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Vorrichtung zur vergrößerten Darstellung der Lage eines sich bewegenden
Punktes in Polarkoordinaten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
vergrößerten Darstellung der Polarkoordinaten eines sich bewegenden Punktes unter
Verwendung mechanischer übersetzungsorgane, welche durch eine besondere Energiequelle,
z. B. einen Elektromotor, mit Hilfe eines an den mit größter oder nahezu größter
Geschwindigkeit umlaufenden Teilen angreifenden Antriebsorgans angetrieben werden.
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Da die dieser Aufgabe dienenden bekanmte n mechanischen Vorrichtungen
aus praktischen Gründen in ihrer Größe gering sind, während die mit ihrer Hilfe
dargestellten Werte in der Wirklichkeit sehr groß sind, ist die Anzeige dieser Werte
ungenau, so daß ihre Brauchbarkeit in Frage gestellt ist. Soll beispielsweise eine
in Wirklichkeit 2o km lange Strecke durch eine Strecke von io cm dargestellt werden,
so beträgt das Verkleinerungsverhältnis i : Zoo ooo. Wenn auch geradlinige Entfernungen
im günstigsten Fall mit Hilfe eines 1L\Tonius bis auf t/", mm (Zoo ni) genau abgelesen
werden können, so erfordert eine schnelle und deutliche Ablesung solcher Werte doch
eine erheblich ,größere Darstellung, um etwa in dem ange-,gebenen Beispiel die Ablesung
auf wenige :Meter genau vornehmen zu können. Es wäre an sich naheliegend, mechanische
Übersetzungsorgane, wie Zahnräder, hierfür zu verwenden. Ein Zahnradgetriebe mit
dein Übersetzungsverhältnis i : ioo hat jedoch bekanntlich bereits so viel Spiel,
daß mit ihm eine einigermaßen brauchbare Anzeige für Vorrichtungen der erwähnten
Art nicht möglich ist.
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Es ist ferner bekannt, den Ausschlag eines Zeigers mit Hilfe einer
besonderen Energiequelle auf eine Anzeigevorrichtung zu übertragen. Bei dieser bekannten
Vorrichtung ist außer der besonderen Energieduelle eine magnetische Kupplung vorgesehen,
durch welche der einzustellende Teil der Anzeigevorrichtung mit einer ständig umlaufenden
Welle gekuppelt wird.
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Von dieser bekannten Art, eine Anzeigevorrichtung der veränderlichen
Einstellung eines einstellbaren Organs nachzufiihren, macht die Erfindung für die
vergrößerte Darstellung der Polarkoordinaten eines sich bewegenden Punktes Gebrauch.
Sie vermeidet dadurch die oben bezeichneten Nachteile.
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Die Erfindung besteht darin, claß für jede der beiden Polarkoordinaten
je eine Anzeigevorrichtung mit Grob- und Feinanzeige und zwischen jeder Anzeigevorrichtung
und den ständig umlaufenden Antriebsorganen je eine
magnetische
Kupplung vorgesehen ist, welche durch eine Kontaktvorrichtung betätigt wird, die
ihrerseits von dein die rechtwinkeligen Koordinaten in Polarkoordinaten umformenden
Koordinatenwandler gesteuert wird. Die elektromagnetischenKupplung;en ermöglichen,
die Anzeigevorrichtungen in einfachster Weise sowohl an rechts- als auch ein linksdrehende
Organe anzuschließen.
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Die Kontaktvorrichtung kann #erfindungsgem<iß auf einem Zalinrade
angeordnet werden, das finit einer Scheibe in Eingriff steht, auf welche die Entfernungseinstellung
mit Hilfe einer Zahnstange und eines Zahnrades in eine Winkelbewegung übertragen
wird.
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Bei dieser Anordnung ist erfindungsgemäß weiterhin ein Differentialgetriebe
vorgesehen, durch das die Entfernungsanzeige von der Xnderung des Winkels im Falle
gleichzeitiger Änderung der beiden Koordinaten unabhängig gemacht ist.
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Die Abbildungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung, und zwar Abb. i eine Seitenansicht der ganzen Vorrichtung, Abb. 2
eine Aufsicht auf die Übersetzungsorgane, Abb. 3 die Kontaktvorrichtung zur Betätigung
der elektromagnetischen Kupplungen, und Abb. 4 eine Aufsicht auf den Koordinatenwandler,
durch den die rechtwinkligen Koordinaten eines darzustellenden sich bewegenden Punktes
in Polarkoordinaten umgewandelt werden.
