BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Laser-Nivellier nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Laser-Nivelliere senden einen horizontalen rotierenden Messstrahl aus, der von einem fotoelektrischen Empfänger detektiert wird. Der rotierende Laserstrahl definiert dabei eine Bezugsebene. Sobald sich der Empfänger in der Bezugsebene befindet, zeigt er dies durch optische und/oder akustische Signale an. Annäherungen an die Bezugsebene werden durch geeignete Vorsignale, z. B. durch Änderungen in der Tonfrequenz, angezeigt.
Durch geeignete Mittel wird gewährleistet, dass die erzeugte Bezugsebene tatsächlich horizontal ist. Solche Horizontiermittel können Libellen, Pendel oder Neigungssensoren mit Servoantrieben sein.
Es gibt darüber hinaus Aufgaben, vor allem bei der Verwendung des Nivelliers im Bauwesen, wo auch andere Bezugsebenen benötigt werden. So ist zum Ausrichten von Wandelementen, Fassadenstrukturen oder dergleichen eine vertikale Bezugsebene erforderlich. Ferner gibt es Aufgaben, die geneigte Bezugsebenen verlangen, so z. B. zum Herstellen von Gefällen bei Planierungsarbeiten oder zum Ausrichten von geneigten Baustrukturen. In diesen Fällen sind Bezugsebenen erforderlich, die bis zu einigen Winkelgraden gegen den Horizont oder gegen die Vertikale neigbar sind. Dabei muss bei einer bestimmten Messaufgabe ein vorgegebener Neigungswert eingestellt werden. Schliesslich gibt es Aufgaben, die zweckmässig gelöst werden können, wenn eine lotrechte Bezugslinie verfügbar ist. Diese Bezugslinie ist mit Vorteil ein vertikaler Laserstrahl.
Für die genannten Aufgabenstellungen gibt es bereits Lösungen, die aber durchwegs Mängel im praktischen Gebrauch aufweisen. So ist es bei bekanntgewordenen Instrumenten nötig, das Laser-Nivellier von der stehenden Normalstellung in eine liegende Stellung zu bringen und in der neuen Position auszurichten und zu fixieren, um eine Vertikalebene zu erzeugen. Auch sind dazu noch zusätzliche Horizontierungsmittel nötig, um die Bezugsebene mit der erforderlichen Genauigkeit in die Vertikale auszurichten.
Insbesondere ist keines der bekannten Instrumente in der Lage, alle erwähnten Aufgaben gleichermassen zu lösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Instrument zu schaffen, welches die erwähnten Nachteile bekannter Instrumente vermeidet. Es sollen neben der Grundaufgabe, eine horizontale Bezugsebene zu erzeugen, mit einfachen Zusatzeinrichtungen vertikale und geneigte Bezugsebenen erzeugt werden können. Ausserdem ist an die Erzeugung einer Lotlinie gedacht. Insbesondere soll ein Wechsel von einem Betriebszustand in einen anderen möglich sein, ohne dass die Stellung des Instrumentes verändert werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst.
Durch diese Massnahmen kann das Instrument während des Messvorgangs auf seiner Basis, also auf einem Sockel oder auf einem Stativ, unverändert sowohl für horizontale als auch für vertikale Nivelliervorgänge stehen bleiben, so dass die Grundreferenz während dieser ganzen Messung erhalten bleibt. Da diese Lösung mit allen bekannten Horizontiermitteln, also auch mit der einfachen und zuverlässigen Pendelkompensation zur Selbsthorizontierung des Instrumentes verträglich ist, ergibt sich ein besonders zuverlässiges und einfach zu bedienendes Instrument. Zusätzlich weist dieses Instrument den erheblichen Vorteil auf, dass nicht nur exakt horizontale oder vertikale Ebenen markiert werden können, sondern beliebig geneigte Zwischenebenen, für welche entsprechende Adapter vorgesehen sind, die sich besonders einfach und trotzdem präzis auf das Grundinstrument aufsetzen lassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Nivellier zum Horizontalnivellieren,
Fig. 2 das gleiche Instrument mit 90 Grad geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zum Vertikalnivellieren,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Aufsicht gem. Fig. 2,
Fig. 4 das gleiche Instrument mit geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zur Definition einer schiefen Bezugsebene, wobei die Bezugsebene gegen die Vertikale neigbar ist.
