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Meßinstrument mit Rechenvorrichtung zur Ermittlung des mittleren Wertes
einer Reihe aufeinanderfolgender Messungen Die Erfindung bezieht sich auf Meßinstrumente
mit Rechenvorrichtung, und zwar auf eine Vorrichtung zur Ermittlung des mittleren
Wertes einer Reihe aufeinanderfolgender Ablesungen oder Einstellungen eines Meßinstrumentes.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine einfache und leicht herzustellende
Vorrichtung zu liefern, die geeignet ist, den Mittelwert jeder vorher bestimmten
Anzahl von Ablesungen sofort nach Vollendung der Reihe von Ablesungen oder Einstellungen
anzugeben. Die Vorrichtung soll ferner schnell und leicht einstellbar sein, um den
Mittelwert irgendeiner besonderen Anzahl von Ablesungen innerhalb der Serie zu geben,
von der Mittelwerte ermittelt werden sollen.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung wird der Summenmechanismus vom
Meßinstrument aus oder gleichzeitig mit dem Meßinstrument *über ein Reduktionsgetriebe
,angetrieben, dessen übersetzungsverhältnis gleich ist der Anzahl von Ablesungen
innerhalb der zu behandelnden Serie.
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Zu dem Zweck wird beispielsweise das Glied zur Einstellung des Meßinstrumentes
oder zur Anzeige der Ablesung desselben durch eine Anzahl von Übersetzungsrädern
vermittels einer Kupplung, angetrieben, die für jede Einstellung des Instrumentes
eingeschaltet
wird, aber nach jeder vorgenommenen Einstellungoder Ablesung wieder entkuppelt wird,
und zwar ehe das Instrument auf Null oder irgendeine andere bestimmte Stellung zurückgeführt
wird.
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Mit Ausnahme des ersten Übersetzungsgetriebes tragen die Räder des
Übersetzungsgetriebes geeignete Ziffern und bilden so einen Zählmechanismus, und
durch die aufeinanderfolgenden Schaltungen der Kupplungen werden die verschiedenen
Einstellungen oder Ablesungen des Instrumentes summiert.
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Infolge des Reduktionsverhältnisses des Getriebes, durch das der Addiennechanismus
angetrieben wird, ist es jedoch so, d.aß die Addiervorrich: tung nicht die richtige
Gesamtsumme der Ahlesungen des Meßinstrumentes zeigt, sondern die Gesamtsumme dividiert
durch die Anzahl der Ablesungen; diese .abgelesene Summe ist also gleich dem Mittelwert
der Reihe von Ablesungen. Die Anordnung ist besonders .anwendbar, um Mittelwerte
aus einer Serie von Ablesungen eines Sextanten zu liefern, und bei einer besonderen
Bauweise ist, der Sextantenspiegel vermittels einer Vorrichtung einstellbar, die
entweder durch eine Grobeinstellvorrichtung oder eine Feineinstellvorrichtung angetrieben
wird, die mit dem Sextantenantrieb vermittels einer Kupplung gekuppelt werden kann;
die G.esamtsummenvorrichtung wird dann von der Feineinstellung aus angetrieben.
Ein einstellbarer Anschlag ist vorgesehen, der dazu dienen kann, um den Sextantenmecbanismus
nach jeder Ablesung gegen diesen Anschlag zurückkehren zu lassen. Die Feineinstellung
wird dann gekuppelt und verwendet, um den Sextantenspiegel nach vorn zu brin, gen
in die genaue Stellung, worauf nach Entkupplung der Sextant selbsttätig bis zum
Anschlag zurückkehrt, um in Bereitschaftsstellung für die nächste Ablesung zu sein.
Dia die Summenvorrichtung von der Feineinstellvorrichtung während jeder Vorwärtsbewegung
derselben von diesen Anschlag aus angetrieben wird, so zeigt die Gesamtsumme nur
den Mittelwert dieser letzteren Addierbewegungen, und der genaue Durchschnitt wird
dadurch gewonnen, daß zu dieser Anschlagstellung noch die davor liegende Ablesung
der Skala hinzugenommen wird. ' Man kann auch den Antrieb der Summenvorrichtung
umkehren, d. h. die Vorwärtsbewegung ohne den Antrieb ausführen lassen und den Antri@eb
erst während der Rückwärtsbewegung bis zum Anschlag eintreten lassen. Auch hierbei
ergibt sich eine Durchschnittsablesung nur der zusätzlichen Distanz vom Anschlag
bis zu den tatsächlichen Ablesungen.
