DE1954573U - Stollenschreiber. - Google Patents

Description

P.A.664 560*19.12.66

EHEEL - WEEK für Feinmechanik _ München, den 29. Oktober I96²+ München 19

Gebrauchsmuster - Anmeldung
Stollenschreiber

Beschreibung

In der Bau- und Vermessungspraxis tritt häufig die Aufgabe auf, das Profil von Stollen, Tunnels, Höhlungen und anderen, meist unregelmäßig gebildeten Innenräumen maßlich aufzunehmen. Solche Arbeiten sind meist sehr kompliziert und zeitraubend. Aus diesem Grunde wurden\hierzu bereits elinige Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, z.B. rein mechanische Anordnungen mit verschiebbaren Fühlstangen, aus deren Richtung und Länge die Koordinaten der auszumessenden Wandung ermittelt werden können. Auch ist eine optische Einrichtung bekannt, bei der eine Lichtschnittebene auf die Wandung des Stollens usw. projiziert und die so entstehende Lichtlinie photo gravimetrisch, vermessen wird.

Alle diese Vorrichtungen haben entweder den Nachteil eines sperrigen, kompliziert zu bedienenden Geräts oder den eines sehr aufwendigen Instrumentariums .

Die vorliegende Erfindung benützt zur Ausmessung des Stollens usw. ein in der Vermessungskunde an sich bekanntes Verfahren, nämlich das Vorwärtseinschneiden. Hierbei wird der einzumessende Zielpunkt von zwei bekannten Punkten aus durch Dreieckswinkelmessung angemessen. Wenn der Abstand der beiden Punkte voneinander bekannt ist, ergibt sich durch einfache trigonometrische Rechnung die Lage des dritten, unbekannten Punktes. Auf diesem Verfahren beruhen auch die bekannten optischen Entfernungsmesser mit konstanter Basis im Instrument und veränderbarem parallaktischen! Winkel. Der erfindungsgemäße Stollenschreiber zur cptischmechanischen Ausmessung und Aufzeichnung von Profilen von Stollen, Tunnels und anderen Höhlungen geht hiervon aus, arbeitet also nach dem in der Vermessungskunde bekannten Prinzip des Vorwärtseinschneidens bei konstanter Basis im Gerät, stellt jedoch eine Sonderausführung und Erweiterung dar.

Er ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß auf einer die Normale der auszulassenden Profilebene bildenden Drehachse zwei miteinander ge-

koppelte Lichtzeigerprojektoren angebracht sind, von denen der eine einen in der Profilebene liegenden Lichtzeiger und der andere einen in der durch den ersten Lichtzeiger und die Drehachse gebildeten Ebene schwenkbaren Lichtzeiger erzeugen, wobei der Schwenkitfinkel zur Messung und Aufzeichnung der von den beiden Lichtzeigern eingeschnittenen Entfernung von der Drehachse benützt wird. Die z.B. in Abbildung 1 deutlich gemachte Drehachse 1 bildet die Normale der auszulassenden Profilebene und erlaubt die leicht zu bedienende und maßhaltige Anzielung sämtlicher in Frage kommenden Punkte der Profilebene durch Verschwenken der auf ihr angebrachten miteinander gekoppelten Lichtzeigerprojektoren 2 und 3· Durch die Verschwenkung beschreibt der von dem einen Projektor 2 erzeugte Lichtzeiger erfindungsgemäß die Profilebene; er muß also rechtwinklig zur Drehachse 1 angebracht und justiert sein. Der Abstand des einen vom anderen Lichtzeiger bildet die zur Messung erforderliche bekannte Basis b Der bewegliche Lichtzeiger kann so verschwenkt werden, daß er im Arbeitsbereich stets mit dem ersten Lichtzeiger zum Schnitt kommt.

Die Messung besteht nun, wie in Abbildung 2 dargestellt, darin, daß man auf den Auftreffpunkt des ersten, festen Lichtzeigers k auf die einzumessende Stelle P beispielsweise der Stollenwand auch den zweiten, schwenkbaren Lichtzeiger 5 treffen läßt. Damit bildet man aus der bekannten Basis b und den beiden Lichtzeigern k . und 5 ei*¹· rechtwinkliges Dreieck. Nach einem einfachen trigonometrischen Gesetz ist die Entfernung zwischen dem einzumessenden Zielpunkt P und der Drehachse 1 des Messinstruments bei fester Basis b

d = b . tg (^ ,

wobei()C der veränderbare Schwenkwinkel des beweglichen Lichtzeigers ist. Aus der Größe des Winkels (^ kann also die gesuchte Entfernung bei entsprechender Eichung unmittelbar abgelesen werden.

