht, nicht
mehr der Fall. In diesem Falle muß man in der Tat, um eine bestimmte Veränderung
der Größe
# sin s zu verkörpern, dem Meßknopf bei kleinen Höhenwinkeln eine viel größere Drehung
als b*ei größeren Höhenwinkeln erteilen; -wenn der Höhenwinkel sehr klein wird,
nehmen diese Schwankungen einen solchen Wert an, daß es unmöglich wird, genau Messungen
durchzuführen-?- Der vorbeschriebene Fehler macht erforderlich, die Höhenmeßvorrichtung
nach, Wunsch ein- und auskuppelbar zu gestalten und auszukuppeln, wenn man das Instrument
als gewöhnlichen Entfernungsmesser für Ziele verwendet, die unter sehr kleinen Höhenwinkeln
liegen. Dieses ist insbesondere der Fall, wenn man Messungen mit der Berichtigungsplatte
durchführen will, .die zur Justierung -des Entfernungsmessers notwendig sind. Man
hat festgestellt, daß bei sehr kleinen Höhenwinkeln das Steuern des Höhenknopfes
kaum noch Eine merkbare Einwirkung auf die durch den Meßkeil erzeugte Bildverschiebung
hat. Außerdem muß selbsttätiges Auskuppeln bei bestimmten Gattungen von Höhenmessern
sichergestellt werden, bei denen ein zwischen einem der beiden Objektive und dem
entsprechenden Bild verschiebbarer Meßkeil als Ablenkungsvorrichtung benutzt wird
und bei denen die untere Grenze der meßbaren Höhen niedriger liegt als die untere
Grenze der meßbaren Entfernungen; diese letztgenannte Grenze kann sich nicht unter
einen bestimmten Wert senken. Man muß vermeiden, daß, wenn der Höhenmesser eine
sehr geringe Höha anzeigt, die Drehung nach Maßgabe des Höhenwinkels (Höhendrehung)
das Bestreben zeigt, den Meßkeil über die Begrenzung seiner möglichen Bahn hinaus
unter Zerstörung des Instrumentes mitzunehmen; dies würde auftreten, wenn der Entfernungsmesser
nach dem Zenith gerichtet ist, da in diesem Fall die Entfernung einen Wert einnehmen
muß, der gleich der am Höhenmesser angezeigten Höhe ist. Das Entkuppeln zeigt keinen
Nachteil, besonders dann nicht, wenn es selbsttätig durchgeführt -wird; aber das
Einkuppeln erfordert, die für die Übertragung zwischen dem: Höhenmesser und dem
Meßkeil notwendigen Teile genau in die Relativstellung zueinander einzustellen.
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Die Erfindung bezweckt, eine neue Vorrichtung zu schaffen, die auf
einem abweichenden Prinzip aufgebaut ist und mit der man ebenfalls den Vorteil erreicht,
daß man nur dann den Meßknopf zu drehen braucht, wenn das Flugzeug seine Höhe ändert;
dabei soll das Gesamtsystem die Eigenschaft beibehalten, daß eine bestimmte Drehung
des Meßknopfes, auf dem Meßkeil stets die gleiche Veränderung der gemessenen Parallaxe,
also die gleiche Veränderung der Größe,
hervorruft. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bedarf jedoch keinerlei Steuerung
zum Einkuppeln oder Auskuppeln, sondern arbeitet bei einem unter irgendeinem gegebenen
Höhenwinkel liegenden Ziel wie ein gewöhnlicher Entfernungsmesser.
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Der Lösungsgedanke gemäß der Erfindung beruht auf nachfolgenden theoretischen
Betrachtungen und der Benutzung der nachstehend auseinandergesetzten Mittel.
