DE2147351B2

DE2147351B2 - Nivelliergerät

Info

Publication number: DE2147351B2
Application number: DE2147351A
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Urawa Kijima (Japan)
Original assignee: Tokyo Kogaku Kikai KK
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1974-07-04
Also published as: DE2147351A1; DE2147351C3; US3772798A

Description

Die Erfindung betrifft ein Nivelliergerät mit einem auf die zu nivellierende Vorrichtung aufsetzbaren Gehäuse, das um einen der Neigung der zu nivellierende η Vorrichtung entsprechenden Winkel geneigt werden

i.s kann. Insbesondere betrifft die Erfinaung ein nach dem Aufhängungsprinzip arbeitendes Nivelliergerät, wie es beispielsweise in den sogenannten automatischen Nivelliergeräten Verwendung findet.

Es ist bisher ein Horizontanzeige gerät bekanntgeworden, das nach dem Prinzip der Wasserwaage arbeitet. Auch ist ein Gerät zur Anzeige der Lotrechten bekannt, das nach dem Prinzip des Pendels arbeitel. Die bekannten nach den obengenannten Prinzipien arbeitenden Geräte sind zur Verwendung für tragbare optische Geräte, z. B. für ein automatisches Nivelliergerät, nicht geeignet, und zwar vor allem deswegen, weil die bekannten Vorrichtungen! durch Vibration beeinflußt werden, wenn sie auf solchen optischen Geräten angebracht oder in Verbindung mit ihnen be-

nutzt werden. Um die Vibrationen zu stabilisieren, müssen Vibrationsdämpfer vorgesehen werden; solche vibrationsstabilisierten Geräte sind jedoch im allgemeinen kompliziert und damit auch recht kostspielig-

Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, die Nachteile der bekannten Geräte zu vermeiden und auf prinzipiell vollkommen neuer Grundlage Nivelliergerät? bzv/. Geräte zur Anzeige der Horizontalen oder Vertikalen zu schaffen, α,'ί sich bei einfachster Bauweise vor allem durch eine hervorragende Vibrationsdämpfung auszeichnen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Nivelliergerät mit einem Bezugsrahmen bzw. einem Gehäuse vorgeschlagen, gekennzeichnet durch ein mit dem Gehäuse fest verbundenes tragendes Element mit einer gleichmäßig gekrümmten konvexen Oberfläche mit kreisförmigem, den Krümmungsmittelpunkt umspannenden Oucrschnitt, durch einen Flüssigkeitsfilm auf der gekrümmten Oberfläche des tragenden Elementes, durch ein getragenes Element mit einer konkaven Oberfläche, die entsprechend der konvexen Fläche des tragenden Elementes gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius der konkaven Fläche des getragenen Elementes praktisch gleich dem

5.S Krümmungsradius der konvexen Fläche des tragenden Elementes ist und durch eine so bemessene Oberflächenspannung des Flüssigkcitsfilms. daß das an der gekrümmten Fläche des tragenden Elementes gleitend aufgehängte getragene Element mit seiner konkaven Fläche in bündigem Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm auf der konvexen Fläche des tragenden Elementes steht, und daß der Schwerpunkt des getragenen IiIcmcntcs unterhalb des Krümmungsmittelpunktes seiner konkaven Fläche liegt. Vorzugsweise wird der Flüssigkeitsfilm durch Silikonöle gebildet.

Die konkave bzw. die konvexe Fläche, die durch einen kreisförmigen Querschnitt gekennzeichnet ist, kann dabei sowohl kugelförmig als auch zylindrisch

ausgebildet sein.

Durch die entsprechende Auswahl des Krümmungsradius der gekrümmten Flächen, des Gewichtes des getragenen Elementes und der Viskosität des die Aufhängung vermittelnden Flüssigkeitsfilmes können optische Nivellieraufhängungen bzw. optische Nivelliergeräte mit idealem Dämpfungsverhalten in höchst einfacher Bauweise hergestellt werden.

Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung eines besonders einfachen Ausführungsbeispiels der Erfindung mit horizontaler Lage des Gehäuses,

F i g. 2 die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform bei von der Horizontalen abweichender Lage des Gehäuses,

F i g. 3 eine schematische Darstellung in Seitensicht eines automatischen Nivelliergerätes unter Verwendung des Nivelliergerätes gemäß der Erfindung.

