DE725818C

DE725818C - Calculating device, especially for artillery purposes

Info

Publication number: DE725818C
Application number: DER99928D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Fuesgen
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1937-07-28
Filing date: 1937-07-28
Publication date: 1942-09-30

Description

Rechengerät, insbesondere für artilleristische Zwecke Die Erfindung betrifft ein Rechengerät, insbesondere für artilleristische Zwecke, zur Durchführung eines mechanischen Verfahrens zur Lösung von beliebigen simultanen Differentialgleichungen z. Grades und i. Ordnung. Mit dieser Erfindung sollen vor allem auch solche Gleichungen der vorbezeichneten Art gelöst werden können, die auf rechnerischem, zeichnerischem oder sonst irgendeinem bekannten Wege nicht mehr oder nur unter großen Schwierigkeiten und unter Zulassung von Vernachlässigungen zu lösen sind. Besondere Bedeutung gewinnt das erfindungsgemäße Verfahren für die Darstellung und Untersuchung solcher wichtigen, sich unter den verschiedensten Umständen abspielenden technischen Vorgänge, die sich durch die vorerwähnten Differentialgleichungen darstellen lassen, da es mit einem Rechengerät dieser Art möglich ist, die zur Darstellung eines jeden einzelnen der unendlich vielen mÖglichen Vorgänge erforderlichen Bestimmungstücke in denkbar kurzer Zeit und mit mÖglichst geringem Aufwand an geistiger Arbeit zu erhalten. Auf diese Weise kann z. B. ganz allgemein für gegebene Ausgangswerte der Verlauf eines Vorganges ermittelt werden, oder es können durch den Vergleich der praktisch ermittelten, einen Vorgang kennzeichnenden Werte mit den entsprechenden von dem erfindungsgemäßen Rechengerät bestimmten Werten die Unterlagen für die Richtigstellung der zunächst bei der Aufstellung der Differentialgleichungen gemachten, nicht ganz zutreffenden Annahmen erhalten werden.Calculating device, especially for artillery purposes. The invention relates to a computing device, in particular for artillery purposes, for implementation a mechanical method for solving arbitrary simultaneous differential equations z. Degree and i. Order. This invention is also intended primarily to include such equations the aforementioned kind can be solved, the arithmetic, graphic or any other known route no longer or only with great difficulty and are to be solved with admission of neglect. Gaining particular importance the inventive method for the representation and investigation of such important, technical processes taking place under the most varied of circumstances, the can be represented by the differential equations mentioned above, since it is with a computing device of this type is possible to represent each individual of the infinitely many possible processes necessary determinations in conceivable in a short time and with as little intellectual work as possible. In this way, z. B. in general the course for given output values of a process can be determined, or it can be determined by comparing the practical determined, a process characterizing values with the corresponding of the Calculating device according to the invention, the documents for the correction of certain values not quite the one made at first when setting up the differential equations correct assumptions are obtained.