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Der Koordinatenwandler besteht aus zwei ortsfesten Schienen i. zwischen
denen eine Gewindespindel a angeordnet ist. auf der ein finit Muttergewinde versehener
Schlitten 3 durch Drehen einer Kurbel ¢ parallel zu sich selbst verschiebbar ist.
Der Schlitten 3 trägt Schienen ;, zwischen denen eine Gewindespindel 6 parallel
gelagert ist. An dein einen Ende dieser Gewindespindel ist eine Kurbel 8 angebracht.
bei deren Drehung ein Schlitten ; auf den Schienen 5 verstellt wird. Auf diesem
Schlitten ist ein Stift g angeordnet, der in einen auf einer drehbaren Scheibe io
durch Schienen r i geführten Schlitten 12 eingreift. Dieser Schlitten trägt eine
Zahnstange 13 (siehe auch Abb. i und 2), die in ein Zahnrad r4. eingreift: Durch
Drehen der Kurbeln .4 und 8 werden sowohl die Schienen 5 als auch der Schlitten
; verschoben, wodurch der Abstand des Stiftes 9 von der Achse des Zahnrades 14.
als auch der @Teigttngswinl;el der Schienen r i gegenüber den Schienen 5 sich ändern.
Diese tlnderung des \eigungswinkels (d.li. also (ges Polarwinkels) ist finit einer
Drehung der Scheibe io verhundeii. Die Entfernungsänderung; wird durch Zahnstange
13 und Rad 14. ebenfalls in eine drehende Bewegung umgesetzt.
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Es sei zunächst die Vorrichtung betrachtet, die sich auf die Vergrößerung
der polaren Winkelbewegung bezieht. Auf der Scheibe 1o (Abb. 3) ist ein Anschlag
15 befestigt, der in eine Aussparung eines über der Scheibe to angeordneten drehbaren
Zahnrades i 6 eingreift, und zwar so, daß sich bei der kleinsten praktisch möglichen
Bewegung der Scheibe io der Anschlag 15 bereits gegen (las Zahnrad 16 anlegt und
dieses mitzunehmen sucht. Die Scheibe io trät einen weiteren Anschlagstift r7, gegen'
(gen sich zwei um die auf dem Zahnrad 16 angebrachte Achse 18 drehbare Hebel i9
legen. Beide Hebel werden durch die Feder 21 gegen den Anschlag ,o gelegt, der ebenfalls
auf (lein Zahnrad 16 angeordnet ist. Sie sind ferner je mit einer äse 22 versehen.
die sich geg=en zwei auf dein Rand 16 befestigte Kontakte 23 anlegen können. Das
übersetzungsverhältnis beider Hebel ist so gewhlt, daß bereits bei der kleinsten
praktisch' möglichen Bewegung der eine der beiden Kontakte 22, 23
geschlossen wird. Daher werden vorteilhaft finit den Hebeln i9 weitere Hebel so
verbunden, daß das Übersetzungsverhältnis gesteigert wird.
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Die Hebel i9 sind an den einen Pol einer Batterie 2.4 gelegt, deren
anderer Pol über die Wicklungen a5 einer elektromagnetischen Kupplung an den Kontakten
23 liegt. Bei Strornschluß der Kontaktteile 22, 23 werden also die Elektromagnete
a5 erregt, die ihre Anker 26 anziehen. Die Kupplungen sind in Abb. i deutlicher
dargestellt. Der Anker 26
der linken Kupplung ist auf einer Welle
27
befestigt, die auf der einen Seite die Anzeigescheibe 28 zur Feineinstellung
trägt, auf der anderen Seite das Zahnrad :?o, (las mit Zahnrad 16 in Eingriff steht.
Auf dein Zahnrad 16 ist ein weiteres Zahnrad 30 mit kleinerem Durchmesser
angeordnet, (las finit Zahnrad 31 in Eingriff steht. Auf-derAchse dieses
Zahnrades 31 liegt (las Kegelrad 32 eines Differentialgetriebes, dessen Stirnrad
33 mit dem Zahnrad 34. gekuppelt ist. Dieses steht wiederum in Eingriff tnit Zahnrad
35,
das ähnlich ausgebildet ist wie Zahnrad 16 (Abb. 3). fit das Zahnrad 16
greift Seeiter ein Zahnrad 36 ein (vgl. auch Abb. 2, in der die Durchmesser der
verschiedenen Zahnräder der Übersichtlichkeit halber nicht in Cbereinstimmung iuit
Abb. i dargestellt sind), dessen Drehung; mit Hilfe des Rades 37 auf die Anzeigescheibe
38 zur Grobeinstellung übertragen wird.