Fig. 5 das gleiche Instrument mit geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zur Definition einer schiefen Bezugsebene, wobei die Bezugsebene gegen die Horizontale neigbar ist, und
Fig. 6 ein Einsatzteil mit zwei messbar verdrehbaren Keilen.
In der Basis 1 des Instrumentes befindet sich eine Laserlichtquelle mit einer Kollimatoroptik zur Aussendung eines vertikal, also in der z-Achse verlaufenden Laserstrahls.
Dieser Laserstrahl wird von einem motorgetriebenen rotierenden Spiegel 2, vorzugsweise einem Pentaprisma, in einen rotierenden Strahl umgesetzt, welcher somit eine Bezugsebene definiert. Der Motorantrieb 8 für den Spiegel bzw. das Pentaprisma befindet sich im Kopf 3 des Instrumentes. Zur Energieversorgung sind Batterien 9 vorgesehen. Der Kopf 3 ist mit der Basis 1 über ein Scharnier 4 verbunden, wobei im Scharnierbereich die erforderlichen Kabelverbindungen für die Stromversorgung des Spiegelantriebs 8 im Kopf 3 verlaufen.
Zur exakten Zentrierung und Horizontierung des Kopfes 3 auf der Basis 1 sind Passelemente 5 bzw. 6 vorgesehen. Die Arretierung des Kopfes 3 an der Basis 1 erfolgt vorzugsweise mit einem Schnellspannverschluss 7, der z. B. dem Scharnier 4 diametral gegenüber angebracht ist. Das Scharnier 4 ist so ausgebildet und angeordnet, dass es im arretierten Zustand des Kopfes 3 die Zentrier- und Arretierfunktion nicht behindert.
Fig. 2 zeigt das gleiche Instrument, bei welchem der Kopf 3 um 90" um das Scharnier 4 geschwenkt ist. Dabei befindet sich die Drehachse für den rotierenden Spiegel 2 nicht mehr in der z-Achse, sondern sie liegt nun in der horizontalen Ebene. Der vertikal aus der Basis 1 des Instrumentes austretende Laserstrahl wird durch einen aufgesetzten Adapter 10 auf den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 des Instrumentes umgelenkt. Dazu ist der Adapter 10 mit einem Umlenkprisma 11 mit definiertem Umlenkwinkel ausgestattet. In dieser Konfiguration eignet sich das Instrument zur Markierung einer vertikalen oder schiefen Bezugsebene.
Zur präzisen gegenseitigen Ausrichtung zwischen der Basis
1, dem Kopf 3 und dem Adapter 10 weist der Adapter 10 gegenüber dem Kopf 3 des Instrumentes zweite Passelemente
12 auf, welche mit den zuvor erwähnten Passelementen 5,6 am Kopf 3 des Instrumentes zusammenwirken, wobei sich der Kopf 3 am Adapter 10 mit gleichartigen Schnellspannverschlüssen 7 arretieren lässt, mit welchem er in der Grundstellung gem. Fig. 1 gegenüber der Basis 1 arretierbar ist.
Zur Erleichterung der Feinausrichtung der vertikalen Bezugsebene ist der Adapter 10 gem. Fig. 3 um seine vertikale Achse 15 um kleine Winkelbeträge schwenkbar in der Basis 1 des Instrumentes befestigt. Zur Vornahme solcher Schwenkbewegungen dient eine Stellschraube 16, welche die Winkelposition zwischen dem Instrumentenkopf 3 und der Basis 1 und damit das Azimut der vertikalen Bezugsebene, durch Schwenken um die Achse 15 feinverstellt. Unterstützt wird die Einstellung durch einen Federpuffer 17, welcher einerseits für eine spielfreie Lagerung des Adapters 10 der vertikalen Achse 15 sorgt und andererseits das spielfreie Rückschwenken des Adapters 10 beim Lösen der Stellschraube 16 ermöglicht.
