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Vorrichtung zur gleichzeitigen mechanischen Berechnung der Wirkung der Topographie auf die
Gradienten und die Krümmungswerte der Schwerkraft.
Bei der Messung der Gradienten und Krümmungswerte der Schwerkraft mittels der Drehwaage von Eötvös ist es nötig, den Einfluss der Topographie abzuziehen, um vergleichbare Resultate zu erhalten.
Das gesamte Messverfahren ist beschrieben in der Arbeit von R. Eötvös :"Bestimmung der Gradienten der Schwerkraft und ihrer Neiveauflächen mit Hilfe der Drehwage."Verh. der 15. Allgemeinen Konferenz der Internationalen Erdmessung in Budapest 1906, Teil I, und ferner im Handbuch der Experimentalphysik, Bd. 25,3. Teil, Angewandte Geophysik. in der Arbeit von K. Jung : Gravimetrische Methoden der angewandten Geophysik (Leipzig 1930).
In der Praxis der Drehwaagenmessungen wird bei ebenem Gelände der Einfluss der Topographie mittels Tabellen, die auf vereinfachten Formeln aufgebaut sind, ziemlich rasch und bequem berechnet.
Doch werden in den letzten Jahren die Messungen auch in das Hügelland ausgedehnt, wo man den Einfluss der Topographie bis zu mehreren Kilometern Entfernung erfassen muss und mit vereinfachten Formeln nicht mehr auskommt. Zur Zeit geschieht diese Berechnung meist mit Auszähldiagrammen. Das den Messpunkt umgebende Gelände wird in 8 oder 16 Strahlen aufgeteilt. Auf durchsichtigem Papier wird das Geländeprofil längs jeden Strahles aufgezeichnet und über ein Diagramm gelegt, das in Kästchen gleicher gravimetrische Wirkung auf die Gradienten oder Krümmungswerte eingeteilt ist. Die Anzahl der zwischen der Horizontalen und dem Geländeprofilliegenden Kästchen wird gezählt und die Resultate sämtlicher 8 oder 16 Strahlen unter Berücksichtigung des Azimuts zu einer Endkorrektur vereinigt.
Ein solches Diagramm hat z. B. für Gradienten die in Fig. la, ein solches für die Krümmungswerte die in Fig. 1 b dargestellte Form.
Die konstante gravimetrische Wirkung auf den Gradienten für einen Körper wie in Fig. 2 hat folgende Formel :
EMI1.1
wobei bedeuten : Ci = Gradient (zweite Ableitung des Potentials). k = Sehwerkraftskonstante,
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je eine Konstante sind, so dass Um immer konstant bleibt.
Für die Krümmungswerte gilt das gleiche, nur mit dem Unterschied, dass die Formel lautet :
EMI1.3
Das Auszählverfahren leidet darunter, dass Geländeprofile gezeichnet werden müssen und beim Auszählen leicht Irrtümer entstehen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, den Arbeitsaufwand bei der Auswertung herabzudrücken.
Das wird dadurch erreicht, dass an die Stelle des Auszähldiagramms eine zweckmässig eingeteilte Kontaktplatte mit Kontaktschiebern und einem angeschlossenen Zählwerk tritt. Die Verschiebung der in gesetzmässigen Abständen angebrachten Kontaktschiebern entspricht dem Zeichenvorgang.
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Die Zählung der Gesamtwirkung wird erreicht durch die Addition von elektrischen Stromstössen, die durch das Überfahren der Schieber über die Kontakte der Platte erzeugt werden, mittels eines Zählinstrumentes. Das Neue der Erfindung ist also die Mechanisierung des ganzen Rechen-oder Zählvorganges.
Ferner ist neu die gleichzeitige Ausführung der beiden Zähloperationen für die Gradienten und die Krümmungswerte mittels derselben Platte durch Anbringung einer Doppelreihe von Kontakten und Verwendung zweier Zählinstrumente. Drittens ist neu die Verwendung einer Serienschaltung der Kontakte und der entsprechenden Magnete der Zählinstrumente, die es ermöglicht, den Zählsinn ohne besondere Schaltung umzukehren.
