Automatisches Baunivellier
Automatische Nivelliere sind seit mehreren Jahren bekannt und erprobt. Bei den bis heute bekannt gewordenen automatischen Nivellieren wird jedoch die automatische Horizontierung durch eine sehr empfindliche und kostspielige Einrichtung bewirkt und sie müssen deshalb sehr sorgfältig behandelt und bedient werden. Diese bekannten Instrumente, welche sehr hohen Anforderungen zu genügen vermögen, eignen sich deshalb, ganz abgesehen von wirtschaftlichen Gründen, nicht für die Verwendung in rauhere Betrieb, wie er bei spielsweise auf Bauplätzen herrscht.
Es besteht aber ein grosses Bedürfnis nach einem Nivellier mit automatischer Horizontierung, welches auch in Fällen, in welchen verhältnismässig geringe Anforderungen an die Genauigkeit des Nivellements gestellt werden und in welchen das Nivellier oft von Leuten bedient werden muss, denen das Verständnis und die Fähigkeiten zum exakten Arbeiten fehlen, eingesetzt werden kann, z. B. auf Bauplätzen, beim Bau von Gartenanlagen, etc. Dieses Bedürfnis wird durch die Erfindung befriedigt.
Die Erfindung betrifft ein automatisches Baunivellier, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Visiereinrichrung mit durchleuchteter Libelle, eine die Libellenblase dieser Libelle ins Unendliche abbildenden Abbiidungsspiegel und eine im SchnittPunkt der optischen Achse des Abbildungsspiegels und der Visierrichtung, welche lurch eine Einblicksöffnung und eine Ausblicksöffnung des Gehäuses Ides Nivelliers geht, an geordneten teildurchlässigen Spiegel, welcher den von ihm reflektierten Teil des Abbildungsstrahlenbündels des Abbildungsspiegels in die Visierrichtung ablenkt, besitzt.
Mit Vorteil besitzt die Visiereinrichtung eines solchen Baunivelliers ein Gehäuse, welches aus einem zylindrischen inneren Gehäuseteil, Idessen oberer Rand die Fassung für eine den Libellenboden bildende gewölbte Glasplatte bildet, und einen zu diesem Gehäuseteil koaxialen, zylindrischen äusseren Gehäuseteil, welcher an seinem oberen Ende einen Flansch besitzt, der die Fassung für das Deckglas der Libelle bildet und in dessen unteres Ende das untere Ende des inneren Gehäuseteiles, in welchem der Abbildungsspiegel angeordnet ist, fest eingepasst ist, besteht, welche Gehäuseteile in der Visierrichtung liegende Durchblicksöffnungen aufweisen, wobei der äussere Gehäuseteil aus zwei axial zusam mengefügten Teilen besteht, von welchen Ider untere,
mit dem inneren Gehäuseteil verbundene Teil aus Material besteht, welches einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus welchem der obere Teil und der innere Gehäuseteil bestehen.
In der Zeichnung sind eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, dessen Wirkungsweise und eine Einzelheit darstellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines automatischen Baunivelliers, Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die Visiereinrichtung dieses Baunivelliers,
Fig. 3 die optisch wirksamen Teile dieses Nivelliers bei genau senkrecht stehender optischer Achse,
Fig. 4 die optisch wirksamen Teile dieses Nivelliers bei vom Beobaaliter weg geneigter optischer Achse, Fig. 5 die optisch wirksamen Teile dieses Nivelliers bei gegen den Beobachter geneigter optischer Achse, und
Fig.
6 eine graphische Darstellung der Flächenhelligkeit über dem Blasendurchmesser der Dosenlibelle der in der Fig. 2 dargestellten Visiereinrichtung bei Verwendung einer lichtabsorbierenden Libellenflüssigkeit.
Das in der Fig. 1 dargestellte automatische Baunivellier besitzt ein Gehäuse mit zylindrischem Unterteil 1, an welchem seitlich ein Anschlagprisma 2 vorgesehen ist.
