DE6604217U - Planetarium. - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinridi Willrath d - 62 Wiesbaden h. Aug. 19Φ

Dr. Dieter Weher p^tfa* 1327 hx/ps

PATENTANWÄLTE Gusuv-Ereyar-Srnfie 25

Telefon (06121) 37 Z? 20 Telegranmadresse: WILLPATENT Postsdiedz: Frankfurt Main 67 63 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden Konto Nr.

S 52 211 / 42n Gbm
Spitz Laboratories

PLANETARIUM

Die Neuerung betrifft ein Planetarium mit einer konkaveü, sph.arisch.en PrQJektionsfläch.e und mit einem um drei Drehachsen drehbaren Projektionsgerät, dessen Projektoren auf der halbkugelartigen Schaufläclte Himmelskörper nachbilden.

Es sind bereits derartige Planetarien bekannt, deren Projektionsgeräte um drei Achsen dreh.bar sind, von denen z.vjrei Achsen stets recht-winklig zueinander angeordnet sind«
Diese Geräte weisen eine horizontale _t den Breiten grad bestimmende Ach.se_fc eine polare Achse und eine Präzessionsachse auf» Diese Achsen hatten bisher die Aufgabe, entweder den visuellen Eindruck des Himmelsgewölbes von verschiedenen Stellen der Erde aus und unter der Wirkung der Erdumdrehung auf der Kuppel des Planetariums nachzubilden oder den zukünftigen Einfluß der Präzession der Polachse
der Erde auf die scheinbare Bewegung der Gestirne zu veranschaulichen· Dabei handelt es sich bekanntlich bei der
Präzession der Erde darum, daß deren Polachse in sehr langen Zeiträume/; einen Kegelmantel unter einem Öffnungswinkel von

I · Il

— 2 —

23,5° Beschreibt, so daß im Laufe der Zeit für einen Beobachter an ein und derselben Stelle der Oberfläche verschiedene Teile des Himmelsgewölbes sichtbar werden.

Als Folge dieser Ausbildung der bekannten Planetarien sind die dßr die Zuschauer bestimmten Sitze auf einem Ring unterhalb des Umfangs der Kuppel angeordnet und weisen nach innen. Bei dieser Anordnung ist es unvermeidlich, daß einige Leute in dem Raum auf denjenigen ΦθχΙ der Kuppel schauen müssen,

welcher unmittel über und hinter ihnen liegt. Abgesehen von der damit verbundenen Unbequemlichkeit für die Zuschauer ergibt sich, daß ein Raum mit einer derartigen ringförmigen Bestuhlung nachteilhafterweise ausschließlich als Planetarium verwendbar ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Planetarien besteht darin, daß sie lediglich bestimmt nid geeignet sind, um den sich von bestimmten festen Punkten der Erdoberfläche erge-

' benden Anblick des Himmelsgewölbes unter der Wirkung der täglichen Evolution, der jährlichen Revolution und der sich über lange Zeiträume erstreckenden Präzession der Erde auf die Kuppel des Planetariums abzubilden.

Gemäß der Neuerung soll demgegenüber ein Planetarium geschaffen werden, bei welchem jeder interessierende Bereich des Himmelsgewölbes auf jeder gewünschten Bahn auf jede zweckmäßige Zone der kuppeiförmigen Pro j ekt ions fläche projiziert werden kann·

Ausgehend von einem bekannten Planetarium mit einem Projektionsgerät, das um drei Achsen drehbar ist, von denen zwei Achsen stets rechtwinklig zueinander angeordnet sind, und durch welches Nachbildungen auf eine konkave, sphärische Fläche projizierbar sind, wird diese Aufgabe gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß die erste Achse ebenso -wie die dritte Achse stets wechselweise rechtwinklig zur zweiten Achse ist. Somit erhält das Projektionsgerät für das Planetarium drei orthogonale Freiheitsgrade der Bewegung, und es ergibt sich eine weitgehend universelle Beweglichkeit und Verwendbarkeit des derart gelagerten Projektionsgerätese Dies hat zunächst den bedeutenden Vorteil, daß jeder gewünschte Teil des sichtbaren Sternfeldes auf jeden gewünschten Bereich der Projektionsfläche projiziert werden kann und infolge-dessen die Sitze im Zuschauerraum so angeordnet werden können, daß sie sämtlich dem gleichen Teil der Kuppel zugekehrt sind. Das Projektionsgerät ist daher so einstellbar, daß jeweils der interessierende Bereich des ( Sternenfeldes in das Blickfeld der Zuschauer projiziert

wird.

