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Vorrichtung zum Messen des Höhenwinkels von Himmelskörpern Die Erfindung
betrifft ein Instrument zum Messen von Winkeln, und zwar ein Instrument, das als
Sextant oder Oktant bezeichnet wird, je nach dem Maximalwinkel, der gemessen werden
kann.
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Der Gegenstand der Erfindung ist ein einfaches und praktisches Istrument,
mit welchem die Höhe der Sonne oder irgendeines Himmelskörpers über dem wahren oder
dem scheinbaren Horizont am Beobachtungsplatze rasch, leicht und mit einem hohen
Grad von Genauigkeit bestimmt werden kann, gleichgültig ob das Instrument in einem
Flugzeug oder einem Schiff und bei Tageslicht oder in der Dunkelheit benutzt wird.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung veranschaulicht.
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Abb. i ist eine Ansicht der linken Seite des Instruments, von der
Stelle aus gesehen, welche die das Instrument benutzende Person einnimmt.
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Abb. 2 ist eine Oberansicht, Abb. 3 eine Endansicht des Instruments.
Abb. 4 ist ein Schnitt durch den linken Teil des Instruments, der die optischen
Teile zeigt.
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Abb. 5 und 6 zeigen ebenfalls die optischen Teile, und zwar ist die
Abb. 5 ein waagerechter Schnitt, die Abb.6 eine Endansicht des Instruments mit einem
teilweisen Schnitt desselben.
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Abb. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 792 7h, 7i, 7i,
7k und 71 veranschaulichen die unterverschiedenen Bedingungen erhaltenen Sehfelder
des Instruments. Abb.8 veranschaulicht ein Prismensystecn in drei zueinander senkrechten
Ebenen.
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Die optischen Teile des Instruments sind durch ein Gehäuse gegen atmosphärische
Einflüsse geschützt. Zum optischen System gehört eine Linse i, welche in der Einstellungsebene
i. ein reelles Bild des anzumessenden Gegenstandes erzeugt, dessen Winkelstellung
zur waagerechten Richtung oder zum Horizont bestimmt werden soll. Dieses Bild wird
durch ein Okular betrachtet, das aus den Linsen 2 und 3 besteht. Das Bild wird nach
der Seite durch zwei total reflektierende Prismen 4 und 5 und nach der Höhe durch
zwei total reflektierende Prismen 6 und 7 umgekehrt. Das Prisma 7 ist um eine Achse
8 drehbar. Durch eine Drehung des Prismas 7 um seine Achse wird die Lage des Bildes
des Gegenstandes im Sehfeld verschoben. Dadurch wird es dem das Instrument benutzenden
Beobachter auch ermöglicht, einen Gegenstand von verschiedenen Stellungen oder Höhenlagen
aus zu beobachten, ohne das Instrument als Ganzes zu bewegen. Die vom Prisma 7 ausgehenden
Strahlen treten durch das Fenster 9, ehe sie in das Prisma 6 eintreten. An der unteren
Seite des Instrumentengehäuses ist eine Libelle io mit einer Luftblase nach Art
einer Flüssigkeitswaage vorgesehen. Die von der Libelle ausgehenden Lichtstrahlen
gehen durch das Fenster i i, und ein Teil dieser Strahlen tritt in ein Prismensystem
12, 12 und ein anderer Teil in ein ähnliches System 13, 13 ein. Die Strahlen
von
beiden Systemen werden durch das Prisma 14 reflektiert, und
durch die Linsen 15 und 16 wird ein reelles Bild der Luftblase der Libelle erzeugt.
Dieses Bild liegt in derselben Ebene i, -,vie das durch die Linse i erzeugte Bild.
Die von der Linse 16 ausgehenden Strahlen werden in dem Prisma 17 zweimal reflektiert,
und nachdem die Strahlen durch die Prismen i8 und 19 gegangen sind, treten sie in
ein System ein, das aus den Prismen 2o, 21, 22 und 23 besteht. Diese Strahlen werden
zweimal im Prisma i S und zweimal im Prisma i g reflektiert, und daher wird das
Bild durch jene Prismen nach Seite und Höhe vertauscht.
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An entgegengesetzten Seiten des Prismas 22 befinden sich zwei rechteckige
Silberstreifen 24 und 25, von denen jeder in Längsrichtung .durch die Einstellebene
halbiert wird. Da diese Silberstreifen sich in oder nahe der Einstellebene befinden,
erscheinen ihre Kanten scharf im Sehfeld.