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Die Übersetzungsorgane der Vorrichtung werden durch (gen Elektromotor
39 in Bewegteig gesetzt. 7_t1 diesem Zweck ist die Achse
4o
des Motors über Kegelräder 41 finit der AClice42 verbunden, auf der zwei Zahnräder
.43, 44 befestigt sind. Ersteres steht über Zahnrad 45 finit Rad .46 in Eingriff,
das mit eitler Metallhülse 4; versehen ist, so daß die Bewegungen des Zahrrades
46 auch von der Metallhülse ausgeführt werden. Letzteres stellt mit Zahnrad 4.8
in Eingriff, das ebenfalls eine Metallhülse 49 trägt. Durch die Zwischenschaltung
des Zahnrades 4.5 wird erreicht, (laß die Zahnräder .[6 und 48 sich bei -leichetn
Antriel> vom liotor her im entge-etigesetzten Siline drehen. Wird nun der eine der
beiden Elektromagnete 25 durch die in Abb. 3 dargestellte Kontaktvorrichtung an
die Batterie 2.4 angeschlossen, so wird dadurch der Anker 26 all eine der sich drehenden
Hülsen .4; oder 49 gelegt, wobei die Welle 27 und damit die Scheibe 28 und das Zahrrad
29 in Bewegung versetzt werden. Die Bewegung des Zahnrades 29 wird auf Zahnrad 16
übertragen, das seinerseits über Zahnräder 36 und 37 die Anzeigescheibe 38 für die
Grobeinstellung in Bewegung setzt. Dabei ist das hbersetzungsverhältnis so gewählt,
daß bei einer Drehung der Scheibe 38 die Scheibe 28 mehrere Umdrehungen ausführt.
Uni die Ablesung genau vornehmen zu können, ist jede der beiden Anzeigescheibeil
28 und 38 mit je einem Zeiger 5o und ,31 versehen, von denen Zeiger 5o auf die Skala
52 und Zeiger 5i auf die Skala 53 weist.
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Die Vorrichtung zur Anzeige der Entferntttig des Stiftes q voll der
Achse des Zahnrades 14 ist ganz ähnlich ausgebildet wie die eben beschriebene. Der
Motor 39 setzt über Kegelräder 54. die Achse 55 in Bewegung, auf der die Zahnräder
56 und 57 befestigt sind, von denen das erstere über Rad 58 -ein finit Metallhülse
6o versehenes Zahnrad 59 antreibt. das zweite ein finit Metallhülse 62 versehenes
Rad 61. Der dein Elektromagneten 25 gegenüberstehende Anker 26 ist auf der
welle 63 befestigt, die eine Anzeigescheibc ()4 zur Feineinstellung und ein Zalinrä(i
65 tragt, das finit Rad 6(i in Eingriff steht. I)icses greift einerseits in das
Zahnrad 67 ein und setzt somit über Zahnrad 65 die Anzeigescheibe 69 für Grobeinstellung
in Bewegun(r, andererseits greift es mit eineng Allatz ,^o in (las Stirnrad 33 eines
Differentialgetriebes ein.
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Bei Änderung (leg Entfernung zwischen Stift c uaid Zahnrad 14 setzt
die Zahnstange i3 (las 1,1a(1 i4. in Bewegung. Auf (leg Achse t dieses Rades ist
eine Scheibe 72 befestigt, die gellatl so ausgebildet ist wie die Scheibe
1u (Abl).3), c1.11. sie trägt zwei Anscliliige, von denen ein Anschlag in eitle
Aussparung (ges Zahnrades 35 eingreift, während sich all den anderen Anschlag
7 3 die Hebelarme eitler Kontaktvorrichtung anlegen. Bei Drehung (ges Rades 14 gegenüber
Zahnrad 35 wird durch die Kontaktvorrichtung einer der hlektromagnete 25 erregt,
der Anker 26 wird dadurch gegen eine der sich drehenden Metallhülsen 6o oder 62
gedrückt, wodurch die Scheibe 64 und über Zahnräder 66, 67, 68 die Anzeigescheibe
69 bewegt wird. Wiederiin sind zur Erleichterung der Ablesung zwei Zeiger 7.4, ;
5 vorgesehen (Abb. 2), von denen Zeiger 74 auf die Skala 76 und Zeiger 75 auf die
Skala 77 weist. Auch hier ist das Übersetzuligsverhältnis so gewählt, daß
einer ganzen Drehung des Zeigers 74 eine Bewegung des Zeigers 75 um einen Skalenstrich
entspricht.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Wird etwa von Hand oder
von einer mechanischen @rorrichtung eine der Kurbeln ,4, 8 oder auch beide gleichzeitig
