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Kehrwertgetriebe für Feuerleitgeräte Eine Grundaufgabe bei der Ermittlung
artilleristischer Werte ist die Umwandlung gemessener oder vorgegebener Größen in
die Reziprokwerte; z. B. ist der durch einen Entfernungsmesser ermittelte umgekehrte
Wert der Zielentfernung in den richtigen Wert, nämlich die Entfernung, überzuführen.
Zu diesem Zwecke sind Umformungsgetriebe entwickelt worden, die aus Kurvenscheiben,
Kurvenzylindern, Spiralrädern o. dgl. bestehen. Durch die Verdrehung der Scheiben
oder Zylihder wird z. B. ein in der Kurve geführter Stift radial verschoben, der
alsdann durch seine jeweilige Stellung die richtige Entfernung anzeigt, wenn der
zugehörige Winkelwert des Kurvenpunktes dem Kehrwert der Entfernung entspricht.
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Es handelt sich also um ein Getriebe zur Lösung der Gleichung
(a = Konstante), die bei der Darstellung in Parallelkoordinaten eine gleichseitige
Hyperbel darstellt. Diese Kurve verläuft für kleine Werte x sehr steil. Dadurch
ergeben sich für den Abnahmestift für die y-Werte ungünstige Verhältnisse, insbesondere
Ungenauigkeiten in der Übertragung und starke Beanspruchungen. Bei großen Werten
x hingegen verläuft die Kurve sehr flach, das Getriebe erhält unzulässig große Abmessungen
und wird in der Bedienung sehr umständlich. Praktisch zu verwerten ist nur ein gewisser
mittlerer Teil der Kurve. Der Übertragungsbereich des Gerätes, das ist im Falle-
der Entfernungsmessung also das Verhältnis zwischen der kleinsten und größten vorkommenden
Entfernung, ist daher beschränkt und für viele Fälle nicht ausreichend.
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Ähnliche ungünstige Verhältnisse liegen vor, wenn man eine Kurve verwendet,
die die Gleichung
(a = Konstante) in Polarkoordinaten darstellt und bei der der Abstand eines Kurvenpunktes
vom Koordinatenursprung
die Entfernung, der zugehörige Winkel den
Kehrwert der Entfernung bedeutet. Fig. i zeigt eine solche Kurve für einen Übertragungsbereich
von i : 24. entsprechend einem Entfernungsbereich von z. B. I011111 ... -2-O
hin. Die an einzelne Kurvenpunkte angeschriebenen Zahlen bedeuten die Entfernungen
in hm, der zugehörige Winkel wird gebildet durch den Leitstrahl und die Koordinatenachse
0-Z. Bei einer Verdrehung der Kurvenscheibe soll der an der Kurve anliegende Abnahmestift
'in einer bestimmten festen Richtung radial verschoben werden. Man sieht leicht
aus der Figur, daß bei kleinen Entfernungen die radiale Bewegungsrichtung des Abnahmestiftes
fast senkrecht zur Kurventangente verläuft, wodurch sich eine gute Kraftübertragung
ergibt. Mit «-achsender Entfernung wird der Winkel zwischen radialer Bewegungsrichtung
und Kurventangente jedoch immer spitzer, und etwa bei Entfernungen von über Ioo
hm ist der Winkel bereits so spitz, daß die Bewegungs- und Kraftübertragung äußerst
schlecht wird.
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Günstigere Ergebnisse erzielt man, wenn man bei der Darstellung in
Polarkoordinaten die Entfernungen in umgekehrter Richtung aufträgt, also als Nullinie
einen Kreis mit dem Koordinatenursprung als Mittelpunkt ansieht. Die radialen Abstände
der Kurvenpunkte von der Kreislinie entsprechen nun den Entfernungen, während die
zugehörigen Winkel wieder durch Leitstrahl und Koordinatenachse 0-Z gebildet werden.
