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Kurvenschreib- und -tastgerät vornehmlich zum Zeichnen von Ellipsen,
Sinuskurven u. dgl. Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Beschreiben und Abtasten
von Kurven, insbesondere Ellipsen, Sinuskurven u: dgl., mit einer Kurbel, die über
einer Längsmittellinie gelagert und in ihrer Länge einstellbar ist, deren Kurbelzapfen
mit der vorderen quer liegenden Gleitführung eines entlang der Längsmittellinie
beweglichen Schlittens und mit dem vorderen Teil eines Lenkstabes im Eingriff steht,
welcher mit seinem Hinterende über der Längsmittellinie seitlich aus derselben schwenkbar
gelagert ist, sowie mit einer hinteren quer liegenden Gleitführung, die auf dem
Schlitten verstellbar ist, wobei auf dieser und dem Lenkstab Gleitstücke angeordnet,
in deren Kreuzungsstelle drehbar verbunden sind und darunter eine Schreibvorrichtung
tragen, die durch die beschriebenen Vorrichtungen ellipsenförmig bewegt wird.
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Mathematisch genaue Ellipsen mit den Halbachsen a, b entstehen
dadurch, däB die Ordinaten der Punkte eines Kreises vom Radius a im Verhältnis bla
verkürzt und die Abzissen belassen oder sämtlich um die gleiche Konstante geändert
werden.
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Ein Ellipsenzirkel entspricht den angeführten Bedingungen, wenn die
Verhältnisse des Streckenpaares zwischen Kurbelmittelachse und hinterer verstellbarer
Querführung einerseits und zwischen der letzteren und dem hinteren Gelenk des Lenkstabes
andererseits sowie des Streckenpaares zwisehen
dem Kurbelzapfen
und dem Beschreibgelenkstück einerseits und diesem und dem Hintergelenk des - Lenkstabes
andererseits in jedem beliebigen Stadium der Bewegung des Gerätes genau dem Halbachsenverhältnis
der zu zeichnenden Ellipse entsprechen.
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Ein bekannter Ellipsenzirkel der eingangs beschriebenen Bauart kann
diesen Bedingungen nicht entsprechen, weil unter Festeinstellung der einstellbaren
Querführung der Beschreibvorrichtung auf das gegebene Halbachsenverhältnis ein in
seiner Länge unveränderlicher Lenkstab zur Anwendung kommt und daher zwischen den
auf ihm entstehenden. oben an zweiter Stelle erwähnten Streckenpaaren das Halbachsenverhältnis
nur ausnahmsweise entstehen kann. Bei dem bekannten Gerät sind für das rückwärtige
Ende des Lenkstabes einerseits und die Querführung andererseits zwei voneinander
unabhängig bewegliche Längsführungen vorgesehen. Der aus dieser Bauweise entstandene
Fehler wird dadurch zu beseitigen versucht, daß ein vom Lenkstabgleitstück abwärts
ragender zylindrischer .Stift sich in einer zur Hauptlängsachse des Ganzen parallelen
Nut des darunter in der. verstellbaren Querführung laufenden, die Beschreibvorrichtung
tragenden Gleitstückes bewegen kann. Da aber unter den genannten baulichen Bedingungen
der bekannten Vorrichtung auch die Ordinaten der Ellipsen abweichend von der für
sie gegebenen Regel gesteuert werden, genügt dieser Längsausgleich nicht dazu, genaue
Ellipsen zu beschreiben. Der bekannte Ellipsenzirkel hat auch durch die zwei Längsführungen
einen zu vielteiligen Aufbau. Seine Einstellung ist schwierig und umständlich, insbesondere,
weil die Längsführung des Schlittens zweispurig zwischen den zwei Längsschenkeln
eines Rahmens und unterseitigen Einschnitten an den beiden äußeren Enden der beiden
Querführungen gebildet wird, was notwendig ein Ecken dieser weit auseinanderliegenden
Führungen verursacht. Außerdem erlaubt der Bau des bekannten Ehipsenzirkels nicht
das Beschreiben von Ellipsen mit extrem gering unterschiedlichem Halbachsenverhältnis,
weil seine beiden Querführungen auf gleicher Ebene und gleichen Einstellstäben gelagert
sind und daher infolge gegenseitigen Anschlages ihrer Längsseiten die verstellbare
Querführung nicht unter die am Schlittenvorderende fest angeordnete Querführung
gestellt werden kann. Außerdem erlaubt die bekannte Ausführung auch nicht das genaue
Zeichnen von Ellipsen mit extrem stark unterschiedlichem Halbachsenverhältnis, weil
infolge des längenunveränderlichen Lenkstabes und der Lagerung seines Hinterendes
auf einem auf der Hauptlängsschiene beweglichen Schieber das Lenkstabgelenk gegenüber
dem von der Kurbel sinus- oder cosinusförmig bewegten Schlitten und der darauf unter
das Gelenk gestellten hinteren Querführung wandert. Ferner weist der bekannte Ellipsenzirkel
nur eine skalenlose und daher umständlich bedienbare Einstellvorrichtung für die
Kurbellänge auf, während die Einstellung der kleinen Halbachse nur mittels auf der
Zeichnung von Hand aufzubringender Hilfslinien vorgenommen werden kann. Beim Kurvenzeichengerät
nach der Erfindung sind die geschilderten Mängel beseitigt.