Dabei wird die Feinjustierung durch die Auslegung des Scharniers 4 unterstützt, welches einerseits ein gewisses Spiel zwischen der Basis 1 und dem Kopf 3 des Instrumentes erlaubt, andererseits aber beide Teile unverlierbar aneinander schwenkbar befestigt. Diese Funktion wird z. B. durch Langlöcher 18 in der Scharnierbasis (Fig. 2) ermöglicht, so dass sich das Scharnier 4 mit daran angebrachtem Kopf 3 um kleine Winkelbeträge auf der Basis 1 verdrehen lässt.
Bei nicht eingesetztem Adapter 10 oder nach Herausschwenken oder Herausnehmen des Prismas 11 aus dem Strahlengang kann der Laserstrahl ungehindert aus der Basis 1 des Instrumentes nach oben austreten. Der Laserstrahl kann damit auch als Lot für Markierungen in der vertikalen Achse eingesetzt werden.
Ein in Fig. 1 angedeutetes Kompensationspendel 20 oder ähnliche Kompensationsmittel, welche sich in der Basis 1 des Instrumentes befinden, wird in seiner Funktion durch das Schwenken des Instrumentenkopfes 3 in keiner Weise beeinflusst. Es ist bezüglich der Feinausrichtung des Instrumentes unverändert funktionsfähig. Die vertikale Ebene ist allein durch die mechanische und optische Auslegung des Adapters 10 bestimmt.
Durch Änderung des Umlenkwinkels für den Laserstrahl zwischen der Basis 1 und dem Kopf 3 bzw. dem Adapter 10 sowie durch entsprechende mechanische Auslegung an den Verbindungsstellen zwischen diesen Teilen lassen sich bestimmte Neigungswinkel für die Bezugsebene definieren, wie dies anhand der Fig. 4 bis 6 beispielsweise dargestellt ist.
Die Fig. 6 zeigt zu diesem Zweck als Ausführungsbeispiel ein Zwischenstück 30 mit einem auf die Basis 1 aufsetzbaren Flansch 31 und mit einem schiefwinklig dazu angeordneten ringförmigen Drehkeil 32, auf welchen sich entweder der Kopf 3 oder der Adapter 10 über Kontaktstücke 39 bzw. 40 aufsetzen lassen. In der optischen Achse Z sind zwei optische Keile 33 und 34 (Fig. 5) angeordnet, die sich gegensinnig verdrehen lassen, so dass die sie durchdringenden Strahlen bezüglich der optischen Achse um bestimmte Winkelbeträge abgelenkt werden. Das Mass der Ablenkung wird durch den Winkel bestimmt, um welchen die Keile 33, 34 zusammen mit dem ringförmigen Drehkeil 32 verdreht werden. Zur Betätigung der Keile können z. B. Betätigungshebel 35, 36 nach aussen geführt sein.
Auf Skalen 37, 38 kann das Mass der Verdrehung bzw. direkt der Neigungswinkel der Bezugsebene gegenüber der Horizontalen bzw. der Vertikalen angezeigt werden.
Durch die erwähnte Anordnung des Motorantriebs 8 für den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 des Instrumentes und damit seiner Verlagerung aus der Basis 1 des Instrumentes, in welcher der Motor 8 üblicherweise angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit, den damit relativ autonomen Kopf 3 in praktisch beliebig geneigte Positionen zu bringen, wobei der von der Insturmentenbasis 1 ausgehende Laserlichtstrahl durch einen Adapter 10 und evtl. zusätzliche einstellbare Zwischenstücke auf den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 umgelenkt wird. Dabei kann ein um geringe Neigungswinkel verstellbares Zwischenstück 30 auch direkt im Adapter 10 integriert sein.
In Abwandlung dieser aus praktischen Gründen zweckmässigsten Lösung kann auch der Motorantrieb 8 wie üblich in der Basis 1 des Instrumentes angeordnet sein, wobei die Antriebsverbindung zum rotierenden Spiegel 2 durch eine flexible Welle, neigbare Zahnradverbindungen, Gelenkwellen oder. ähnlichen Mitteln hergestellt werden kann.