DE2540C - Distanzmesser - Google Patents

Description

1877.

Klasse 42.

HIRAM BERDAN in NEW-YORK. Distanzmesser.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 21. December 1877 ab. Längste Dauer: 20. Februar 1891.

Die mathematische Begründung dieses Instrumentes ist nachstehend entwickelt.

In einem rechtwinkligen Dreieck ist die Basis = b; die andere Kathete = f repräsentire die zu messende gröfste Distanz; ist nun a die kleinste zu bestimmende Entfernung, und ist m die kleinste Differenz zwischen je zwei Distanzen, so wird man das Stück/-« in η Theile zu theilen haben, deren jeder gleich m ist.

Sind α α, α₂ a₃ . . . . Ct_n die Winkel an der Spitze des jedesmal vervollständigten rechtwinkligen Dreiecks, so lassen sich die Distanzen und die Tangenten der denselben entsprechenden Winkel durch folgende Gleichungen ausdrücken:

b ,. b

a = b cotg a = hieraus tg a = —

tga ° a

^b ,· ^b

a + m = b cotg CCi = hieraus tg ßi =

tg O₁ ^ö a + m

^b λ.· ^b

a 4- 2 m = b cotg α, = hieraus tg a₂ —

tg et, a + im

a + (η — ι) « =^cotga_n__I =

α -\- η . m = ^ cotg — =

tg α_η _ _Σ

hieraus tg a_n__r =

a 4- (n — 1)'

η tg ß_n

Verlängert man die Seite y4 C des rechtwinkligen Dreiecks ABC über A hinaus um das Stück / und zieht vom Punkt B eine Parallele zu A C, welche man ebenfalls gleich / macht, so wird, wenn man den Strahl B C um den Punkt B dreht, der um das Stück / von B entfernte Punkt E einen Kreisbogen um B mit dem Radius / beschreiben, während der Strahl B C die Linie A D in den verschiedenen Theilpunkten von 1 — η schneidet.

Sind x, X₁, x₂ .... x_n die den Theilpunkten ι — η correspondirende Bögen, so sind die diesen Bögen zugehörigen Centriwinkel bei B den correspondirenden Winkeln an den Theilpunkten ι — η, α, α γ, a₂ ■ . . α _n als Gegenwinkel gleich.

Ist man im Stande, die Bögen x, X₁, X₂, X₃ ... X_n-!, A_n und die Differenzen derselben

^x X₁₁X₁ X₂₁X₂ x₃ [X_n _₂)—(λ;_π — ϊ),

(X_n^₁) — x_n zu messen, so ist man in der Lage, die Entfernungen α, α -\- m, a + 2 m, a + 3 m . . , a + (η — ι) m, a + η . m bestimmen zu können.

hieraus tg K_n= ■

η .

Wendet man dies auf den von 400 m bis 2000 m anzeigenden Distanzmefs-Apparat an, so erhält man für die zu den verschiedenen Distanzen gehörigen Tangenten, deren Bögen und Bogendifferenzen bei einer Basis von 1 m und einer Länge / der Fernrohre von 400 mm nachstehende Werthe:

Distanz:	Tangenten:	• Bögen:	Bogen differenzen
400 m	0,0025000	1,00000	0,05884
425 -	0,0023529	0,94116	0,05228
45° -	0,0022222	0,88888	0,04680
475 - 500 -	0,0021052 0,0020000	0,84208 0,8oooo	0,04208
1800 - 1850 -	0,0005555 0,0005405.	0,2222a 0,21622	0,00600
1900 -	0,0005263	0,21052	0,00570
1950 -	0,0005128	0,20512	0,00540
2000 -	O.0005000	0,20000	0.00512

Die hier entwickelte Theorie wurde in der Weise verwerthet, dafs A B die Basis des Instruments bildet, AF = I ist das Rechterhandfernglas, während B G das um B drehbare Linkerhandglas repräsentirt. E G ist der von dem Glase B G bestrichene Bogen x.

X₁, X₂, x₃ ... x_B sind die den Entfernungen a, a + m, a + 2 m ... a + η m entsprechenden Bögen.

Der mechanische Theil mufs so eingerichtet sein, dafs die überaus feinen Differenzen bezw. Wege erzeugt und in leicht erkennbarer Weise mefsbar gemacht werden.