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Die Summenvorrichtung ist mit einem Einstellknopf versehen, mit dem
sie ,auf den Nullpunkt zurückgeführt werden kann, .ehe die nächsten Ablesungen beginnen.
Die Vorrichtung zum Wiedereinstellen kann mit einer Überwachungskupplung verbunden
werden, so daß eine von diesen beiden. Vorrichtungen durch unterschiedliche Bewegung
des gleichen Gliedes in Tätigkeit gesetzt werden kann. So z. B. kann die Anordnung
getroffen werden, daß durch Eindrücken oder Herausziehen eines Knopfes die Summenvorrichtung
entkuppelt wird, während das Drehen Lies Knopfes die Zurückführung der Summenvorrichtung
zur Folge hat. Diese beiden Bewegungen können getrennt gesteuert werden durch die
Verwendung von Anschlägen, Splinten, od. dgl.
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Bei einer anderen Anordnung, bei welcher der Sextant mit einer Mikrometerschraube
mit Skalenkopf ausgestattet ist, wird die Summenvorrichtung direkt von dem Schaft
angetrieben, der den Mikrometerkopf trägt, und das Reduktionsverhältnis, das nötig
ist, damit die Summenvorrichtung die Durchschnittsablesung zeigt, ergibt sich aus
dem Mikrometergetriebe und dem Verhältnis zwischen der, Skaleneinteilung der Summierungsräder
und des Mikrometerkopfes. Bei dieser Bauweise kann der obe!ngenannte Anschlag ein
Teil des Mikrometergetriebes sein.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung, dargestellt.
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Fig. i zeigt im Aufriß einen Sextanten; Fig.2 ist eine Seitenansicht,
gesehen in der Richtung des Pfeiles in Fig. i ; Fig.3 und q. zeigen Einzelheiter.,
und Fig. 5 zeigt die Summenvorrichtung im Grundriß; Fig.6 zeigt die Vorrichtung
zur Ermittlung eines Durchschnittswertes in Verbindung eines Sextanten mit einem
Mikrometerschraubengetriebe.
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Der Sextant ruht in einem Rahmen i, der die einzelnen Teile trägt
und an der Seite mit um die Achszapfen 3 drehbaren Griffen 2, 2 versehen ist, die
entweder die Stellung einnehmen, die in Fig. 2 voll ausgezogen ist oder die Stellung,
die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist. An ihren unteren Enden sind die beiden
Griffe miteinander durch eine Brücke 4 verbunden. Ihre Endsicherungen werden vermittels
eines unter Federdruck stehenden Stiftes 5 bestimmt. Der Rahmen i trägt außerdem
ein Hilfsteleskop 6, das auf einem Schwenkarm 7 des Rahmens i sitzt und mit drei
einstellbaren Blenden 3 versehen ist, die koaxial mit dem Arm $ an den Rahmen i
angelenkt sind. An den Rahmen i ist .ein Stirnschild io angeklemmt, der in Anwendung
kommt, wenn Sternbeobachtungen in Frage kommen. Der Schild io ist mit einem Belag
ii aus Gummi oder einem anderen weichen Werkstoff überzogen. Ein Uhrenhalter 12
und eine elektrische Beleuchtungslampe 13 vervollständigen diese Einrichtung.
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Der Sextantenspiegel wird vermittels einer nicht dargestellten Vorrichtung
gedreht, die aus einem in eine Spiralnut einer Scheibe oder Trommel eingreifend-en
Hebel besteht; diese Scheibe oder Trommel trägt eine elfenbeinerne Skala 14, von
der die Beobachtungen .abgelesen werden können. Diese Skala 1q. ist gleichmäßig
eingeteilt, und darauf ist die Vorrichtung zugerichtet.
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Die Grobeinstellung oder Schnelleinstellung für den Sextanten erfolgt
vermittels .eines gerändelten Rades 15, das in einer Nabe 16 der die
Skala 14 tragenden Trommel gelagert ist. Auf dieser Nabe i 6
ist
ein Schneckenrad 17 angeordnet, das durch Drehung eines der auf dem Scltnelleinstellrad
15 angeordneten Knöpfe 18 auf der Skalentrommel festgeklemmt werden kann. Auf dem
gerändelten Rad 15 ist ein Stift 19 vorgesehen, der mit einem Anschlag 2o
des Rahmens 1 zusammenwirkt und nach Lösung einer Klemmutter 21 einstellbar ist.