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Die Einstellebene ist eine senkrecht zur Achse des Okulars gerichtete
Ebene. Die größte Seite des rechteckigen Silberstreifens 24 verläuft senkrecht zum
Instrument bzw. senkrecht zur Ebene der Abb.5. Der erwähnte Streifen befindet sich
zwischen den Prismen 21 und 22, und das Silber ist an der Oberfläche eines dieser
Prismen angebracht. Dieses Rechteck schneidet die Einstellebene in einer senkrechten
Linie (senkrecht zur Ebene der Abb. 5), und diese Schnittlinie verläuft parallel
zu und in der Mitte zwischen den beiden Längsseiten des rechteckigen Streifens.
Der Streifen 25 ist von derselben Größe und Form wie der Streifen 24 und verläuft
parallel zu diesem, befindet sich jedoch zwischen den Prismen 22 und 23. Die Einstellebene
schneidet den erwähnten Streifen in einer Linie, die parallel zu und zwischen den
längeren Kanten des Streifens verläuft. Die angegebene Anordnung ist ohne weiteres
aus Abb. 8 erkennbar. In derselben sind die Prismen 2o, 21, 22 und 23 in geringen
Abständen voneinander veranschaulicht, obschon bei der wirklichen Ausführung aneinandergrenzende
Flächen miteinander verkittet sind. Der einfacheren Darstellung wegen sind die Linse
2, die Prismen i8 oder i9 oder die aus den Abb.4 und 5 ersichtliche dünne Glasplatte
nicht mit veranschaulicht. Alle die erwähnten Teile sind jedoch an das aus den Prismen
2o, 21, 22 und 23 bestehende System durch Verkittung angeschlossen.
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Es ist auch ein Teil einer Fläche des Prismas 21 bei 26 versilbert.
Die von der Libelle io kommenden Strahlen gehen durch die Prismen 12, die Linsen
15 und z6 und die Prismen 17, 18 und i9 treten in das Prisma 2o ein und werden in
das Okular geworfen, das aus den Linsen 2 und 3 besteht. Die Strahlen, welche durch
das Prismensvstem 13 gehen, gehen auch durch die Linsen 15 und 1d und die Prismen
17, i8 und i9, treten in das Prisma 21 ein und werden durch die Silberfläche26 au£den
Silberstreifen 25 undebenso in das Okular 2, 3 geworfen. Wenn der Beobachter in
das Instrument blickt, sieht er im Sehfeld zwei parallele Rechtecke, die durch die
Kanten der Silberstreifen 24 und 25 begrenzt sind, und in jedem erblickt der Beobachter
ein Bild der Blase der Libelle io (Abb. 7a). Die Einstellung kann in der Weise erfolgen,
daß bei waagerechter Anordnung der Achse 8 jedes Bild der Blase in der Mitte der
zwei langen Seiten des Rechtecks erscheint, in welchem es zu sehen ist.
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Es wurde bereits ausgeführt, daß an entgegengesetzten Flächen des
Prismas 22 zwei Silberstreifen 24 und 25 vorgesehen sind. Da jeder dieser Streifen
rechteckige Form hat und durch die Einstellebene halbiert wird, erscheint jeder
Streifen durch das Okular hindurch als ein Rechteck im Sehfeld. Wenn das Prisma
17 seine den vollen Linien gemäß Abb.4 entsprechende untere Lage einnimmt, ist das
durch jeden dieser Streifen in das Okular hineinreflektierte Licht dasjenige, das
von der Libelle kommt und durch die Prismen 1a, 13 und 14, die Linsen 15 und 16
und die Prismen 17, i8, i9, 2o usw. geht. Daher erblickt der Beobachter bei der
erwähnten Lage des Prismas 17 in jedem Rechteck ein Bild der Libelle, das durch
die Linsen 15 und 16 gebildet wird. Wenn jedoch das Prisma 17 angehoben ist und
sich in der in Abb. 4 in gestrichelten Linien veranschaulichten Stellung befindet,
tritt das von einem entfernt liegenden Objekt, z. B. vom Horizont kommende Licht
durch das Fenster 32 in das Instrument ein, geht durch die Linse 33 und tritt in
das Prisma i8 ein, von dem aus es den schon angegebenen Weg geht. In der angehobenen
Stellung des Prismas 17 sieht der Beobachter daher Bilder von entfernten Obj ekten
in den beiden Rechtecken, also z. B. zwei Sektoren des Horizonts. Es ist auch zu
bemerken, daß kein Licht von den Linsen 15 und 16 oder von der Linse 33 das Auge
des Beobachters erreichen kann mit Ausnahme desjenigen Lichtes, das durch die Silberstreifen
24 und 25 reflektiert wird. Ebenso kann kein von der Linse i ausgehendes und auf
die Silberstreifen auftreffendes Licht das Okular erreichen, weil die erwähnten
Streifen undurchsichtig sind. Aus diesem Grunde bewirken die Silberstreifen eine,
vollständige Abtrennung der Bilder, die durch die Linsen 15 und r6 (oder durch,die
Zinse 33) aus dem durch die Liirse i erzeugten Bild entstehen.