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Bei einem gewöhnlichen Entfernungsmesser mit zwischen einem der Objektive
und dem entsprechenden Bilde beweglichen Meß-'keil, bei dem die Bewegung dieses
Keils durch einen Knopf gesteuert -wird, dessen Drehung proportional der gemessenen
Parallaxe, also proportional zu
ist, schaltet man gemäß der Erfindung zwischen dem Knopf und dem Keil ein Differentialgetriebe
ein, -das gestattet, auf den Keil die Summe zweier Bewegungen zu übertragen: Die
erste dieser Bewegungen -wird durch die Drehung des Knopfes erzeugt; die zweite
dieser Bewegungen
wird durch die Drehung des Entfernungsmessers
nach Maßgabe des Höhenwinkels (Höhendrehung) derart gesteuert, daß, wenn man von
einem bestimmten Höhenwinkel s ausgeht, für den der Keil die Meßstellung einer Entfernung
D einnimmt und dieser Höhenwinkel eine Elementaränderung ds erleidet, sich daraus
für den Keil eine solche Verschiebung ergibt, daß seine neue Stellung der Meßstellung
einer Entfernung entspricht, in der sich ein bewegliches Ziel befinden würde, das,
ausgehend von der Entfernung D und dem Höhenwinkel s, in den Höhenwinkel s + ds
ohne Höhenänderung gehen würde.
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Da nun die Bewegung des Keils proportional
-. sin s ist, ist die Verschiebung, die der Keil erfahren muß, wenn der Höhenwinkel
des Zieles sich um die Größe ds verändert, ohne daß sich die Höhe ändert, proportional
Diesen Ausdruck kann man, wenn man H durch D # sin s ersetzt, schreiben
oder
(Das Symbol L bedeutet entsprechend der bekannten Bezeichnungsweise den Neperschen
Logarithmus.) Das ist in starker Annäherung das Differentialgesetz der zweiten Bewegung,
die der Keil bei Veränderung des Höhenwinkels erfährt.
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Bei Einhalten dieser Bedingungen ist es, wenn man eine erste Entfernungsmessung
eines mit konstanter Höhe fliegenden Flugzeuges durchgeführt. hat und das Instrument
beständig auf das Flugzeug gerichtet gehalten wird, nicht mehr nötig, die Veränderungen
der Zielentfernung durch Steuern des Knopfes zu verfolgen, da die Drehung nach dem
Höhenwinkel den Keil selbsttätig in eine Meßstellung bringt, die in jedem Augenblick
der richtigen Entfernung des Zieles entspricht. Wenn die Höhe sich zu ändern beginnt,
muß man, um die Messung zu ergänzen, den genannten Knopf drehen, der seine Bewegung
unmittelbar auf den Keil unabhängig von dem Höhenwinkel überträgt; daraus ergibt
sich, daß eine bestimmte Drehung stets ein und derselben Veränderung der gemessenen
Parallaxe entspricht, und infolgedessen behalten die für den Meßmann zur Durchführung
genauer Messungen nötigen Hinundherbewegungen unabhängig von dem Höhenwinkel die
gleiche Amplitude. Allgemein gesagt, wenn man den Entfernungsmesser beständig auf
ein. Flugzeug gerichtet hält, das eine beliebige Bahn durchläuft, und der Bedienungsmann
seinen Meßknopf so steuert, daß der Keil kontinuierlich der wirklichen Entfernung
entsprechende Meßstellungen einnimmt, so überträgt die Drehung des Meßknopfes nicht
die Höhenänderungen des Flugzeuges; die Drehung ist aber in jedem Augenblick proportional
zu der Differenz zwischen der Veränderung der Parallaxe des Flugzeuges und der Veränderung,
die diese Parallaxe erfahren müßte, wenn die Höhe des Flugzeuges im betrachteten
Augenblick konstant wäre.