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Diie langsam arbeitende Feineinstellung (vgl. Fig, 3 und 4) besteht
aus einer Hülse 22, die drehbar auf einer Spindel 23 gelagert ist und an
dem einen Ende eine gerändelte Scheibe 24 und am anderen Ende ein Winkelzahnrad
25 trägt, das mit einem Winkelzahnrad 26 zusammenwirkt. Von dem letzteren erhält
die Getriebeschnecke 27 des Schr.aubenrades 17 ihren Antrieb. Dias Winkelzahnrad
26 und die Schnecke 27 sind auf der Welle 28 befestigt, die ein zweites Winkelzahnrad
29 lose trägt, d,as mit dem Winkelzahnrad 25 im Eingriff steht und ,als zusätzliche
Unterstützung für das Winkelzahnrad 25 dient. Die Welle 28 ist in einem Konsol
30 gelagert, das auch das Zählwerk 31 trägt und außerdem eine Lampe 32 zur
Beleuchtung der Ablesungen des Zählwerkes 31 und der Skala 14. Der Zählmechanismus
erhält seinen Antrieb von der Welle 28 ,aus über die Stirnräder 33 und 34 (Fig.
5), zwischen denen das Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis so gewählt ist, daß
die Anzeige des Zählers gleich ist der Summe der Ablesungen, dividiert durch die
Zahl der Ablesungen, aus der der Mittelwert gezogen werden soll. Der letztere ist
,also unmittelbar abzulesen.
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Die Zählvorrichtung ist mit Trommeln 35 ausgestattet, die auf ihrem
Trommelumfang mit durch ein Fenster 36 (Fig. 4) von außen sichtbaren Ziffern versehen
sind. Die von den Scheiben 35 angegebenen Anzeigen erfolgen in Graden und Minuten,
und dementsprechend ist eine der Endscheiben 3 5 auf ihrem Trommelumfang mit den
Ziffern 1 bis 9 versehen, die die Minuteneinheiten angeben. Die mittlere Scheibe
ist mit den Ziffern t bis 5 versehen und gibt Zehnminutenwerte .an, während die
andere Endscheibe mit den Ziffern o bis 9 versehen ist, um die Grade anzugeben.
Die Trommeln werden in solcher Weise angetrieben, daß, wenn die Minuteneinheitstrommel
eine Umdrehung vollendet hat, die Zehnminutenwerttrommel um einen Absatz von einer
Ziffer zur anderen vorrückt, während, wenn diese letztere Trommel ihre Umdrehung
vollendet, die Gradscheibe um einen Ziffernwert vorgeschoben wird. Zu dieser stufenweisen
Mitnahme zwischen den einzelnen Scheiben können bekannte Zählwerksvorrichtungen
dienen. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in Fig.5 erläutert, in der von
dem Zahnrad:34 ein gezahnter Kupplungsteil 37 angetrieben wird, der unter Einwirkung
einer Feder 38 im Eingriff mit dem Zahnkupplungsteil 3 5' gehalten wird, von dem
auf der freien Seitenfläche zwei Stifte 39 vorragen, die nach jeder Umdrehung der
Scheibe 3 5' mit einem Zahntrieb 40 in Eingriff kommen. Dias Zahnrad 4o ist frei
drehbar auf einer Spindel 41 gelagert, und die Zähne dieses Rades 4o stehen auch
im Eingriff mit Stiften 42, die von der nächsten Scheibe 35" vorragen, so daß diese
Scheibe also um einen Schritt, nämlich von einem Ziffernwert bis zum nächsten, gedreht
wird, sobald das Zahnrad 40 von der Scheibe 35' aus eine Teildrehung erhält. Von
der Scheibe35" sehen zwei Stifte 43 nach der entgegengesetzten Seitenfläche vor,
die in gleicher Weise mit einem auf der Welle 41 gelagerten Zahnrad 44 in Eingriff
kommen, sobald die Scheibe 3 5" eine volle Umdrehung vollendet. Dieses Zahnrad 44
steht gleichzeiti& im Eingriff mit Stiften 45 der dritten Scheibe und bewegt
diese um einen Schritt, nämlich von einer Ziffer zur anderen vor, wenn es von der
Scheibe 35" eine Teildrehung erhalten hat. Die Welle 41 ruht in Endplatten 46 des
das Zählwerk tragenden Rahmens 47. Die Räder 4o und 44 werden durch auf der Achse
41 aufliegende Blattfedlern 48 im Eingriff mit den Stiften der Zählwerkscheiben
gehalten.