gedreht, so ändert damit der Punkt 9 seine Lage in bezug auf das Rad 1d., so daß
entweder nur der Abstand beider Punkte voneinander sich ändert oder auch die Neigung
der Verbindungslinie beider Punkte gegenüber dem. Schlitten 5. Zur weiteren Erläuterung
der irkungsweise sei angenommen, daß beide Werte sich ändern. Durch die Änderung
des Neigungswinkels wird die Scheibe io gedreht, die eine der beiden Kontaktvorrichtungen
22, 23 in Tätigkeit setzt und so einen der auf der linken Seite in Abb. i dargestellten
Elektromagnete 25 an Spannung legt. Gleichzeitig wird durch die Änderung der Entfernung
das Rad 14 und damit die Scheibe 72 gedreht, wodurch wiederum eine ganz ähnlich
arbeitende Kontaktvorrichtung in Tätigkeit gesetit wird, die einen der Elektromagnete
25 auf der rechten Seite in Abb. i an Spannung legt. Die Elektromagnete ziehen daher
ihre Anker 26 an, die dabei voll einer der beiden Meta11-hülseli 47, .49
und 6o, 62 in Bewegung gesetzt werden. Die Drehbewegung der Achsen 27 und
63 werden dabei teils direkt auf die Anzeigescheiben 28 und 64, teils unter Verinittlung
eines Systems von "Zahnrädern auf die Anzeigescheiben für die Grobeinstellung 38
und (l9 übertragen, Dadurch werden auch die Zahnräder 16 und 35 in Bewegung gesetzt,
die der Bewegung der Scheiben io und 72 so lange folgen, bis diese Scheiben wieder
zur Ruhe gekoninien sind. Sind dann die Zahnräder i 0 und 3,5 (legewcgtlilg
(leg Scheiben i() Und 7 2 so weit gefolgt, daß sich die entsprechenden gegenüberstehenden
Teile wieder in korrespondierenden Stellungen befinden, so \%-erden die 1-Zolltakte
22, =3 geöffnet, so (laß die Elektroniagliete 25 strohlos werden und die _@tizeigevorrichtung
von (gen i"bersetzungsoräatien abschalten. Man erkennt
hieraus,
daß durch eine derartige Vorrichtung jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis hergestellt
werden kann. Die Anordnung hat dabei den großen Vorteil, daß die Anzeige unmittelbar
nach erfolgter Einstellung an den Anzeigescheiben abgelesen werden kann, da der
lIotor 39 ständig in Tätigkeit ist und praktisch ohne Verzögerung die Anzeigeorgane
in Bewegung setzt.
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M'enn durch eine Drehung der Kurbeln .4 und 8 erreicht werden soll,
daß nur der Neigungswinkel der Schiene ii gegen die Schiene 5 sich ändern soll,
nicht aber der Abstand des Punktes 9 von der Achse des Rades 14, so wird durch die
Drehung der Scheibe io und damit der Zahnstange 13 um die Achse des Rades 14 auch
das Rad 14. in Drehung versetzt. Da nun die Drehung des Rades 14 auf die Anzeigevorrichtung
für die Entfernung übertragen wird, so würde in diesem Fall diese Vorrichtung eine
Fehlanzeige liefern. Um diese zu kompensieren, ist das Differentialgetriebe 32,
33 vorgesehen. Wenn die Entfernung sich nicht ändert, so müssen sich auch die Zahnräder
65 und 66 in Ruhe befinden, während nur das Zahnrad 16 vom Zahnrad 29 her in Drehung
versetzt wird. Diese Drehungen werden durch den Zahnkranz 3o auf die Zahnräder 31,
32 übertragen. wodurch das Stirnrad 33 des Differentialgetriebes und damit die Zahnräder
34., 35 in Bewegung gesetzt werden. Diese Drehbewegung des Zahnrades 35 ist so bemessen,
daß es der Drehbewegung des Zahnrades 1.4. infolge der Drehung der Zahnstange 13
gerade folgt, so daß die auf dem Zahnrad 35 angeordnete Kontaktvorrichtung nicht
in Tätigkeit gesetzt werden kann. Ändert sich andererseits sowohl der Neigungswinkel
als auch die Entfernung, so wird unter Vermittlung des Differentialgetriebes die
Anzeigevorrichtung für die Entfernung immer um den Betrag zurückgestellt, der durch
die Drehung des Zahnrades infolge Änderung des Neigungswinkels fälschlich hervorgerufen
wird.