DE19651476A1 - Geologenkompaß - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Geologenkompaß zur Bestimmung der Lage von Flächen und Linien relativ zur Horizontalen und zum Erdmagnetfeld.

In der Geologie ist es häufig erforderlich, Flächen oder Linien, die z. B. durch die räumliche Orientierung von Gesteinsschichtungen gebildet werden, in ihrer Lage im Raum zu vermessen. Für diese Vermessung stehen an jedem Punkt der Erdoberfläche zwei durch Naturkräfte gegebene Bezugsrichtungen zur Verfügung: Zum einen die auf den Erdmittelpunkt gerichtete Schwerkraft- und damit die hieraus resultierende horizontale Ebene -, zum anderen die zum magnetischen Nordpol weisende Magnetkraft des Erdmagnetfeldes. Unter Ausnutzung dieser Kräfte sind Kompasse entwickelt worden, welche es erlauben, die Lage einer Fläche oder Linie relativ zu den genannten Bezugsrichtungen zu bestimmen.

In der Geologie haben sich dabei bestimmte Konventionen für die Angabe der Lage einer Fläche oder eines sog. "Linears" (d. h. einer Geraden) im Raum eingebürgert. So wird unter der "Streichrichtung" oder dem "Streichen" einer Fläche der Winkel verstanden, den eine in der Fläche liegende, horizontale Linie mit der magnetischen Nordrichtung bildet. Unter der "Einfallsrichtung" versteht man den Winkel zwischen der Fläche und der horizontalen Ebene. Das "Abtauchen" bezeichnet den Winkel, den die Schnittlinie zwischen einer vertikalen Ebene und der Fläche relativ zur Horizontalen annimmt (vgl. Flick, Quade, Stache: "Einführung in die tektonischen Arbeitsmethoden", Clausthaler Tektonische Hefte, 1972, S. 16ff). Alternativ ist es zur Beschreibung der Lage einer Fläche auch möglich, die senkrecht auf der Fläche stehende Achse (Flächennormale oder "Flächenpol") zu beschreiben.

Zur Bestimmung dieser Werte sind insbesondere zwei Kompaßtypen gebräuchlich. Hierbei handelt es sich zum einen um den sog. Bergmanns- oder Geologenkompaß, welcher aus einer bekannten Magnetnadel, einem Neigungsmesser (nach Art eines Pendels) und einer Wasserwaagenlibelle besteht. Zur Bestimmung von Streichen und Abtauchen sind zwei Messungen nacheinander erforderlich, wobei der Kompaß u. a. waagerecht ausgerichtet werden muß. Eine einhändige Messung ist nicht möglich. Des weiteren gibt es den sog. Gegfügekompaß nach CLAR. Mit diesem werden in einem Meßvorgang sowohl das Streichen als auch Einfallsrichtung bestimmt, indem vom Kompaß eine Anlegeplatte (Deckel) abgeklappt und an die zu messende Fläche angelegt wird, während der Kompaß selbst mit Hilfe einer Libelle waagerecht auszurichten ist. Auch dieser Vorgang ist jedoch nicht mit einer Hand durchzuführen. Erschwerend kommt hinzu, daß das Ablesen des Neigungswinkels an der Drehachse der Anlegeplatte erfolgt, wo nur sehr wenig Raum für eine Skala zur Verfügung steht. Dementsprechend ist das Ablesen schwierig und nur mit geringer Genauigkeit möglich.

Die Messung der Richtung des Erdmagnetfeldes mit Hilfe einer Magnetnadel, die frei drehbar gelagert ist und sich unter dem Einfluß des Erdmagnetfeldes in Nord-Süd-Richtung ausrichtet, ist seit langem bekannt. In der DE-4 72 232 wird eine derartige Magnetnadel in einem mit Flüssigkeit gefüllten, kugelförmigen Gehäuse angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß das durchsichtige kugelförmige Gehäuse wie eine Vergrößerungslinse wirkt und das Ablesen des Kompasses erleichtert. In ähnlicher Weise beschreibt die DE 11 69 147 einen fortentwickelten Kompaß, bei dem der Magnet innerhalb eines kugelförmigen transparenten Gehäuses gelagert ist. Der Magnet besteht hierbei aus einem Hohlkörper, in welchem ein komprimierbares Gasvolumen enthalten ist. Durch Veränderung der Flüssigkeitsfüllung innerhalb des Kugelkompasses kann das Gasvolumen mehr oder weniger komprimiert werden und somit ein Schwebezustand des Magneten innerhalb des Gehäuses erzielt werden. Den beiden genannten Schriften ist jedoch gemein, daß sie nur für eine Vermessung der Richtung des Erdmagnetfeldes ausgelegt sind. Eine Messung relativ zur Erdschwere erfolgt mit ihnen nicht.