F i g. 4 eine. Draufsicht auf das in F i g. 3 gezeigte automatische Nivelliergerät,

F i g. 5 eine schematische Darstellung des optischen Systems eines Theodoliten unter Verwendung des Nivelliergerätes bzw. der Nivelliervorrichtung gemäß der Erfindung bei Übereinstimmung der optischen Ache mit der Vertikalen,

F i g. 6 eine schematische Darstellung des optischen Systems des in Fig. 5 gezeigten Theodoliten bei Abweichung der optischen Achse von der Vertikalen,

Fig. 7 eine Seitensicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Nivelliergerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine Seitensicht nach VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Seitensicht auf die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung bei von der Horizonlalen abweichender Lage des Gehäuses,

Fig. K) eine Seitensicht nach X-X in Fig. 9,

Fig. 11 A einen Querschnitt durch eine äußerst cintachc wasserwaagenähnliche Ausführungsform des Nivelliergerätes gemäß der Erfindung in horizontaler Lage,

Fig. NB eine Draufsicht auf die in Fig. 11 A gezeigte Ausführungsform,

Fig. 12 A einen Querschnitt durch die in Fig. NA gezeigte Ausführungsform bei Abweichen des Genäuses von der Horizontalen,

Fig. 12 B eine Draufsicht auf die in Fig. 11 A gezeigte Ausführungsform der Erfindung bei der in Fig. 12A gezeigten Schräglage.

Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen Kind für gleiche funktionell Teile stets gleich gcwäh't.

In den Fig. I und 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Nivelliergeräles gemäß der Erfindung gezeigt, dem die überkante Xt des mit Füßen versehenen Be/ugsrah-Inens 1 durch geneigtes Aufsetzen der Füße auf geneigten Unterlagen geneigt gehalten, oder bei horizontalem Aufsetzen der Füße auf horizontalen Flächen horizontal gehalten werden kann. Mit der Oberkante Ii, bzw. mit den Oberkanten Ii, des Bezugsrahmens 1 ist ein tragendes Element Xa mit einer abwärts weisenden konvexen Kugelobcrfläche fest verbunden. Die Kugcloberflächc des Elementes Xa ist mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm 2 überzogen. Ein getragenes Element 4, das eine bestimmte träge Masse aufweist, ist an dem tragenden Element Xa in der Weise aufgehängt, daß eine nach oben offene konkave Kugeliniiciifläche des getragenen Elementes 4 gleitend bzw. gleitfähig von der abwärts zejgenrJen konvexen Kugelaußenfläche des tragenden Elementes 1 α unter Vermittlung des dünnen Flüssigkejtsfilms 2 getragen wird. Dieser Flüssigkeitsfilm kann beisptels-

weise aus Silikonöl bestehen, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Silikonöl beschränkt, vielmehr köunen auch durchaus andere Flüssigkeiten zur Bildung des Films benutzt werden. Der Krümmungsradius der konkaven Kugelinnenfläche des getragenen Elementes 4 ist praktisch gleich dem Krümmungsradius der konvexen Kugelaußenfläche des tragenden Elementes la oder ist voszugsweise um ein geringes kleiner als dieser Radius.

Die zentrale Achse des getragenen Elementes 4, die sowohl durch den Krümmungsradius der nach oben offenen konkaven gekrümmten Fläche als auch durch den Schwerpunkt des getragenen Elementes 4 führt, ist durch die Aufhängung des getragenen Elementes 4 so ausgerichtet, daß sie stets auch durch den

ao Krümmungsmittelpunkt der konvexen Kugelfläche des tragenden Elementes Xa führt. Eine planare Grundfläche 3 des getragenen Elementes 4 schneidet die vorerwähnte zentrale Achse des getragenen Elementes, wobei die planare Fläche 3 von der zentralen Achse vorzugsweise symmetrisch geschnitten wird.

Die Gleitfähigkeit zwischen der konkaven Fläche

des getragenen Elementes 4 und der konvexen Fläche des tragenden Elementes la ist so ausgelegt, daß die auf das getragene Element 4 wirkende Schwere dieses getragene Element 4 stets in seine tiet'stmögliche Lage auf der konvexen Fläche des tragenden Elementes 1 a im Rahmen 1 zieht, und zwar unabhängig von dei Aufsteiiung bzw. der Neigung des Rahmens bzw. Gehäuses 1, wobei lediglich Sorge gel ragen werden muß.

daß das getragene Element 4 nicht durch Hindernisse beispielsweise durch die Füße des Bezugsrahmens, sr seiner freien Einstellung gehindert wird. Da die tangentiale Ebene der konvexen Kugelfläche des tragenden Elementes la anderen tiefstem Punkt immer die Horizontale ist, wird auch die zentrale Achse des getragenen Elementes 4 stets vertikal gehalten, so daC die planare Grundfläche 3 des getragenen Elementes 4 unabhängig von der L'ige des Gehäuses bzw Rahmens 1 stets horizontal ist. Die Bewegung des getragenen Elementes 4 entlang der konvexen Fläche des tragenden Elementes la ähnelt der Bewegung eines an einem Blatt hängenden Wassertropfens, dei sich auch stets an der tiefsten Stelle des Blattes befindet.