Veiterhin wird es durch die neuerungsgemäß geschaffene, universelle Bewegbarkeit des Projektionsgerätes möglich, den Anblick des Sternenhimmels von einem sich in beliebig auf der Erde oder dem Weltraum bewegenden Fahrzeug kontinuierlich nachzubilden.. Es "kaTm also b β ispi el sireise der Kurs eines Schiffes oder der Flug einer Baumkapsel simuliert werden, was bisher nicht möglich war.

Blue vorteilhaft θ Ausgestaltung des Piano/tar ium s gemäß der Neuerung weist ein ortsfestes Gestell, einen auf dem Gestell um die dritte Drehachse drehbar gelagerten Rahmen und eine auf dem Rahmen um die zweite Drehachse drehbar gelagerte Halterung auf, auf welcher das Projektionsgerät um die ersta Drehachse drehbar Äelasert ist. Vorzugsweise ist dabei die dritte Drehachse vertikal und die zweite Drehaohse horizontal angeordnet. Die erste Achse ist in diesem Fall die ebenfalls auf der zweiten oder horizontalen Achse senkrecht stehende Polachse.

Die dritte Drehachse, welche vorzugsweise vertikal angeordnet ist'i dient dazu, die Breitenlage des projizierten Sternenfeldes in bezug auf die Projektions fläche zu ändern· Die vorzugsweise horizontale, zweite Achse ermöglicht die Einstellung des Höhenwinkels in ähnlicher Weise wie bei den bekannten Planetarien· Die dritte Drehachse, welche ebenfalls zu der zweiten Drehachse senkrecht steht, stellt die Polachse dar, um die sich das Sternenfeld dreht·

Da zur Nacldpnung der Drehung des Sternenfeldes eine andere Raumachse als die Polachse des Projektionsgeräts eine Bewegung um sämtlicL.e drei Drehachsen gleichzeitig stattfinden muß, wird das Planetarium nach der Neuerung vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß zwischen Gestell, Rahmen, Halterung end Projektionsgerät, jeweils Antriebsmotoren veränderlicher Drehzahl angeordnet und an jeder Achse "Winkel—Meßumformer für den Antrieb der Motoren vorgesehen sind» Die Meßwert-TJmformer arbeiten als "Resolver" oder Punkt!oinsbildner, die

AR04217

den Sinus oder Kosinus des Winkels der entsprechenden Achse als elektrische Spannung an einen Analogrechner weitergeben, der die erforderlichen Steuersignale an Stellmotore weitergibt, so daß oin Nachlaufregelkre-is zur selbsttätigen Nachahmung des Anblicks der Gestirne bei der Bewegung auf einem vorgegebenen Kurz ermöglicht Ύ-ird.

Anhand der Figursi wid die Neuerung beispielsweise näher Λ

erläutert. Ea zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungs- |,

form des Planetariums gemäß der Neuerung einschließ— < lieh der die Projektionsfläche aufweisenden Kuppel und des darunterliegenden Zuschauerraums^

Fig. Z eine Draufsicht auf den inJSLg. 1 dargestellten Zu-

schauerratm, gesehen von einer Stelle unterhalb der O Kuppel,

Fig. "3 eine schematische Vorderansicht der in den Figuren

1 und 2 gezeigten Ausführungsform ohne Kuppel und Zuschauerraum, deren Polachse zur besseren Ver anschaue * u\ lichung mit der vertikalen Achse zusammenfällt,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der in Fig· 3 dargestellten Ausführung sform, wobei die in Fig. 3 dargestellte Stellung in strichpunktierten Linien auge de u-

tet ist und in ausgezogenen Linien die Polach.se um die zweite, horizontale Dre3aach.se aus der Ver tikalen herausgeschwenkt ist₉