Die Verbindung einer Messung des Magnetfeldes und der Erdschwere wird z. B. in der DE 39 15 404 in einem Kompaß, der speziell für geologische Zwecke ausgelegt ist, beschrieben. Allerdings handelt es sich bei diesem Kompaß um ein aufwendiges elektronisches Meßgerät, bei dem die Einstellung einer Magnetkugel im Magnetfeld und Erdschwerefeld mit Hilfe elektronischer Sensoren erfaßt und einer elektronischen Datenverarbeitung zugeführt wird. Die Anwendung dieses Kompasses erfordert daher erheblichen apparativen Aufwand. Schnelle und unkomplizierte Messungen des Geologen vor Ort sind hiermit nicht möglich. Zudem ist der Kompaß durch seine aufwendige Herstellungsweise teuer.

Demgegenüber beschreibt die US 3,956,831 einen Geologenkompaß, welcher ohne elektronische Hilfsmittel bei der Messung auskommt. Dieser Kompaß besteht aus einem kugelförmigen Gehäuse, dessen eine Hälfte transparent ist, und dessen andere Hälfte innerhalb eines Sockels gelagert ist. Innerhalb des kugelförmigen Gehäuses ist auf einer Flüssigkeitsschicht eine Scheibe mit einer Gradeinteilung gelagert. Diese Scheibe ist mit einem Magneten verbunden und richtet sich daher mit einer bestimmten Orientierung zum Erdmagnetfeld aus. Desweiteren geht von der Scheibe ein Zeiger aus, der auf einen Punkt an der Innenoberfläche des Kugelgehäuses weist. Dadurch, daß die im Kugelgehäuse befindliche Flüssigkeit und somit auch die auf ihr schwimmende Scheibe stets horizontal zum Erdschwerfeld ausgerichtet sind, weist der senkrecht von der Scheibe abstehende Zeiger stets entlang der Vertikalen. Das schwimmende Magnet/Zeigersystem liefert somit auf der Kugeloberfläche des äußeren Gehäuses (mindestens) zwei Referenzpunkte: Die Lage der Nord-Marke auf der Scheibe sowie die Spitze des in die Vertikale weisenden Zeigers. Da die Gehäusekugel fest mit dem Sockel verbunden ist, und der Sockel auf eine zu vermessende Fläche angelegt wird, kann auf diese Weise letztendlich die Orientierung der zu vermessenden Fläche bestimmt werden. Zur Durchführung der Messung enthält der Kompaß desweiteren eine mit dem Sockel drehbar verbundene, halbkreisförmige Skala. Diese Skala wird bei der Messung so gedreht, daß sie genau über dem von dem Zeiger indizierten Punkt zu liegen kommt. Der Kompaß gemäß der US 3,956,831 erlaubt zwar die Einmessung von geologischen Flächen ohne elektronische Hilfsmittel, jedoch ist seine Anwendung durch die Notwendigkeit, die drehbare Skala relativ zum Sockel zu verstellen, noch relativ umständlich. Insbesondere ist jedoch mit dem Kompaß auch nicht möglich, über Kopf liegende Flächen unmittelbar zu vermessen. Als Hilfskonstruktion für eine derartige Aufgabenstellung wird am Sockel des Kompasses lediglich ein um 90° ausklappbarer Anlegeschenkel beschrieben. Die Anwendung des Kompasses bei über Kopf gelegenen Flächen wird damit jedoch sehr umständlich und aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Platzes kaum ordnungsgemäß durchführbar. Zudem muß eine Umrechnung der Skalenablesungen erfolgen.