Wenn die Oberkante Ir des mit Füßen versehener Bezugsrahmens 1 aus der in Fig. 1 gezeigten horizontalen Lage ifi eine in Fig. 2 gezeigte nicht horizontale Lage geneigt wird, gleitet das getragene Element * entlang der konvexen Kugelfläche des tragenden Eicmentes so lange, bis das getragene Element 4„ wit vorstehend bereits erläutert, seine ticfstmöglichc Lage einnimmt. Die tatsächliche Bewegung des getragener Elementes 4 hängi dabei von der Oberflächenspannung und der Viskosität der den Flüssigkeit*,! ilm 2 itil denden Flüssigkeit ab, hängt ferner vom Gewicht de: getragenen Elementes 4, der Kontaktfläche zv/ischcr dem tragenden Element 1« und dem getragenen Eic ment 4, der Dicke des Flüssigkeitsfilms 2 und von der Krümmungsradien der konvexen Fläche des tragen den Elementes 1« und der konkaven Fläche des gi-tra genen Elementes 4 ab.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, verbessert« Nivelliergerät*: zu schaffen, die in der Lage sind, einet

Bezugshorizont anzugeben, wobei diese Nivclliergeräte aus einem Gehäuse bzw. einem Rahmen 1 bestehen, an dem ein tragendes Element I« befestigt ist. die weiterhin aus einem getragenen Element 4 bestehen, das gleitbar von dem tragenden Element 1« an dem Bezugsgehäuse 1 dureh Vermittlung eines Fliissigkeitsfilms aufgehängt sind, und ferner aus einer ebenen Bezugsfläche 3 bestehen, die am Boden des getragenen Elementes 4 vorgesehen ist. wobei die ebene Bodenbezugsfläche 3 unabhängig von der aktuellen I,agc des Bezugsgehäuses t dr.reh die angemessene Wahl der Werte für die vorgenannten Konstanten stets horizontal gehalten wird.

Bei den bekannten Vorrichtuntjen mußte zur Vermeidung und Unterdrückung von Schwingungen des getragenen Elementes bei einer glcitbarcn Aufhängung dieses Elementes an einem Bezugskörper 1 unter Zuhilfenahme von Fäden oder Spannhäncki η stets noch in irgendeiner Kombination ein geeigneter Dämpfer vorgesehen werden. Bei diese; Art der bekannten Aufhängung muß jedoch eine recht große Stoßempfindlichkeit des Gerätes in Kauf genommen werden. Auch ist die Korrektur der Geometrie und der Elastizität der benutzten Spannfäden oder Bänder nur sehr schwierig zu bewerkstelligen. Dementsprechend durfte bei den bekannten Aufhängungen die Abweichung des Bezugsgchäuscs 1 von iLr Horizontalen höchstens 20 min, J. h. nur etwa '/., Grad, betragen, wenn eine einwandfreie Nivellierung gewährleistet sein sollte. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde bereits vorgeschlagen, eine freie Fliissigkeitsoberfläclic zur Erzielung freierer Ncigbarkcii des Gehäuses 1 zu verwenden Die Verwendung freier Flüssigkeitsoberflächen weist jedoch vor allem auch den Nachteil auf. daß solche freien Flüssigkcitsoberflächcn zur Wellenbiklung neigen, und zwar insbesondere dann, wenn größere Oberflächen verwendet werden, und es ist praktisch ausgeschlossen, solche Welhmgseffckte, die beispielsweise durch Erschütterungen hervorgerufen werden können, vollkommen auszuschalten.

Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Erfindung weder auf eine Fadcnaufhängiing noch wird auf das Verfahren der freien Flüssigkeitsoberfläche zurückgegriffen. Die vorliegende Erfindung macht dagegen von der geeigneten Oberflächenspannung eines Flüssigkeitsfilmes 2 auf einem tragenden Element Gebrauch, um das freie Gleiten eines an einem solchen tragenden Element aufgehängten getragenen Elementes 4 in Abhängigkeit von der Neigung des Körpers 1 zu ermöglichen und zu gewährleisten. Eine Aufhängung dieser Art kann auch über die vermittelnde Halterung durch den Flüssigkeitsfilm hinaus durch magnetische oder pneumatische Mittel, die in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt sind, verstärkt werden.