Fig* 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 S-¹* Fig. 3 und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der gegenseitigen Zuordnung des Sterns nfeides imd der drei Drekaeliaes. de s Planetariums·

Es wird zunächst auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen. A^^s diesen Figuren ist ersichtlich, daß die dargestellte Ausfuhrungsform des Planetariums gemäß der Neuerung ein Gestell 10 aufweist, welches mittels in ihrer Höhe einstellbaren Füßen 11 auf dem Boden des plane tarischen Zuschauerraumes steht β Die Füße 11 können mit Gewinde versehen oder auf andere, übliche Weise einstellbar ausgeführt sein, um das Gestell 10 der Höhe nach zu verstellen. Das Gestell besteht aus einem vierseitigen Pyramidenstumpf, welcher aus Winkeleisen oder ähnlichen Bauteilen aufgebaut ist, die verschweißt oder auf andere Weise miteinander verbunden und in einem passenden Blechgehäuse eingebaut sind. Im Gestell 10 ist ein Y-förmiger Rahmen 12 drehbar gelagert. Die sich nach unten erstreckende Stütze 13 des Rahmens ist bezüglich des Gestells drehbar gelagert, so daß für den Rahmen 12 in bezug auf d.as Gestell die vertikale, dritte Drehachse geschaffen wird.. Die im Abstand voneinander angeordneten oberen Enden d.es Rahmens 12 bilden an dar Oberseite der Gittersäulen Ik innerhalb des Gehäuses 15 eine

kardanische Aufliängung für eine "Welle 16. Die Welle 16 stellt die zweite, liorizontale Drehachse dar. Die ¹WeIIe 16 und damit die horizontale Drehachse sind senkrecht zu. der· dritten, vertikalen Drehachse angeordnet, welche von der Rahmenstütze 13 gebildet wird.

Die Halterung 17 für das Projektionsgerät ist auf der ¥eILe 16 -wd.edex=ns drehbar» gelagert _f -wobei sine mit der Längsachse des Projektionsgeräts zusammenfallende erste Drehachse gebil-

^v det wird, welche die Polachse ist. Die Halterung 17 besteht

aus einem Paar von gitterförmig aufgebauten Stützen 18, welche sich von der Welle 16 aus in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und an ihren einander gegenüberliegenden Enden Sternfeldprojektions-HalbkugeIn 19a und 19b tragen. Neben dor ¥ello 16 sind Befestigungsplatten 20 für Planeten-Analoga 21 sowie zugeordnete Einrichtungen angeordnet, welche nachfolgend noch näher erläutert werden. Die Platten 20 können auch Projektoren tragen, welche zur Nachahmung anderer

( Himmelskörper sowie besonderer Effekte dienen. Weitere Projektoren können auf der horizontalen Stützfläche 2k befestigt sein, welche um die gleiche vertikale Drehachse drehbar ist, um die dor Rahman 12 umläuft.

Es ist ersichtlich, daß eino Drohung des Ralunons 12 um die vortikalo, dritte Drehachse bezüglich dos Gestells 10 die Seltenstellunß dös Projoktionsgoräts und dos davon orzeugton Sternfeldea verändert wJrr<i. Auf dleso Woiae kann jodor Ordinatenstricfa. des Kompasses, beispielsweise Kordon odor irgendeineandora Richtung, sn jodom gowünschten Meridian längs dor