Die Messung erfolgt durch einen den Indicator bildenden Metallcylinder, dessen Nabe auf eine Mikrometerschraube geschraubt ist.

Parallel zur Axe des Indicators befindet sich am Linkerhandglase ein Zeiger, dessen Spitze bis nahe an den Indicatorkreis zeigt, ohne denselben zu berühren.

Der Weg, welchen der Indicator von der kleinsten bis zur gröfsten zu messenden Distanz beschreibt, oder der Bogen von dem Theilstrich der kleinsten bis zu dem der gröfsten Distanz mufs sich zu dem Umfange des Indicatorkreises verhalten, wie die Differenz χ — X_n zur Steigung der Mikrometerschraube.

Hat man nun auf dem Indicatorkreise den ersten und den letzten Theilstrich markirt und theilt den dazwischenliegenden Bogen nach dem Verhältnifs der Bogendifferenzen χ — X₁, X₁ —

(_n2)(ni), (ni) n

bezeichnet die Theilpunkte mit der

χ — X₁ entsprechenden Distanz a + m
X₁ — X₂ - - a + 2 m

X₂ — x_s - - a + 3 m

und setzt dies bis zur letzten Differenz fort, so ist die Aufgabe, Distanzen zu messen und dieselben »direct«, ohne Tabellen und ohne Rechnung ablesen zu können, auf dem einfachsten und dabei richtigsten Wege gelöst, wenn man den Durchmesser des Indicators so gewählt hat, dafs die Entfernungen der Theilstriche, welche den letzten Differenzen entsprechen, erkennbar grofs sind.

In beiliegenden Zeichnungen ist das Instrument in verschiedenen Ansichten und Durchschnitten dargestellt; ebenso sind die wichtigen Haupttheile lnvergröfsertemMaafstabe gezeichnet.

Aufserdem ist das Instrument mit geöffneten äufseren Kastenenden zum Gebrauch fertig gezeigt; während eine Ansicht den Apparat mit geschlossenem Kasten zum Transport fertig darstellt.

Der Apparat besteht aus zwei in optischer Beziehung auf das beste construirten und ausgerüsteten Fernrohren A und B, von denen das Linkerhandglas A um den an seinem vorderen Ende befindlichen Zapfen sich in horizontaler Richtung bewegen kann.

Die Rohre A und B sind vermittelst einer Rohr- bezw. Stangencombination C, oder durch eine parabolische Welle von kreuzförmigem Querschnitt und durch die Ringe b, c, d, e und die Arme f und g mit einander verbunden.

Die Welle C oder die Hauptstange der Combination ruht in den Zapfenlagern D und E.

Der Lagerstuhl D ist um den verticalen Zapfen h drehbar; auf der abgerundeten Spitze von h ruht der linke Zapfen der Welle oder der Combination C.

Dieser Zapfen ist bis zu seiner Mitte abgefeilt und enthält in der Axe von C eine Spur für den Zapfen von h, damit sich die auf der Spitze von h gelagerte Welle um ihre Axe zu drehen vermag.

Das Lager E ist ein Zapfenlager mit Deckel.

Zur Vermeidung seitlicher Bewegungen ist die Hauptwelle C an jedem Ende mit einem Bunde versehen.

Das Lager E mit der Hauptwelle C kann sich um die verticale Axe des Zapfens h bewegen.

Um eine feine Adjustirung des Glases B zu erzielen, ist eine Mikrometerschraube L angebracht, welche in dem festen Theil K und gegen den oberen beweglichen Theil des Fufses H wirkt.

Der Theil R ist mit H fest verbunden.

Vermittelst dieser Einrichtung wird der obere Theil des Fufses H mit dem rechten Zapfen der Hauptwelle C auf der oberen Fläche des unteren Theiles des Fufses H durch die Mikrometerschraube L bewegt.

Um dies zu erzielen, ist der obere Theil von H mit zwei Frictionsrollen, welche sich auf der oberen horizontalen Fläche des unteren Theiles des Fufses H bewegen können, versehen.

An dem Untertheil des Fufses H befinden sich ebenfalls drei Frictionsrollen, welche die obere Fläche des Bogens / berühren und sich auf dieser bewegen können.

Der Untertheil H kann durch eine Druckschraube Z an der festen Curve / festgestellt werden.