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Die Ausführung einer Vorrichtung, die auf vorstehender Theorie beruht,
erfordert, eine Bewegung zu bewirken, die bei einer Elementaränderung ds des Höhenwinkels
einer Verschiebung entsprechen müßte, die proportional zu der Größe
ist. In diesem Differentialausdruck muß jedem Wert von s ein beliebiger Wert von
zugeordnet werden können, der von der unbekannten Bahn, die das Flugzeug durcheilen
wird, abhängt. Man kennt also zunächst das Intregal nicht, das das Gesetz der durchführenden
Bewegung darstellt, und das Problem kann nur durch die Verwendung eines Integrators
gelöst werden, der das genannte Integral als Funktion der Verschiebung herstellt,
die der Meßkeil erfährt, wenn der Meßmann die aufeinanderfolgenden Entfernungsmessungen
des Flugzeuges durchführt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist auf den Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt, Abb. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2
der Abb. i, Abb. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Abb. i und Abb. q. eihe Aufsicht
einer Einzelheit des Mechanismus.
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Das Entfernungsmeßrohr A (Abb. i) kann sich in seinen Lagerringen
drehen, von denen einer, B, dargestellt ist. Die Ringe sind mit dem Träger C des
Instrumentes einstückig hergestellt. Im Inneren des Rohres A ist das Rohr E befestigt,
in dem die Objektive, von denen nur eines, F, dargestellt ist, angeordnet sind.
Dieses Objektiv wird-in einem an den Enden des Innenrohres E befestigten Haltestück
G. gehalten. Der Keil I wird in einem
Teil T gehalten, der einen
Teil des Schlittens bildet; der Schlitten ist mit einem dem Teil T ähnlichen, nicht
dargestellten Teil versehen. Diese beiden Teile sind, durch eine Zahnstange a und
zwei Stege öder Stangen b, von denen nur eine in der Abbildung sichtbar ist,. miteinander
vereinigt. Der ganze den Keil I tragende Schlitten kann, ohne sich zu drehen, in
dem Innenrohr E zufolge der mit diesem verbundenen Führung c gleiten, an welcher
der Steg oder die Stange b angreift. Die Bewegung wird auf die Zahnstange mittels
eines mit ihr kämmenden Ritzels e übertragen, das einstückig mit einer Achse f .ausgebildet
ist, die sich in einem auf dem Entfernungsmeßrohr A befestigten Teil K drehen kann.
-In diesem Teil K kann sich konzentrisch zur Achse fein mit dem Meßknopf M verbundener
Teil L drehen; der Teil L trägt eine zur Achse f senkrechte Achse g, um welche sich
ein Kegelrad h drehen kann. Der Teil L dient gleichzeitig als Führung für
den oberen Teil der Achse f, die sich in diesem Teil L frei drehen kann. Das Kegelräd
h kämmt mit zwei weiteren, auf der Achse f angeordneten Kegelrädern i und
j. Das Zahnrad i läuft leer auf dieser Achse, und das Zahnrad j ist
mit ihr verbunden. Die durch- den Meßknopf M und den mit ihm verbundenen Teil
L, die Kegelräder h, i und j und die Achsen f und g- gebildete
Gesamtanordnung bildet ein Differentialgetriebe, durch das dem MeßkeilI vermittels
des Stirnritzels e und der Zahnstange a die Resultante zweier Bewegungen übertragen
werden kann, von denen die eine durch Drehung des Meßknopfes 111 und die andere
durch Drehung des Kegelrades i hervorgerufen ist. Die zweite dieser Bewegungen ist
diejenige, die durch die, Drehung nach dem Höhenwinkel gesteuert werden muß.