• » * t

Planetariumskuppel nachgeahmt werden» Falls erwünscht, können passende Projektionseinrichtungen zum Projizieren von Strichen des Kompasses vorgesehen sein, welche sich mit dem Rahmen 12 bewegen, um die Striche des Kompasses bezüglich der Sternenfeld-Projd&ion auf der Kuppel zu ermitteln. Die Drehung des Projektionsgeräts auf der Halterung 17 um die horizontale !felle 16 liefert eiize Nachahmung des Himmelsgewölbes, wie dieses von irgendeiner gewünschten geographischen Breite auf der Erde oder einer entsprechenden Lage über der Erde beobachtet werden kann. Die Halbkugel-Projektorsn 19a und 19b stellen zusammen ein vollständiges Himmelsgewölbe dar, welches jedoch am Horizont auseinandergeschnitten ist. Außer bei vertikaler Lage der Polachse, welche bei der Erde nicht möglich ist, wie weiter unten ausgeführt wird, wird jeweils ein Teil des projizierten Sternenfelds von jeder Halbkugel erzeugte Wegen der Trennung der Halbkugel vird ©ine Korrektur vorgenommen, so daß die von jeder Halbkugel projizierten Sternstellungen in richtiger gegenseitiger Lage auf die ProjektL onsfläche der Kuppel fallen.

Die erste oder Polachse muß neuerungsgemäß nicht unbedingt der gegenwärtigen Polachse der Erde entsprechen, obwohl dies aus Gründen der Einfachheit zweckmäßig sein kann. Darüberhinaus bietet die dargestellte Ausführungsform jedoch die Möglichkeit, ix-'gendeine andere mögliche Polachse nachzuahmen, was/uurch gemeinsame Bewegungen um alle drei Drehachsen ausgeführt werden kann. Die wirksame Polachse ist dabei diejenige Achse, um welche sioh das Sternenfeld zu drehen scheint. Die praktische Möglichkeit der Versetzung

It'

t I

der Polachse in eine beliebige Richtung hängt selbstverständlich vom passenden Antrieb des Projektionsgeräts um die drei Drehachsen gemäß einem vorbestimmten Programn ab. Dieses Programm wird vorzugsweise von e iner Analog—Rechen— anlage geliefert, welche in Verbindung mit hier nicht näher zu erläuternden Servo einrichtungen den Antrieb des Projektionsgeräts steuern kann·

Während es bei bekannten Planetarien allgemein üblich ist, die tatsächliche Polachse unter einem Tiinkel von 23t5 ^ztir Senkrediten, auf der die geographische Breite erzeugenden

Achse anzuordnen, welche bei der vorliegenden Anordnung

der horizontalen Achse entspricht , wird es neue rungs gemäß bevorzugt, die Polachse des Projektionsgerätes nicht geneigt anzuordnen, da ohnehin jede beliebige Polachse nachgeahmt und eine Kompensation für iJLese Abweichung von einem echten Erdensystem vorgenommen werden kann·

Da neu3rungsgemäß jeder Punkt des Himmelsgewölbes auf jeden vorgegebenen Punkt der Planetariumskuppel abbildbar ist, kann im Zuschauerraum eine übliche Sitzanordnung gewährt werden, bei der die Sitze alle in iüeselbe Richtung weisen, in der der Meridian einschiieQIicn desjenigen Bereiches des Himmelsgev/öJ.bes projiziert wird, welcher von besonderem Interesse ist,

Eine bevorzugte Anordnung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt, bei denen das Projektionsgerät 1 unter einer üblichen Planetariumskuppel 2 im Zuschauerraum aufgestellt ist.

4217

Die Sitze 3 sind so eingeordnet, daß alle Zuschaer in die gleiche Richtung blicken. Sie können gemäß Figur 2 in einer gebogenen Aufstellung oder in geradlinigen, parallelen Reihen angeordnet sein. Auch·können sie auf einem abgestuften Boden h stehen. An der Vorseite des Raumes unterhalb desjenigen Bereiches dor Kuppel, auf welchem der das I_ntorosso der Zuschauer boanspruchende Ausschnitt des Stornenfoldos projiziert wird, könnon ein Losepult 5t Schroibtafoln und. andore Zuschaor- odor ICL as se nz immer aus-

rüstungon aufgestellt sein. Die Geräte Steuerungen können im Lesepult eingebaut oder an der Rückseite dos Raumes in einem getrennten Pult 6 angeordnet sein· Das Projektionsgerät kann, falls orwünscht, auf einer Hebeeinrichtung angeordnet sein, damit es unter den Boden abgesenkt, bzw. aus dem Blickfeld der Zuschauer entfernt werden kann, wenn der Zuschauerraum für andere Zwecke benutzt wird.

