DE1473977A1 - Meridian-Detektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein.en Meridian-Detektor mit honer Genauigkeit, um bei der Landvermessung das Azimuth des Meridians auf der Erde zu bestimmen.

Bei einem früheren Verfahren zur Landvermessung wurde der Meridian gewöhnlich durch astronomische Beobachtungen festgestellt, aber dieses astronomische Verfahren ist bei regnerischem oder wolkigem Wetter unmöglich,noch unmöglicher bei Arbeiten unter der Srde, z.B. beim !Tunnelbau, Untergrundbahn oder dergl.

Die Tatsache, dass sich der Kreiselkompaß in die Hordriehtung einstellt, wurde bei der Navigation verwendet» Jedoch erfordert das System zur Feststellung des Meridians unter Verwendung des Kreiselkoapaßes komplizierte Einrichtungen zur Feststellung

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der Sordrichtung, !TacMühreinrichtungen und ein Servosystem» aa. die Richtung der Gravitation auf Schiffen unbekannt iet. Deshalb hat diese Einrichtung unausbleiblich einen komplizierten Aufbau, sie ist groß und teuer, und es entstehen wegen des komplizierten Mechanismus häufig Schaden.

Ss scheint unmöglich, einen solchen konventionellen 3?ype eines Kreiselkompaßes, der bei der Navigation verwendet wird, auch bei einem Iiandvermessungsinstrument anzuwenden, von dem gewünscht wird, dass es einfach und billig ist. Es wurden deshalb verschiedene Kreiselkompaße für die Verwendung bei der landvermessung vorgeschlagen, bei denen der Meridian dadurch festgestellt wird, dass die Drehachse des Kreisels in der horizontalen Ebene gehalten wird, wobei an der vertikalen Wtile des Kreiselgehäuses das Rückstellmoment proportional zu den relativen Abweichungen zwischen dem Kreiselgehäuse und dem aus s er en Gehäuse aufgebracht wurde. Jedoch sind die Einrichtungen, um das Hüekstellmoment zu erhalten, kompliziert, da dazu ein elektrischer Drehmomentgeber, Verstärker und dergl. benötigt wird, und diese vorgeschlagenen Kreiselkompaße sind teuer und leicht schadensanfällig.

Sin Ziel dieser Erfindung ist demgemäss ein Meridian-Detektor mit einem Kreiselkompaß, durch den der Meridian festgestellt werden kann, indem die Eigenschaft des Kreiselkompaßes, sich auf die Mordriehtung einzustellen, ausgenützt wird, ohne astro—

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r.omisclie Beobachtungen durchzuführen·

Sin weiteres Ziel der Erfindung ist ein Meridian-Detektor, in (lern das Rückstellmoment des Kreiselkompaßes durch mechanische Einrichtungen erreioht wird, 2,B. indem das Kreiselgehäuse an einem !Draht aufgehängt wird, ohne komplizierte Einrichtungen zu verwenden»

Bin anderes Ziel der Erfindung 1st ein einfacher und billiger Meridian-Detektor, durch den der Meridian mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann.

Bin weiteres Siel der Srf indung ist ein Instrument, das keine astronomischen Beobachtungen erfordert und mit dem der Meridian auch bei regnerischem oder wolkigem Wetter oder bei Bauten unter der Erde, z.B. bei funnels undUnt er grundbahnen, festgestellt werden kann·

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung anhand der Zeichnung klar, in der

Jig· 1 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform eines Meridian-Detektors nach der Erfindung darstellt und

Pig. 2 einen Schnitt zeigt, um den grundsätzlichen feil eines beispielsweisen Meridian-Detaktors nach der Erfindung zu erläutern.

In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Instrument bezeichnet, das gemäss der Erfindung hergestellt ist, und ein Gerät 4, das den Hauptteil der Erfindung darstellt, ist auf einer Grundplatte 3

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auf einem Dreibein 2 angeordnet. Auf dem Gerät 4 ist ein Nivellierinstrument 5 befestigt. Das Gerät 4 iet in Pig· 2 dargestellt ι wobei ein zylindrisches Außengehäuse 7 drehbar auf einer festen Grundplatte 6 befestigt ist. Die feste Grundplatte 6 hat in ihrem Mittelteil eine öffnung 8, in der das untere Endstück des Außengehäuses 7 in Lagern9 gelagert ist. Am Band der Grundplatte 6 sind konzentrisch drei Einstellschrauben 10 angeordnet, die in praktisch gleichem Winkelabstand um die

Achse T-T liegen, wobei diese Achse eine Schwerkraftrichtung

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durch die Mitte der Öffnung 8~\zeigt. Die Schrauben können mit ihren unteren Enden an der Grundplatte 3 anstoßen.