Bei einem bekannten Rechengerät, das ausschließlich zur Berechnung der durch vier Differentialgleichungen i.. Ordnung und i. Grades bestimmten Flugbahnen von Geschosser dient, wird die unabhängig Veränderliche laufend eingestellt und u. a. eine der viel abhängig Veränderlichen in rechtwinklig zueinander stehende Komponenten zerlegt. Dieses Rechengerät ist zur Lösung von beliebigen Differentialgleichungen i. Grades und i. Ordnung nicht brauchbar, da es von der einschränkenden Voraussetzung abhängig ist, daß das Verhältnis der vorerwähnten Komponenten immer eine Tangensfunktion einer anderen abhängig Veränderlichen ist. Außerdem kann dieses Gerät, wenn' es überhaupt arbeiten sollte, niemals genügend genau arbeiten, da von der Kraft, mit der die bei ihm verwendeten (rundkantigen ) Planimeterrollen auf ihre Laufflächen gedrückt werden müssen, um durch ihre Drehung ein Getriebe zu bewegen, auch die Kraft abgeleitet ist, die die Planimetrierrollen quer zu ihrer Laufrichtung verschieben soll. Die Rollen können deshalb nur mit Schlupf arbeiten und können damit ihren Bestimmungszweck nicht einwandfrei erfüllen.In a known computing device that is used exclusively for calculation which by four differential equations i .. order and i. Degree certain Is used trajectories of projectiles, the independently variable is continuously adjusted and among others one of the much dependently variable ones standing at right angles to one another Components disassembled. This calculator is used to solve any differential equations i. Degree and i. Order not usable as it is of the restrictive requirement depends on the fact that the ratio of the aforementioned components is always a tangent function is another dependent variable. Also, this device can if 'it should work at all, never work precisely enough, because of the strength to work with the (round-edged) planimeter rollers used by him on their running surfaces must be pressed to move a gear by rotating them, including the Force is derived that move the planimetric rollers transversely to their direction of travel target. The roles can therefore only work with slip and can therefore be theirs Not fulfilling the intended purpose perfectly.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Anpassen der Geschwindigkeit eines mit motorisch angetriebenen Geschwindigkeitswechselg.etri:eben,gekuppelten, b.eweglichen Teiles eines Richt- oder Meßinstrumentes an die Geschwindigkeit eines beweglichen Zieles bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der bewegliche Teil des Richt- oder- Meßinstrumentes mit einem Tachometer verbunden, das die befohlene Geschwindigkeit anzeigt und nach dessen Zeigerausschlägen diese Geschwindigkeit an einem mit dem Richt- oder Meßinstrument gekuppelten Geschwindgkeitswechselgetriebe eingestellt wird.There is also a device for adjusting the speed of one with motor-driven speed change gears: flat, coupled, b.movable Part of a straightening or measuring instrument to the speed of a moving one Target known. In this device, the moving part of the directional or Meter connected to a speedometer showing the commanded speed and after its pointer deflections this speed on a with the Straightening or measuring instrument coupled speed change gear set will.

Bei dem vorliegenden Rechengerät ist erfindungsgemäß für jede abhängig Veränderliche eine Getriebeanordnung vorgesehen, mit der, ebenso wie das durch die zuletzt beschriebene Einrichtung geschehen könnte, bei laufender Einstellung der unabhängig Veränderlichen, der unendlich kleine Zuwachs der abhängig Veränderlichen durch laufende mechanische Multiplikation des unendlich kleinen Zuwachses der Unabhängigen mit der laufend einzustellenden Ableitung der abhängig Veränderlichen nach der Unabhängigen ebenfalls laufend bestimmt und die Abhängige durch fortlaufendes Addieren ihrer Zuwächse zu dem Ausgangswert dargestellt wird. .In the present computing device, according to the invention, each is dependent A variable gear arrangement is provided with which, as well as that by the facility described last could happen with ongoing setting of the independently changeable, the infinitely small increment of dependent changeable through continuous mechanical multiplication of the infinitely small increase in independents with the continuously adjustable derivation of the dependent variable after the independent also continuously determined and the dependent by continuously adding their Increases to the initial value is shown. .

Insbesondere wird in dem Rechengerät nach der Erfindung jede abhängig Veränderliche durch die Drehung je einer Trommel ausgedrückt, auf deren Mantelfläche ein in seiner Achsrichtung schwer verschiebliches, z. B. scharfkantiges, Rädchen aufliegt, das auf dem Trommelmantel im Berührungspunkte stets senkrecht steht, während die Steigung des Rädchens in bezug auf die Richtung der Trommelachse fortlaufend eingestellt wird. Diese Rädchen sind so angebracht, daß sie, einzeln oder insgesamt, ohne Veränderung ihrer augenblicklichen Schräge, an einer beliebigen Stelle von den Trommeln abgehoben, an irgendeine andere Stelle verschoben und dort wieder auf die Trommeln gesetzt werden können.In particular, in the computing device according to the invention, each becomes dependent Variables expressed by the rotation of a drum on its outer surface one that is difficult to move in its axial direction, e.g. B. sharp-edged wheel rests, which is always perpendicular to the drum shell in the contact points, while the pitch of the wheel with respect to the direction of the drum axis is continuous is set. These wheels are placed in such a way that they, individually or as a whole, without changing their current inclination, at any point from lifted off the drums, shifted to some other place and there again the drums can be set.