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Die Vorrichtung ,arbeitet wie folgt: Eine ungefähre Höhenablesung
wird vermittels des Sextanten unter Zuhilfenahme der Grobeinstellung vorgenommen,
wobei die Feineinstellung ausgeschaltet ist. Der Sextantenspiegel und die Skalentrommel
werden dann zurückgedreht zu irgendeiner gewünschten Skalenablesung unterhalb der
in Frage kommenden Minimumhöhenlage, so daB diese letztere Skalenablesung als Punkt
dienen kann, oberhalb dessen alle Ablesungen erfolgen. Es ist dann nicht nötig,
das Instrument vor jeder Ablesung auf den Nullpunkt zurückzuführen. Während das
Instrument noch auf diesen Punkt eingestellt ist, wird der Anschlag 2o durch Lösen
der Klemmmutter 21 freigegeben und dann gegen den von dem Grobeinstellknopf 15 vorragenden
Stift 19 zur Anlage gebracht. In dieser Stellung wird dann der Anschlag 2o durch
Anziehen der Mutter 21 fixiert. Der Sextant kann dann bis zu dem gleichen Punkt
nach jeder Ablesung zurückgeführt werden, in dem der Stift 19 in Eingriff mit dem
Anschlag 2o kommt (Fig.2). Befindet sich der Sextant in dieser Stellung, so wird
die erste Ablesung durch Einschaltung der Feineinstellungsvorrichtung genommen,
indem der Sextant nun in die genaue Stellung gebracht wird. Die Feineinstellung
wird dann wieder abgeschaltet und der Sextant bis zu dem Anschlagpunkt zurückgeführt,
worauf eine andere Ablesung durch Wiedereinscl:,altung der Feineinstellung erfolgt.
Dieses Verfahren wird so oft wiederholt, wie Ablesungen genommen werden sollen,
unrd es ergibt sich von selbst, daß bei einer jedesmaligen Vorwärtsbewegung von
dem Anschlagpunkt aus vermittels der Feineinstellung die Zählvorrichtung um einen
gleichen Teil vorwärts bewegt wird, und zwar vermittels des R°dukt@onsverhältnisses
des Getriebes, das den Zähler mit dem Sextantenantrieb verbindet. Sind beispielsweise
nacheinander sechs Ablesungen zu machen, so ist der Zähler so eingestellt, daß er
nur ein Sechstel jeder zusätzlichen Vorwärtsbewegung vorn Anschlagpunkt aus anzeigt,
so da.ß nach der letzten der sechs Ablesungen der Zähler den Durchschnittswert der
sechs Zählbewegungen vom Anschlagpunkt aus zeigt. Es ist jetzt nur notwendig, zu
d:esernE Durchschnittswert die Winkelablesung zu addieren,
die der
Stellung des Anschlages entspricht, um den gesamten Durchschnitt der Reihe von Messungen
zu erhalten.
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Die gleichen Betrachtungen treffen zu, wenn der Antrieb für den Summenmechanismus
anders gehalten wird, so daß der Summenmechanismus nur während der Rückbewegung
des Sextanten aus der Ablesestellung bis zum Anschlag einen Antrieb erhält. Die
Summierungsmarken und der Antrieb für die Summierungsvorrichtung können so eingerichtet
sein, daß die Summierungsvorrichtung unwirksam bleibt, wenn der Sextant vom Anschlag
aus vorbewegt wird, ,aber angetrieben wird, wenn der Sextant aus der Ablesestellung
nach dem Anschlagpunkt zurückkehrt. Diese Anordnung, durch die lediglich ein Durchschnitt
von den Vorwärts- oder Rückwärtsbewegungen genommen wird, ermöglicht es, die Zählvorrichtung
klein-er und kompakter zu bauen und damit auch gleichzeitig die Möglichkeit von
Fehlern, soweit sie ,auf Abnutzung oder Ungenauigkeiten in der Bauweise beruhen;
zu vermindern.