Zweckmäßig wählt man den Maßstab so, daß der Halbmesser des Nullkreises etwas größer
ausfällt als die Leitstrahllänge der größten zu übertragenen Entfernung, damit sich
auch für diese Entfernung ein eindeutiger Winkelwert ergibt. Das wäre nicht der
Fall, wenn der Halbmesser den Höchstwert der Entfernung darstellte, die Kurve also
im Koordinatenursprung endigen würde. Fig. 2 zeigt eine solche Kurve für den gleichen
Entfernungsbereich von Io hm ... 24o hm. Die Breite des durch die beiden konzentrischen
Kreise gebildeten Kreisringes entspricht der Höchstentfernung von 24o hm. Der größere
Kreis bildet den Nullkreis, so daß der Kurvenpunkt für 24o hm also auf dem Umfang
des kleinen Kreises liegen muß. Bei der Darstellung der Gleichung
(y bedeutet die Entfernung und x den Winkel) in Fig. 2 ist die Konstante a so gewählt,
daß zu der Entfernung Io 111n der Winkel 36o° gehört. Um das Gerät von der Entfernung
Unendlich auf die Entfernung Io hm einzustellen, ist also eine volle Umdrehung der
Kurvenscheibe erforderlich. Mit dieser Festlegung errechnet man leicht die zu bestimmten
Entfernungen y gehörenden Winkelwerte .x. In der nachstehenden Zahlentafel sind
einige zusammengehörige Werte verzeichnet:
| y x |
| Io 1111l 360r |
| 2o hm 18o° |
| 4.o hm 90° |
| 6o 11n1 Gor |
| 8ö hm .:1.7 r |
| Ioo hm 36r |
| I2o hin 30° |
| 16o hm |
| -0011111 1 Q |
| 240 hm 15 ° |
Die Fig. 2 zeigt, daß die gleichen ungünstigen Verhältnisse für die Bewegungsübertragung
wie beim Beispiel der Fig. i sich jetzt erst etwa bei Entfernungen von über 1.30
hin ergeben.
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Will man einen Übertragungsbereich von i : 24. tatsächlich beherrschen,
so sind einfache Kurvenscheiben oder Kurvenzylinder mit Kurven nach Fig. i oder
2 nicht zu gebrauchen und erst recht nicht, wenn noch größere Übertragungsbereiche
in Frage kommen. Die Erfindung löst die beschriebene Aufgabe für Kehrwertgetriebe
von Feuerleitgeräten unter Benutzung drehbarer Kurvenscheiben, von deren Randkurven
die Kehrwerte abgenommen werden und die in verschiedenem Maßstab dargestellte, sich
aneinander anschließende und nacheinander zur Wirkung kommende Teilbereiche umfassen
und entsprechend dem Maßstabwechsel verschieden schnell angetrieben werden; erfindungsgemäß
sind die Kurvenscheiben übereinanderliegend angeordnet und derartig ausgespart,
daß das gemeinsame Abnahmeglied für den Kehrwert nach deal Abtasten der Randkurve
der einen Scheibe auf die der nächsten Scheibe aufläuft.
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Es sind Kehrwertgetriebe für die Ermittlung von Zielentfernungen bekannt,
bei denen zwei nacheinander zur Wirkung kommende Kurvenkörper vorgesehen sind, die
einander etwas überlappende Teilbereiche der veränderlichen Größe umfassen. Der
eine Kurvenkörper wird von der Einstellvorrichtung für die veränderliche Größe unmittelbar
eingestellt, seine Einstellung mittels einer Hilfsantriebsvorrichtung abgefühlt
und der zweite Kurvenkörper mittels der Hilfsantriebsvorrichtung verstellt und auf
ein Stellglied so lange zur Einwirkung gebracht, bis dieses mit einem von der Einstellvorrichtung
verstellten zweiten Stellglied zusammentrifft, so daß der z. B. für kleine Zielentfernungen
vorgesehene Kurvenkörper die wahren Werte und der für große Zielentfernungen j benutzte
Kurvenkörper die reziproken Werte der Zielentfernung enthalten kann. Der getriebemäßige
Aufwand
dieser Einrichtung ist recht erheblich; sie erfordert einen Nachlaufmotor mit Kontakt-
und Umschaltvorrichtungen, ist also baulich recht verwickelt. Demgegenüber zeichnet
sich die erfindungsgemäße Einrichtung durch übersichtliche, einfache Bauart aus.
