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Orientierungsbussole Die Erfindung betrifft eine Orientierungsbussole, die insbesondere als Zusatzgerät für geodätische Instrumente geeignet ist.
Zur Orientierung der Ziellinie des Fernrohres von geodätischen Instrumenten nach Magnetisch- bzw.
Geographisch-Nord sind bereits eine Reihe von Bussolen unterschiedlicher Bauart, die entweder auf das Hauptinstrument (Theodolit, Tachymeter, Nivellierinstrument) aufgesetzt werden oder in dieses fest eingebaut sind, bekanntgeworden.
Den bisher bekannten Bussolen gemeinsam ist eine um eine senkrechte Drehachse auf einer Spitze drehbar gelagerte und in einer horizontalen Ebene schwingende Magnetnadel.
Beispielsweise ist bei den Kreisbussolen die um 3600 frei drehbare Magnetnadel von einer die Nadel umfassenden Kreisteilung umgeben, auf der die Stellung der Nadel in bezug auf das Hauptinstrument abgelesen werden kann. Der Nullpunkt dieser Teilung wird dabei meistens so gelegt, dass die Ziellinie des Fernrohres des Hauptinstruments nach Magnetisch-Nord zeigt, wenn die Magnetnadel auf 00 bzw. 1800 der Kreisteilung zeigt.
Da ein geodätisches Instrument meistens bereits eine eigene Kreisteilung aufweist, genügt es vielfach, den Nullpunkt dieser geräteeigenen Kreisteilung mit Hilfe einer Bussole so auszurichten, dass- die Fernrohrziellinie des Instruments nach Magnetisch-Nord zeigt, wenn am Instrument Nullstellung abgelesen wird. Zu diesem Zweck sind sogenannte Kastenbussolen entwickelt worden, die keine Kreisteilung mehr besitzen und deren Magnetnadel in einem Gehäuse ("Kasten") nur noch eng begrenzte Drehungen ausführen kann. Am Gehäuse der Bussole sind zwei Striche angebracht, auf welche die Polspitzen der Magnetnadel zeigen müssen, wenn die Ziellinie des Fernrohres des Hauptinstruments auf MagnetischNord ausgerichtet ist.
Eine derartige Anordnung lässt sich leicht mit Hilfe einer bekannten Richtung im Gelände auch so einstellen, dass bei einspielender Kastenbussole der Betrag der magnetischen Missweisung (einschliesslich einem etwaigen Justierfehler der Bussole gegenüber dem Fernrohr des Hauptinstruments) an der Kreisteilung des Hauptinstruments ermittelt und derartig berücksichtigt wird, dass bei Ablesung Null an der Kreisteilung des Hauptinstruments die Fernrohrziellinse nach Geographisch-Nord zeigt.
Ferner sind sogenannte Röhrenbussolen bekanntgeworden, bei denen über der Mitte der Magnetnadel ein Spiegel derart angeordnet ist, dass bei richtig ausgerichteter Ziellinie des Hauptinstruments beide Enden der Magnetnadel optisch zur Deckung gebracht werden. Man braucht hiebei also nicht mehr auf In- dexstriche am Gehäuse einzustellen, so dass die Beobachtung der richtigen Ausrichtung des Instruments wesentlich erleichtert wird und Exzentritätsfehler vermieden werden.
Diese bisher bekanntgewordenen Anordnungen weisen aber noch erhebliche Nachteile auf : Die bisher übliche Lagerung der Magnetnadel auf einer feinen Spitze ist recht empfindlich gegen Stösse, so dass die Nadel bei Nichtgebrauch der Bussole durch besondere Vorrichtungen von der Spitze abgehoben werden muss.
Ferner führt bei einer derartigen Lagerung die Magnetnadel schlecht zu dämpfende Schwingungen um ihre Ruhelage aus, so dass man meistens zu der recht ungenauen Beobachtung der Umkehrpunkte der Nadelschwingung gezwungen ist, weil man ein völliges Abklingen der Nadelschwingung nicht abwarten kann.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Bussolenanordnungen ist ferner, dass die Magnetnadel immer nur für einen relativ kleinen Bereich der geographischen Breite so ausgewogen werden kann, dass sie
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ausreichend genau horizontal steht. Zur Anpassung an die magnetische Inklination des Standortes tragen die Magnetnadeln der bekannten Bussolen meistens radial verschiebbare Gewichtstücke, die so eingestellt werden müssen, dass die Nadel horizontal steht.
Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäss bei einer Orientierungsbussole, insbesondere als Zusatz für geodätische Instrumente, durch die Anordnung einer mit horizontal gerichteter Drehachse azimutal schwenkbar gelagerten, polar magnetisierten Kreisscheibe in besonders vorteilhafter Weise behoben.
Die Scheibe besteht vorzugsweise aus magnetisch hartem Material und ist in Richtung eines Durchmessers magnetisiert. Die jeweilige Orientierung der Scheibe wird über an sich bekannte mechanische oder-Lichtzeiger angezeigt und wird in einer bevorzugten Anordnung nach der Erfindung über ein eine Strichplatte enthaltendes Autokollimationsfernrohr beobachtet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen.
In den Fig. 1-3 ist das Einstellsystem einer Orientierungsbussole nach der Erfindung und in den Fig. 4 und 5 ist dieses als Zusatzgerät in Verbindung mit einem Theodolit unter Weglassung aller für die Erfindung nicht bedeutsamer Einzelteile schematisch dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 das Einstellsystem in der Seitenansicht, Fig. 2 das Einstellsystem von der Stirnseite, Fig. 3 das Einstellsystem im Grundriss, Fig. 4 das Einstellsystem in einem Gehäuse zum Anflanschen an das Hauptinstrument und Fig. 5 die das Einstellsystem enthaltende Orientierungsbussole in Verbindung mit einem Theodolit.
Die in Pfeilrichtung magnetisierte Magnetscheibe 1 ist um eine horizontale Kippachse 2 drehbar in einem Rahmen aus unmagnetisierbarem Material gelagert, der mittels einer Feder4 im Bussolengehäuse 5 aufgehängt ist, welches seinerseits auf das zu orientierende Gerät aufgesetzt oder fest in dieses eingebaut ist. Die Aufhängestelle der Feder 4 ist vorzugsweise sowohl der Höhe als auch der Drehlage nach verstell- bar, hier beispielsweise durch die Justiereinrichtung 6 angedeutet, eingerichtet. An dem Gehäuse 3 ist beispielsweise ein Spiegel 7 angebracht, über den die Einstellbewegungen der Magnetscheibe 1 bzw. des
Rahmens 3 verfolgt werden können. Die Bewegungen der Magnetscheibe 1 könnten auch über mechanische
Zeiger angezeigt werden.
In einer bevorzugten erfindungsgemässen Anordnung wird die Drehung des Spie- gels 7 gegenüber dem Bussolengehäuse 5 in einem eine Strichplatte enthaltenden Autokollimationsfern- rohr 10, das mit dem Gehäuse5 fest verbunden ist, beobachtet. Zwecks guter Dämpfung der Drehschwin- gungen des Rahmens 3 mit der Scheibe 1 ist dieser mit engen Luftspalten im Bussolengehäuse 5 aufge- hängt. Vorteilhaft sind dabei die Ausnehmung des Gehäuses 5 und der Rahmen 3 derart geformt, dass bei
Drehbewegungen der Scheibe 1 in Pfeilrichtung einAusgleich der Luft in den Teilräumen 8 und 9 der Aus- nehmung nur über enge Luftkanäle zwischen dem Rahmen 3, der Scheibe 1 und dem Gehäuse 5 erfolgen kann. Der Rahmen 3 hat deswegen beispielsweise einen zylindrischen Querschnitt und dreht sich in einer zylindrischen Erweiterung der Ausnehmung.
Die Scheibe 1 hat dabei in der Ausnehmung des Gehäuses 5 nur wenige Zehntel Millimeter Spielraum in Richtung ihrer Ebene (Fig. 3). Auf diese Weise werden Dreh- schwingungen des Einstellsystems in der Orientierungsebene praktisch vollkommen vermieden. Eventuell auftretende Höhen- und Kippschwingungen des Rahmens 3 stören die Anzeige nicht und bleiben unge- dämpft.
Die magnetische Scheibe 1 hat das Bestreben, sich mit ihrer Magnetisierungsrichtung (Pfeilrichtung nach Fig. 1) in Richtung des magnetischen Erdfeldes einzustellen. Damit in dieser Stellung die Scheibe 1 bzw. der Rahmen 3 kein schädliches Drehmoment durch die Aufhängefeder 4 erfährt, wird beim Zu- sammenbau der Teile zunächst die Scheibe 1 unmagnetisiert eingebaut und die Aufhängefeder 4 beispielsweise mittels der Justiereinrichtung 6 so lange gedreht, bis der Rahmen 3 in die"einspielende"
Stellung kommt, d. h. die Null- bzw. Nordmarke der Anzeige eingestellt ist. Dann erst wird die Schei- bel im eingebauten Zustand in der angegebenen Weise magnetisiert.