Die Fig. 3-8 zeigen die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform, u. zw. zeigt Fig. 3 die Kontaktplatte im Grundriss, Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Platte längs der Linie. A-B der Fig. 3, und Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Längsachse der Platte längs der Linie C-D der Fig. 3.
Die in Fig. 3 dargestellte Platte P besteht aus Isoliermaterial. Sie ist in Kästchen gleicher gravimetrischer Wirkung eingeteilt entsprechend den Fig. la, lb und 2. Im Wirkungsmittelpunkt jedes Kästchens gleicher gravimetrischer Wirkung sind Kontaktstifte a und b aus Messing oder Kupfer eingelassen und auf der Rückseite durch Kupferdrähte verbunden. Die vollen Kreise a der Fig. 3 bedeuten
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und 5 sind die Kontakte durch die dicken vollen und durch die Doppellinien gekennzeichnet. Die dünnen vollen Linien der Fig. 3 stellen die auf der Unterseite der Platte liegenden Schaltung für die Gradientenkontakte, die dünnen gestrichelten Linien die für die Krümmungswertkontakte dar. In dem in Fig. 3 gegebenen Beispiel sind die Kontakte in Serien von je vier zusammengefasst und mit Ziffer 1-4 bezeichnet.
Die je vier Enden der Schaltungsdrähte sind nach den Kontaktsteckern 1, 2, 3, 4, der Leisten Y1 und Y2 geführt.
Über jede Doppelreihe von Kontakten läuft ein Kontaktschieber d auf einer mit einer Höhenskala versehenen Schieberstange e. Die Sammelschiene e kann durch den Kontaktstöpsel f mit jeder Schieberstange c verbunden werden. Am Ende der Sammelschiene e befindet sich ein Steckkontakt A'.
Der elektrische Strom wird von dem einen Pol eines Akkumulators über den Steckkontakt h der Sammelschiene e zugeführt, tritt über den Kontaktstöpsel f in die jeweils eingeschaltete Schieberstange c, durch den Kontaktschieber d in die gerade berührten Kontakte a und b und durch die Schaltdrähte in einen der Kontaktstecker 1, 2, 3, 4 der Leisten g1 und g. Jeder Kontaktstecker ist durch eine Leitung mit einem der Kontaktstecker 1, 2, 3,4 der Leiste r der beiden Zählwerke, von denen eines in Fig. 6 im Aufriss und in Fig. 7 im Grundriss dargestellt ist, verbunden. Es sind zwei Zählwerke vorgesehen, u. zw. zählt das mit der Leiste g verbundene die Werte für die Gradienten und das mit der Leiste Y1 verbundene die Werte für die Krümmungswerte.
Von dem Kontaktstecker t jedes Zählwerkes wird der Strom nach dem zweiten Pol des Akkumulators geführt.
Ein Zählwerk ist folgendermassen gebaut : Zwischen den Polschuhen i der Magnete ; . rotiert ein Anker k, der als permanenter Magnet oder als Elektromagnet mit Stromzuführungen m (Fig. 6) ausgebildet sein kann. Die Bewegung des Ankers wird auf die Spindel n mit der Laufmutter o, die über einer Skala q spielt, übertragen. Statt Spindel und Laufmutter kann auch eines der üblichen kleinen Zählwerke angebaut werden. Die gemeinsame Ableitung der vier Magnetstromkreise - ist nach dem Kontaktstecker t geführt.