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Zu diesem Zweck bildet das Kegelrad i ein Stück mit einem Schneckenrad
h, das von einer Schnecke N (Abb. 3) mitgenommen wird, die sich in dem Teil K ohne
Verschiebung frei drehen kann. Die Drehung der Schnecke N erfolgt zwangsläufig zusammen
mit der Drehung einer Stange 1, die sich gleichzeitig drehen und in einen im Inneren
des Rohres A befestigten Träger m gleiten kann. Die Verbindung zwischen der
Schnecke N und der Stange 1 wird durch eine Kardanstange n gebildet,
deren eines Ende in einem der Enden der Stange 1 eingeschlossen ist und deren anderes
Ende in der Verlängerung der Schnecke N .gleiten kann. Diese Verlängerung hat die
Form eines Hohlzylinders, der längs -zweier einander gegenüberliegender Erzeugenden
aufgeschnitten ist, um eine Bahn für die kleine, das Kugelende der Kardanstange
n durchquerende Achse zu schaffen. An dem anderen Ende der Stange l befin$et sich
eine kreisförmige Reibungsscheibe 0, die zentrisch auf dieser Stange sitzt und ein
Stück mit ihr bildet. Diese Reibungsscheibe stützt sich mit ihrer rauhen Oberfläche
auf eine kreisförmige Platte P ab. Die Platte P ist derart angeordnet, daß, wenn
die Stange l in dem Träger m gleitet, der Berührungspunkt der Reibungsscheibe O
einen Durchmesser der Platte durchläuft. Die Platte P ist mit einem Kugelzahnrad
Q verbunden, das sich auf Kugellagern um einen im Inneren des Rohres A befestigten
Träger R drehen kann (Abb. z). Die Verschiebung der Stange 1, die die Stellung der
Reibungsscheibe 0 auf der Platte P festlegt, wird durch die Drehung der Achse f
auf folgende Weise gesteuert.
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Die Achse ,f nimmt ein mit ihr fest verbundenes Kegelrad S mit, das
mit einem Kegelritzel p kämmt, das sich frei um eine mit dem Keil K fest verbundene
und parallel zur Stange 1 laufende Achse o drehen kann. Dieses Ritzel p bewirkt
die -Drehung einer in der Verlängerung seiner Achse liegenden Schraubenspindel q,
die sich ohne Verschiebung in dem gleichen Träger, der als Träger der Stange 1 dient,
drehen kann. Die Verbindung zwischen der Schraubenspindel q und dem Ritzel p geschieht
vermittels einer Kardanstange r. Auf der Schraubenspindel q ist eine Schraubenmutter
t angeordnet, durch die eine Stange 1 hindurchtritt, welche die Mutter auf jeder
Seite der Durchtrittsbohrung durch je einen Bund 2c festhält. Daraus ergibt sich,
daß sich die Schraubenmutter t nicht drehen kann, und daß ihre einzig mögliche Bewegung
beim Drehen der Schraubenspindel q eine Verschiebung längs dieser ist, bei der die
Stange und die Reibungsscheibe 0 mitgenommen werden.
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Das mit der Platte 'P fest verbundene Rad Q kämmt mit einem
Kegelritzel T
(Abb. 2), das sich in einem auf dem Rohr A befestigten Gehäuse
U drehen kann. Die Drehung des Ritzels T wird durch ein fest mit ihm verbundenes
Handrad y gesteuert. Ein mit dem Kegelrade T fest verbundenes Stirnrad W kämmt mit
einem mit einer Schraubenspindel v fest verbundenen Stirnrad X;
diese
Schraubenspindel v kann sich ohne Verschiebung in dem Gehäuse U drehen. Diese Schraubenspindel
v wird von einem Schnek kenrad Y mitgenommen (Abb. z), das lose auf einer auf dem
.Rohr A befestigten Achse w1 angeordnet ist. Neben diesem Schneckenrad Y ist leer
laufend auf einer gleichfalls auf dem Rohr A und parallel zur Achse w1 laufenden
Achse w2 ein Kegelrad Z angeordnet, das mit einer von dem Lagerring B getragenen
Kegelverzahnung z kämmt.