Auf diesem Unterteil 1 ist ein koaxialer Oberteil 3 drehbar gelagert, an welchem vier im Quadrat stehende, zur Drehachse parallele Flächen vorgesehen sind, in deren einer eine durch ein Deckglas abgeschlossene Einblicks öffnung 4 vorgesehen ist, vor welcher ein Umlenkspiegel 5 um eine zur Drehachse parallele Achse schwenkbar am Oberteil 3 gelagert ist. In der gegenüberliegenden, in der Fig. 1 nicht sichtbaren Fläche des Oberteiles 3 ist eine ebenfalls durch ein Deckglas abgeschlossene Ausblicksöffnung vorgesehen. An seiner Oberseite weist der Oberteil 3 eine durch ein Deckglas abgeschlossene Beleuchtungsöffnung 6 auf, vor welcher ein um eine zur Visierrichtung senkrechte Achse schwenkbarer Beleuchtungsspiegel 7 am Oberteil 3 gelagert ist.
Von den zwischen der Fläche mit der Einblicksöffnung 4 und der Fläche mit der Ausblicksöffnung befindlichen Flächen des Oberteiles 3 weist mindestens eine eine Nute 8 zur Markierung der Horizonthöhe auf. An seinem unteren Rand besitzt der Oberteil 3 einen Horizontalkreis 9, für welchen am Unterteil 1 auf der Seite der Einblicksöffnun, 4 eine Einstellmarke 10 angebracht ist. Über dem Horizontalkreis 9 besitzt der Oberteil 3 einen gerändelten Teil 11, welcher das Drehen des Oberteiles 3 auf den Unterteil 1 erleichtert.
Im Oberteil 3 des Gehäuses ist eine Visiereinrich tung angeordnet, welche zweckmässig entsprechen, d der Fig. 2 ausgebildet ist. Diese Visiereinrichtung besitzt einen inneren, zylindrischen Gehäuseteil 12, dessen oberes Ende die Fassung 1 2a für eine Glasplatte 13, deren Ober- und Unterseite Kugelflächen sind, bildet, welche den Boden einer Libelle bildet, und einen äusseren, zylindrischen Gehäuseteil 14', 14", dessen oberes, mit einem Flansch 14a versehenes Ende die Fassung für das Deckglas 15 der Libelle, dessen obere Fläche beispielsweise plan und dessen untere Fläche eine zu den Kugelflächen der Glasplatte 13 ungefähr konzentrische Kugelfläche ist, bildet.
Zwischen der Fassung 12a für die Glasplatte 13 am oberen Ende des Gehäuseteiles 12 und dem die Fassung für das Deckglas 15 bildenden Flansch 1 4a am oberen Ende des Gehäuseteiles 14', 14" ist ein kompressibler Dichtungsring 16 eingesetzt. Der Raum zwischen der unteren Fläche des Deckglases 15 und der oberen Fläche der Glasplatte 13 bildet den Libellenraum, welcher die Libellenflüssigkeit 17 mit der Libellenblase 18 enthält. Mit 19 ist eine Bohrung im Flansch 14a am oberen Ende des Gehäuseteiles 14', 14" bezeichnet, welche die Füllöffnung bildet und welche nach dem Einfüllen der Libelienflüssigkeit 17 in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Verschlussschraube, dicht abgeschlossen wird.
Das untere Ende des inneren Gehäuseteiles 12 ist in einen Innenflansch im unteren Ende des koaxialen, äusseren Gehäuseteiles 14', 14" fest eingepasst. In das untere Ende des Gehäuseteiles 12 ist ein Parabolspiegel 20 eingesetzt.
Die optische Achse des Parabolspiegels 20, welche mit der Achse der Gehäuseteile 12 und 14', 14" zusammenfällt, ist mit 21 bezeichnet. In den Gehäuseteilen 12 und 14', 14" sind auf die Einblicksöffnung 4 und die Ausblicksöffnung des Oberteiles 3 ausgerichtete Durchblicksöffnungen 1 2b und 1 2c bzw. 1 4b und 1 4c (Fig. 2) vorgesehen.