Die DE 30 24 734 beschreibt demgegenüber einen Kugelkompaß, bei welchem die Kugel komplett innerhalb eines kubischen Außengehäuses gelagert ist. An allen sechs Flächen des Kubus wird dabei in der Mitte ein kreisrunder Ausschnitt mit einem Blick auf den Kugelkompaß freigegeben. Obwohl die genannte Anmeldung primär die Anwendung als Neigungswinkelmeßgerät beschreibt, ist es durch Einbringung eines Magneten in die Innenkugel auch möglich, das Erdmagnetfeld und das Erdschwerefeld zu vermessen. Da der genannte Kompaß von allen Seiten gleich aussieht, ist es hiermit grundsätzlich auch möglich, über Kopf gelegene Flächen zu vermessen. In diesem Falle müßte lediglich eine Ablesung an einem unteren Fenster des Kompasses erfolgen. Nachteilig bei diesem Kompaß ist jedoch, daß durch die Unterbringung der Magnetkugel in einem Kubus der ganz überwiegende Teil der Kugeloberfläche nicht von außen sichtbar ist. Die Ablesungen können daher immer nur an bestimmten Stellen der Oberfläche der Innenkugel erfolgen. Dies ist jedoch äußerst nachteilig unter den Bedingungen, wie sie z. B. unter Tage bei der Einmessung von schwer zugänglichen Gesteinslagen herrschen. In diesen Fällen kann es unmöglich sein, eine der freiliegenden Flächen einzusehen.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, einen Geologenkompaß zur Bestimmung der Lage von Flächen und Linien relativ zur Erdschwerkraft und zum Erdmagnetfeld zur Verfügung zu stellen, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Dieser Kompaß soll daher zum einen einen einfachen Aufbau haben und insbesondere ohne elektronische Hilfsmittel auskommen, zum anderen für die Durchführung der Messung keine besonderen Voreinstellungen, Justierungen, Drehbewegungen oder dergleichen am Kompaß erfordern und schließlich auch die Vermessung von über Kopf gelegenen Flächen und Linien an schwer zugänglichen Orten erlauben. Er soll insbesondere die folgenden für den Einsatz bei geologischen Messungen wichtigen Eigenschaften bieten:

• - einhändige Benutzung
• - "Einfrieren" von Meßergebnissen
• - Messung von Einfallsrichtung und -winkel
• - Messung von Streichen und Einfallen
• - Messung von Flächenpol und Winkel.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kompaß gelöst, welcher folgende Elemente enthält:

• a) ein transparentes, im wesentlichen kugelförmiges Gehäuse mit einem kugelförmigen inneren Hohlraum,
• b) eine Kompaßkugel, welche frei beweglich im Hohlraum des Gehäuses angeordnet ist und einen exzentrischen Schwerpunkt sowie einen Magneten enthält,
• c) einen Sockel, welcher mit dem Gehäuse verbunden ist und mindestens drei definierte Auflagepunkte zum Anlegen an eine Fläche oder Linie hat, wobei
• d) mehr als 60% der Oberfläche des Gehäuses von außen frei einsehbar sind.

Der erfindungsgemäße Kompaß erlaubt eine einfache, mit nur einer Hand durchzuführende Vermessung von Flächen und Linien. Wenn z. B. eine Fläche vermessen werden soll, wird der Kompaß mit den drei Auflagepunkten des Sockels auf dieser Fläche positioniert. Die im Inneren des Gehäuses befindliche Kompaßkugel richtet sich sodann so aus, daß ein bestimmter Punkt auf ihr (im folgenden Zenit genannt) die höchstmöglichste Lage einnimmt, während der diametral hierzu gelegene Punkt (im folgenden Nadir genannt) an der tiefsten Stelle zu liegen kommt. Die Ausrichtung dieser beiden Punkte wird dadurch bestimmt, daß die Kompaßkugel einen exzentrischen Schwerpunkt hat. Dieser Schwerpunkt nimmt in der Gleichgewichtslage der Kompaßkugel die tiefstmögliche Stellung ein, d. h. er liegt unterhalb des Mittelpunktes der Kompaßkugel auf der Verbindungslinie zwischen Zenit und Nadir. Typischerweise sind Zenit und Nadir auf der Kompaßkugel markiert, so daß ihre Lage von außen leicht erkannt werden kann. Desweiteren orientiert sich die Kompaßkugel auch unter dem Einfluß des Erdmagnetfeldes, da mit der Kompaßkugel ein Magnet verbunden ist. Die Kompaßkugel wird sich daher um die vertikale Achse (durch Zenit und Nadir) so lange drehen, bis der Magnet in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet ist. Durch entlang des Äquators (Großkreis in der Mitte zwischen Nadir und Zenit) angebrachte Markierungen kann die Orientierung der Kompaßkugel relativ zum Erdmagnetfeld von außen erkannt und gemessen werden. Zusammenfassend läßt sich somit sagen, daß sich die Kompaßkugel unter dem Einfluß von Erdmagnetfeld und Erdschwere in definierter Weise ausrichtet, nämlich so, daß Zenit und Nadir die Richtung der Vertikalen anzeigen, während die Markierungen entlang des Äquators die Nord-Süd-Richtung (und damit sämtliche andere Himmelsrichtungen) indizieren.