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Die so beschriebene Vorrichtung zur Ermittlung von Durchschnittswerten
kann an jedem beliebigen Meßinstrument angebracht werden, in dem ein geeigneter
Antrieb Verwendung findet, und die Vorrichtung kann so angeordnet sein, daß sie
den D urchschnittswert irg endeiner vorherbe stimmten An= zahl von Messungen zeigt,
indem in geeigneter Weise das Reduktionsverhältnis des Antriebes für den Zählmechanismus
geändert wird.
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Werden Änderungen in der vorherbestimmten Zahl von Ablesungen, deren
Mittelwerte ermittelt werden sollen, gewünscht, so wird der Antrieb für die Zählvorrichtung
mit einem geeigneten Wechselgetriebe ausgestattet, in dem entweder getrennte Zwischengetriebe
angewendet werden oder einstellbare Getriebe, z. B. der @epizykloidischen Art.
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Bei der Anordnung, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist der Sextant
mittels eines Mikrometerschraubengetriebes direkt mit der Zählvorrichtung gekuppelt.
Eine Welle 5o trägt einen Schneckentrieb 5 i, der mit einem Schneckenrad 5? im Eingriff
steht. Dieses ist mit einer gewissen Anzahl von Zähnen ausgestattet, die in einen
ungeschnittenen Teil 53 übergehen. Dias Schneckengetriebegewinde läuft zweckmäßig
in quadratische Enden 54 aus, die mit dem ungeschnittenen Teil53 zusammenwirken,
der dann als Anschlag dient. Die Welle 5o trägt an einem Ende einen mit Einteilung
versehenen Kopf 55. Die Einteilung desselben wirkt mit einem ortsfesten Zeiger 56
zusammen. Auf dem anderen Ende der Welle 5o ist ein Teil 56 einer Zahnkupplung befestigt,
durch den die 'Welle mit der ersten Zählscheibe der Zählvorrichtung 3 i gekuppelt
ist. Die Zählvorrichtung ist mit einem Rückführknopf 49 ausgestattet, der so angeordnet
ist, daß eine Längsbewegung desselben nach außen die Kupplung 56 auslöst, so daß
dann die Rückführung der Zählvorrichtung durch Drehen des Knopfes .erfolgen kann.
Wird der Knopf 49 @yieder axial gegen die Zählvorrichtung bewegt, so kommen die
Kupplungsteile wieder in Eingriff miteinander. Eine Umdrehung des graduierten Kopfes
55 gleicht einer Sextantenbewegung von i ° oder 6o Minuten. Die erste Scheibe .der
Zählvorrichtung ist dagegen so eingeteilt, daß eine Umdrehung derselben gleich ist
dem Wert von io Minuten. Es ergibt sich also daraus ein Reduktionsverhältnis von
6 : i, so daß die Zählvorrichtung unmittelbar den Mittelwert von sechs Umdrehungen
des Kopfes 55 anzeigt.
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Der Anschlag kann auch als Teil des Mikrometers oder des Getriebes
zur Herbeiführung des Mittelwertes ausgebildet sein. Der Mittelwert einer Anzahl
von Ablesungen kannoffensichtlich, falls das gewünscht wird, durch eine Kombination
der beiden Methoden, die in den beschriebenen Anordnungen Verwendung finden., gewonnen
werden. Es handelt sich also um eine Verbindung der Reduktion durch ein Zwischengetriebe
im Antrieb für die Zählvorrichtung mit einer Reduktion, die durch geeignete Markierungen
in der Summieru,ngsskala im Verhältnis zur Instrumentenskala gewonnen werden. Zum
Beispiel kann das mechanische Getriebe eine Reduktion von z : i herbeiführen, während
das Verhältnis zwischen der Sextantenskala und den Zählerablesungen eine weitere
Reduktion von 3 : i liefert, so daß dann eine Gesamtreduktion von 6 : i zwecks direkter
Ablesung des Mittelwertes von sechs Aufnahmen vorliegt. In gleicher Weise kann auch
der Mittelwert von jeder anderen gewünschten Anzahl von Ablesungen gew onnen werden.