Zwischen diesen Durchblicksöffnungen 12b, 1 2c und 1 4b, 1 4c ist im inneren Gehäuseteil 12 ein zur Richtung der optischen Achse 21 des Parabolspiegels 20 um 452 geneigter teildurchlässiger Spiegel 22 angeordnet, auf dessen Spiegelfläche zwei waagrechte Strichmarken 23 (Fig. 3) angebracht sind, welche dazu dienen, die relative Stellung des beobachtenden Auges zum Baunivellier in vertikaler Richtung innerhalb einer gewissen Grenze zu halten. Anstelle eines solchen teildurchlässigen Spiegels 22 kann auch ein Lichtteilungswürfel vorgesehen sein. Das Zentrum der Kugelflächen der Glasplatte 13 und des Deckgiases 15 der Libelle liegt mindestens angenähert im Scheitel des Parabolspiegels 20.
Die Libellenblase 18 befindet sich in der Brennebene des Parabolspiegels 20 und wird demzufolge von diesem ins Unendliche abgebildet. Das p arallelstrahlige Abbildungsstrahlenbündel durchsetzt den teildurchlässigen Spiegel 22 und wird von diesem zum Teil in die Visierrichtung abgelenkt, so dass man, wenn man das Auge vor die Einblicksöffnung 4 und in Visierrichtung bringt, das Bild der Libellenblase 18 im Unendlichen stehen sieht.
Zum Gebrauch wird das Baunivellier mit dem Anschlagprisma 2 seines Unterteiles 1 an einer Anlage, vorzugsweise an einer senkrecht gestellten Messlatte, anliegend gehalten. Der Beleuchtungsspiegel 7 wird in eine solche Stellung gebracht, dass die Beleuchtungsöffnung 6 durch die Lichtquelle, sei es Tageslicht oder eine künstliche Lichtquelle, bestmöglich beleuchtet wird. Der Umlenkspiegel 5 wird, wenn geradsichtig beobachtet wird, ganz aufgeklappt, so dass er die Einblicksöffnung vollständig frei gibt, und, wenn von der Seite her beobachtet wird, in eine solche Stellung gebracht, dass über ihn das Bild der Libellenblase 18 und das anzuvisierende Ziel beobachtet werden kann.
Wird dann das Ziel bei senkrecht stehender optischer Achse 21 des Parabolspiegels 20 anvisiert und durch Veränderung der Höhen lage des Baunivelliers ! die als Höhenmarke dienende Nute 8 auf die Höhe der Mitte des Libellenblasenbildes gebracht, so befinden sich das beobachtende Auge, das Libellenblasenbild und das anvisierte Ziel auf einer Waagrechten (Fig. 3). Wird jedoch das Baunivellier so gehalten, dass die optische Achse 21 des Parabolspiegels 20 sich nicht in senkrechter Lage befindet, sondern um den Winkel e vom Beobachter weg geneigt ist, befindet sich die Libellenblase 18 nicht mehr r in der Mitte der Libelle, sondern in einer exzentrischen Lage gegen den Beobachter.
Wie aber aus der Fig. 4 zu ersehen ist, wird die Libellenbiase nach wie vor ins Unendliche abgebildet und die waagrechte Lage der Visierlinie bleibt erhalten. Sinngemäss das Gleiche ist der Fall, wenn die optische Achse 21 des Parabolspiegels 20 gegen den Beobachter geneigt ist, wie es aus der Fig. 5 zu ersehen ist.
Bei Nichtgebrauch wird der Beleuchtungsspiegel 7 über die Beleuchtungsöffnung 6 und der Umlenkspiegel 5 über die Einblicksöffnung 4 geklappt und sie bilden dann einen Schutz für die Deckgläser dieser Öffnungen.
Mit Rücksicht auf die verlangte Messgenauigkeit des beschriebenen Baunivelliers muss der Durchmesser der Libellenblase 18 auf ein gewisses Mas, s beschränkt wer- den. Die untere Grenze des Blasendurchmessers ist aber normalerweise durch die relativ grosse Differenz der Wärm, eausdehnangen des Labellengehäuls,. einerseits und der Libellenflüssigkeit 17 anderseits festgelegt. Für den vorliegenden Zweck ist dieser kleinstmögliche Durchmesser Ider Libellenblase 18 zu gross.