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Gemäß der Erfindung -weist das Kurvenbeschreib- und -tastgerät sowohl
für die feste Anordnung einer vorderen und die in I-Tauptachsenrichtung verstellbare
Anordnung einer hinteren Querführung einerseits als auch für das Hintere, senkrechte
und gegenüber der vorderen Querführung in unveränderlichem Abstand befindliche Schwenklager
des Hinterendes des Lenkstabes andererseits einen einzigen verschiebbaren Schlitten
auf, der entlang einer einzigen Üauptlängsschiene mittels einer an deren Vorderende
gelagerten Kurbel in an sich bekannter Weise bewegt wird. Dabei ist der ganze Kurvenbeschreibmechanismus
von der einzigen, beispielsweise mit einem hinteren Fuß und zwei vorderen seitlichen
Stützen dreipunktgelagerten mittleren Hauptlängsschiene getragen. Auf der Hauptlängsschiene
ist parallel, z. B. mit einer diese umfassenden Führung, der ebenfalls schienenförmig
gestaltete und gerichtete Schlitten geführt. Der Schlitten ist, abgesehen von seiner
Führung, von der Unterseite der Hauptlängsschiene in der Höhe abgesetzt. Am Vorderende
des Schlittens ist in gleicher Höhe mit demselben die vordere, in bekannter Weise,
mit dem Kurbelzapfen im Eingriff stehende Querführung befestigt. Hinter der fest
am Schlitten angeordneten vorderen Querführung ist eine mittels eines fest angesetzten
Schiebers an der Unterseite des Schlittens, also in Höhe gegenüber der vorderen
festen Querführung versetzte Querführung angeordnet. Weiter ist auf dem Schlittenhinterende
das hintere Schwenklager für den. Lenkstab vorgesehen. Dabei ist der hintere Teil
des Lenkstabes und die vordere Lagerung desselben um das Hinterende des Schlittens
bzw. die vordere Querführung herum so tief geführt, daß er die Querführungen unterführt.
Ein Endteil des Lenkstabes ist in einem waagerechten hülsenförmigen Teil eines Lagers
längs beweglich und mit dem anderen, senkrechten Teil des Lagers entweder auf dem
Kurbelzapfen bzw. im Gleitstein der vorderen Querführung gelagert, während der andere
Endteil des Lenkstabes im Schlittenhinterende schwenkbar gelagert ist. Die beiden
Arten der Lagerungen des Lenkstabes können auch umgekehrt angeordnet sein. Das Gerät
ist längs oder quer zu seiner Hauptlängsschiene zur Zeichenfläche, oder umgekehrt
die letztere zum Gerät, in einem der Umfangsgeschwindigkeit der Kurbel gleichen,
unter- oder übersetzten Verhältnis beweglich.
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Durch die in festem Abstand voneinander befindliche Anordnung der
vorderen Querführung und der rückwärtigen Lagerung des Lenkstabes auf dem gemeinsamen
Schlitten und die nachgiebige Lagerung des einen Endteiles des Lenkstabes kann derselbe
seine wirksame Länge zwischen seiner hinteren Lagerung und seiner vorderen Kreuzung
mit der vorderen Querführung und der Kurbel ändern, so daß in jeder beliebigen Lage
des Gerätes
das von dem Lenkstab und der verstellbaren Querführung
gemeinsam gelenkte, die Beschreibvorrichtung tragende Führungsstück die Strecke
zwischen Kurbelzapfen und Lenkstabhintergelenk genau im Verhältnis der beiden Ellipsenhalbachsen
teilt. Durch die beschriebene hintere und vordere Umführung des Lenkstabes bzw.
seiner Lagerung und die unterschiedliche Höhenlage -der beiden Querführungen kann
die hintere, einstellbare Querführung einerseits bis unter die vordere feste Querführung,
andererseits bis unter den rückwärtigen fest angeordneten Gelenkzapfen des Lenkstabes
gestellt und es können dadurch Ellipsen entweder mit extrem geringem oder mit extrem
großem Halbachsenverhältnis gezeichnet werden.
