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Verfahren zur parallaktischen Verbesserung der von einem Zielbeobachtungsstand
einem davon entfernt aufgestellten Richtgerät zuzuleitenden Richtdaten Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung, die es ermöglicht, ein von
einem dem Ziel optisch oder akustisch folgenden Beobachtungsgerät entfernt ,aufgestelltes
zweites Gerät (Zielgerät) derart zu steuern, als ob ein dort stehender Beobachter
es mit eigenen Zielmitteln auf das zu verfolgende Ziel richten würde.
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Der Bedarf an solchen Verfahren und Einrichtungen besteht insbesondere
bei Flug= zeugabwehrgeschützen, deren Schußelemente auf Grund der Zielortbestimmung
seitens eines entfernt aufgestellten Zielbeobachters oder Richtungshörers, die nicht
schon selbst hierfür eingerichtet sind, auch ermittelt werden sollen.
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Die theoretischen Voraussetzungen zur Schaffung einer solchen Einrichtung
seien an Hand der Abb. z kurz erläutert. Im Punkt 0 als Beobachterstand befinde
sich das optische oder akustische Beobachtungsgerät, im Punkt G das zu steuernde
Zielgerät (Geschütz, Scheinwerfer usw.) und in beliebiger Entfernung von 0 und G
das Fernsteuergerät. Das Ziel befinde sich im Punkt Z. Die Horizontalentfernung
zwischen 0 und G, die im nachfolgenden mit Meßbasis bezeichnet wird, sei b, wobei
vorerst zur Vereinfachung des Problems angenommen wird, daß die Punkte 0 und G im
selben Horizont, dem Beobachtungshorizont, liegen. Das Ziel bewege sich in der Höhe
h über dem Beobachtungshorizont, die als bekannt bzw. mittels eines anderen Gerätes
ermittelt vorausgesetzt wird, und die Projektion des Punktes Z auf den Beobachtungshorizont
sei mit Z' bezeichnet. Das im Beobachtungshorizont liegende Dreieck OGZ' sei im
nachstehenden als Meßdreieck bezeichnet.
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Am Beobachtungsgerät 0 können die Winkelkoordinaten des gepeilten
Zieles Z, also der Höhenwinkel «o und der Seitenwinkel ß, des Beobachtungsstrahles
OZ, gegen die als Nullrichtung gewählte Richtung O G der Basis abgelesen werden.
Es besteht nun die Aufgabe, aus diesen beiden Winkelkoordinaten aa, ß, des Zieles
Z in das fernzusteuernde Gerät G die auf dieses Gerät bezogenen Zielkoordinaten,
also den Höhenwinkel a und Seitenwinkel ß des Zielstrahles GZ gegen OG hineinzusteuern.
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Es gibt bereits zahlreiche Lösungen dieses Problems, sowohl exakte
als auch annähernde, von denen jedoch die vorliegende Erfindung grundlegend abweicht.
Die annähernden Lösungen konnten nicht befriedigen, und die bisher bekannten exakten
Lösungen erforderten einen viel größeren Raumbedarf als jene gemäß vorliegender
Erfindung.
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Das Wesen der Erfindung, bei der in an sich bekannter Weise eine das
im Beobachtungshorizont liegende Meßdreieck in v erkleinertem
Maßstab
nachbildende Recheneinrichtung verwendet wird, besteht darin, daß. in dieser Recheneinrichtung
alle vorkommenden Längen durch die Höhe h des: Zieles über dem Beobachtungshorizont
dividiert werden und daß dann die erforderlichen Messungen vorgenommen werden, wodurch
sich unmittelbar' die maßgebenden Winkel a und ß oder Funktionen dieser Winkel ermitteln
lassen und daß dann die derart ermittelten Werte auf das Zielgerät übertragen werden.
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Aus Abb. z ist ersichtlich, daß bei einer Division der Längen des
in Abb. i dargestellten räumlichen Gebildes durch die Höhe h die Strecke OG gleich
wird, die Strecke OZ' gleich cotg ao, GZ'
gleich cotg a und der Höhenabstand ZZ' gleich i. Da die beiden Strecken OZ'
und GZ', wie bereits erwähnt, gleich cotg a, bzw. cotg a sind, ist es dadurch möglich,
das an sich räumliche Problem in ein ebenes zu verwandeln.