Die Scheibe 1 führt dann, falls das
Gerät nicht bereits nach Magnetisch-Nord orientiert ist, entgegen der Federkraft der Feder 4 eine Dreh- bewegung in Richtung des magnetischen Erdfeldes aus. Dreht man nun das zu orientierende Gerät nach, bis die Scheibe 1 wiederum auf die Null- bzw. Nordmarke der Anzeige eingespielt ist, so unterliegt die nun magnetisierte Scheibe 1 auf Grund der vorher beschriebenen Einstellmassnahmen keinerlei schädli- chen Drehmomenten der Aufhängefeder 4 und das Gerät ist exakt nach Norden orientiert. Zweckmässig wird man zur Aufhängung des Drehsystems (Scheibe l. Rahmen 3) eine Feder 4 aus einem Material mit einem im erforderlichen Temperaturbereich weitgehend konstanten Elastizitätsmodul verwenden.
Wenn die Kippachse 2" der Scheibe 1 horizontal in der magnetischen Ost-West-Richtung steht, stellt sich die Scheibe 1 durch Kippung um die Achse 2 so ein, dass die Magnetisierungsrichtung der Scheibe (Pfeile in Fig. 1) parallel zur Richtung des örtlichen magnetischen Erdfeldes steht. Die Scheibe 1 passt sich somit völlig selbsttätig jeder örtlichen magnetischen Inklination an und erlaubt somit eine von der
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geographischen Breite völlig unabhängige exakte Orientierung des Gerätes, ohne dass ein lästige Nach- stellen des Magnetsystems erforderlich wäre.
Bei Verdrehung des Gehäuses 5 aus der einspielenden Stellung heraus versucht die mit dem Gehäuse verbundene Feder 4 den Rahmen 3 mitzuziehen. Diesem Vorgang wirkt nun das magnetische Erdfeld ent- gegen, so dass sich im Endeffekt der Rahmen 3 gegenüber dem Gehäuse 5 um einen Winkel dreht, der von der Stärke der Magnetisierung der Scheibe 1 und der Federkraft der Feder 4 abhängt und immer klei- ner als der Winkel zwischen der"einspielenden"Stellung des Gehäuses und seiner wirklichen Stellung ist.
Bei Verwendung des obenerwähnten Autokollimationsfernrohres 10 lässt sich durch Einführung einer geeig- neten Vergrösserung der sich einstellende Winkel zwischen Rahmen 3 und Gehäuse 5 auf den Betrag des wahren Verstellwinkels des Gehäuses ohne weiteres vergrössern oder auch in jeder beliebigen gewünschten
Grösse darstellen.
In der Fig. 4 ist das Magnetsystem nach der Erfindung in einem zum Anflanschen an das Hauptinstru- ment geeigneten Gehäuse eingebettet dargestellt. Der besseren Übersicht wegen ist bei dieser schemati- sehen Darstellung der Deckel des an sich zweiteiligen Bussolengehäuses weggelassen.
Das das Magnetsystem aufnehmende Bussolengehäuse 5 ist mit einer Bohrung 11 versehen, die zur
Aufnahme eines geeigneten Ansatzes des Hauptinstruments dient. Der mit der Bohrung 11 in Verbindung stehende Schlitz 12 im unteren Teil des Gehäuses 5 gibt dabei dieser Anflanscheinrichtung eine gewisse
Elastizität, und die Klemmschraube 13 sorgt für einen festen Sitz des Bussolengehäuses 5 an dem Ansatz des Hauptinstruments. Mit 10 ist das zur Beobachtung der Orientierung des Rahmens 3 bzw. des mit die- sem verbundenen Spiegels 7 dienende Autokollimationsfernrohr (hier nur angedeutet) bezeichnet.
In der Fig. 5 ist nun eine Orientierungsbussole nach der Erfindung an den Ansatz 14 des Gehäuses 15 eines Theodoliten angeflanscht dargestellt. Mit 16 ist das Theodolitfernrohr bezeichnet. Theodolitfernrohr 16 und Autokollimationsfernrohr 10 kommen hiebei in eine für die Beobachtung günstig benachbarte Lage zu liegen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Orientierungsbussole, insbesonders als Zusatz für geodätische Instrumente, gekennzeichnet durch eine mit horizontal gerichteter Drehachse azimutal schwenkbar gelagerte, polarmagnetisierte Kreisscheibe.