Besonders auffallend ist der geringe Platzbedarf wegen der übereinanderliegenden
Anordnung der Kurvenscheiben.
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Es ist außerdem ein logarithmisches Kurvengetriebe für Geschwindigkeitsmesser
bekannt, bei dem eine Kurve in mehrere gegeneinander versetzte Abschnitte geteilt
ist und durch eine Feder an eine der Zahl der Abschnitte entsprechende Anzahl Zapfen
gedrückt wird, die vom Zeit- oder Wegewerk um eine gemeinsame Achse geschwenkt werden,
wodurch die Drehung der Achse der Kurve logarithmisch übersetzt wird; diese Übersetzung
wird durch weitere gleiche Zapfenantriebe, die in einem sich rechnerisch ergebenden
Übersetzungsverhältnis zueinander stehen, fortgeleitet. Nachteilig -bei dieser bekannten
Anordnung ist, daß die Zapfenantriebe in der gleichen Ebene nebeneinander liegen,
wodurch sich ein großer Platzbedarf ergibt. Während gemäß einem Merkmal der Erfindung
nur ein einziges Abnahmeorgan erforderlich ist, sind bei der bekannten Einrichtung
eine Mehrzahl von Abnahmeorganen, das sind in diesem Falle die Zapfen, erforderlich.
Die Ausrichtung und Einstellung des Gerätes erfordert deshalb viel Justierarbeiten.
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Fernei- ist ein logarithmisches Kurvengetriebe bekannt; bei dem eine
als Nut in den Mantel von Kurvenkörpern eingeschnittene logarithmische Kurve auf
drei Kurvenkörper mit verschiedenen Maßstäben verteilt ist, von denen die der kleineren
Werte entsprechend dem Maßstabwechsel schneller angetrieben werden. Die Abtastung
der abhängigen Veränderlichen erfolgt mittels zweier Abnahmestifte, die beim Übergang
zwischen den einzelnen Kurvenkörpern abwechselnd zur Wirkung kommen. Da voraussetzungsgemäß
die Kurvenkörper verschieden schnell angetrieben werden, muß, um einen sicheren
Übergang von einem auf den anderen Kurvenkörper zu gewährleisten, die Nut ganz genau
geschnitten sein. Die Herstellung ist also außerordentlich schwierig, und doch bleibt
selbst bei größter Präzision der Nachteil bestehen, daß leicht ein Klemmen auftritt.
Dieses läßt sich mit Sicherheit nur dann vermeiden, wenn genügend Spiel für den
Abnahmestift in der Nut vorgesehen wird, das würde aber eine Ungenauigkeit des Rechenvorganges
bedeuten. Hinsichtlich der Genauigkeit in den Ergebnissen ist die erfindungsgemäße
Einrichtung dieser bekannten Anordnung überlegen. Auch die Herstellung ist einfacher.
Praktisch geht man so vor, daß die Randkurve der Kurvenscheiben mit Übermaß hergestellt
und alsdann mit größter Genauigkeit auf das erforderliche Maß nachgearbeitet wird.
Bei dem bekannten Gerät ist ein solches Nacharbeiten nicht möglich. Der Vorteil
der einfachen Bauart und des geringeren Platzbedarfes besteht auch hier für die
erfindungsgemäße Einrichtung.