Die Erfindung geht aber noch einen Schritt weiter, indem sie den Schwenkwinkel nicht nur zur Messüngy- sondern auch unmittelbar zur Aufzeichnung der eingeschnittenen Entfernung benützt. Dies ist nach Anspruch z.B . dadurch möglich, daß ein die Richtung "des schwenkbaren Lichtzeigers bestimmendes optische Bauelement mit einem die Tangensfunktion darstellenden eine Schreibvorrichtung bewegenden Getriebe verbunden ist.

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Der besondere Vorteil, dieser .Lösung ist darin zu sehen, daß der unmittelbar gewonnene Messwert aus einer Winkelbewegung hervorgeht, also lediglich eine genaue Drehlagerung erfordert. Eine solche ist mit einfachen Mitteln und auf kleinem Raum sehr genau und zuverlässig zu verwirklichen. Man könnte z.B. auch an eine Veränderung der Basis in Form einer Verschiebung mindestens eines Projektors denken, doch sind erfahrungsgemäß Längsführungen stets komplizierter als Drehlagerungen und bei hohen Genauigkeitsforäerungen äußerst aufwendig. Vor/allem wären hierbei auch eine ungewollte Verschwenkung d.er Lichtzeiger und damit eine Verfälschung des Messergebnisses zu befürchten.

Das die Tangensfunktion darstellende Getriebe besteht erfindungsgemäß in einer mit dem schwenkbaren Bauelement verbundenen Gabel, in die ein Mitnehmerstift an einer parallel zur Zeichenebene und lotrecht zur Schwenkachse der Gabel verschiebbaren Stange eingreift. Eine solche Form eines Tangens-Getriebes ist sehr einfach, da sie aus nur zwei beweglichen Teilen besteht. Sie wiederholt mechanisch die Konstruktion eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei es im vorliegenden Falle Sache der richtigen Justierung ist, daß Gabel und Zeichnungsebene denselben Winkel miteinander bilden wie die beiden Lichtzeiger; in diesem Falle ist eine verzerrungsfreie Übertragung der Messwerte in die Schreibvorrichtung, bezw. in die Zeichenebene möglich.

Schließlich ist der erfindungsgemäße Stollenschreiber dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Zeichenebene verschiebbare Stange mit einer feimirirkenden Bewegungseinrichtung und einem Schreibstift ausgerüstet ist. Eine solche Einrichtung ermöglicht eine feinfühlige Verstellung des Schreibstiftes und darüber hinaus, wegen der Verkuppelung von Schreibstift, Getriebe und Lichtzeigerprojektor, die Verschwenkung des Lichtzeigers selbst. Wegen der in der Praxis vorkommenden Übersetzungsverhältnisse treten an dem die Richtung des schwenkbaren Lichtzeigers bestimmenden optischen Bauelement nur geringe seitliche Kräfte auf, wenn dieses über das Getriebe beilegt wird und die bewegende Kraft nicht am optischen Bauelement selbst angreift.

In der schon erwähnten Abbildung 1 ist ein vollständiges Instrument schematisch dargestellt, das die wesentlichen Eigenschaften der Patentansprüche 1 mit k deutlich macht. Um es am Ort der gesuchten Profil-