In dem Gerät gemäß der Erfindung ist es gelungen, eine stabile und ruhige Bewegung des getragenen Elementes 4 auch ohne Verwendung irgendwelcher Dampfer dadurch zu erreichen, daß man eine für die jeweilige Aasgestaltung der Elemente geeignete Kombination der Oberflächenspannung und Viskositiit des Flüssigkeitsfilmes 2, des Gewichtes des getragenen Flemcntes 4, der Kontaktfläche zwischen dem getragenen und dem tragenden Element, der Dicke Uc* Nüssigkcitsfilmes 2 und der Krümmungsradien der rtjsammenwirkenden konvexen und konkaven Flächen des tragenden und getragenen Elementes bestimmt.

Durch diese Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die horizontale Bezugsfüiche 3 sehr viel breiter zu gestalten, als dies bei herkömmlieben Nivelliergeräten möglich ist.

Darüber hinaus vereinfacht ein Überflüssigwerden der Dämpfer zur Stabilisierung der Bewegung des beweglichen getragenen Elementes gemäß der Erfindung die konstruktive Struktur eines Nivellicrgerätes

ι« ganz wesentlich, so daß die Herstellungskosten eine*· solchen Nivellicrgerätes wesentlich gesenkt weide;· können.

In den F"ig. 3 und 4 ist schematisch ein automatisches Nivelliergerät dargestellt, das die in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Ii findung dargelegten Prinzipien eines Nivelliei geräte«· verwendet. Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen im. ist ein tragendes Element 1« mit einer nach union gerichteten konvexen Oberfläche, wie es dem tragen-

so den Element In in Fig. 1 ähnlich ist. fest mit dem luden Fig. 3 und -I nicht gezeigten Rahmen des auto· matischen Nivelliergerätes verbunden, der ferner ei;.c übjekiiviinse /.„. ein rechtwinkliges Umlenkprisma /" und eine Okularlinse /. trägt. Bei einem Schwingen oder Verschwenken des nicht gesondert gezeigte α Gehäuse.' des automatischen Nivellicrgerätes werden also auch das tragende Element 1«, das Objektiv / . das Umlenkprisma P und das Okular L_c miteinanilei verschwenkt. Fun getragenes Element Λα mit einer sphärischen oberen Oberfläche und einer planaren unteren Fläche 3« ist in Gleitkontakt mii der konvexen sphärischen Fläche des tragenden Elemente«· \u. wie sie ähnlich in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, so verbunden, daß die planare Grundfläche 3« des getragene η Elementes 4« unabhängig von der Lage der sphärischen Oberfläche des tragenden Elementes 1 a stets horizontal bleibt. Ein Paar ebener Spiegel '/1. und >n~ sind so an der Grundfläche 3« liefest igt. daß die reflektierenden Ebenen der beiden Spiegel stets vertikal bleiben und im rechten Winkel zueinander stehen. Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. wird der in das Objektiv L_n fallende Lichtstrahl auf die Spiegel m, und nu geworfen und von dort zu dem Umlcnkprisma P reflektiert, von wo er nach doppeltcr Ablenkung auf das Okular L_t trifft. Das Okular L₁, erzeugt ein Bild des nicht dargestellten Gegenstandes, der mit dem Nivelliergerät hermachtet wird.

In der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungs form der Erfindung ist die Neigung des in den Figuren nicht gesondert dargestellten Gehäuses des automatischen Niveliiergerätes auf wenige Grade beschränkt. Wie vorstehend bereits beschrieben, wird die ebene Grundfläche 3a des getragenen Elementes 4a unab hängig von der Lage des tragenden Elementes 1 a mit der sphärischen Oberfläche stete horizontal gehalten. Das führt dazu, daß die beiden Spiegel m, und m stets vertikal bleiben. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen dem Objektiv L₀ und dem Mittelpunkt H zwischen den beiden Spiegeln m, und m₂ entlang dei optischen Achse des Systems so gewählt, daß er gleicli ist der Hälfte der Brennweite des Objektivs L₀. Aul diese Weise sind also die drei folgenden BedingungeT in den: Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäl

Fig. 3 und 4 eingehalten:

1. Die beiden Spiegel m, und m, stehen stets verti kai;

2. der Neigungswinkel des aus dem Objektiv L_n

den Spiegeln m,, m_:, dem Umlenkprisrna P und dem Okular L_e bestehenden optischen Systems ist relativ klein, beispielsweise weniger als einige Grad, und

3. die Entfernung zwischen dem Objektiv L_n und dem Mittelpunkt H der beiden Spiegel »i, und m₂ ist gleich der halben Brennweite des Objektivs L₀.