Um die in einer bestimmten Weise im Raum ausgerichtete Kompaßkugel befindet sich nun das transparente äußere Gehäuse, welches mit dem Sockel des Kompasses verbunden ist. Durch das Anlegen des Sockels an eine bestimmte Fläche oder Linie wird das mit ihm verbundene Gehäuse in einer definierten, von der Orientierung der Fläche/Linie abhängigen Weise ausgerichtet. Durch die Bestimmung der relativen Lage von Gehäuse und Kompaßkugel kann somit gleichzeitig die Lage der zu bestimmenden Fläche im Raum festgestellt werden. Mit dem erfindungsgemaßen Kompaß kann diese Messung auf besonders einfache Weise ohne weitere Manipulationen oder Einstellungen am Kompaß selbst erfolgen. Da mehr als 60% der Oberfläche des Gehäuses von oben frei einsehbar sind, ist es mit dem erfindungsgemäßen Kompaß insbesondere auch möglich, über Kopf gelegene oder unzugängliche Flächen zu vermessen. Die Ablesung der Relativlage von Kompaßkugel und Gehäuse kann dabei auch an der Unterseite der Kompaßkugel erfolgen. Sie kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle des frei zugänglichen Teiles stattfinden, wodurch auch Messungen an schwer zugänglichen Stellen, welche nur eine ganz bestimmte Blickrichtung auf den Kompaß freigeben, ermöglicht. Derartige Messungen waren mit Geologenkompassen nach dem Stand der Technik nicht möglich.

Obwohl drei Auflagepunkte zur definierten Anlage des Sockels an eine Fläche bzw. zwei Auflagepunkte zur Anlage an eine Linie reichen, hat der erfindungsgemäße Kompaß vorzugsweise einen Sockel mit einer ebenen Auflagefläche. Diese kann insgesamt in Kontakt mit der zu vermessenden Fläche gebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, über kleinere Unebenheiten der zu vermessenden Fläche eine Mittelung durchzuführen. Ebenso hat der Sockel zur Vermessung von Linien vorzugsweise zwei gerade Anlegekanten. Auch hierdurch kann ein unregelmäßiger Verlauf der Linie über einen bestimmten Bereich hinweg ausgeglichen werden.

Die Kompaßkugel ist vorzugsweise flüssigkeitsgelagert. Aufgrund einer möglichst genauen Einstellung der Dichte der Kompaßkugel schwebt sie innerhalb des Gehäuses. Diese Art der Lagerung führt zu einer besonders geringen Reibung zwischen Kompaßkugel und Gehäuse, so daß sich beide relativ unabhängig voneinander bewegen können.

Desweiteren kann im Rahmen der Erfindung die Kompaßkugel über eine von außen bedienbare Arretiervorrichtung in dem Gehäuse fixiert werden. Diese Arretierungsmöglichkeit hat verschiedene Vorteile. Zum einen kann beim Transport des Kompasses verhindert werden, daß sich die Kompaßkugel innerhalb des Gehäuses frei bewegen kann. Dies bedeutet eine Sicherung gegenüber Abnutzung oder Schäden, wie sie z. B. bei Stößen und einem Anschlagen der Kompaßkugel an das Gehäuse stattfinden kann. Desweiteren ist es mit der erfindungsgemäßen Arretierung aber auch möglich, den Kompaß an eine zu vermessende Fläche anzusetzen, die Ausrichtung der Kompaßkugel zum Gleichgewichtszustand abzuwarten, und schließlich durch eine Fixierung der Lage der Kompaßkugel das Meßergebnis "einzufrieren". Der Kompaß kann dann von der zu vermessenden Fläche entfernt werden und das Ablesen des Meßergebnisses kann unter geeigneten bzw. optimalen Bedingungen (Licht, Platz) erfolgen. Durch die Arretiervorrichtung wird somit ein Einsatz des Kompasses auch unter sehr ungünstigen Meßbedingungen möglich. Der Meßort kann dabei sogar nicht einsehbar gelegen sein. Auch bei Betätigung der Arretiervorrichtung besteht nach wie vor die Möglichkeit, den Kompaß einhändig zu bedienen. Für die Funktionsweise der Arretiervorrichtung gibt es verschiedene Alternativen. So kann zwischen zwei Zuständen "arretiert" bzw. "nicht-arretiert" hin und her geschaltet werden oder es kann nach Art eines Tasters jeweils nur einer dieser Zustände solange angenommen werden, wie die Arretiervorrichtung durch den Anwender betätigt wird. Bei dem oben beschriebenen "Einfrieren" eines Meßergebnisses kann dies z. B. solange erfolgen, wie der Anmelder den vorgegebenen Arretierknopf gedrückt hält.