ebene aufzustellen, wird es auf ein normales Instrumentenstativ mit Stativkopf 6 und Stativbeinen 7 gesetzt (in der Abbildung ist das dritte Stativbein zur Vereinfachung fortgelassen) und mit einer Befestigungsschraube 8 gesichert. Den Unterteil des Stollenschreibers bildet ein Dreifuß 9 mit drei der Horizont!erung dienenden Fußschrauben 10 . Ein auf dem Dreifuß zweckmäßigerweise drehbarer Grundkb'rper 11 trägt sowohl in Drehlagern die oben beschriebene Drehachse 1 , an denen die beiden Projektoren 2 und 3 befestigt sind, als auch das Getriebe mit Schreibstift und Bewegungseinrichtung und die Zeichentafel 12. Im dargestellten Beispiel ist der bewegliche Projektor 3 als Ganzes um die durch die Mitte der Drehachse 1 gehende Kippachse I3 schwenkbar« Die Gabel 1k des die Tangensfunktion darstellenden Getriebes ist mit dem Lichtzeigerprojektor unmittelbar verbunden, also ebenfalls um die Kippachse I3 schwenkbar. In sie greift der Mitnehmerstift 15 ein, der an einer parallel zur Zeichenebene und lotrecht zur Schwenkachse der Gabel verschiebbaren Stange 16 befestigt ist« An dieser Stange ist der Schreibstift 17 unmittelbar angebracht. Die in sie eingreifende Feinbewegung besteht in einem Zahntrieb mit dem Ritzel 18 und dem Bewegungsknopf 19·

Verschwenkt man die Projektoren um die Drehachse 1 ,so wird auch das Getriebe verschwenkt und die Projektion der Stange 16 auf die Zeichenebene bildet die Zielstrahlen des Projektors 2 in der Zeichenebene ab. Verschwenkt man den Projektor 3 durch Feinverstellung der Stange 16 , so entstehen zwischen Basis b und Zielpunkt einerseits und innerhalb des Getriebes andererseits zwei ähnliche Dreiecke mit den Winkeln Os und der Schreibstift bildet die Entfernung d zum Zielpunkt P (siehe Abbildung 2 !) unverzerrt ab. -

Da die Entfernung zwischen der Basis b und dem Zielpunkt P stark schwanken können, so werden die beiden Projektoren normalerweise ein meist unscharfes Bild der zu projizierenden Marke auf der Wand erzeugen. Um hiergegen Abhilfe zu schaffen, sieht die Erfindung vor, daß die beiden Lichtzeigerprojektoren eine mit der Schwenkbewegung des optischen Bauelements gekoppelte kurvengesteuerte Focusiereinrichtung besitzen, deren Steuerkurve die funktionelle Abhängigkeit der Lage einer den Lichtzeiger auf eine bestimmte Entfernung scharfstellenden Verschiebelinse von dem Schwenkwinkel des optischen Bauelements und damit von der scharfzustellenden Entfernung

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wiedergibt. Bekanntlich kann man eine Projektionsmarke auf einen bestimmten Abstand scharf abbilden, wenn man den Abstand zwischen der Projektionsmarke, z.B.-einer Strichplatte oder einerBlende, und dem Projektionsobjektiv -verändert. Dabei ist dieser Abstand eine Funktion der Entfernung. Sie kommt etwa einer Hyperbelfunktion gleich, ist also nicht linear. Da andererseits die Entfernung beim Messvorgang den Schwenkwinkel des einen der beiden Projektoren bestimmt, so wird diese Winkelverschwenkung erfindungsgemäß gleichzeitig zur Steuerung der erwähnten Schärfsteileinrichtung benützt. Ein Beispiel ist in Abbildung 3 dargestellt, die gleichzeitig weitere Merkmale der Erfindung wiedergibt. Es ist nämlich vorgesehen, daß die beiden Lichtzeigerprojaktoren Lichtquelle, Projektionsmarke und Projektionsobjektiv gemeinsam haben und durch einen fest und einen schwenkbar angeordneten Reflektor dargestellt werden. Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Gabel des Getriebes mit zweifacher Übersetzung an die Schwenkbewegung des beweglichen Reflektors angeschlossen ist.

In der Abbildung ist die Lichtquelle des Projektors 20 , eine Kondensorlinse 21 und die Projektionsmarke 22 in einem Rohr fest montiert. Das Projektionsobjektiv 23 lässt sich hingegen mit seiner Fassung 2k im Tubus 25 verschieben, wobei die Kraft von einer Schubstange 26 übertragen wird. Diese wird mit einer Feder 27 an die Kurvenscheibe 28 gedrückt. Die Winkelkoordinaten dieser Kurvenscheibe geben etwa die Funktion wieder, mit der die Lage des Projektionsaobjektivs 23 innerhalb des !Tubus 25 von der scharf zustellenden Entfernung abhängig ist. Damit wird die Strichmarke bei richtiger Grundjustierung immer dann scharf im Zielpunkt abgebildet werden, xtfenn dort die beiden Lichtzeiger k und 5 miteinander zum Schnitt gebracht werden.