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Abb. 3 zeigt die Lösung des Problems auf dieser Grundlage. Es wird
auf der Nullrichtung die dem reduzierten Wert der Basis b entsprechende Strecke
aufgetragen, vom Endpunkt 0 dieser Strecke im richtigen Seitenwinkel ß, hierzu der
Wert cotg ao, die beiden freien Enden dieser Schenkel werden durch eine Gerade miteinander
verbunden, und es wird an dieser Verbindungsgeraden deren Länge, die gleich cotg
a ist, und deren Seitenwinkel, der gleich ß ist, ermittelt.
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In der Praxis ist dieses Verfahren zu-umständlich, da dann erst aus
dem Wert cotg a der Winkel a ermittelt werden müßte, da im allgemeinen dieser allein
neben dem Wert für den Seitenwinkel ß für die- Übertragung auf das Zielgerät in
Betracht kommt. Es liegt also die Aufgabe vor, an der Nachbildung unmittelbar auch
die Größe des Winkels a ermitteln zu können. Auch die Lösung dieser Aufgabe zeigt
Abb.3. Es werden zu diesem Zweck zwei gegeneinander verdrehbare Kotangensspiralen
verwendet, d. h. Kurven, deren Polargleichung die allgemeine Form r = yo
+ cotg in p hat und deren Ursprungspunkte auf den Abstand gebracht werden können.
Bei der schematischen
Darstellung der Abbildung ist die Polargleichung der beiden Kotangensspiralen r
= cotg (p, als Nullrichtung ist die Richtung der Strecke
gewählt. Es wird von dem Nullpunkt 0 der ersten Spirale ein Strahl im Winkel ß,
aufgetragen, die erste Spirale wird aber um den Winkel ßo + a, gegenüber der Nullrichtung
GO verdreht, d. h. es kommt die Nullachse dieser Spirale in die Stellung der Geraden
00'. Der im Winkel ß, aufgetragene Strahl schneidet dann die Spirale =.in einem
Punkt Z', der dem ebenso bezeichn@ten Punkt der Nachbildung des Meßdreiecks entspricht,
und es ist -die Länge ydn OZ' gleich cotg ao. Verdreht man nun die zweite
Spirale mit dem Nullpunkt G so lange, bis diese Spirale durch den Punkt Z' hindurchgeht,
so ergibt die Richtung von GZ' den Winkel ß. Da die Strecke GZ' gleich cotg
a ist, so ergibt sich der Winkel a aus dem Winkel der verdrehten Nullachse
GO" dieser zweiten Spirale mit GZ'.
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Bei dieser primitivsten Lösung des Problems müßten die beiden Kotangensspiralen
sowie deren Radiivektoren durch 0 und G natürlich auf durchsichtige Träger, z. B.
Glasplatten, aufgetragen und entsprechende Skalen für die Verschiebung der beiden
Nullpunkte um die Strecke
sowie für die Einstellung der Winkel ß, und a, und die Ablesung. der Winkel ß und
a vorgesehen werden.
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Da die' erfindungsgemäß ausgebildeten Geräte aber fast immer bei der
Bekämpfung von sich im Luftraum rasch bewegenden Zielen verwendet werden, wäre die
oben geschilderte Ausbildung praktisch unmöglich. Außerdem ist das Übereinanderliegen
mehrerer Linien einigermaßen verwirrend oder zumindest unbequem und bedingt auch
eine gewisse Parallaxe bei der Einstellung. Schließlich wird auch die Steigung der
der Gleichung r = cotg P entsprechenden Kotangensspiralen in ihrem Ursprung 0 und
G unendlich groß, so daß für den Fall, daß sich das Ziel lotrecht über 0 oder G
befindet oder in der Nähe der Lotrechten über diesen Punkten, unzulässig große Einstellfehler
entstehen würden.