An der entgegengesetzten Seite des Fufses H ist ein cylindrisches Federhaus M angebracht, in welchem sich eine Spiralfeder befindet.

Der Stift η dieser Feder wirkt genau dem Berührungspunkt der Mikrometerschraube gegenüber.

Eine Druckschraube O ist in das Lager E eingeschraubt und bewirkt das Feststellen des sich in diesem Lager bewegenden Zapfens.

Um die Uebereinstimmung der Kreuzfäden beider Fernrohre zu erzielen, sind an dem Ringe e des Fernrohres B zwei Stellschrauben k k angebracht, mittelst welchen man das Fernrohr bezw. dessen Axe in der Vertical-Ebene bewegen kann.

Die verticale Bewegung des Fernrohres läfst sich durch eine Drehung um einen centrischen Zapfen in dem Ringe d erreichen.

Jedes der beiden Fernrohre ist mit einem durch Trieb und Zahnstange stellbaren Auszug zur Einstellung des Oculars für nahe und weite Distanzen versehen.

In beiden Gläsern befinden sich exact gearbeitete und genau adjustirbare Kreuzfäden.

Die Verbindung der beiden Fernrohre A und B durch die Welle oder die Rohr- oder Stangencombination C, die Drehbarkeit des Lagerstuhles D um den Zapfen h, die Führung des Lagers E mit dem Untertheil H in dem Bogen /, dessen Mittelpunkt in der Axe h liegt, bewirken die gemeinschaftlichen Bewegungen der Fernrohre A und B, sowohl in der Horizontal- als auch in der Vertical-Ebene.

Diese gemeinschaftlichen Bewegungen sind für' das Einstellen des Instrumentes von der gröfsten Wichtigkeit, sie helfen ein schnelles und zuverlässiges Resultat erzielen.

Aufser diesen relativen Bewegungen beider Gläser kann sich das Glas A noch um die Axe der an dem vorderen Ende befindlichen Zapfen «! e₂ in der Horizontal-Ebene bewegen.

Die Spiralfeder R ' drückt die an dem Fernrohr A befestigte Stahlspitze beständig gegen eine im Centrum des Indicators befestigte Stahlplatte oder gegen die Spitze der Mikrometerschraube S.

Der Indicator schraubt sich auf dem an dem Arm befestigten S, welche sich in diesem Arm so drehen läfst, dafs man die Einstellung des Indicators auf die geringste Distanz bewirken kann.

Der durch Drehung des Schraubenkopfes V des Indicators T erzielte Weg der Mikrometerschraube .S¹ ist gleich den Bogendifferenzen χ — x_a und bewirkt die Bewegung des Fernrohres A um das gleiche Stück.

Wie schon oben erwähnt, ist der Gesammtweg bezw. der Bogen des Indicators von der Anfangs- bis zur Enddistanz in dem Verhältnifs der Bogendifferenzen eingetheilt und mit den zugehörigen Distanzen markirt.

Der Zeiger U gestattet, die Distanzen sofort abzulesen.

Die Graduirung des Indicators ist für nahe Entfernungen für je 25 m, für weitere je 50 m, für gröfsere Distanzen von 100 zu 100 m bewirkt.

Der Indicator eines Distanz-Mefsapparates für Artillerie ist vollkommen dazu geeignet, die Elevation anzugeben und die bisher im Gebrauch befindlichen Tabellen zu ersetzen.

Die Eintheilung kann entweder auf mathematischem oder durch Ermittlung auf praktischem Wege erfolgen.

Der Apparat kann entweder mit Griffen, wie eine Tragbahre, versehen sein und durch zwei Mann transportirt, oder auf einem, an einem Munitionswagen befestigten Wagen befördert werden.

Wie in beiliegenden Zeichnungen angegeben, ruht der Apparat in einem Kasten, dessen Endtheile vermöge der Scharniere χ x_t beweglich, daher geöffnet und aufgeklappt werden können, wenn mit dem Instrument gearbeitet werden soll.

Mittelst Scharniere sind an dem unteren Theil Beine angebracht, welche nach oben geklappt werden können, wenn das Instrument transportirt wird.