Vorzugsweise weist die Arretiervorrichtung folgende Elemente auf:

• a) einen von außen bedienbaren Stift, welcher vorzugsweise durch eine Feder in einer Ausgangsposition gehalten wird,
• b) eine Membrandichtung, welche eine Öffnung im Hohlraum des Gehäuses verschließt,
  wobei
• c) der Stift direkt oder indirekt die Membran gegen die Kompaßkugel drücken kann, um diese zu fixieren.

Die Membrandichtung ist dabei erforderlich, wenn das Innere des Gehäuses durch eine Flüssigkeit zur Lagerung der Kompaßkugel gefüllt ist. In diesem Fall muß ein dichter und zugleich beweglicher Verschluß des Gehäuses nach außen zur Verfügung gestellt werden.

Zum Ablesen des Meßergebnisses tragen die Kompaßkugel und/oder das Gehäuse Markierungen, mit Hilfe derer sich die relative Position dieser beiden Elemente bestimmen läßt. Besonders bewährt hat sich eine Markierung, bei der die Kompaßkugel eine umlaufende Gradeinteilung am Äquator und eine Markierung der Pole Nadir und Zenit trägt. In ähnlicher Weise hat das Gehäuse eine auf einem Großkreis, der Zenit und Nadir enthält, umlaufende Gradeinteilung sowie eine Markierung der zwei Punkte, an denen diejenige Kugelachse die Gehäusekugel durchstößt, die senkrecht zu diesem Großkreis steht. Diese Markierung des Gehäuses ist somit bis auf eine Drehung um 90° identisch mit der Markierung der Kompaßkugel. Der Sockel ist vorzugsweise im Nadir des Gehäuses befestigt.

Als weitere Hilfsmittel kann der Sockel eine Peilvorrichtung enthalten, welche vorzugsweise in Form einer Bohrung durch den Sockel ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, den Kompaß auf entfernt gelegene Bezugspunkte auszurichten. Desweiteren kann der Sockel eine Bohrung enthalten mit einem Innengewinde, so daß er auf einem Stativ befestigt werden kann.

Bevorzugte Materialien für das Gehäuse des Kompasses sind Glas oder transparenter Kunststoff, vorzugsweise schlagzäh-modifiziertes Polystyrol, Polycarbonat, Polyester, Polymethacrylate, insbesondere (Polymethyl)- methacrylat.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Kompaß mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert.

Abb. 1 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kompaß.

Abb. 2 zeigt verschiedene Ansichten des Kompasses und der Kompaßkugel mit ihren Markierungen:

Abb. 2A = Seitenansicht der Kompaßkugel

Abb. 2B = Aufsicht der Kompaßkugel

Abb. 2C = Aufsicht des Kompasses

Abb. 2D = Vorderansicht des Kompasses

Abb. 2E = Seitenansicht des Kompasses

Abb. 2F = Sicht von unten auf den Kompaß

Abb. 3 zeigt eine Seitenansicht des Kompasses bei der Vermessung einer Fläche im Raum.

Der erfindungsgemäße Kompaß 1 enthält eine Kompaßkugel 2, die schwimmend in einem transparenten Gehäuse 3 gelagert ist und sich aus zwei hohlen, möglichst weißen Halbkugeln zusammensetzt. Die Kompaßnadel 4 (Magnet) wird zentral in der Kugel positioniert (Abb. 1). In an sich bekannter Weise kann das Zusammenspiel von Magnetstärke und Dämpfung in der Lagerflüssigkeit optimiert werden, um eine schnelle Ausrichtung des Kompasses zu ermöglichen. Die Fixierung der Nadel wird erleichtert, indem die Nadel etwas länger als der Innendurchmesser der Kugelhälften ist. Sie kann somit in die auf dem Rand der unteren Halbkugel vorgesehenen Vertiefungen eingelegt werden. In der unteren Halbkugel wird am tiefsten Punkt ein Gewicht 5 befestigt. Dieses Gewicht wird so gewählt, daß es das Gewicht der Kompaßnadel sowie die magnetfeldbedingte Neigung auf verschiedenen geographischen Breiten (Inklination des Erdmagnetfeldes) kompensiert, und ferner so, daß die vollständige Kugel die gleiche oder eine geringfügig höhere Dichte besitzt, wie die im Gehäuse umgebende Flüssigkeit. Dies ist wichtig, um eine schnelle, d. h. möglichst reibungsfreie Ausrichtung des Kompasses zu gewährleisten. Beide Kugelhälften werden nach Einbringen des Gewichtes und der Kompaßnadel wasserdicht verklebt, wobei die Kompaßnadel permanent fixiert wird.