Dieses Rechengerät kann insbesondere zur Ermittlung der Flugbahnen von Geschossen oder sonstigen Körpern verwendet «-erden, wobei dann eines der Bestimmungsstücke als unabhängig Veränderliche und die übrigen als abhängig Veränderliche laufend dargestellt werden.This computing device can, in particular, be used to determine the flight paths used by projectiles or other bodies «- earth, in which case one of the defining pieces as independently changeable and the rest as dependent changeable continuously being represented.

Als beispielsweise Ausführungsform ist ein solches Rechengerät zur Ermittlung von Flugbahnen gewählt worden, bei dem die Flugzeit t als unabhängig Veränderliche und der Bahnsteigungswinkel d, die Geschwindigkeit v, die Flughöhe y und die Flugweite x als abhängig Veränderliche dargestellt werden.As an example embodiment, such a computing device has been chosen for determining flight paths in which the flight time t is shown as independently variable and the slope angle d, the speed v, the flight altitude y and the flight distance x are shown as dependent variables.

Bezeichnet- die Erdbeschleunigung, k einen mit dem Kaliber veränderlichen Berichtigungsbeiwert, F den Geschoßquerschnitt, i eine Größe, die in bezug auf ein bestimmtes Bezugsgeschoß die Abhängigkeit des Luftwiderstandes von der Form des Geschosses berücksichtigt, F (v) eine Funktion, die die Abhängigkeit des Luftwiderstandes von der Geschwindigkeit darstellt, b das, von der Flughöhe y abhängige, spezifische Luftgewicht, ö, das spezifische Luftgewicht, das bei Bestimmung von F (v) zugrunde gelegt wurde, und G das Geschoßgewicht, dann stellen sich die zu lösenden vier Differentialgleichungen folgendermaßen dar: Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht in stark vereinfachter körperlicher Darstellung den grundsätzlichen Aufbau des Rechengerätes, mit dem die Lösung der vorstehenden Differentialgleichungen erfolgen kann.Designates the acceleration due to gravity, k a correction coefficient that changes with the caliber, F the projectile cross-section, i a value that takes into account the dependence of the air resistance on the shape of the projectile with respect to a certain reference projectile, F (v) a function that determines the dependence of the If the air resistance is related to the speed, b the specific air weight depending on the flight altitude y, ö the specific air weight, which was taken as the basis for determining F (v) , and G the projectile weight, then the four differential equations to be solved are as follows dar: The attached drawing illustrates in a greatly simplified physical representation the basic structure of the computing device with which the above differential equations can be solved.

Alle wesentlichen Teile des Rechengeräte. mit Ausnahme der Trommeln i, 2, 3, 4 und der mit ihnen verbundenen Wellen und Kegelräder, sind auf einem Schlitten befestigt, der in einem Gestell 6- gleichlaufend zu den Trommelachsen gegen die Trommeln 1, 2, 3, 4 verschiebbar ist. Die Verschiebung erfolgt mittels eines von dem Handrad 7 angetriebenen Zahnrades 8, das in eine Verzahnung 9 des Schlittens 5 eingreift.All essential parts of the computing device. except for the drums i, 2, 3, 4 and their associated shafts and bevel gears are on a slide attached, which is in a frame 6- parallel to the Drum axles against the drums 1, 2, 3, 4 is displaceable. The shift is carried out using one of the handwheel 7 driven gear 8, which is in a toothing 9 of the Slide 5 engages.