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Das Prisma 17 ist im Rahmen 28 gelagert (Abb. 3), der in Führungen
29 gleitbar ist.
Diese Bewegung des Prismas 17 wird durch Drehen
der Schraube 3o am Handgriff 31 bewerkstelligt.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das durch die Linse
i geleitete Licht vollständig von den rechteckigen Feldern des Sehfeldes ausgeschlossen,
und in gleicher Weise wird das entweder durch die Linse 33 oder die Linsen 15 und
16 geleitete Licht vollständig von dem Bereich des Sehfeldes außerhalb der rechteckigen
Felder ausgeschlossen.
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34 ist eine Zylinderlinse, die in die Bahn oder außerhalb der Bahn
der von der Linse i zum Okular gehenden Strahlen gebracht werden kann. Die Zylinderachse
ist parallel zu den langen Kanten der Silberstreifen 24 und 25, und wenn die Linse
sich in der Stellung befindet, die in Abb. 5 in vollen Linien veranschaulicht ist,
verzerrt sie das Bild des beobachteten Gegenstandes. Die Verzerrung erfolgt in einer
Richtung, die rechtwinklig zur Zylinderachse steht (Abb.7i, 7j und 71) .
Wenn die Zylinderlinse aus der Bahn der von der Linse i kommenden Strahlen lierausbewegt
ist, nimmt sie die in der Abb. 5 in gestrichelten Linien veranschaulichte Stellung
ein. Die Linse 34 ist an der Welle 36 im Rahmen 35 befestigt (Abb. i und 2). Diese
Welle tritt durch das Gehäuse des Instruments und ist mittels einet Hebels 37 um
einen rechten Winkel drehbar, so daß die Linse in ihre verschiedenen Stellungen
gebracht werden kann. Es sind federnde Halter vorgesehen, die die Linse in jeder
gewünschten Stellung festhalten.
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Alle optischen Teile des Instruments, mit Ausnahme des Prismas 7,
sind in einem Gehäuse 38 gelagert, das eine abnehmbare Deckplatte 39 hat. An diesem
Gehäuse ist der Handgriff 40 befestigt. um dem Beobachter ein leichtes Halten des
Instruments in der rechten Hand zu ermöglichen. An einem Ansatz 42 des Gehäuses
ist eine aus Gummi bestehende Okularmuschel41 befestigt. Ferner ist ein drehbarer
Handring43 vorgesehen, durch welchen die Linse 3 nach innen oder außen bewegt werden
kann, um das Instrument einzustellen.
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Das Prisma 7 ist in dem Rahmen 44 an der Welle 45 befestigt. die um
die Achse 8 drehbar ist und in zwei auf entgegengesetzten Seiten des Prismas 7 angeordneten
Lagern ruht, Das eine Lager befindet sich im Gehäuse 38, das andere in einem am
Gehäuse befestigten Arm 46. Ein Arm 47 bildet eine Verlängerung an einer Seite eines
Prismenrahmens 44. Das untere Ende des Armes ist durch Schrauben 48 an einer Anzeigeplatte
49 befestigt. In dieser Platte befindet sich ein rechteckiges Loch, und an einer
Kante desselben ist auf der Platte ein Zeiger 5o vorgesehen. Die im Arm 47 sich
befindenden Löcher für die Schrauben 48 sind länglich, und wenn. die Schrauben gelockert
werden, kann die Lage des Zeigers 5o gegenüber dem Artn 47 und damit gegenüber dem
Prisma 7 durch Stellschrauben 5 i eingestellt werden.
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Ein Arm 52 und ein Bogen 53 bilden ein Stück mit dem Gehäuse 3$. An
der. Umfangslinie des Bogens 53 sind Schneckenradzähne vorgesehen. Den Mittelpunkt
des Schneckenradsektors bildet die Achse B. Um den Bogen 53 ist eine Platte 49 herumgebogen,
die den Bogen nicht berührt (Abb.3). An dieser Platte ist ein Rahmen 54 befestigt.