Die Drehung des Zahnrades (erfolgt
zwangsläufig zusammen mit der Drehung des Rades Y vermittels einer Spiralverzahnung,
die durch die Teile _r und y gebildet wird, die auf dem Zahnrad Z bzw. auf dem Rade
Y befestigt sind und die in Aufsicht in Abb. q. dargestellt sind. Wenn man das Handrad
h dreht, bewirkt man die Drehung des Zahnrades Z vermittels der Zahnräder W und
X, der Schraubenspindel v, des Rades Y und der durch die Teile x und
y gebildeten Verzahnung. Das Zahnrad Z wälzt sich also auf der von dem Ring
B getragenen Verzahnung z ab; auf diese Weise wird die Drehung des
Entfernungsmessers nach dem Höhenwinkel bewirkt. Die Form der Teile x und y ist
derart berechnet, daß die dem Handrad V zu erteilende Drehung, damit der Entfernungsmesser
der Veränderung des Höhenwinkels s folgt, proportional der Veränderung des Logarithmus
von sin s ist. Jedoch ist dieses Gesetz in den Bereichen nahe den Höhenwinkeln o
und 9o° nicht ganz eingehalten, damit der Entfernungsmesser unter diesen. Höhenwinkeln
durch Drehen des Handrades V gerichtet gehalten werden kann.
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Da das Handrad h gleichzeitig die Drehung der Platte .P vermittels
des Kegelzahnrades T und des Rades O bewirkt, entspricht, wie ersichtlich, einer
Veränderung ds des Höhenwinkels eine Drehung der Platte proportional d (L -
sin s), die die Veränderung des Logarithmus von sin s wiedergibt, welche
durch die Veränderung ds des Höhenwinkels hervorgerufen ist. Andererseits ist die
Stellung der Reibungsscheibe 0 auf der Platte P, wie beschrieben, durch die Drehung
der Achse f bestimmt und hängt infolgedessen nur von der Stellung des Keiles I ab.
Die Regelung erfolgt derart, daß, wenn sich der Keil in der Meßstellung. des Abstandes
oo befindet, die Reibungsscheibe 0 die Platte P in deren Mittelpunkt, d. h. in der
Drehachse von P, berührt. Wenn der Keil sich aus der obengenannten Stellung verschiebt,
um die Meßstellung einer Entfernung D, einzunehmen, wird er einer Verschiebung proportional
zu
unterworfen, und das gleiche gilt für die Reibungsscheibe 0, die sich also stets
in einem
proportionalen Abstande vom Mittelpunkte der Platte .P befindet, wenn D. die Entfernung
bezeichnet, die der durch den Keil I eingenommenen Stellung entspricht. Die Drehung
der Reibungsscheibe 0 ist in jedem Augenblick einerseits der Drehung der Platte
P, andererseits dem Abstande der Reibungsscheibe 0 vom Mittelpunkte der Platte P
proportional. Also ist für eine Elementaränderung ds des Höhenwinkels diese Drehung
proportional dem Produkt
- d - (L - sin s) in Übereinstimmung mit der vorstehend auseinandergesetzten
Theorie. Diese Drehung verschiebt den Keil I um einen entsprechenden Betrag vermittels
der Stange 1, der Kardanstange yz, der Schnecke N,
des Rades
h, der Kegelräder i, 1z und j, der Achse f, des Ritzels
e und der Zahnstange a.
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Das Ablesen der Entfernung kann, wie bei vielen bekannten Entfernungsmessern,
mittels einer geradlinigen (linearen), in der Zeichnung nicht dargestellten Skala
erfolgen, die mit dem Keil I verbunden ist. Diese Skala verschiebt sich vor einem
festen Zeiger. Um außerdem das Ablesen der Höhe zu gestatten, deren Feststellung
von Interesse ist, kann man die Gesamtanordnung des Mechanismus durch eine bekannte
Vorrichtung ergänzen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die besondere oben
beschriebene Vorrichtung beschränkt, sie kann vielmehr viele Abänderungen erfahren.
Beispielsweise kann man ein Ablenkungssystem anderer Art wählen, vorausgesetzt,
daß dieses System durch eine
proportionale Bewegung gesteuert werden kann. Andererseits kann die Drehung des
Entfernungsmessers nach dem Höhenwinkel durch ein Handrad gesteuert werden, das
sich proportional zum Höhenwinkel dreht und die Drehung der Platte P proportional
dem Logarithmus von sin s vermittels eines Getriebes bewirkt, das entweder aus einer
Spiralverzahnung, wie beispielsweise die beschriebene, oder einem Nocken bestehen
kann.