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In den Abb. q. bis io ist nun eine praktische Ausführungsform einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung dargestellt, bei der diese erwähnten Nachteile
vermieden werden. Abb. q. zeigt die theoretischen Grundlagen für diese Lösung. Abb.
5 ist hierbei ein Schnitt nach der Linie V-V der Abb. 6, Abb. 6.eine Ansicht der
Einrichtung, gesehen in der Richtung des Pfeiles VI in Abb. 5, Abb. 7 ein Schnitt
nach der Linie VII-VI1 der Abb. 6, Abb. 8 eine Ansicht der Einrichtung, teilweise
im Schnitt, gesehen in der Richtung des Pfeiles VIII in Abb. 5, Abb. 9 ein Schnitt
nach der Linie IX-IX der Abb. 8 und. Abb. io ein Teilschnitt nach der Linie X-X
der Abb. B.
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Abb. f i zeigt schematisch, wie der richtige Höhenwinkel a,.ed für
den Fall ermittelt werden kann, daß das Beobachtungsgerät und das Zielgerät nicht
im gleichen Horizont aufgestellt
sind, und Abb. 12 zeigt eine Einrichtung
zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit.
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Wie aus Abb.4 hervorgeht, werden nicht mehr Kotangensspiralen der
speziellen Gleichung r = cotg (p verwendet, sondern solche der allgemeinen Gleichung
y = ro -f- cotg m p, wobei bei der dargestellten Ausführungsform der Faktor
m gleich 4 gewählt wird, so daß dann die beiden identischen Spiralen der Gleichung
Y = r, -1- cotg 4 9) genügen. Es muß daher die erste Spirale nicht wie bei Abb.
3 um den Winkel ß, + a, verdreht werden, sondern um den Winkel Po + 4 a, und die
zweite Spirale dementsprechend um ß, -f- 4 2, und der Schnittpunkt der beiden Spiralen
ergibt noch nicht unmittelbar den Punkt Z', sondern man muß auf dem unter dem Winkel
ß, gegen die Nullrichtung gezogenen Strahl von derersten Spirale um den Betrag r,
hineingehen, um den Punkt Z' zu erhalten, woraus sich dann gleich der Wert des Winkels
ß ergibt; die Größe des Winkels a bzw. 4 a ergibt sich daraus, daß -man die zweite
Spirale so lange verdreht, bis sie den im Winkel ß durch G gezogenen Strahl in einem
Punkt schneidet, der um den Wert r, außerhalb des Punktes Z' auf diesem Strahl liegt.
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Bei der in den Abb. 5 bis io dargestellten praktischen Verwirklichung
des Erfindungsgedankens weist die Einrichtung ein feststehendes Gehäuse i mit ringförmiger
Bohrung 2 auf. In dieser ringförmigen Bohrung 2 ist eine kreisförmige Scheibe 3
drehbar gelagert, aus der in der Mitte eine Kotangensspirale 4 gemäß Abb.4 herausgeschnitten
ist. Der Rand dieses Ausschnittes q. wird an der Innenseite der Scheibe 3 von einem
Wulst 5 umgeben. Neben der Scheibe 3 ist in der kreisringförmigen Bohrung 2 ein
Ringrahmen 6 drehbar gelagert, an dem mittels zlveier Geradführungen 7 ein Schlitten
8 verschiebbar gelagert ist, der in der Mitte einen Hohlzylinder 9 mit wulstförmigem
.Rande io bildet, und an der Innenseite dieses Hohlzylinders ist eine kreisförmige
Glasplatte i i befestigt, deren Mittelpunkt mit i2 bezeichnet ist. Der Hohlzylinder
9 trägt eine mit dem spiralenförmigen Ausschnitt 4 in Eingriff stehende Abnehmerrolle
13, die von dem Mittelpunkt den Abstand r, hat. Zwei Schraubenfedern 14 drücken
den Schlitten 8 und damit die Abnehmerrolle 13 gegen den inneren Rand des spiralenförmigen
Ausschnittes 4. Die beiden ringförmigen Körper 3 und 6 werden in irgendeiner Weise
bzw. mittels des weiter unten beschriebenen Getriebes derart von dem Beobachtungsgerät