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Zwischen dem Erfindungsgegenstand und den erwähnten logarithmischen
Getrieben besteht noch folgender grundlegender Unterschied. Die bekannten Geräte
sollen als Geschwindigkeitsmesser für Automobile Verwendung finden. Demgemäß handelt
es sich um kleine und handliche Geräte von mäßiger Genauigkeit in der Anzeige. Der
Erfindungsgegenstand muß dagegen mit Rücksicht auf seine Verwendung im militärischen
Betrieb robust konstruiert und daher verhältnismäßig groß dimensioniert sein; andererseits
soll er als Rechengerät der Feuerleittechnik doch Rechenergebr_isse von möglichst
mathematischer Genauigkeit liefern. Deshalb waren bei der Entwicklung des Erfindungsgegenstandes
konstruktive und kinematische Probleme zu lösen, die bei den bekannten Geschwindigkeitsmessern
nicht vorliegen.
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Die Erfindung soll mit weiteren Einzelheiten an Hand der Fig. 3, die
ein Ausführungsbeispiel zeigt, beschrieben werden: Es ist wieder ein Entfernungsbereich
von Io hm ... 24o hm zugrunde gelegt. Das Gerät enthält die beiden Kurvenscheiben
k1 und k., deren Begrenzungslinien nach der Gleichung
verlaufen, und zwar ist die Darstellungsform nach Fig. 2 gewählt. Der radiale Abstand
eines Kurvenpunktes von dem (nicht gezeichneten) Nullkreis stellt also die Entfernung
y dar, während der zugehörige Leitstrahlwinkel x dem Kehrwert dieser Entfernung
verhältnisgleich ist. Die beiden Scheiben sind übereinanderliegend zu denken und
haben einen gemeinsamen Drehpunkt c, das ist gleichzeitig der Koordinatentirsprung
für die Darstellung der Randkurven in Polarkoordinaten. Der Deutlichkeit halber
und um die Wirkungsweise besser erkennen zu können, ist die Randkurve der Scheibe
k1 ausgezogen, die der Scheibe k2 gestrichelt gezeichnet. Eine Betrachtung der Fig.
2 lehrt, daß bei einer Verteilung des Übertragungsbereiches auf zwei Kurvenscheiben
am zweckmäßigsten die eine Scheibe den Bereich von 24o hm ... i oo hin, die
andere den Bereich von ioo hm ... io hm auswertet. Dementsprechend werden
die Entfernungen von 24ohm ... ioohm, zu denen bei der Darstellung nach Fig.
2 die Winkelwerte von i5° . . . 36°. gehören (das ist ein Bereich von 2i°), auf
den Umfang der Scheibe k1 verteilt.
Da erfindungsgemäß für beide
Kurvenscheiben nur ein einziges Abnahmeglied benutzt werden soll, empfiehlt es sich,
nicht den ganzen Umfang der Scheiben (entsprechend 36o°) auszunutzen. In dem Beispiel
der Fig. 3 ist bei der Scheibe k1 ein Winkelbereich von 3440 benutzt worden, dem
die Entfernungen von Ioo hm...24o hm zugeordnet sind. Während bei einem Rechengerät
mit einer einzigen Scheibe diese Entfernungen auf einen Winkelbereich von 21' zusammengedrängt
sind und die Kurve dementsprechend steil verläuft, ist gemäß der neuen Anordnung
der Kurvenzug gewissermaßen auf das 16,4fache gedehnt worden. Die Abnahme der Entfernungen
von der Scheibe erfolgt am besten durch eine der Kurve anliegende Rolle d. Die gezeichnete
Stellung der Scheibe k1 entspricht der Entfernung 240 Im, der Mittelpunkt der Rolle
d ist deshalb mit der Zahl 24o bezeichnet. , Die Übertragung der umgerechneten Werte
auf eine Anzeigevorrichtung kann z. B. so erfolgen, daß die Rolle d entsprechend
der fortschreitenden Drehung der Scheibe k1 in der durch die Verbindungslinie c-24o
gegebenen Richtung in einer festen radialen Führung nach außen verschoben wird.