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In der nachfolgenden Einzelbeschreibung sind noch an dem Gerät angeordnete
Einstellvorrichtungen beschrieben, durch welche dasselbe je nach den gegebenen Maßen
oder Bedingungen mühelos eingestellt werden kann.
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Durch die angegebenen neuen Merkmale ist sowohl ein mathematisch genaues
Zeichnen von Ellipsen gewährleistet als auch der Aufbau und die Handhabung des Gerätes
vereinfacht und eine rasche Einstellung desselben bei einer beliebigen angegebenen
Bedingung ermöglicht. Ebenso eignet sich das Gerät auch zum Zeichnen von anderen
Kurven.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
in vier Figuren dargestellt. Es zeigt Fig. i das Schema, nach welchem das Gerät
gebaut ist und arbeitet, Fig. 2 das Gerät in Seitenansicht, seinen vorderen Teil
in senkrechtem Axialschnitt, Fig. 3 dasselbe in Draufsicht, Fig. q. dasselbe in
Stirnansicht.
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Von der auf dem hinteren Fuß i und zwei vorderen seitlichen Stützen
2 dreipunktförmig getragenen Hauptlängsschiene 3 ist der gesamte Mechanismus des
Gerätes getragen. Am Vorderende der Hauptlängsschiene 3 ist eine senkrechte Achse
q. drehbar angeordnet. Die Achse q. trägt an ihrem Unterende eine in ihrer Länge
verstellbare Kurbel 5. An einer auf der Hauptlängsschiene 3 geführten Rollenführung
13 ist ein stabförmig ge= stalteter und wie die Hauptlängsschiene 3 gerichteter
Schlitten io in Richtung der Hauptachse beweglich aufgehängt. Dabei befinden sich
die vor und hinter der Rollenführung 13 sich erstreckenden Teile des Schlittens
io in senkrechtem Abstand von der Unterseite der Hauptlängsschiene 3. Am Vorderende
des Schlittens io ist eine Querführung 9 mit der Mitte ihrer Länge fest angesetzt.
In dieser vorderen, festen Querführung 9 liegt ein Gleitstein 8, in welchen der
Kurbelzapfen 7 eingreift, so daß bei Drehen der Kurbel 5 durch Gleiten des Gleitsteines
8 entlang der Querführung 9 der Schlitten io auf der Hauptlängsschiene 3 hin und
her bewegt wird. Durch die Verstellbarkeit der Kurbel 5 kann das Maß der
Längsbewegung des Schlittens io auf das Maß der Länge der großen Ellipsenachse eingestellt
werden. Hinter der festen Querführung 9 ist eine zweite Querführung 12 mit einem
in ihrer Mitte angesetzten Schieber auf einer Unterschiene des Schlittens io, also
gegenüber der vorderen Querführung 9 in der Höhe versetzt, - in Richtung der Hauptlängsschiene
3 verschieb- und mittels einer Stellschraube einstellbar. Die beiden Querführungen
9 und 12 ragen also mit je einer halben Länge rechtwinklig von dem Schlitten io
frei ab. In dem hinteren Teil des Schlittens io ist mittels eines unter der Hauptachse
senkrecht angeordneten Zapfens i i .ein seitlich ausschwenkbarer Lenkstab 6 gelagert.