Unter diesen Bedingungen kann ein Beobachter. <lcr durch das Okular in das in den Fig. 3 und 4 dargettellte optische System sieht, einen Gegenstand erkennen, der sich auf demselben Niveau befindet wie <las optische System. Beispielsweise kann der Beobachter einen auf dem gleichen Horizontniveau wie ein Im Punkt /„ in dem optischen System angebrachtes fadenkreuz befindlichen Gegenstand betrachten, wobei /,, der Punkt des optischen Systems ist, in dem (ias von dem Gegenstand erzeugte Bild steht. Wenn <las in den F i g. 3 und 4 schematisch dargestellte automatische Nivelliergerät bei der Landvermessung be-Hutzt wird, kann der Landvermesser eine Meßlatte beobachten und genau die Höhe des automatischen Kivelliergerätcs relativ /um Bodenniveau am Punkt tier Meßlatte selbst dann bestimmen, wenn das automatische Nivelliergerät um einen bestimmten Winkel innerhalb eines vorgegebenen Bereiches von der Horizontalen abweicht oder um diesen Winkel um die Horizontale schwankt.

In den Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie Sie in den Fig. I, 2. 3 und 4 gezeigt sind, wird von gekrümmten Flachen des tragenden und des getragenen Elementes 11a und 4 bzw. 4a ausgegangen, die kugelförmig sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Sphärische Kontaktflächen zwischen dem tragenden (und dem gleitbar mit diesem zusammenwirkenden getragenen Element beschränkt. Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Neigen des Nivelliergerätes in beliebige Richtungen durch die Verwendung kugelförmiger Flächen ermöglicht wurde, so ist es für andere Geräte durchaus hinreichend und mitunter sogar vorzuziehen, eine Einstellung bzw. ein Gleiten nur um eine Achse in einer bestimmten Richtung zuzulassen. In den Fig. 7 bis IO ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das in Geräten verwendet werden kann, «lie mit ihrem Bezugsgehäuse nur um eine Achse Schwenkbar sind. So zeigt beispielsweise Fi g. 7 einen tnit Füßen versehenen Bezugsrahmen, wie er dem in Fig. 1 gezeigten Rahmen entsprechen kann, an dem jedoch im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Rahmen ein tragendes Element 1 c mit zylindrischer Fläche befestigt ist. Die Zylinderaußenfläche des tragenden Elementes lic ist konvex nach unten gekrümmt. Die Zylinderachse des tragenden Elementes Ic, die senkrecht auf der Zeichenebene des tragenden Elementes Ic, die senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 7 steht, wird praktisch horizontal gehalten. Ein dünner Flüssigkeitsfilm 2 bedeckt die Zylinderfläche des tragenden Elementes Ic. Die konkave, mach oben offene Zylinderimnenfläche des getragenen Elementes Ac steht in Gleitkontakt mit dem Flüssigkeitsfilm 2 auf der Zylinderaußenfläche des tragenden Elementes Ic, wenn das getragene Element 4c, wie in Fig. 1 gezeigt, an dem tragenden Element Ic aufgehängt ist. Der Krümmung'iradius der Zylinderfläche des tragenden Elementes Ic ist praktisch dem Krümmungsradius der konkaven Zylinderinnenfläche des getragenen Elementes 4c gleich. Durch geeignete Wahl der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilmes 2, der Viskosität der Flüssigkeit, des Gewichtes des getragenen Elementes 4c, der Kontaktfläche zwischen dem tragenden Element Ic und dem getragenen Element 4c, der Dicke des Flüssigkeitsfilmes 2 und den Krümmungsradien der zylindrischen Flächen kann das getragene Element 4c sicher an dem tragenden Element Xc aufgehängt werden. Das im Ausführungsbeispiel der Fi g. 7 dargestellte getragene Element 4c ist einstückig, so daß eine Ebene durch und entlang der zentralen Zylinderachse der konkaven Zylinderinnenfläche des getragenen Elementes 4c auch durch den Schwerpunkt des getragenen Elementes 4c geht. Ferner weist das getragene Element 4c eine ebene Grundfläche 3 auf. die die vorgenannte Ebene durch die zentrale Zylinderachse der konkaven Zylinderinnenfläche schneidet. Mit der ebenen Grundfläche 3 des getragenen Elementes 4c ist ein ebener Spiegel 5 so verbunden, daß der Spiegel in der vorgenannten Ebene liegt, die sowohl durch die zentrale Zylinderachse der zylindrischen Fläche des tragenden Elementes 1 c als auch durch den Schwerpunkt des getragenen Elementes 4c geht. Unter diesen Bedingungen stellt sich das getragene Element 4c stets so ein, daß es die tiefstmögliche Lage bezüglich der nach unten konvex weisenden Zylinderaußenfläche des tragender Elementes 1 c einnimmt, so daß die ebene Grundfläche 3 horizontal und der Spiegel 5 vertikal bleiben, und zwar unabhängig von der Lage bzw. der Aufstellung des Rahmens bzw. Gehäuses 1, mit dem das tragende Element Ic verbunden ist.

