DE19729355A1 - Dynamischer Geländeneigungsmesser - Google Patents

Description

Im Vermessungswesen bekannt ist die Ermittlung der Neigung mit Handgefällemesser, Böschungslehre, Ableitung aus Höhenunterschied und Entfernung, Meßlatte und Nivellierinstrument, Theodolit und Laser. Diese Verfahren sind personal- und zeitaufwendig, denn neben dem Vermessungsingenieur sind ein bis zwei Assistenten erforderlich; die Messungen erfolgen statisch und die einzelnen Meßwerte müssen pro Messung notiert oder eingegeben werden. Das dauert entsprechend lange und die mit diesen Verfahren erreichbare Genauigkeit wird nicht immer gefordert.

Das Problem liegt darin, ein Gerät zu entwickeln, das Geländeneigungen "automatisch" feststellt und nur von einer Person bedient zu werden braucht. Das wird dadurch möglich, daß über ein Multimeter mit angeschlossenem Laptop die Meßwerte in Abhängigkeit von Zeit- bzw. Längeneinheit erfaßt und weiterverarbeitet werden. Der in den Patentansprüchen bezeichnete Geländeneigungsmesser löst dieses Problem.

Er wird an einem Zweirad befestigt. Von einem kreiselstabilisierten Pendel wird die Geländeneigung über zwei Zahnräder auf die Potentiometerachse übertragen. Beim Abfahren des Geländes werden die neigungsabhängigen Meßwerte von einem Multimeter erfaßt und von einem tragbaren PC gespeichert. Aus der Summe der Daten läßt sich das Höhenprofil ermitteln und auf dem Bildschirm oder mit einem Drucker graphisch darstellen.

Der Neigungsmesser läßt sich gewerblich herstellen. Das Gerät vermittelt einen genauen Überblick über ein Geländeprofil, wie er z. B. von Sportlern (Radfahrer, Läufer), die bestimmte Strecken oft benutzen, gewünscht wird. Die herkömmliche Vermessung wäre für diese Zwecke zu aufwendig und zu teuer.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den beiden Zeichnungen (s. Fig. 1 und 2) dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Eine 110 mm lange Gewindestange M6 bildet die Achse parallel zur Fahrtrichtung (Fig. 1, Achse X-X). Die Enden der Achse lagern in je einem Kugellager I.D. = 8 mm, A.D. = 13 mm (Fig. 1,e). Die Kugellager werden von Lagerflanschen (Fig. 1,h) gehalten. Diese sind starr mit Aluminium- Flachprofilen verschraubt, die gleichzeitig als Befestigungspunkte des Geländeneigungsmessers unterhalb des Oberrohres eines Fahrrades dienen. Ein etwa mittig auf der Gewindestange montierter Lagerflansch (Fig. 1,i) hält ein Kugellager I.D. = 12 mm, A.D. = 32 mm (Fig. 1,f), welches als Lagerung der Achse quer zur Fahrtrichtung (Fig. 1, Achse Z-Z) dient. Ebenfalls auf der Gewindestange angebracht, befindet sich zwischen Lagerflansch i und Lager e eine Torsionsfeder l = 13 mm, I.D. = 6 mm, d (Draht) = 1 mm (Fig. 1,b). Sie dämpft den Ausschlag des Pendels quer zur Fahrtrichtung und stabilisiert seine der Gravitationskraft gehorchende Ausrichtung. Die freien Enden der Torsionsfeder werden einerseits von einer Mutter M6, Bohrung 1 mm, parallel zur Gewindebohrung (Fig. 1,g), andererseits von einer Schraube M3, l = 20 mm (Fig. 1,k) gehalten. Eine Schraube M6, l = 50 mm, bildet die Z-Z-Achse mit Lagerung im Kugellager f. Auf dieser Achse befindet sich die Halterung (Fig. 1,d) für das Pendel (s. Fig. 2). Des weiteren ist ein Zahnrad A.D. = 25 mm, 50 Zähne (Fig. 1,c) auf der Achse fixiert. Ein zweifach abgeknicktes Blechprofil dient als Potentiometer-Halterung. Die Auslenkung des Potentiometers (Leitplastik-Potentiometer Modell MP10 Megatron 1 KOhm, Linearitätstoleranz ± 2%, elektrischer Drehbereich 300°, Auflösung unendlich, mechanischer Drehwinkel 360° ohne Stop max. Anfangsdrehmoment 0,2 Ncm, Gleitlagerung, Gewicht ca. 8 g) (Fig. 1,a) geschieht durch ein mit der Potentiometerachse starr verbundenes kleines Zahnrad A.D. 5 mm, 10 Zähne. Das gewählte Übersetzungsverhältnis von 1 : 5 bewirkt, daß eine Neigung von z. B. 1° eine Drehung der Potentiometerachse um 5° zur Folge hat, was eine höhere Auflösung bedeutet. Die maximal mögliche Neigung des Geländes, die erfaßt werden kann, errechnet sich wie folgt:
Gegeben:

- Potentiometer: 0-1000 [Ohm]
300° elektrischer Drehbereich
- Zahnräder: 10 : 50 Zähne = 1 : 5 = 0,2[-]
300°.0,2 = 60° = 2.30°.

Unter der Annahme, daß die Potentiometerachse bei 00 Geländeneigung auf 500 Ohm Widerstandswert (= 150° Achsenauslenkung) justiert wird, so erstreckt sich der Neigungsmeßbereich auf 0 bis 300 Steigung bzw. 0 bis 300 Gefälle. Das Pendel besteht aus einem Motor (Modell SP3650-15 Igarashi, 3 V, 14 000 Upm, Gewicht ca. 160 g) (Fig. 2,a) der einen Deckel aus dünnem Stahlblech A.D. = 110 mm, h = 20 mm, d (Blech) = 0,25 mm, Gewicht ca. 26 g (Fig. 2,b) in Rotation um den Deckelmittelpunkt versetzt. Diese Kombination aus einem Motor mit hoher Drehzahl und einem leichten Deckel mit großem Durchmesser fungiert als Kreisel mit hoher Rotationsachsenstabilität. Wirken nun Kräfte auf den Kreisel, die ihn von seiner Ausrichtung zum Erdmittelpunkt hin abbringen (z. B. Erschütterungen), so macht der Kreisel eine Ausweichbewegung sowohl um die Achse X-X, als auch um die Achse Z-Z. Die Ausweichbewegung um die Achse X-X wird hierbei durch die oben beschriebene Torsionsfeder (Fig. 1,b) so stark gedämpft, daß sich die Stabilisierung des Kreisels in kürzest möglicher Zeit einstellt. Das Gesamtgewicht des dynamischen Geländeneigungsmessers beträgt ca. 500 g.

Angaben zur erreichbaren Meßgenauigkeit:
Bei Einsatz des Potentiometers als Spannungsteiler und Verwendung eines Multimeters mit einer Auflösung von 1 mV ergibt sich folgende Berechnung:

Gegeben:- Potentiometer: 0-1000 [Ohm]
300° elektrischer Drehbereich
- Zahnräder: 10 : 50 Zähne = 1 : 5 = 0,2[-]
Batterie: 1500 [mV]

• a) Berechnung der Spannungsänderung [dmV] pro 1 GRAD Potentiometerachsendrehung:
  1500 mV/300° (Poti) = 5 mV/1° (Poti)
• b) Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses unter Annahme eines vernachlässigbaren Zahnflankenspiels:
  5 mV/1° (Poti) = 25,0 mV/1°(Neigung) = 1 mV/0,04° (Neigung)
• c) Umrechnung von GRAD in PROZENT: (10 = ca. 1,75%)
  25 mV/1,75% = 14,3 mV/1% = 1 mV/0,07%
• d) Umrechnung von GRAD in GON: (90° = 100 gon)
  25 mV/1,11 gon = 22,5 mV/1 gon = 1 mV/0,044 gon

Claims (6)

1. Dynamischer Geländeneigungsmesser, gekennzeichnet durch
2. 1. (Präzisions-) Potentiometer als Lieferant von Meßwerten (Widerstände oder Spannungen)
3. 2. Stabilisierung des Pendels durch einen Kreisel
4. 3. Dämpfung der Längsachsenbewegung (im bzw. gegen den Uhrzeigersinn) durch Federkraft
5. 4. Antrieb des auf der Potentiometerachse montierten Zahnrades durch ein größeres Zahnrad
6. 5. Erfassung und Verarbeitung der Meßdaten durch ein Multimeter mit angeschlossenem Laptop.