In den beiden feststehenden Ständern io sind die vier vorerwähnten Trommeln 1, 2, 3, 4. leicht drehbar gelagert. Sie sind zweckmäßig mit nicht zu weichem Gummi oder einem anderen elastischen Stoff überzogen. Die Drehungen der Trommeln . bestimmen den Bahnsteigungswinkel (durch i), die Geschwindigkeit (durch 2), die Flughöhe (durch 3) und die Flugweite (durch ,4). jede der mit einer der Trommeln 1, 2, 3 fest verbundenen Trommelwelle ist an ihrem einen weit aus der Trommel herausragenden Teil mit Längsnuten versehen, in die die Führungsleisten eines auf der Welle verschiebbar, aber undrehbar gelagerten Kegelrades eingreifen. Jedes dieser Kegelräder kämmt wieder mit einem anderen, das auf einer der senkrecht nach oben führenden Wellen befestigt ist. Jede dieser Wellen trägt an ihrem oberen Ende noch ein Kegelrad, das mit einem weiteren, auf einer der senkrecht zu den Trommelwellen verlaufenden, nach hinten über die Rechengetriebe i 1, 12, 13, 14 hinwegführenden Wellen 15, 16, 17 sitzenden Kegelrad zusammenarbeitet. Auf der Welle 15 befinden sich außerdem noch vier fest mit ihr verbundene Kegelräder, von denen jedes mit je einem anderen kämmt, das auf einer der von oben in die Rechengetriebe 11, 12, 13, 14 führenden Wellen sitzt. Auf der Welle 16 befinden sich ebenfalls noch vier Kegelräder, von denen jedes mit einem anderen kämmt, das wiederum auf einer der Wellen sitzt, die von oben in die Rechengetriebe i i, 12, 13, 14 einmünden. Auf der Welle 17 befindet sich noch ein Kegelrad, das mit einem anderen kämmt, dessen Welle ebenfalls von oben in das Rechengetriebe 13 einmündet.The four previously mentioned are in the two fixed stands Drums 1, 2, 3, 4. can be easily rotated. They are functional with not too soft Covered in rubber or another elastic material. The rotations of the drums . determine the slope angle (through i), the speed (through 2), the Flight altitude (through 3) and flight distance (through, 4). each with one of the drums 1, 2, 3 firmly connected drum shaft is at one of them protruding far from the drum Part provided with longitudinal grooves, into which the guide strips can be slid on the shaft, but non-rotatably mounted bevel gear intervene. Each of these bevel gears meshes again with another, which is attached to one of the shafts that lead vertically upwards is. Each of these shafts has a bevel gear at its upper end, which is connected to a further, on one of the perpendicular to the drum shafts, to the rear on the computing gear i 1, 12, 13, 14 leading away shafts 15, 16, 17 seated Bevel gear cooperates. There are also four fixed on the shaft 15 bevel gears connected to it, each of which meshes with a different one one of the shafts leading into the computing gears 11, 12, 13, 14 from above is seated. On the shaft 16 there are also four bevel gears, each with another combs, which in turn sits on one of the waves that enters the from above Calculating gear i i, 12, 13, 14 merge. There is still one on shaft 17 Bevel gear that meshes with another, whose shaft also enters the computing gear from above 13 joins.