Das Antriebs™ und Einstellsystem des Projektionsgeräts ist ( so aufgebaut, daß eine relative Drehung der einzelnen Teile

möglich ist. Es sind getrennte Antriebseinrichtungen für die gegeneinander drehbaren Teile sowie Winke1-Meßumformer zum Abfühlen der gegenseitigen Winkel der einzelnen Teile vorgesehen. Diese Einrichtungen stellen jeweils Bestandteile einer Rechenanlage dar und steuern diese.

In Fig· 6 ist das Himmelgewölbe als Globus dargestellt. Die drei Drehachsen des Projektionsgeräts sind mit 1,2 und 3 bezeichnet, wobei die entsprechenden Zahlen in der schematischen Darstellung eingekreist sind. Die Sterne oder

dergleichen auf dem Globus darstellenden Punkte ändern Hire Lage, wenn eine Drehung um irgendeine der drei Drehachsen stattfindet . Fenn beispielsweise eine Drehung um die dritte Drehachse 3 erfolgt, wird die Lage jedes Meridians geänd.ert_o Wenn eine Drehung um die zweite Drehachse 2 erfolgt, nimmt das Himmelsgewöbe bei Beobachtung von der Erde aus aufeinanderfolgende Stellungen ein, welche unterschiedlichen Breiten entsprechen. Jed.er ausgewählte Punkt auf dem Himmelsgewölbe ändert bei einer derartigen Bewegung seinen Höhenwinkel in bezug auf d.ie horizontale Ebene. Eine Drehung um die erste Drehachse 1 allein, ahmt die übliche Drehung des Sternenfeldes um d.ie Polachse der Erd.e nach.

Wenn die vertikale Drehachse 3 und die horizontale Drehachse 2 feststehen und nur d.ie Drehung um die Polachse 1 beibehalten wird, scheint sich das Sternenfeld, um eine Projektion der Drehachse 1 durch den Polarstern der Erde zu drehen. Eine Drehung um die Drehachse 1 bei vorgegebener Lage der Dreh-Γ achse 2 stellt die einfachste Situation dar und entspricht

derjenigen, welche bei bekannten Planetarien üblich ist. Es fallen also dabei Polachse und Drehachse des Sternenfeldes zusammen.

JTeuerungsgemäß kann jedoch nicht nur der Polarstern, sondern irgendein beliebiger Punkt auf dem HimmeIsgewölbe als Ort der Poldrehachse des Sternenfeldes gewählt werden,

Wenn nun angenommen wird, daß die Polachse und die Drehachse des Sternenfeld.es nicht zusammenfallen, so muß sich der Punkt

• ■ · ·

im Stornonfold, welcher während dor Drehung um die Polachse ortsfest schien, auf einem Kreis bewegen, welcher durch die strichpunktierte Linie um eine Achse P dargestellt ist, die duroh don ortsfesten Punkt auf dom Himmelsglobus und den Mittelpunkt dos Himmelsglobus geht. Tatsächlich muß sich die

Ί θχιΐΐίϋ¹·'* dss β 1?3?ίοivrwrt

Eine deisitigo Bewegung erfordert eine gemeinsame Bewegung um dio anderen beidon Drohachson» Gleichzeitig ist eine

O Drehung um dio Drohachse 1 erforderlich, um eine Drehung des Sternenfeldes nachzuahmen» Eine hin- und hergehende Bewegung um die Achse 2 muß dor Poldrehbewegung überlagert werden, um zu erreichen, daß eine Komponente der Bewegung eine Änderung in der geographischen Breito dor Drehachse 1 erzeugt, welche daduroh sichtbar gemacht werden kann, daß die Lage der Achse 1 auf den Meridian projiziert wird» Weiter ist eine Hin- und Herbewegung um die Drehachse 3 erforderlich, um zu erreichen, daß die Bewegungskomponente Änderungen der Drehachse 1 aus einer Meridianlage in die aidere erzeugt, welche dadurch