Eine Welle 55 ruht drehbar in Lagern des Rahmens 54. Am einen Ende dieser Welle
ist eine konische Schnecke 56 und am anderen Ende eine Trommel 57 befestigt. Die
Schnecke 56 greift in die Verzahnung des Bogens 53 ein, und daher werden der Arm
47 und das Prisma 7 um die Achse 8 in Drehung versetzt, wenn ein auf der Welle 55
befestigter Knopf 58 gedreht wird. An einem einen Teil des Rahmens 54 ,bildenden
Arm 6o ist eine Zeigerlinie 59 angebracht.
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Der Arm 54. ist an Zapfen 61 um einen kleinen Winkel gegenüber der
Platte 4.9 drehbar, und diese Drehung wird mittels eines exzentrischen Ringes vermittelt,
der an einer Welle befestigt ist, die einen Hebel 62 trägt. Diese Welle ist in der
Platte 49 drehbar gelagert. Der exzentrische Ring paßt in ein längliches Loch im
Rahmen 54. Die Anordnung dieser Teile ist derart, daß beim Abwärtsbewegen des Hebels
62 die Schnecke 56 von den Zähnen des Bogens 53 losgelöst wird und infolgedessen
der Arm 47 rasch in die gewünschte Stellung geschwungen werden kann. Wenn der Hebel
62 aufwärts bewegt wird, kommt die Schnecke 55 in Eingriff mit den Zähnen
des Bogens 53, und es kann eine genaue Einstellung des Prismas 7 durch Drehen des
Knopfes 58 bewerkstelligt werden.
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Am Bogen 53 oder an der am Bogen befestigten Platte ist eine kreisbogenförmige
Skala 63 angebracht, deren Mittelpunkt die Achse S bildet. Bei einer Drehung des
Prismas 7 um einen bestimmten Winkel ändert sich die Richtung der in diesem Prisma
reflektierten Lichtstrahlen, um einen zweimal so großen Winkel. Hierbei entspricht
der Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gradstrichen der Skala 63 einem Winkel
von nur 1/.=° an der Achse $.
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Eine andere Skala 64 ist am Umfang der Trommel 57 angebracht. Wenn
die Zähne des Bogens 53 um 1/@0 versetzt sind und wenn die Skala 64 in 6o Teile
unterteilt ist, entspricht jeder Teil einer Änderung der Richtung der durch das
Prisma 7 refiektierten
Lichtstrahlen um einen Winkel von i Minute.
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Die Libelle io ist in einem am Gehäuse 38 befestigten Rahmen 65 gelagert.
Am Rahmen 65 ist ein Spiegel 67 befestigt, der an einem Zapfen 66 drehbar
ist, um die Libelle zu beleuchten, wenn das Instrument bei Tageslicht benutzt wird.
An der Libelle ist eine Schraube 68 vorgesehen, die durch eine am einen Ende des
Libellengehäuses befestigte metallische Mutter hindurchgeführt ist, so daß die Schraube
in das Innere des Gehäuses hineinragt. je nachdem die Schraube nach innen oder nach
außen geschraubt wird, wird der Druck im Innern des Gehäuses erhöht oder verringert,
so daß die Länge der Luftblase verändert werden kann. An. der oberen Fläche des
Libellengehäuses ist eine Skala und ein Index vorgesehen, deren Bilder in den rechteckigen
Feldern in der Abb. 7a erscheinen, so daß die Länge der Blase gemessen und auf die
gewünschte Größe eingestellt werden kann. Die Korrektur kann auch unmittelbar von
der Skala abgelesen werden im Falle, daß eine Änderung der Größe der Blase nicht
erwünscht ist.
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In einem drehbar am Rahmen 54 befestigten Halter ist eine Lampe
68a gelagert, die dazu dient, die Skalen 63 oder 64 zu beleuchten. Eine andere
Lampe 69 ist an einem Halter drehbar am Gehäuse 38 befestigt und dient zur Beleuchtung
der Libelle, wenn künstliche Beleuchtung erwünscht ist. Diese Lampen werden durch
Trockenbatterien. 7o gespeist, die vorteilhaft im Handgriff 4o untergebracht sind.
Für die Lampe 6811 ist ein Schalter 71 und für die Lampe 69 ein Schalter 72 vorgesehen.