Innerhalb des Außengehäuses 7 liegt ein Kreiselgehäuse 11, in dem ein Kreisel untergebracht ist, dessen Drehachse O sich rechtwinklig bezüglich der Achse V-V und der Papierebene erstreckt. Das Kreiselgehäuse 11 ist drehbar um seine senkrechte Achse, unabhängig von dem Außengehäuse 7, aufgehängt. Es sind

senkrechte Wellen 12 und 13 über und unter dem Kreiselgehäuse I

1Ί vorgesehen und ein Ende eines Aufhängedrahtes 14, ζ·Β·* eine Klaviersaite, ist am oberen Ende der senkrechten Welle 12 befestigt, wobei dieser Aufhängedraht 14 entsprechend seiner federung gegenTorsion ein geeignetes Rückstellmoment aufweist.

Im oberen und unteren Teil des Außengehäuses 7 sind zwei Stützplatten 15 und 16 vorgesehen. Die Stützplatten 15 und 16 haben entsprechende Öffnungen in ihren Mitten. Auf der oberen Stützplatte 15 ist eine Stützhülse 19 befestigt, die in ihrem Mittel-

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teil eine Öffnung 20 hat, Ein Schraubenbolzen 21 ist drehbar mit Hilfe einer !futter 22 befeatigt und erstreckt sich duroh die Öffnung 20 in die Sttltzhin.se 19« wobei das andere Ende des genannten Aufhängedrahtes 14 am unteren Ende des Schraubenbolzens 21 befestigt ist. D.h. das Kreiselgehäuse 11 mit den senkrechten Wellen 12 und 13 ist an dem Aufhängedraht 14 so aufgehängt, dass die senkrechten Wellen 12 und 13 entsprechend durch die" Mitten der öffnungen 17 und 18 der Stützplatten 15 und 16 verlauf en. Dadurch liegen die Achsen des Bolzens 21, des Aufhängedrahtes 14 und der senkrechten Wellen 12 und 13 in der Achse V-V, Torzugsweise werden zwischen den Außenflächen der senkrechten Wellen 12 und 13 und den Innenflächen der öffnungen 17 und 18 Wälzlager 23 und 24 verwendet. Weiterhin wird vorgezogen, die Drehung des Kreiselgehäuses 11 durch geeignete Mittel zu dämpfen. Xn der dargestellten Ausführungsform ist eine viskose !flüssigkeit 25 in einer Aussparung unter der Stützplatte 16 im Außengehäuse 7 gefüllt, und ein Drehglied 26, das am freien Ende der senkrechten Welle 13 befestigt ist, taucht in die Flüssigkeit 25 ein, wodurch eine Dämpfung erreicht wird.

Der Gewindestift 21 ist in einen drehbaren Arm 28 eingeschraubt, und die Mutter 22 ist mit dem Gewindestift 21 in Eingriff und wird gedreht, bis ihre untere Fläche an der oberen Fläche des drehbaren Arms 28 fest anliegt, so dass der Gewindestift 21, 4er drehbare Arm 28 und die Mutter 22 fest miteinander verbunden sind. Der Dreharm 28 hat an seinem freien Ende Zähne 27,

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xind ein Schneckenrad 29 ist drehbar am Außengehäuse 7 eingebaut· Die Welle des Schneckenrades 29 ragt aus dem Außengehäuse 7 heraus und trägt an ihrem vorstehenden Ende einen Knopf 30« Das Schneckenrad 29 greift in die Zähne 27 des Trägerarmes 28 ein, so dass der Gewindestift 21 durch den Dreharm 28 gedreht wird, wenn der Knopf 30 gedreht wird, woduroh dann der Aufhängedraht 14 verdrillt wird.

Weiterhin sind in einer vorbestimmten Lage des Kreiselgehäuses 11 und in einer Lage gegenüber zu dieser an dem Außengehäuse 7 Elemente 31 und 32 vorgesehen, die so miteinander zusammenarbeiten, dass sie eine kontaktfreie Ablenkungs- und Sucheinrichtung 36 bilden. Diese Sucheinrichtung 36 kann z.B. ein Ausgleichetransformator sein, so dass die Elemente 31 und 32 aus einem Magnet kern mit einer um diesen gewickelten Spule bestehen können. So kann die Drehabweichung des Kreiselgehäuses 11 um die Achse V-Y relativ zum Außengehäuse 7 durch die Einrichtung 36 elektromagnetisch angezeigt werden. In Pig. 1 ist 33 ein Instrument, um solche relativen Ablenkungen anzuzeigen, wobei dieses Element z.B. an der äusseren Umfangsfläohe des Gehäuses 7 angebaut 8ein kann.