Einfacher und vorteilhafter für die Herstellung ist es jedoch, wenn die Abnahmebewegung
kreisförmig erfolgt, indem z. B., `sie es die Fig. 3 zeigt, die Abnahmerolle d an
einem um den festen Drehpunkt e schwenkbaren Hebel f befestigt ist und so durch
die fortschreitende Drehung der Kurvenscheibe k1 auf dem Kreisbogen ä bewegt wird.
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In der Figur ist das Gerät auf die Entfernung 24o hm eingestellt.
Auf dein Kreisbogen g sind einige weitere Werte des Übertragungsbereiches aufgetragen.
Es ist z. B. durch die Zahl 16o die zu der Entfernung 16o hm gehörende Lage des
Mittelpunktes der Rolle d bezeichnet. Die Lage der Rolle d bezüglich der Kurve k1
ist für die auf dem Kreisbogen ä aufgetragenen Werte ebenfalls in die Figur eingezeichnet
und durch die den Kurvenpunkten entsprechenden Maßzahlen der Entfernung gekennzeichnet.
Aus der oben angeführten Zahlentafel entnimmt man für die Entfernungen 24o hm und
16o hin die Winkel 15' und 22,5°, das ist ein Winkelunterschied von 7,5°. Es war
für das Beispiel der Fig. 3 eine Winkelübersetzung von i : 16.4 angenommen. Wird
die Kurvenscheibe k1 von der gezeichneten Ausgangsstellung aus (Entfernung 24o hm)
um 16,4 # 7,5 = 123° in der Pfeilrichtung gedreht, so verschiebt sich also die Rolle
d auf dem Kreisbogen ; vom Punkte 24o zum Punkte 16o. Die Bewegungen der Rolle d
und des Hebels f werden über eine Zahnradübersetzung r- auf einen Zeiger h übertragen,
der über einer Skala i spielt, auf der man die jeweilige Entfernung abliest.
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Die Kurvenform der Scheibe k, erhält natürlich bei kreisförmiger Abnahmebewegung
eine etwas andere Form als bei geradliniger Abnahmebewegung. Die richtige Form ergibt
sich leicht durch einfache geometrische Überlegungen.
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Die Kurvenscheibe k. umfaßt die Entfernungen von Io hm . . . Ioo hm,
zu denen gemäß obiger Zahlentafel die Winkel von 36o° . . . 36° gehören, entsprechend
einem Winkelbereich von 32d.°, das sind bei 16,4faclier Übersetzung 531o°. Um diesen
Bereich auf einer einzigen Scheibe unterzubringen bzw. mit einer einzigen Umdrehung
zu überdecken, wird zwischen den Drehzahlen der Scheiben k1 und k2 eine solche Übersetzung
i : n gewählt, daß `der Wert
unterhalb 36o° liegt. Wie bei der Scheibe k, ist es auch bei der Scheibe k.= mit
Rücksicht auf den Übergang der Abnahmerolle d von der einen zur anderen Scheibe
empfehlenswert, nicht den vollen Umfang auszunutzen. Es sei eine Drehzahlübersetzung
von i : 2o angenommen. Die: Entfernungen von Io hin... ioo hm überdecken dann auf
der Scheibe k. einen Winkelbereich von etwa 266°. Die Stellungen der Abnalinierolle
d bezüglich der Kurve k@ sind für einige Entfernungswerte in die Figur eingezeichnet.