Aus jedem der Rechengetriebe i 1, 12, 13 tritt nach unten je eine Welle aus, auf deren Ende ein Kegelrad befestigt ist. Jedes dieser. Kegelräder kämmt mit je einem anderen, das auf einer nach vorn führenden Welle sitzt, während vom Rechengetriebe 14 unmittelbar eine Welle nach vorn führt. Am vorderen Ende einer jeden solchen Welle ist wiederum ein Kegelrad angebracht, das mit einem der Kegelräder kämmt, die auf einer der genuteten, in den Lagerarmen 18, i9" 2o, 21 längs verschieblichen lotrechten Wellen lagern. Jedes Kegelrad besitzt innen Führungsleisten, die in die Längsnuten der zugehörigen Welle eingreifen. Diese geht nach unten in eine Gabel über, in der die waagerechte Welle eines scharfkantigen, leicht drehbaren Rädchens lagert, das senkrecht auf der Mantelflache der Trommel aufliegt. Jede Welle ist in bekannter Weise, ohne Beeinträchtigung ihrer Drehbarkeit, oben mit einem in eine Gabel auslaufenden Kniehebel gelenkig verbunden. Alle diese Kniehebel sind an eine nach unten führende Stange 22 angelenkt. Der unterste Kniehebel trägt einen Betätigungsgriff 23. Sämtliche Trommeln 1, 2, 3, ,4 tragen rechts auf einem Meßring eine Umfangsteilung, vor der sich ein an einem der Ständer io befestigter Zeiger befindet.From each of the computing gears i 1, 12, 13 one emerges downward Shaft, on the end of which a bevel gear is attached. Each of these. Bevel gears meshes with one other sitting on a wave leading forward, while from Computing gear 14 directly leads a wave forward. At the front end one Each such shaft is in turn attached to a bevel gear that connects to one of the bevel gears combs, which on one of the grooved, in the bearing arms 18, i9 "2o, 21 displaceable lengthways store vertical shafts. Each bevel gear has guide strips on the inside, which are inserted into the Engage longitudinal grooves of the associated shaft. This goes down into a fork above, in which the horizontal shaft of a sharp-edged, easily rotatable wheel stored, which rests vertically on the outer surface of the drum. Every wave is in a known manner, without impairing their rotatability, on top with one in one Fork articulated toggle lever. All of these knee levers are on one downwardly leading rod 22 articulated. The lowest knee lever carries an operating handle 23. All drums 1, 2, 3, 4 have a circumferential graduation on the right on a measuring ring, in front of which there is a pointer attached to one of the stands.

Vor Inbetriebnahme des Rechengerätes werden durch Herunterdrücken des Betätigungsgriffes 23 über die Stange 22, die daran befestigten Kniehebel und die mit Gabeln versehenen lotrechten Wellen alle Rädchen von den Trommeln abgehoben. Diese Trommeln werden dann mit Hilfe der auf ihnen angebrachten Umfangsteilungen mit den zugehörigen Zeigern auf die als bekannt vorausgesetzten Ausgangswerte eingestellt. Die von den Trommeln 1, 2, 3 dabei mitgedreliten Wellen übertragen dann die bei der Einstellung sich ergebenden Drehungen auf die Rechengetriebe 11, 12, 13, 14, die mit bekannten Mitteln aus diesen hereinkommenden Drehungswinkeln die ihnen nach den vorher angegebenen Gleichungen entsprechenden Werte der Ableitungen nach der Flugzeit bilden und diese durch die aus den Rechengetrieben nach unten und nach der Seite heraustretenden Wellen an die zugehörigen Rädchen weiterleitet. Die Rädchenebenen werden dadurch in einem bestimmten Winkel zur Trommelachse gebracht. Der Tangens dieses Winkels entspricht der ermittelten Ableitung nach der Flugzeit.Before starting up the arithmetic unit, press down of the operating handle 23 over the rod 22, the toggle lever and attached to it the forked vertical shafts lifted all the cogs off the drums. These drums are then with the help of the circumferential graduations attached to them with the associated pointers are set to the initial values assumed to be known. The waves involved in this by drums 1, 2, 3 then transmit the at the setting of the resulting rotations on the calculating gears 11, 12, 13, 14, which by known means from these incoming angles of rotation which follow them values of the derivatives according to the Form flight time and this through the out of the computing gears down and down forwards waves emerging from the side to the associated cogs. The cog levels are thereby brought at a certain angle to the drum axis. The tangent this angle corresponds to the derivative determined according to the flight time.