Wie in Pig. 1 dargestellt, ist an der äusseren Umfangsfläohe des Außengehäuses 4 eine Basislinie 34 angebracht, wobei hler die Basislinie 34 mit der Basislinie 35 des Nivelliergerätes 5 Übereinstimmt.

Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Instrument#b wird im folgenden erläutert. Zuerst wird das Instrument durab die lln-

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Stellschrauben 10 eingestellt, ohne dass der Kreisel im Kreiselgehäuse 11 angetrieben wird, so, dass die Achse Y-Y des Gehäuses 7 oder die senkrechten Villen 12 und 13, der Gewindestift und der Aufhängedraht 14 genau in der Richtung der Schwerkraft liegen, d.h. in senkrechter Riohtung. Danach wird der Aufhängedraht 14 durch Drehen des Knopfes 59 eingestellt, bis das Anzeigegerät 33 VuIl zeigt, womit auch die relative Ablenkung des KreiselgehäuBes 11 zum Aufiengehäuse 7 den Wert Null hat. Auf diese Weise kann jede Torsion im Aufhängedraht 14 bes-eitigt werden.

Unter diesen Bedingungen wird der Kreisel im Kreiselgehäuse auf eine Torbestimnte hohe Drehzahl gebracht. In diesem EaIl erhält die Drehachse des Kreisels, da sie ihre Lage in der horizontalen Ebene beibehält, durch das "Foucault·eohe Prinzip" die Eigenschaft, eich in Hordrichtung einzustellen. D.h., ein Ende der Drehachse 0 wird entsprechend in Nord- bzw. Meridianrichtung gezogen, wodurch sich das Kreiselgehäuse 11 um die Achse T-Y dreht und damitden Aufhängedraht 14 verdrillt. Danach kommt das Kreieelgehau.ee 11 in einer Lage zur Ruhe, in der das Rttckstellmoment des Aufhängedrahtes 14 und das aus der Nordeinstellung herrührende Drehmoment des Gehäuses 11 im Gleichgewicht sind. Die Ruhelage kann am Anzeigegerät 33 abgelesen werden als die relative Ablenkung des Kreiselgehäuses 11 zum Außengehäuse 7, elektromagnetisch angezeigt durch die Anzeigeeinrichtung 36. In dieser Lage liegt jedoch die Drehachse 0 des Kreisels nicht in richtiger Vordriohtung. Deshalb wird bei diesen Bedingungen

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das Außengehäuse 7 um seine Achse T-V gedreht, bis die relative Abweichung, die durch die Einrichtung 36 angezeigt wird, Null wird. Auf diese Weise kann die Lage gefunden werden, bei der keine relative Abweichung zwischen dem Außengehäuse 7 und dem Kreiselgehäuse 11 auftritt, und gerade bei dieser Stellung hat das Azimuth der Drehachse O die richtige Hordrichtung· D.h. der Aufhängedraht 14 erfährt bei dieser lage, in der keine relative Abweichung existiert, keine Torsionskraft, und folgerichtig wird im Kreiselgehäuse 11 kein Drehmoment in Richtung um die Achse T-Y erzeugt..Das bedeutet, dass die Drehachse 0 nach Norden zeigt.

Liegt die Drehachse 0 einmal in richtiger Nordriohtung, so wird das Außengehäuse 7 an der Grundplatte 6 fixiert. Wird eine Schnecke mit einem Schneckenrad zusammen verwendet, um das Gehäuse 7 beispielsweise bezüglich der Grundplatte 6 su drehen, so können sie verwendet werden, um das Außengehäuse 7 auf der Grundplatte 6 zu fixieren.

Ist das Außengehäuse 7 an der Grundplatte 6 befestigt, so j liegt die Basislinie 35 des Nivellierinstrumentes 5 genau im Azimuth des Meridians, da die Basislinie 35 mit derjenigen des Außengehäuse β 7 abgeglichen ist. Deshalb kann das Azimuth eines Objektes, das durch das Nivelliergerät 5 gemessen wird, sofort von der Azimuth-Skala des Nivelliergerätes 5 abgelesen werden.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäss das Azimuth des Meridians leicht gefunden werden, ohne dass astronomische Be-

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obachtungen, die beträchtliche Zeit in Anspruch, nehmen, und komplizierte Berechnungen notwendig sind, und außerdem ist die Genauigkeit der gewonnenen Ergebnisse äusserst zuverlässig.

Bei Versuohen wurden für eine Messung nur 5 Minuten benötigt, und die Genauigkeit betrug ungefähr +1,5 Sogenminuten im Vergleich mit der, die durch astronomische Beobachtung gewonnen wurde. Der Durchmesser des Kreisels, der bei den 7er suchen verwendet wurde, betrug ungefähr 110 mm, und der Kreisel hatte eine Drehzahl von 12 000 U/Min, und wurde durch einen Dreiphasenstrom von 110 T und 400 Hz angetrieben, und es wurde eine viskose Flüssigkeit aus Silikonöl mit einer Viskosität von 20 000 centistocks verwendet.