Bei einer zweiten von mir in Ausführung gebrachten Anordnung besteht das Instrument aus zwei Theilen; der von sechs diagonal miteinander verstrebten Beinen getragenen Tischplatte mit dem mit Deckplatte versehenen Instrument und dem dasselbe aufzunehmenden Kasten, an welchem sich Federn, Welle und Räder befinden.

Kasten und Tischplatte sind durch Scharniere miteinander verbunden.

Bei dem Transport schliefst die Tischplatte den Kasten derart, dafs das Instrument vollständig in demselben liegt, die Beine zeigen nach oben.

Auf dem Punkte angekommen, von welchem aus Distanzen gemessen werden sollen, fafst man die nach oben zeigenden Beine und dreht den Tisch mit dem Instrument so lange, bis die Beine auf der Erde stehen.

Das Instrument bildet gewissermaafsen mit dem Kasten zwei nur durch die Scharniere verbundene Theile.

Nach erfolgter Messung wird das Instrument durch die entgegengesetzte Drehung in den Kasten gebracht und weiter transportirt.

Bei einer dritten Anordnung ist ein das Instrument enthaltender Kasten, dessen Beine ebenfalls diagonal verstrebt sind und bei dem Transport nach oben zeigen, mit dem Theile, an welchem Welle, Federn und Räder angebracht sind, durch Scharniere verbunden.

Der Kasten des Instrumentes ist mit einem Deckel, ähnlich wie bei Klavieren, versehen und wird bei der Operation aufgeklappt.

Am Kasten befinden sich vor den Objectivgläsern um Scharniere drehbare Thüren, welche bei dem Gebrauch geöffnet werden.

Die Operation mit dem Instrument ist folgende:

Nachdem man den nach einer der eben beschriebenen Constructionen eingerichteten Tisch aufgeklappt hat, öffnet man die vor den Objectiven befindlichen, der Witterung bezw. der Beleuchtung entsprechenden, die geeignete Blendung bewirkenden Klappen.

Der Messende zieht zuerst den den rechten Zapfen festhaltenden Stift zurück und bringt denselben aufser Thätigkeit; dann zieht man

den zur Linken der Curve befindlichen Federstift heraus und giebt demselben eine Vierteldrehung.

Man löst die Druckschraube des Lagers und die den Support an den Bogen / drückende Schraube.

Der an der Adjustirschraube.befindliche Haken wird frei gemacht und die Adjustirschraube um mindestens zwei Umgänge zurückgedreht

Man fafst mit der linken Hand das Fernrohr, mit der rechten die Druckschraube und richtet die Visire auf dem Rechterhandglase etwas zur Linken des Objectes ein.

Dann befestigt man die Druckschraube des Lagers £ und adjustirt das Ocular.

Die linke Hand fest auf dem Fernrohr, das Auge durch das Glas auf das Object gerichtet, löst man die auf dem Lager befindliche Schraube; die rechte Hand auf derselben behaltend, stellt man den Kreuzfaden so nahe als irgend möglich an das Object.

Hierbei ist zu beachten, dafs der Kreuzfaden um etwas zur Linken des Objectes stehen und dafs der Horizontalfaden das Object an einer klaren Stelle treffen mufs.

Dann zieht man die Druckschraube auf dem Lager und die zur Rechten der Curve befindliche Schraube an, nimmt die linke Hand vom Rohre weg und bringt mittelst der Adjustirschraube den Verticalfaden, gerade über oder unter den Horizontalfaden, so nahe an das Object, dafs nur ein eben bemerkbarer Lichtstreifen zwischen denselben verbleibt, ohne dafs der Faden das Object deckt.

Während dieser Operation ist jede Berührung mit dem Tische zu vermeiden.

Zunächst löst man das am Linkerhandglase befindliche Excenter und adjustirt das linke Ocular, ohne Tisch oder Glas unsanft anzufassen, dann wird der Indicator sorgfältig eingestellt, bis der Verticalfaden des Glases linker Hand mit dem des anderen genau übereinstimmt.

Der Indicator ist nun im Stande, Distanzen anzuzeigen.

Ist die Distanz entnommen, und soll das Instrument weiter befördert werden, so schliefst ,man die Klappen an den Objectiven, stellt das Excenter ein und schraubt die Adjustirschraube so weit ein, bis der Federhaken einschnappt.

Man löst die zur rechten Seite der Schraube befindliche Druckschraube, giebt dem Stift zur Linken der Curve eine Vierteldrehung zurück und bewegt den Support so weit auf der Curve, bis die Feder einschnappt.