gesteuert, daß die ringförmige Scheibe mit der Kotangensspirale um den. Winkel ßo
-1-. 4 2, und der Ringrahmen 6 um den Winkel ß, gegenüber der Nullrichtung x-x verdreht
wird. Auf dem feststehenden Gehäuseteil i ist in der Basisrichtung x-x ein zweites
Gehäuse 21 verschiebbar angeordnet, derart, daß die Nullpunkte der beiden Gehäuse
in den Abstand
voneinander gebracht werden können. Dieses Gehäuse 21 weist so wie das Gehäuse i
eine kreisringförmige Bohrung 2' auf, in der eine ringförmige Scheibe 3' mit einem
Ausschnitt q.' in Form einer Kotangensspirale sowie weiter ein Ringrahmen 6' mit
Schlitten 8' und Hohlzylinder 9' und Abnehmerrolle 13' drehbar gelagert sind. Die
einzelnen Teile des im Gehäuse 21 gelagerten Systems sind vollkommen gleich ausgebildet
wie jene des im Gehäuse i gelagerten Systems.
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Die Abb. 8 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Einrichtung
zur Einstellung des Wertes
Auf dem Gehäuse i ist fest eine Kreisscheibe 22 angeordnet, die- an ihrem Umfang
mit einer logarithmischen Teilung für b versehen ist. Diese Kreisscheibe wird von
einem auf ihr drehbaren Indexring 23 umgriffen. Dieser Ring 23 wird wieder von einem
zweiten, gegenüber dem ersten Ring v erdrehbaren und eine logarithmische Teilung
für lt tragenden Ring 24 umgriffen, dessen Außenfläche nach einer logarithmischen
Spirale 25 der allgemeinen Polargleichung y = O, + ct ek p geformt ist. Wenn
die Mittelpunkte der beiden Gehäuseteile i und 21 in den Abstand
voneinander gebracht werden sollen, dann wird zuerst der Indexring 23 auf jene Zahl
der Skala des Ringes 22 eingestellt, die dem Wert der Basis b entspricht, und in
dieser Lage festgestellt. Wird nun, sobald die Höhe lt des Zieles Z bekannt ist,
der Ring 24 gegenüber dem Indexring 23 derart eingestellt, daß der Wert von h mit
dem äußeren Ende des Indexstriches auf dem Indexring 23 übereinstimmt, so entspricht
der Hub der logarithmischen Spirale 25 in der Nullrichtung dem Wert
Um keine zu großen Kräfte auf den nach einer logarithmischen Spirale geformten Umfang
des Ringes 24 wirken lassen zu müssen, wird aber zweckmäßigerweise der Gehäuseteil
21 nicht unmittelbar durch diese Spirale bewegt, sondern die Spirale wird nur zur
Einstellung verwendet. Wie aus Abb. 8 hervorgeht, ist der Gehäuseteil 21 gegenüber
dem festen Gehäuseteil i in schlittenförmigen Lagern in waagerechter Richtung verschiebbar;
die Verschiebung erfolgt hierbei durch eine Schraubenspindel 26 mit einem
Kordelgriff 27. Die Spindel wird in einer an dem Gehäuseteil i festen Mutter 28
verschraubt. Das dem Kordelgriff entgegengesetzte Ende
29 der Schraubenspindel
26 ist dabei in dem Gehäuseteil 21 gegen axiale Verschiebung gesichert drehbar
gelagert. An dem Gehäuseteil i ist in Butzen 30 eine Stange 31 waagerecht
verschiebbar gelagert, deren eines Ende mittels einer Schraubenfeder 32 ständig
gegen den als logarithmische Spirale 25 ausgebildeten Umfang des Ringes 24 gedrückt
wird. Zwischen den beiden Butzen 30 ist auf der Stange 31 ein Zeiger 33 befestigt,
der mit einem Index 34 auf dem verschiebbaren'Gehäuseteil zusammenwirkt. Wenn die
Ringe 23 und 24 auf den Wert
eingestellt wurden, hat sich der Zeiger gegenüber dem Index 34 verschoben. Man braucht
dann nur mehr durch Drehen des Kordelgriffes 27 den Gehäuseteil 21 so lange zu verschieben,
bis der Zeiger 33 und der Index 34 wieder übereinstimmen. Es ist sodann der bewegliche
Gehäuseteil 21 gegenüber dem festen Gehäuseteil i in den Abstand
gebracht.