Das Gehäuse besteht prinzipiell aus einer Hohlkugel, die auf einem Sockel 6 fixiert ist. Es kann aus zwei gleichen Hälften oder aus der Basis mit der unteren Halbkugel und einer oberen Halbkugel hergestellt werden. Das gesamte Gehäuse besteht aus hochtransparentem strapazierfähigem Plastik, und der Innendurchmesser der Gehäusekugel ist so gewählt, daß möglichst wenig Spiel zwischen ihr und der Kompaßkugel vorhanden ist. Ein Durchmesserunterschied von mehr als 1 mm darf nicht vorhanden sein, da mit größerem Spiel die Meßgenauigkeit rapide zurückgeht.

Das Gehäuse 3 ist auf einem H-förmigen Sockel 6 fixiert, dessen zwei parallele Kanten als Meßkanten 7 zum Anlegen an Flächen oder Linien dienen (Abb. 2C). In diesen Sockel wird eine Bohrung 8 eingebracht, die nach der Füllung der Kugel mit Öl mit einer Gummidichtung 9 und einem Ring 10 verschlossen wird. Ferner gibt es im Sockel 6 einen Mechanismus zur Arretierung der inneren Kompaßkugel 2 in folgenden Varianten:

• 1. permanente Arretierung mit Dearretierung auf Knopfdruck,
• 2. permanente Dearretierung mit Arretierung auf Knopfdruck,
• 3. Arretierung und Dearretierung auf Wunsch.

Hierfür ist ein senkrecht in den Sockel des Gehäuses eingeführter, gegen eine Feder 12 drückender Arretierstift 11 vorgesehen (vorzugsweise aus Aluminium), der mit einem Stempel 13 Kontakt hat. Dieser Stempel 13 ist aus einem Material, das eine möglichst geringe Reibung aufweist, z. B. Teflon. Der Stempel kann die Gummidichtung an die Kompaßkugel drücken.

Die Gummidichtung 9 ist so gewählt, daß sie bei Arretierung/Dearretierung des Kompasses den Flüssigkeitsüberschuß in der Gehäusekugel kompensieren kann. Die ist notwendig, da sich Flüssigkeiten nicht komprimieren lassen. Desweiteren ist vorgesehen, ein Teflonstück auf der Gehäusekugelinnenseite der Dichtung anzubringen, um die Dehnung (den Verschleiß) der Dichtung bei Arretierung möglichst gering zu halten, und um möglicher Reibung zwischen Kompaßkugel und Dichtung vorzubeugen. Dies kann jedoch auch bei entsprechender Form der Dichtung wegfallen.

Nach Einbringung der Dichtung und des Arretierungsmechanismus wird die Bohrung auf der Unterseite des Gehäuses mit einem Deckel verschlossen, um Verunreinigungen durch Staub und Sand zu vermeiden.

Als Peilvorrichtung ist eine einfache Bohrung 16, parallel zur der Arretierung gegenüberliegenden Gehäusebasiskante, durch die Basis des Gehäuses vorgesehen, die nach Bedarf auch mit Kimme und Korn oder Fadenkreuz versehen werden kann. Um die Montage des Kompasses auf einem Stativ zu ermöglichen, ist im Sockel ein entsprechendes Gewinde 14 vorgesehen. Dieses kann ggfs. mit einer Schraube vor Verschmutzung geschützt werden.