Im Beispiel der Abbildung 3 ..ist.der erste, feste Lichtzeigerprojektor durch das beschriebene Projektionssystem und dem halbdurchlässigen Spiegel dargestellt, der etwa die Hälfte der Lichtenergie rechtwinklig ablenkt, itfährend der Rest auf den beweglichen Spiegel 30 fällt und von diesem abgelenkt wird. Nach dem Reflektionsgesetz muß, um den Ablenkungswinkel zu verändern, der Spiegel um den halben Betrag verschwenkt werden. Da jedoch zur erfindungsgemässen Steuerung des Getriebes der volle Ablenkungswinkel erforderlich ist, ist ein Getriebe, im dargestellten Beispiel durch

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Claims (1)

1. IA. b b4 bbS*l3.

   die Zahnräder ^1 und 32 verwirklicht, erforderlich. Diese Zahnräder schaffen ein doppeltes Übersetzungsverhältnis» An das kleinere ist die oben beschriebene Gabel "]k und die Kurvenscheibe 28 gekoppelt. In die Gabel greift in der beschriebenen Weise der Mitnehmerstift 15 ein, dessen Funktion bereits dargestellt ist. In der Abbildung 3 ist auch der die Projektoren und die Scharfstelleinrichtung umhüllende Körper 33 erkennbar, der um die Drehachse 1 schwenkbar angeordnet sein muß. Die Einbauteile sind durchlzwei die Lichtzeiger nicht beeinflussende Fenster ~$k und 35 geschützt. Die Abbildung macht die große Einfachheit deutlich, die ein erfindungsgemäß ausgeführter Stollenschreiber in der Ausführung ermöglicht.

   Schutzansprüche

   1) Stollenschreiber zur optisch-mechanischen Ausmessung und Aufzeichnung von Profilen und Stollen, Tunnels und anderen Höhlungen nach dem in der Vermessungskunde bekannten Prinzip des Vorwärtseinschneidens bei konstanter Basis im Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer die Normale der auszulassenden Profilebene bildenden Drehachse zwei miteinander gekoppelte Lichtzeigerprojaktoren angebracht sind, von denen der eine einen in der Profilebene liegenden Lichtzeiger und der andere einen in der durch den ersten Lichtzeiger und die Drehachse gebildeten Ebene schwenkbaren Lichtzeiger erzeugen, wobei der Schwenkwinkel zur Messung und Aufzeichnung der von den beiden Lichtzeigern eingeschnittenen Entfernung von der Drehachse benützt itfird.

   2) Stollenschreiber nach Anspruch 1 ', dadurch gekennzeichnet, daß ein die Richtung des schwenkbaren Lichtzeigers "bff&timmendes. optische Bauelement mit einem die Tangensfunktion darstellenden "eine Schreibvorrichtung bewegenden Getriebe verbunden ist*

   3) Stollenschreiber nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in einer mit dem schwenkbaren Bauelement verbundenen Gabel besteht, in die ein Mitnehmerstift an einer parallel zur Zeichenebene und lotrecht zur Schwenkachse der Gabel verschiebbaren Stange eingreift.

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   h-) Stollensehreiber nach Ansprüchen 1, 2 und 3? dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Zeichenebene verschiebbare Stange mit einer feinwirkenden Bewegungseinrichtung und einem Schreibstift ausgerüstet ist.

   3) Stollenschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtzeigerprojaktoren eine mit der Schwenkbewegung des optischen Bauelements gekoppelte kurvengesteuerte Foxrusiereinrichtung besitzen, deren Steuerkurve die funktioneile Abhängigkeit der Lage einer den Lichtzeiger auf eine bestimmte ^Entfernung scharfstellenden Yerschiebelinse von dem Schwenkwinkel des optischen Bauelements und damit von der scharfzustellenden Entfernung wiedergibt.

   6) Stollenschreiber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtzeigerprojektoren Lichtquelle, Projektionsmarke und Projektionsobjektiv gemeinsam haben und durch einen fest und einen schwenkbar angeordneten Eeflektor dargestellt Vicerden»

   7) Stollenschreiber nach Ansprüchen 1, 2, 3, ^ und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel des Getriebes mit zweifacher Übersetzung an die Schwenkbewegung des bexireglichen Reflektors angeschlossen'ist.