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Das Einsteuern der Eingangswerte a, (bzw. 4 2o) und ß, erfolgt in
beliebiger Weise. Beispielsweise kann, dafür das in den Abb. 6 bis io dargestellte
Getriebe verwendet werden. Die kreisförmige Scheibe 3 trägt außen einen Zahnkranz
35 mit zl-Zähnen. Dieser Zahnkranz 35 kämmt mit einem in dem Gehäuse i lose drehbaren
Zahnrad 35a und dieses wieder mit einem auf einer Welle 36 lose sitzenden Ritzet
37 mit z2 Zähnen. Weiter sitzt ebenfalls lose auf der Welle 36 ein weiteres Ritzet
38 ebenfalls mit z2 Zähnen, das mit dem ebenfalls z, -Zähne aufweisenden Zahnkranz
39 des Ringrahmens 6 kämmt. Die beiden Ritzet 37 und 38 tragen an den einander zugekehrten
Seiten Kegelzähne . und sind durch auf einer Querwelle 4o der Welle 36 sitzende
Planetenkegelräder 41 miteinander verbunden. Mit dem Ritze139 kämmt außerdem ein
auf einer Welle 42 festsitzendes Ritze143 mit z3-Zähnen.
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Zum Abnehmen der Ausgangswerte a und ß dient ein dem oben beschriebenen
Getriebe gleiches Getriebe. Die kreisförmige Scheibe 3' (Abb.8 und io) trägt ebenfalls
einen Zahnkranz 35' mit z, -Zähnen, ebenso der Ringrahmen 6' einen solchen Zahnkranz
39'. Mit diesen beiden Zahnkränzen kämmen wieder Zahnräder 35a' bzw. 36' bzw. 37'
mit je z4 Zähnen, das Zahnrad 38' außerdem noch mit einem auf einer Ausgangswelle
45 sitzenden Ritze142'. Die Kegelzahnkränze der Zahnräder 37' und 38' sind wieder
durch auf einer Querwelle 4ö der anderen Ausgangswelle 44 sitzende Planetenräder
41' miteinander verbunden.
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Die Verwendung der Einrichtung geschieht in folgender Weise: Um die
Werte 4 a, und ß, in das Gerät hineinzusteuern,wird die Welle 36 um den Winkel
verdreht und die Welle 42 um den Winkel
Dadurch wird die kreisförmige Scheibe 3 mit der Kotangensspirale 4 um den Winkel
ß, -I- 4 2o und der Ringrahmen 6 mit der Abnehmerrolle 13 um den Winkel ßo gegenüber
der Nullachse x-x verdreht. - Diese Verdrehungder Wellen 36 und 42 erfolgt beispielsweise
auf elektrischem Wege. Wird das Gerät von einem einzelnen Mann bedient, dann umgreift
dieser beispielsweise mit der Hand den Wutstrand iö des Hohlzylinders 9' und steuert
mit dem Daumen den kreisringförmigen Körper 3'. Diese beiden Körper sind so lange
gegeneinander und gegen die Körper 3 und 6 zu verdrehen, bis die Mittelpunkte 12
und 12' der Glasplatten miteinander übereinstimmen. Falls zwei Mann das Gerät bedienen,
so können sie diese Verdrehung der beiden Körper 3' und 6' beispielsweise durch
Verdrehen der Wellen 44 und 45 bewirken. Der die Welle 45 betätigende Mann sieht
dann zweckmäßigerweise darauf, daß der durch den Punkt i2' gehende radiale Strahl
die Marke i2 zentral durchschneidet, und der andere Mann, der die Welle
44 betätigt, sieht darauf, daß der Querstrich @er Marke 12' im Mittelpunkt
der Marke 12 bleibt. Die Welle 44 überträgt dann den Winkel
und die Welle 45 den Winkel
und zwar kann diese Übertragung auf das zu steuernde Gerät in beliebiger Weise,
beispielsweise ebenfalls auf elektrischem Wege, erfolgen.