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Wenn das Instrument als Ganzes um eine zur Achse 8 parallele Achse
gekippt wird, bewegt sich das Bild des beobachteten Gegenstandes in dem Sehfeld,
und zwar parallel zur Längsrichtung der Silberstreifen 24 und 25. Die Beziehungen
zwischen den eingestellten Längen der Linsen 15 und 16 und der Krümmung der Libelle
zur Einstellänge der Linse i und die Beziehungen zwischen den Stellungen der Linsen
15 und 16 zur Libelle und der Einstellebene sind so gewählt, daß beim Kippen des
Instruments um eine zur Achse 8 parallele Achse die Bilder der Luftblase sich in
der Einstellebene um denselben Weg bewegen wie das Bild des mittels der Linse i
beobachteten Gegenstandes in dem Teil des Sehfeldes außerhalb der Rechtecke. Ebenso
ist die Anordnung der reflektierenden Teile des optischen Systems eine solche, daß,
wenn das Instrument in der beschriebenen Weise gekippt wird, die Bilder der Blase
sich in derselben Richtung bewegen wie das Bild des beobachteten Gegenstandes. Die
Einstelllänge der Linse 33 ist derjenigen der Linse i gleich, so daß, wenn das Prisma
17 sich in der in der Abb.4 in gestrichelten Linien angedeuteten Stellung befindet
und das Instrument um eine zur Achse 8 parallele Achse gekippt ist, das in den Rechtecken
ersichtliche Bild des Gegenstandes sich um dieselben Weglängen bewegt wie das in
dem übrigen Teil des Feldes ersichtliche Bild eines Gegenstandes. Auch die Anordnung
der reflektierenden Flächen ist eine derartige, äaß diese Bilder sich in der gleichen
Richtung bewegen.
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An besonderen Rahmen sind vier Platten 73 aus gefärbtem Glas befestigt.
jeder der Rahmen ist drehbar an einem Stift 74 befestigt, der an dem Gehäuse 38
angebracht ist, so daß ein einzelner oder alle Platten in die Bahn der vom Prisma
7 zum Prisma 6 gehenden Strahlen eingeschwenkt oder aus dieser Bahn herausgeschwenkt
werden können.
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Es sei angenommen, der das Instrument benutzende Beobachter wünsche
den Höhenwinkel der Sonne oder eines anderen Himmelskörpers über der waagerechten
Ebene mit dem Instrument zu messen. Zu dem erwähnten Zweck wird das Instrument so
gehalten, daß die Achse des Okulars ungefähr waagerecht gerichtet ist. Das Instrument
wird nach dem Azimut des Himmelskörpers eingestellt, und das Prisma 7 wird um die
Achse 8 gedreht, bis beim Einblicken in das Okular das Bild des beobachteten Himmelskörpers
auf eine Linie gelangt, welche die Spitzen der beiden Bilder der Blase miteinander
verbindet. Nachdem dies erfolgt ist, sieht der Beobachter beim Einblicken in das
Okular das Feld im Sinne der Abb. 7e und 7f. Nachdem diese Einstellung gemacht ist,
kann der Höhenwinkel des Himmelskörpers über dem Horizont durch Ablesen der Skalen
63 und 64 bestimmt werden, vorausgesetzt, daß das Instrument richtig in der nachfolgend
beschriebenen Weise eingestellt wurde. Die Skala 63 zeigt die Anzahl der Grade,
die Skala 64 die Zahl der Minuten des Höhenwinkels an.
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Die Abb.7e und 7f veranschaulichen das Sehfeld bei der in :der Abb.
5 in gestrichelten Linien veranschaulichten Stellung der Linse 34. Wenn der Beobachter
wünscht, das Bild in eine Linie auszuziehen, um eine genauere Einstellung zu machen,
so kann dies durch Drehen des Hebels 37 erfolgen, indem die Linse 34 in die in der
Abb. 5 durch volle Linien veranschaulichte Stellung gebracht wird. Das Sehfeld entspricht
dann den Abb.7i und 7j.
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Wenn der Beobachter den Höhenwinkel eines Himmelskörpers über dem
Horizont zu messen wünscht, wird das Prisma 17 mittels
des
Knopfes 3 i in die in der Abb. 4. durch gestrichelte Linien veranschaulichte Stellung
gebracht. Der Beobachter verfährt dann in der schon beschriebenen Weise. nur wird
das Prisma ; um die Achse 8 gedreht, bis das Bild des Himmelskörpers mit der Linie
34. in der in der Abb. 5 durch gestrichelte Linien veranschaulichten Stellung anliegt,
die Linie berührt oder durch dieselbe halbiert wird. die durch die beiden Bilder
des Horizonts in den beiden Rechtecken des Sehfeldes bestimmt wird. Das Sehfeld
entspricht alsdann der Abb. 7g. In diesem Falle könnte auch die Linse 34 in die
in der Abb. 5 durch volle Linien kenntlich gemachte Stellung gebracht werden. Das
Sehfeld entspräche dann der Abb. 7j.
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Das Instrument kann auch dazu benutzt werden, die Tiefe des Horizonts
unter der waagerechten Ebene zu messen. in welcher sich das Instrument befindet.