* sichtbar gemacht werden können, daß die Stellungen der Drehachse 1 auf den Äquator projiziert werden» Da die Drehachse 3 die einzige Achse ist, welche tatsächlich im Raum ortsfest bleibt, kann sie als Bezugspunkt eines Dreiecks benutzt werden, das auf dem Himmelsglobus aufgezeichnet ist. Ein weiterer Bezugspunkt ist der Punkt, an dem die Achse P den Himmelsglobus durchdringt und welcher als Drehpunkt des S1;ernenfeldes ausgewählt ist. Schließlich stellt ein sich ständig auf dem strichpunktierten Kreis bewegender Punkt die augenglickliche Lage der Drehachse 1 dar. Das sphärisch-e Dreieck ändert fortwährend Größe und Form, wenn sich die Polachse 1 auf dem strichpunktierteii^Kreis beweg^. ,^n jedem Augenblick gelten

~ 13 - "

jedoch, folgende Gleichungen:

cos C α cos a cos b + sin a sin b cos C;

sin B = sin b sin C / sin c;

sin A = sin a sin C / sin c, J

•wobei ;

! Jk der Versetzung senkel um die Breh.ach.se 3 bezüglich. ;

eines ausgewählten Bezugsmeridians (Länge); j

B der Versetzungswinkel um die Dreh.ach.so 1 bezüglich.

eines Bezugsmeridians; ^;

^" der Versetzungs-winkel um die Ach.se P bezüglich, des
Bezugsmeridians (augenblicklicher Winkel zwischen den
Dreh.ach.seη 1 und 3 ) ; ;

C = 180° - f der Winkel, welcher den Betrag der
drehung um den Pol P festlegt;

a die Bogenversetzung des Pols P gegen die Drehach.se 1
(gewählter Polabstand);

b die Bogenversetzung zwischen dem Zenith und den Pol P,
d.h. der Bogen von der Drehachse 3 (Polabstand des Beobachters ) und

• ι · <

c die Böge nver Setzung der Drehachse 1 bezüglih der Drehachse 3 j festgelegt durch die Lage der Drehachse 2 (gewählter Polabstand der ersten Drehachse) ist.

Claims (2)

S c h u t zansprüche

1. Planetaritun mit einem Projektionsgerät, das um drei Achsen drehbar ist, von denen zwei Achsen stets rechtwinklig zueinander angeordnet sind, und durch welches Nachbildungen auf eine konkave, sphärische Fläche projisii,erbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (i) ebenso wie die dritte Achse (3) stets wechselweise rechtwinklig zur zweiten Ach.se (2) ist.

2. Planetarium nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch, ein ortsfeste? Gestell, einen auf dem Gestell um die dritte Achse (3) dreb"*ar gelagerten Rahmen und eine auf dem Rahmen um die zweite Achse (2) drehbar gelagerte Halterung, auf welcher das Projektionsgerät um die erste Achsv* (l) drehbar gelagert ist»

3e Planetarium nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Achse (3) vertikal und die zweite Achse (2) horizontal angeordnet ist»

k. Planetarium naoh Anspruch. 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gestell, Rahmen, Halterung und Projektionsgerät jeweils Antriebsmotoren mit veränderlicher Drehzahl angeordnet und an jeder Achse Winkel-Meßumformer für den Antrieb der Motoren vorgesehen sind·

· ' · ^: ·; '· · ''»'■' 1 ·■· ' *t· i λ sty. <n >k« A^t-.j»·*« '.„ Wm-F^iI e. . -j....

· .1.« .1. s«.ff*A >«ΠΜπ Aul AftlMq w» *Λ l&j,VH ΟΙΗιΛ VClOiO^I₄HI 0«Ji/ fil.