Auf der Kompaßkugel wird am Äquator eine Gradeinteilung angebracht (Abb. 2A). Je nach Belieben kann dies in Alt- oder Neugrad erfolgen. Desweiteren wird diese auf der oberen und unteren Hemisphäre jeweils mit Ziffern versehen, sowie mit N,E,S,W. Die Grad-Markierungen erfolgen auf der oberen Hemisphäre der Kugel von oben (Zenit) gesehen im Uhrzeigersinn beginnend am Nordpol der Kompaßkugel. Auf der unteren Halbkugel erfolgt die Beschriftung vom Zenit der Kugel gesehen ebenfalls im Uhrzeigersinn, beginnt hier jedoch am Südpol, d. h. die Beschriftung ist im Bezug auf die der oberen Hemisphäre um 180° verdreht. Diese Art der Beschriftung ist notwendig, um die Daten von Flächenoberseiten (Ablesen auf der oberen Hemisphäre) und Flächenunterseiten (Ablesen auf der unteren Hemisphäre) zu ermöglichen. Jeweils auf dem Zenit und auf dem Nadir der Kompaßkugel wird ein Fadenkreuz aufgetragen (Abb. 2B). Die Markierung auf dem Zenit dient als Ersatz für die Luftblase einer Wasserwaage bzw. der Libelle.

In ähnlicher Weise wird auf der Innenseite der Gehäusekugel eine Gradeinteilung angebracht (Abb. 2D). Dabei sei im folgenden derjenige Großkreis auf der Gehäusekugel als "Äquator" bezeichnet, der parallel zur Anlegeebene des Sockels 6 verläuft. In diesem Sinne verläuft die Gradeinteilung auf dem Gehäuse "senkrecht zum Äquator". Sie beginnt am Zenit des Gehäuses mit 90° und nimmt an den beiden Schnittpunkten mit dem Äquator den Wert 0° an. Genau senkrecht zu dieser Gradeinteilung werden auf dem Äquator der Gehäusekugel beidseitig Fadenkreuz-Markierungen angebracht (Abb. 2E). Die Gradeinteilung auf der Gehäusekugel verläuft parallel zu den Meßkanten 7 des Kompaßsockels (Abb. 2C).

Um die Oberseite einer beliebig im Raum orientierten Fläche 15 geographisch einzumessen, wird der Kompaß mit der unteren Sockelfläche auf ihr aufgelegt und so orientiert, daß seine beiden Meßkanten 7 parallel zu der steilstmöglichen Linie auf dieser Fläche liegen; die zu den Meßkanten rechtwinkligen anderen Kanten des Kompasses liegen dann horizontal (Abb. 3). Dies trifft zu, wenn das Fadenkreuz im Zenit der Kompaßkugel (vgl. Abb. 2.B) unter der Gradeinteilung des Gehäuses (vgl. Abb. 2.D) zu liegen kommt.

In dieser Stellung kann seitlich am Kompaß der sog. "Streichwert" der Fläche abgelesen werden (= Winkel zwischen der magnetischen Nordrichtung und einer in der zu vermessenden Fläche gelegenen Horizontalen), und zwar an dem Punkt, an welchem das Fadenkreuz des Gehäuses (vgl. Abb. 2.E) und die Gradeinteilung der Kompaßkugel (vgl. Abb. 2.A) übereinanderliegen (Abb. 3).

Ebenso kann in dieser Stellung eine grobe, oder auch die genaue Einfallsrichtung (= Winkel zwischen der Horizontalebene und der Fläche) abgelesen werden. Dies erfolgt auf der Kompaßkugel, am Schnittpunkt der Gradeinteilung der Kompaßkugel mit jener des Gehäuses. Der Neigungswinkel der Fläche wird ebenfalls an dieser Stelle abgelesen, und zwar auf der Gradeinteilung des Gehäuses.

Um die Unterseite einer beliebig im Raum orientierten Fläche einzumessen, erfolgt die Ausrichtung des Kompasses ähnlich, jedoch wird diesmal das Fadenkreuz im Nadir der Kompaßkugel unter die Gradeinteilung des Gehäuses gebracht.

Nach der ersten Methode wird der Streichwert wiederum seitlich am Gehäuse, am Schnittpunkt von Gehäuse-Fadenkreuz und Kompaßkugel-Gradeinteilung abgelesen. Einfallsrichtung und -winkel werden am Schnittpunkt von Gehäuse-Gradeinteilung und Kompaßkugel-Gradeinteilung abgelesen.

Nach einer zweiten Methode, die der Anwendung des Gefügekompasses nach CLAR entspricht, wird das Streichen vernachlässigt und nur Einfallsrichtung und -winkel am Schnittpunkt von Gehäuse-Gradeinteilung und Kompaßkugel-Gradeinteilung abgelesen. Auch das Ablesen des Winkels des Flächepols (= Flächennormale) kann unmittelbar am Kompaß erfolgen, ohne daß eine Umrechnung erforderlich wäre.