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Bei der Benutzung des Gerätes bewegen sich beide Kurvenscheiben gleichzeitig,
und zwar dreht sich die Scheibe k. zwanzigmal so langsam wie die Scheibe k, Damit
die Rolle d gleichzeitig für beide Kurvenscheiben als Abnahmeglied dienen kann,
wird erfindungsgemäß die Scheibe k. zwischen Beginn und Ende des Kurvenzuges so
ausgespart. daß die Rolle d nach dem Abtasten der Scheibe k1 ungehindert auf die
Scheibe k, auflaufen kann. Dieser Zweck wird um so besser erreicht, wenn der ausnutzbare
Winkelbereich der Kurvenscheiben unterhalb 36o° liegt. Beträgt der Winkelbereich
der Scheibe k1 z. B. im vorliegenden Falle 3-q°, so läßt sich, wie die Figur zeigt,
die Kurvenscheibe zwischen Beginn und Ende ihrer Übertragungskurve leicht so gestalten,
daß die Rolle d ungehindert aus dem Bereich der Kurve k1 in den Bereich der Kurve
k. gelangen kann.
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Stellt man das Gerät, von der Ausgangsstellung ausgehend (Entfernung
2¢ohm;@, auf die Entfernung ioo hm ein, so legt die Scheibe k1 einen Winkelweg von
3.f4°, die Scheibe k, einen Weg von 17,2° zurück. In diesem Augenblick müßte also
die I4blösung zwischen den Scheiben k1 und k@ erfolgen. d. li. die Rolle d gleichzeitig
den Endpunkt der Kurse k1 und den Anfangspunkt der
Kurve k2 berühren.
Um eine sichere Überleitung der Abnahmerolle d von der Scheibe k1 auf die Scheibe
k2 zu gewährleisten, ist die Kurve k1 über den Entfernungspunkt Ioo hm hinaus verlängert,
etwa bis zum Punkt 9o hm. Dadurch ergibt sich die aus der Zeichnung ersichtliche
nasenförmige Gestaltung des Teiles n der Kurvenscheibe k1. Die Anbringung der Rolle
d wird durch entsprechende Aussparung der Scheibe k1 zwischen Beginn und Ende ihrer
Übertragungskurve ermöglicht. Indem Bereich von Ioo hm ... 9o hm liegt die Rolle
d also an beiden Kurven an. Aus diesem Grunde ist es auch möglich, die Kurve k2
nicht schon nach 344° Winkeldrehung der Scheibe k1, sondern etwas später zum Anliegen
an die Rolle d zu bringen, z. B. wenn die Scheibe k1 etwas mehr als eine Umdrehung
gemacht hat. Dadurch wird die ungehinderte Bewegung der Rolle d längs des Kreisbogens
g noch besser ermöglicht.
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Eine Betrachtung der Rollenstellungen bezüglich der Randkurven k1
und k2 zeigt, daß die Richtung der von den Scheiben auf die Rolle ausgeübten Kräfte
auch in den ungünstigsten Fällen nur wenig. von der Bewegungsrichtung der Rolle
abweicht. Der große Fortschritt des erfindungsgemäßen Gerätes gegenüber einer Ausführung
etwa nach Fig. i oder 2 springt sofort in die Augen.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Übertragungsbereich
auf mehr als zwei Kurvenscheiben verteilt werden kann, was vor allem in Frage kommt,
wenn sehr große Übertragungsbereiche vorliegen. Für Entfernungen von 5 hm ... 24o
hm beträgt der Bereich bereits i : 48.
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Es sei noch kurz .ein Beispiel mit drei Kurvenscheiben erläutert,
und zwar der Einfachheit halber wieder für den gleichen bisher behandelten Entfernungsbereich
von Io hm ... 24o hm. Die Fig. 2 zeigt, daß man zweckmäßig eine Unterteilung in
die Bereiche 240 ... I6o hm, I6o ... 8o hm, 8o ... Io hm vornimmt. Die Drehzahlübersetzung
zwischen der ersten und zweiten Scheibe kann dann beispielsweise i : 4, die zwischen
der zweiten und dritten Scheibe i : I2 betragen. Die Drehzahlen der drei Scheiben
verhalten sich also wie i : 4 : 48.