Nun werden durch Heben des Betätigungsgriffes 23 sämtliche Rädchen an die Trommeln angedrückt. Dann wird der Schlitten 5 mit den Rädchen durch Drehen des Handrades 7 in Richtung der Trommelachsen nach rechts verschoben. Die Größe der Verschiebung bestimmt die Länge der Flugzeit. Während dieser Verschiebung rollen die um ihre Radachse leicht drehbaren Rädchen auf den Trommelmänteln ab und bewirken gleichzeitig eine Drehung der Trommeln. Die Drehungswinkel der Trommeln sind verhältnisgleich den gesuchten abhängig Veränderlichen. Wird nun durch laufende Verschiebung des Schlittens 5 die Flugzeit laufend eingestellt, dann beeinflußt die dadurch hervorgerufene Drehung der Trommeln laufend die Rechengetriebe, die wiederum laufend die Schräge der Rädchen beeinflussen, so daß demnach die abhängig Veränderlichen auch laufend ermittelt werden. Soll die Bestimmung über eine längere Flugzeit erfolgen, als einer Verschiebung des Schlittens 5 um eine Trommellänge entspricht, dann werden mit Hilfe des Betätigungshebels 23 zunächst die Rädchen von den Trommeln abgehoben, der Schlitten dann soweit als notwendig nach links verschoben und dann die Rädchen wieder auf die Trommeln aufgesetzt, ohne daß ihre Schräge und damit die Einstellung des Rechengerätes geändert wird. Da die Rädchen die Trommeln naturgemäß nur mit einem geringen Drehmoment antreiben können, werden die Trommeln beim praktisch auszuführenden Gerät zweckmäßig über Drehmomentverstärker bekannten Aufbaues mit den von ihnen anzutreibenden Wellen verbunden.Now, by lifting the operating handle 23, all the cogs pressed against the drums. Then the carriage 5 is turned with the small wheels of the handwheel 7 shifted to the right in the direction of the drum axes. The size the shift determines the length of the flight time. Roll during this shift the wheels on the drum shells, which can be easily rotated around their wheel axis, and effect at the same time a rotation of the drums. The angles of rotation of the drums are proportional the dependent variable we are looking for. If the Slide 5 set the flight time continuously, then influences the resulting time Rotation of the drums continuously the computing gear, which in turn continuously the incline of the cogs influence, so that accordingly the dependently changeable also continuously be determined. Should the determination take place over a longer flight time than one Displacement of the carriage 5 corresponds to a drum length, then with help of the actuating lever 23 first lifted the wheels off the drums, the slide then shifted to the left as far as necessary and then open the wheels again the drums are put on without their inclination and thus the setting of the computing device will be changed. Since the wheels naturally only drive the drums with a low torque can drive, the drums are useful in the practical device to be executed known structure via torque amplifiers with the shafts to be driven by them tied together.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Computing device, especially for artillery purposes, for performing a mechanical method for solving any simultaneous differential equations i. Degree and i. Order, characterized in that a per se known computing device is provided for each dependent variable, in which, with ongoing adjustment of the independently variable, the infinitely small increase in the dependent variable by 'continuous mechanical multiplication of the infinitely small increase in the independent with the continuously adjusted Deriving the dependent variable after the independent is also continuously determined and the dependent is represented by continuously adding its increases to the initial value.

2. Computing device according to claim i, characterized in that the Derivatives of the dependently variable quantities, according to the dependence of these derivatives at the various variables, can be set by calculating gears that get their drive from the members representing the individual dependents.

3. Computing device according to claims i and 2, characterized in that each is dependent Variable is expressed by the twist j e of a drum on whose Coat a difficult to move in the axial direction, z. B. sharp-edged, Rests on a wheel that is perpendicular to the drum shell at the point of contact and its displacement on the drum shell in the direction of the drum axis is independent Varying represents while the incline of the wheel with respect to the direction the drum axis is continuously set as a measure for the derivation. d ..

Computing device according to claim 3, characterized in that the wheels, individually or as a whole, without changing the setting of its current inclination, at any Lifted off the drums, moved somewhere else and there can be put back on the drums.

5. Computing device according to the claims i to 4, characterized in that one of the determining pieces is independently variable the trajectories of projectiles or other bodies and the other determinants are continuously represented as dependent variables.

6. Computing device according to claim 5, characterized in that in particular the flight time as independently variable and the pitch angle, the speed, the flight altitude and the f flight distance are represented as dependent variables.