Die zur Rechten der Curve befindliche Schraube wird angezogen.

Der zum Festhalten des Rechterhandglases bestimmte Stift wird jetzt freigestellt und das Rohr, bis dasselbe einschnappt, bewegt.

Ist die Druckschraube des Lagers angezogen, so wird das Instrument vollständig zugeklappt.

Es ist geboten, das Instrument von Zeit zu Zeit zu controliren; dies geschieht durch Aufstellung und Visirung nach einer . mit einem weifsen Kreuz auf schwarzem Grunde versehenen Tafel, in einer der auf dem Indicator angegebenen Distanzen.

Stimmen die beiden Verticalfaden nicht mit dem Object, wenn der Zeiger auf dem Indicator die Distanz, in welcher sich die Tafel befindet, anzeigt, so stellt man den Kreuzfaden des Rechterhandglases genau auf die Mitte des Kreuzes ein, man löst die in der Nabe des Indicators befindliche Druckschraube, hält den Indicator fest, so dafs der Zeiger auf die Distanz der Tafel zeigt und dreht die zur Rechten des Indicators befindliche Schraube so lange, bis der Kreuzfaden dieses Glases ebenfalls exact auf die Mitte des Tafelkreuzes zeigt.

Man zieht alsdann die Schraube in der Nabe des Indicators an.

Die Horizontalfäden werden durch die Schrauben k k adjustirt; nachdem dies geschehen ist, sind die Gegenmuttern derselben fest anzuziehen.

Gegen die Einflüsse der Wärme erhält das Instrument eine die Operation leicht zulassende Einhüllung in einem schlechten Wärmeleiter.

Die von mir angestellten praktischen Versuche ergaben das Resultat, dafs zur sicheren Entnahme einer Distanz eine Zeit von io bis 15 Secunden erforderlich sei, eine Schnelligkeit, die noch von keinem der bisher existirenden dergleichen Apparate erreicht worden ist.

Schliefslich sei noch erwähnt, dafs ich die directe Ablesung der Distanzen auf verschiedene Weise erzielt habe:

1. Den von dem Fernrohr A um den Zapfen O₁ a₂ zurückgelegten Bogen habe ich gemessen durch Anwendung einer centrischen Scheibe, in welche eine Anzahl von Schrauben, von denen jede einzelne hinsichtlich' ihrer Länge je einer der zu messenden Entfernungen entspricht, eingesetzt ist.

Die Enden dieser Schrauben bilden eine spiralförmige Curve; die obere horizontale Fläche einer cylindrischen drehbaren Dose, in welcher sich die centrische Scheibe befindet, ist den verschiedenen Entfernungen entsprechend graduirt.

2. Die Bögen und deren Differenzen sind gemessen worden durch eine excentrische Scheibe, welche sich gegen eine an dem Glase A befindliche Frictionsrolle bewegt.

Die Excentricität dieser Scheibe mufs gleich dem von dem Fernrohr B zurückgelegten Bogen x-— X_n sein.

Versieht man die flache Seite der Scheibe mit einer den Bogendifferenzen proportionalen

Theilung, so sind bei Drehung ,des Excenters ebenfalls die Entfernungen direct abzulesen.

3. Endlich habe ich die Entfernungen direct gemessen durch einen graduirten, an einer Frictionsrolle am Rohre A und an einer festen Führung wirkenden Keil.

Haben auch diese Einrichtungen ganz zuverlässige Resultate ergeben, so ist dennoch die vorstehend ausführlich beschriebene Construction des Indicators die einfachste, compendiöseste und zweckmäfsigste.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   Wie vorstehend beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt:

   ι. Ein Distanzmefsapparat mit zwei zu relativer Bewegung in der Horizontal- und Vertical-Ebene fest verbundenen Fernröhren, von denen das Linkerhandglas aufserdem um einen an seinem vorderen Ende befindlichen Zapfen drehbar ist.
2. 2. Ein die Distanzen durch directe Ablesung ohne Tabellen und ohne Rechnungs-Operationen ergebender Indicator.
3. 3. Die Combination von Transport- und Schutzmitteln, welche das Instrument feldtüchtig und für das Schlachtfeld brauchbar machen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.