Dieser Fehler ist jedoch dadurch behoben, dass zwischen der Fassung 12a der Glasplatte 13 und dem als Fassung für das Deckglas 15 der r Libelle der Visiereinrichtung die- nenden Flansch 14a ein Fremdmaterial eingesetzt ist, welches einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material der genannten Fassungen 12a und 14a bzw. des inneren Gehäuseteiles 12 und des äusseren Gehäuseteiles 14', 14" der Visiereinrichtung.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist zu diesem Zwecke der äussere Gehäuseteil 14', 14" der Visiereinrichtung aus zwei axial zusammengefügten Teilen 14' und 14" zu- sammengesetzt, wobei dessen unterer Teil 14", welcher eine wirksame Länge e besitzt, aus Material besteht, welches einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus welchem dessen oberer, den die Fassung für das Deckglas 15 bildenden Flansch
14a aufweisenden Teil 14' und der innere Gehäuseteil 12 besteht.
Bei einer Erwärmung des Baunivelliers, welche eine Verkleinerung Ides Durchmessers der Libellen blare 18 zur Folge haben müsste, dehnt sich nun der untere Teil 14"das äusseren Gehäulsletede, s 14 derVisier- einrichtung stärker aus als dessen oberer Teil 14' und der ganze innere Gehäuseteil 12, wodurch bewirkt wird, dass der Abstand des Deckglases 15 von der Glasplatte 13 und somit der die Libellenflüssigkeit 17 aufnehmende Raum vergrössert und eine unzulässige Verkleinerung der Libellenblase 18 vermieden wird.
Durch geeignete Wahl der Materiale, aus welchen der innere Gehäuseteil 12 und die Teile 14' und 14" des äusseren Gehäuseteiles der Visiereinrichtung bestehen, sowie der wirksamen Länge 1 des unteren Teiles 14" des äusseren Gehäuseteiles kann erreicht werden, dass die Grösse der Liebellenblase 18 bei allen vorkommenden Temperaturen mindestens angenähert, auf alle Fälle aber genügend konstant gehalten wird.
Um die Messgenauigkeit bei einem gegebenen Li bellenblasendurehmesser weiter zu steigern, kann in der Libellenflüssigkeit 17 ein lichtabsorbierender Stoff gelöst sein. Die hiermit erreichte Lichttransmission über dem Libellenblasendurchmesser ist in der Fig. 6 dargestellt, in welcher auf der Abszisse Ider Libellenblasendurchmesser (d), und auf der Ordinate die scheinbare Helligkeit (lOg E) aufgetragen sind. Mit Vorteil wird dabei in der Libellenflüssigkeit 17 ein spektral selektiv absorbierender Farbstoff gelöst und das die Libelle beleuchtende Licht durch ein passendes Filter gefiltert. Es wird damit erreicht, dass, in Durchsicht gesehen, die Libellenblase 18 bzw. die Libellenblasenmitte die Farbe des Filters bzw.
Farbglases zeigt, während der Hintergrund der Libellenblase praktisch unbeleuchtet ist und dunkel erscheint.
Anstelle des Parabolspiegels 20 kann gegebenenfalls auch ein sphärischer Spiegel verwendet werden, weil die Abbildungsfehler eines sphärischen Spiegels der in Frage kommenden Öffnungsverhältnisse wesentlich kleiner sind als die zulässigen Fehler der Visiereinrichtung.
Diese Abbildungsfehler des verwendeten Spiegels können aber, weil sie systematischer Natur sind, auch durch eine entsprechende Korrektur der den Libellenboden bildenden Glasplatte 13 weitgehend behoben werden. Anstelle eines Parabolspiegels 20 kann ferner auch ein Spiegellinsensystem verwendet werden. Auf alle Fälle soll es sich jedoch um Mittel handeln, welche die Libellenblase 18 ins Unendliche abbilden.