Die Messung von Linearen erfolgt auf die gleiche Art und Weise wie die Messung von Flächen, da Flächenmessungen prinzipiell der Messung eines Linears, und zwar dem steilstmöglichen Linear auf dieser Fläche entsprechen. Eine der beiden Meßkanten des Kompasses wird parallel zu dem zu messenden Linear orientiert. Sodann wird der Kompaß um das Linear gedreht - auf- und abgekippt - bis das obere Fadenkreuz der Kompaßkugel zum Schnitt kommt mit der Gradeinteilung des Gehäuses. Einfallsrichtung und -winkel werden, wie schon zuvor, am Schnittpunkt von Gehäuse- und Kompaßkugelgradeinteilung abgelesen.

Wie auch schon bei Flächen beschrieben, können auch bei Linearen "Über- Kopf-Messungen", d. h. Messungen von Linearen und Flächenunterseiten, vorgenommen werden. Die Meßkante des Kompasses wird wieder parallel zu dem zu messenden Linear orientiert, und der Kompaß solange um das Linear rotiert bis das Fadenkreuz im Nadir der Kompaßkugel zum Schnitt mit der Gehäuse-Gradeinteilung kommt. Das Ablesen der Einfallsrichtung, bzw. des Einfallswinkels erfolgt wiederum am Schnittpunkt von Gehäuse- und Kompaßkugelgradeinteilung.

Claims (12)

1. Geologenkompaß zur Bestimmung der Lage von Flächen und Linien relativ zur Erdschwerkraft und zum Erdmagnetfeld, enthaltend

• a) ein transparentes, im wesentlichen kugelförmiges Gehäuse (3) mit einem kugelförmigen inneren Hohlraum,
• b) eine Kompaßkugel (2), welche frei beweglich im Hohlraum des Gehäuses (3) angeordnet ist und einen exzentrischen Schwerpunkt sowie einen Magneten (4) enthält,
• c) einen Sockel (6), welcher mit dem Gehäuse (3) verbunden ist und mindestens drei definierte Auflagepunkte zum Anlegen an eine Fläche oder Linie hat,
  wobei
• d) mehr als 60% der Oberfläche des Gehäuses (3) von außen frei einsehbar sind.

2. Geologenkompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (6) eine ebene Auflagefläche und/oder mindestens eine gerade Anlegekante (7) hat.

3. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaßkugel (2) in dem Gehäuse (3) flüssigkeitsgelagert ist.

4. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaßkugel (2) über eine von außen bedienbare Arretierungsvorrichtung (9, 10, 11, 12, 13) in dem Gehäuse (3) fixiert werden kann.

5. Geologenkompaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung folgende Elemente enthält:

• a) einen von außen bedienbaren Stift (11), welcher vorzugsweise durch eine Feder (12) in eine Ausgangsposition gehalten wird,
• b) eine Membrandichtung (9), welche eine Öffnung im Hohlraum des Gehäuses (3) verschließt,
  wobei
• c) der Stift (11) direkt oder indirekt die Membran (9) gegen die Kompaßkugel (2) drücken kann, um diese zu fixieren.

6. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaßkugel (2) und/oder das Gehäuse (3) Markierungen tragen, mit denen sich die relative Position dieser Elemente (2, 3) bestimmen läßt.

7. Geologenkompaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaßkugel (2) eine umlaufende Gradeinteilung am Äquator und eine Markierung der Pole trägt.

8. Geologenkompaß nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) eine umlaufende Gradeinteilung auf einem Großkreis, der Zenit und Nadir der Gehäusekugel enthält, sowie eine Markierung der über diesem Großkreis gelegenen Pole trägt, wobei der Sockel (6) vorzugsweise im Nadir des Gehäuses (3) befestigt ist.

9. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (6) eine Peilvorrichtung (15) enthält, vorzugsweise in Form einer Bohrung durch den Sockel (6).

10. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (6) eine Bohrung (14) mit Innengewinde zur Befestigung des Geologenkompasses (1) auf einem Stativ enthält.

11. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) aus Glas oder transparentem Kunststoff, vorzugsweise schlagzäh-modifiziertem Polystyrol, Polycarbonat, Polyester, Polymethacrylaten, insbesondere (Polymethyl)-methacrylaten, besteht.

12. Geologenkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) drehbar mit dem Sockel (6) verbunden ist.