Zwischen den Zuführungssteckern der Leiste r und den Magnetspulen 11-14 ist ein Schalter S dazwischengeschaltet Der Schalter S besteht aus einem um den Zapfen u drehbaren Zylinder v aus Isoliermaterial, auf dem die vier Schleifringe iv,-w, und ein weiterer aus vier gegeneinander isolierten Sektoren bestehender Schleifring z montiert sind. Der Schleifring W1 ist mit dem Sektor gi, w2 mit Z2 usw. verbunden. Von den Steckern r1-r4 führen Leitungen nach den auf dem Säulchen x bebefestigten Schleiffedern y. Von den Sektoren z1 -z4 nehmen Schleiffedern s1-s4 den Strom ab und führen ihn den Spulen der Magnete - zu. Des besseren Verständnisses halber ist das Schaltungsschema in Fig. 8 nochmals dargestellt.
Es ist also möglich, durch eine Vierteldrehung des Schalters S jeden der Zufübrungsstecker rl-1'4 mit jedem der Magnetstromkreise il-1, zu verbinden.
Der Rechenvorgang ist folgendermassen : Der erste Schieber d der Platte P, der z. B. einer Hori- zontalentfemung von 110 m entspricht, wird bis zur festgestellten Höhe bei eingeschaltetem Stöpsel f eingeschoben. Er überfährt dabei die Kontakte 1, 2, 3, 4, 1, 2, usw. und gibt den Magneten 11, 2'3, 4, l'2
Strom, so dass der Anker 7c für jeden Stromstoss eine Viertelumdrehung vollführt. Ist versehentlich der
Schieber zu weit gezogen, so wird er auf die richtige Höhe zurückgenommen, wodurch der Anker gegensinnig läuft und den Fehler automatisch korrigiert. Auf die Gradienten wirken Höhen über der Hori- zontalen ebenso wie Täler unter der Horizontalen negativ, bei den Krümmungswerten dagegen Höhen positiv und Täler negativ.
Deshalb sind die Kontaktserien 1-4 auf der Kontaktplatte P für die
Krümmungswerte so geschaltet, dass das Zählwerk für die Krümmungswerte rechtssinnig oder links- sinnig läuft, je nachdem der Kontaktschieber über oder unter der Horizontalen eingeschoben wird.
Da der erste Schieber auf irgendeiner Kontaktnummer zwischen 1 und 4 stehen bleibt und der nächste Schieber mit der Kontaktnummer 1 beginnt, ist den Magneten des Zählwerks der Schalter S vorgelagert, der es gestattet, je nach der vom Zeiger p in Fig. 6 angegebenen Ankerstellung den nächst- folgenden Magneten auf den Kontakt 1 zu schalten, bevor der nächste Schieber eingeschoben wird.
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Sind sämtliche Schieber eingeschoben, so entspricht ihre Stellung dem Oberfläehenrelief des betreffenden Strahles zwischen der festgelegten Anfangs-und Endentfernung, und die Anzahl der am
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zwischen der Horizontalen und dem Oberflächenrelief. Da in der Formel nur das Verhältnis der Kästchenabmessungen auftritt, so spielt der Massstab keine Rolle ; d. h. eine Kontaktplatte, die beispielsweise von 100 bis 1000 m Horizontalentfernung reicht, kann für 10-100 m oder für 1000-10. 000 m verwendet werden, wenn nur die Höhen mit dem gleichen Massstab berücksichtigt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur gleichzeitigen mechanischen Berechnung der Wirkung der Topographie auf die Gradienten und die Krümmungswerte der Schwerkraft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktplatte (P) mit gesetzmässig so verteilten Kontakten (a und b) vorgesehen ist, dass diese den Ringsektoren gleichen Einflusses auf die Gradienten oder auf die Krümmungswerte der Schwerkraft entsprechen und die Anzahl der Kontakte, die zwischen der Horizontalen durch den Bezugspunkt der Drehwaage und dem Oberflächenprofilliegen, durch ein mechanisches Zählwerk addiert werden, das durch Stromstösse betätigt wird, die beim Schieben von Kontaktschiebern (d) über die Kontakte entstehen.