Derselbe ist mit einem ausholenden Endbügel 16 um und unter das Hinterende des Schlittens
io und unter den beiden Querführungen 9 und 12 hindurchgeführt. Bei der vorderen
Querführung 9 ist der Lenkstab 6 in einem waagerechten, unteren, hülsenförmigen
Teil 17 eines Lagers längs beweglich geführt, welches mit seinem oberen senkrechten
Teil 18 auf dem Kurbelzapfen 7 und im Gleitstein 8 der vorderen Querführung 9 seitlich
schwenkbar gelagert ist. Die Anordnung der Lagerung der beiden Enden des Lenkstabes
6 kann auch umgekehrt sein, also daß er in einem hinteren auf den Gelenkzapfen i
i schwenkbaren Lager längs beweglich und mit einem vorderen Bügel auf dem Kurbelzapfen
7 und im Gleitstein 8 seitlich schwenkbar gelagert ist. In jedem Fall kann sich
der Lenkstab 6 selbsttätig mit seiner Mittelachse genau unter die Kreuzung der Mittelachse
der Kurbel 5 und der vorderen Querführung 9 einstellen und seine wirksame Länge
zwischen dem Kurbelzapfen 7 und seinem hinteren Gelenkzapfen i i im Verlauf seiner
Ausschwenkbewegung ändern. Dabei stehen der Lenkstab 6 und die verschiebbare Querführung
i2 an ihrer Kreuzungsstelle durch je ein auf ihnen geführtes und aneinander drehbar
gelagertes Gelenkstück i9, 2o miteinander im Eingriff; wobei das untere Gelenkstück
2o einen Schreibstift 21 trägt. An Stelle des letzteren kann auch ein Taster oder
ein Bearbeitungswerkzeug od. dgl. angeordnet sein.
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Da der Kurbelzapfen? auf die geschilderte Weise zugleich mit der vorderen
Querführung 9 und dem vorderen Teil des Lenkstabes 6 im Eingriff steht, wird bei
Drehen der Kurbel 5 der Schlitten io mit seinen Querführungen 9 und 12 und dem Lenkstab
6 auf der Hauptführungsschiene 3 in Richtung der großen Achse der Ellipse bewegt
und das Vorderende des Lenkstabes 6 zugleich auf einem der großen Ellipsenachse
entsprechenden. Kreis seitlich ausgeschwenkt. Durch Verstellen der einstellbaren
Querführung 12 abseits der Mittelachse der festen Querführung 9 wird das Gelenk
1g, 20 zwischen Lenkstab 6 und Querführung i2 auf einen Bruchteil des Kurbelradius
und der großen Ellipsenhalbachse eingestellt. Dadurch werden die Ordinaten des Kreises
der Kurbel im eingestellten Halbachsenverhältnis der Ellipse verkleinert in dieselbe
eingetragen.
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Bewegt man das Gerät längs oder quer zu seiner Hauptführung 3 zur
Zeichenfläche oder umgekehrt, diese gegenüber dem Gerät in der Umfangsgeschwindigkeit
der Kurbel gleichem oder unter-oder
übersetztem Geschwindigkeitsverhältnis,
so erhält man originale oder gestreckte oder gedrängte Sinuskurven.
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An der Hauptlängsschiene 3 ist eine von einer Nullmarke nach beiden
Richtungen zählende Skala angeordnet, auf deren Nullmarke bei rechtwinkliger Stellung
der Kurbel 5 zur Hauptachse 3 in Hauptlängsrichtungtauf Null gestellter Kurbel 5
eine am Schlitten io angeordnete Marke deutet und auf welcher man bei der letztgenannten
Stellung der Kurbel 5 deren Radius bzw. die große Halbachse der Ellipse durch Verschieben
des Schlittens io samt der Kurbel 5 einstellen kann. Die Stellung der Kurbel 5 kann
dann durch eine in ihre Schwalbenschwanzführung 22 am Unterende der Kurbelachse
q. eingeführte gerandelte Stellschraube 23 gesichert sein. Auf der einstellbaren
Querführung i2 ist eine von der Mitte nach einem oder beiden Enden messende Skala
und auf dem darin laufenden Gleitstück i9 eine Marke angeordnet, womit, bei Feststellung
der Kurbel 5 quer zur Hauptlängsachse, die kleine Halbachse der Ellipse einstellbar
ist.
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Man hat also mit der zuletzt genannten Einstellvorrichtung die Möglichkeit,
die gegebene kleine Halbachse einzustellen. Am hinteren Fuß i der Hauptführungsschiene
3 ist ein Lineal 1q. mit einem Längsführungslager 15 seitlich schwenkbar angeordnet,
derart, daß es durch Anschlag am Fuß i mit der einwärts gerichteten Meßkante 2q.
seines vorderen Teiles einwärts unter die Hauptachse des Ganzen geschwenkt werden
kann. Der vordere Teil des Lineals kann entlang seiner Meßkante eine Skala aufweisen.