Weiterhin wird in der vorliegenden Erfindung das Rückstellmoment, das im Gleichgewicht mitdem Drehmoment des Gehäuses 11, das von der Einstellung auf die Nordrichtung herrührt, ist, gewonnen durch den Aufhängedraht 14, der das Kreiselgehäuse 11 trägt, so dass hier keine besonderen Einrichtungen zur Erzeugung eines Rückstellmomentes notwendig sind, die bisher erforderlich waren. Dementsprechend erfordert die erflndungsgemässe Vorrichtung keinen komplizierten elektrischen Drehmomentgeber, keine Verstärker und dergl., sie kann einfach aufgebaut sein und billig hergestellt werden.

ferner wird durch die Verwendung der viskosen !Flüssigkeit eine Schlingbewegung des Kreiselgehäuses gedämpft, die durch

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das Ausgleichen des Drehmomentes des Kreiselgehäuses 11 und : des Rückstellmomentes des Aufhängedrahtes 14 erzeugt wird.

Weiterhin sind, da das Kreiselgehäuse 11 sich drehen kann während es an dem Aufhängedraht aufgehängt ist, die Lager und 24 keiner Druckbelastung ausgesetzt. Daduroh kann das Reibungsmoment praktisch vernachlässigt und die Genauigkeit J) in dem oben erwähnten Umfang beibehalten werden. Natürlich können die Viskoseflüssigkeit und die Lager weggelassen werden» und in solch einem fall kann die Genauigkeit weiter erhöht werden, was daraus hervorgeht, dass keinerlei viskose Verbindung zwischen dem Drehglied und der viskosen flüssigkeit besteht und bei der Drehung des Kreiselgehäuses 11 keinerlei Reibung an den Lagern 23 und 24 auftritt.

In dem dargestellten Beispiel ist der Aufhängedraht eine Klaviersaite, aber es kann jeder gewünschte Metalldraht oder ein Metallband, ein nicht metallischer Draht oder ein Sand aus Nylon oder dergl. verwendet werden. In einigen fällen können mehr als zwei Aufhängedrähte benutzt werden«

Ohne den Umfang der neuartigen Konzeption der Erfindung zu verlassen, können viele Modifikationen und Variationen durchgeführt werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Meridian-Betaktor mit einer Grundplatte, mit einem Außengehäuse, das auf dieser Platte so befestigt ist, dass es sich um die Achse der Schwerkraftrichtung drehen kann, einem Kreiselgehäuse mit einem Kreisel und Einrichtungen, um dem Kreiselgehäuse eine Rückstellkraft zu geben im Verhältnis zur Ablenkung des Kreiselgehäuses relativ zum Außengehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselgehäuse an einem federnden Aufhängeglied längs der genannten Achse in diesem Außengehäuee aufgehängt ist, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, um das obere Ende dieses federnden Aufhängegliedes um seine Achse von der Außenseite des Außengehäusee her in Drehung zu versetzen, wobei dieses federnde Aufhängeglied dazu dient, dem Kreiselgehäuse das Rttckstellmoment zu geben.

   2· Meridian-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass tee Kreiselgehäuse obere und untere senkrechte Wellen hat» dass die oberen und unteren senkrechten Wellen entsprechend gestützt «erden durch Lager, die im Außengehäuse sitzen, und dass ein Ende des federnden Aufhängedrahtes am oberen Ende der oberen senkrechten Welle befestigt ist.

   3· Meridian-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch •in· Aussparung zum Lagern einer viskosen Flüssigkeit im

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   unteren Seil de« Außengehauses und durch eine Reibplatte, die in die·· Flüssigkeit eintaucht und an der Verlängerung der j unteren senkrechten Welle befestigt ist.

   4· Meridian-Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des federnden Aufhangedrahte· an einem Dreharm befestigt ist, der sich um die Aohse drehen kann, dass dieser Dreharm an seinem freien Ende* eine Verzahnung hat, dass ein Knopf an der Außenseite des AuAengehauses befestigt ist,und eine Schnecke, die in die genannte Yereahnung eingreift, am Ende der Welle des genannten Knopfes angeordnet ist und in das Außengehäuse hineinragt.

   5. Meridian-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 4AM dl« Einrichtungen sum Bestimmen der Lage dee Ereieelge-Ubues relatir sum AuS eng «haus β aus einer Spule, die am Kreiselgehlms· befestigt ist, und einer weiteren Spule, die elek tromagnetisch mit der ersten gekoppelt ist und die an der Inneneeit· des AuBengehäuses angebracht ist, bestehen und einen Auegleichstransf ormator bilden.

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