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Zur Vereinfachung des Problems wurde bis jetzt, wie eingangs erwähnt,
angenommen, daß das Beobachtungsgerät 0 und das Zielgerät G in ein und derselben
Horizontalebene liegen. Ist dies nicht der Fall, dann muß noch eine Korrektur des
erhaltenen Höhenwinkels a vorgenommen werden, wozu es grundsätzlich zwei Wege gibt.
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Der erste Weg ist der, daß die Korrektur . in dem in G äufgestellten
Zielgerät bzw. mit diesem Zielgerät verbundenen Empfangsgerät erfolgt, wie Abb.
i i zeigt. Es sei in dem Ziel- oder Empfangsgerät eine Höhensäule 5o vorgesehen,
auf der entsprechend dem jeweiligen Wert yon lt ein Punkt 51 eingestellt
wird. Als Höhe h wird dabei die Höhe des Punktes Z über dem Beobachtungsgerät 0
bezeichnet. Im Fernsteuergerät entsteht tatsächlich der Winkel a, und es wird dieser
Winkel auch auf das Zielgerät übertragen. Auf der Höhensäule 5o des Zielgerätes
ist aber noch ein zweiter Punkt 52 vorgesehen, der gegenüber dem ersten Punkt 51
in den
Abstand d la eingestellt werden kann, wobei
d h der Höhendifferenz zwischen 0 und G entspricht, so daß h+ ,d
h proportional der Höhe des Zieles Z über dem Zielgerät G ist. Ein von G
durch den Punkt 52 geführter Strahl schließt dann mit dem Horizont den Winkel a""
ein, unter dem das Ziel Z, von G aus gesehen, wirklich erscheint. Der Seitenwinkel
ß bleibt unbeeinflußt von einem etwaigen Höhenunterschied zwischen 0 und G.
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Aus Abb. i i ergibt sich, daß zwischen den Winkeln a und a"d
folgende Beziehung besteht: lt # cotg u - (h -j- d h) cotg
a"d oder
Man kann nun diese Beziehung dazu verwenden, den reduzierten Höhenwinkel a"d gleich
im Fernsteuergerät dadurch zu erzeugen, daß beispielsweise die Abnehmerrolle 13'
j e nach dem Wert von d la auf einer Kotangensspirale laufen gelassen wird,
die im Verhältnis
zu der Spirale mit d lt = o vergrößert oder verkleinert ist. Dies
kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die gemäß der Kotangensspirale geschnittene
Lauffläche, auf der die Abnehmerrolle 13' läuft, nicht mehr zylindrisch gemacht
wird, sondern daß als ihre Erzeugenden Hyperbeln gewählt werden. Wird nun die Abnehmerrolle
axial verschiebbar gemacht, dann kann sie auf den dem jeweiligen Wert von
d h
entsprechenden Schnitt dieses Hyperboloides eingestellt werden, da dieser
Schnitt dann einer Vergrößerung bzw. Verkleinerung der ursprünglichen Kotangensspirale
um den Wert
entspricht.
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Es lassen sich aber natürlich noch andere Ausführungsmöglichkeiten
denken.
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Um die Masse der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung möglichst
klein halten zu können, ohne die Ablesegenauigkeit zu beeinträchtigen, können, wie
in Abb. 12 angedeutet, auf den Außenseiten der Hohlzylinder g und 9' Lupen 53 oder
atif ebene Glasplatten 54 aufgekittete Lupen 53' vorgesehen sein, so daß die Bedienungsleute
die Markenbilder 12 und 12' entsprechend vergrößert sehen- '