Wenn jet/i Jas Gehäuse 1 des in Fig. 7 gezeigter Nivelliergerätes um die zentrale Zylinderachse des tragenden Elementes Ic. wie in Fig. 9 gezeigt, verschwenkt wird, so gleitet das getragene Element 4c auf der Zylinderfläche des tragenden Elementes Ic so, daß die ebene Grundfläche 3 des getragenen Elementes 4r unabhängig vom Neigungswinkel des Gehäuses 1 stets horizontal bleibt, solange es mit keinem seiner Teile oder mit keinem der mit ihm verbundener Teile an einem Teil des Gehäuses 1 anschlägt. Dementsprechend bleibt die Ebene des Spiegels 5, wie ir den F ig. 9 und K) gezeigt, stets vertikal. Darüber hinaus wird die Gleitbewegung des getragenen Elemente:

4c durch die Viskosität des Flüssigkeitsfilmes 2 so gedämpft, daß für die Verwendung besonderer Dämpfungsvorrichtungen zur Unterdrückung von Vibr~ tionen des getragenen Elementes 4c keine Notwendigkeit mehr besteht.

So In den Fig. 5 und 6 ist ein Theodolit gezeigt, ir dem ein Nivelliergerät gemäß der Erfindung so einge baut ist, daß jede Schwankung des optischen System: automatisch korrigiert wird. In Fig. 5 ist mit D di< zusammen mit dem Teleskop T des Theodolitei drehbare Teilerscheibe bezeichnet. Ein drehbare: Gehäuse H trägt das Teleskop T. Wenn die zentrale Längsachse C-C des Gehäuses H durch den Mittel punkt der Teilungsscheibe D vertikal gehalten wird während das Teleskop Γ horizontal ist, liegt die Null

gradlinie der Teilungsscheibe D auf der vertikal ge haltenen Achse C- C. In dem hier beschriebenen Aus führungsbeispiel ist eine plankonvexe Linse Ib ai dem Gehäuse H in Ausrichtung zur zentralen Achs< C-C so befestigt, daß ihre konvexe Fläche abwärt weist. Die plankonvexe Linse Ib dient als tragende: Element, auf deren konvexer Oberfläche der in dei Figuren nicht besonders hervorgehobene Flüssig keitsfilm aufgebracht wird, so daß die konvexe Ober

fläche die an ihr aufgehängte plankonkave Linse 4b frei gleitbar tragen kann. Die optische Achse der plankonkaven Linse 46 befindet sich ebenfalls in Übereinstimmung mit der zentralen Achse C-C. Die senkrecht zur optischen Achse der plankonkaven Linse liegende p.bene Fläche 3b wird dabei, wie beispielsweise irr. Zusammenhang mit der ebenen Grundfläche 3 in Fig. 1 beschrieben, stets horizontal gehalten. Außerdem ist an dem Gehäuse H. wie in Fig. 5 gezeigt, eine abbildende Linse L ebenfalls auf die zentrale Achse C- C ausgerichtet so befestigt, daß das Bild der Nullinie der Teilungsscheibe D auf einem Punkt der optischen Zcntralachse C-C abgebildet wird. Eine Bcobachtungsscheibe mit einer Bezugslinie / ist an dem Gehäuse H im Bildpunkt der zentralen optischen Achse C-C senkrecht zu dieser Achse so befestigt, daß sie das Bild des jeweiligen Teiles der Teilungsscheibe D, der sich gerade im Bereich der optischen Achse C-C befindet, wie das im unteren Teil der Fig. 5 gezeigt ist, wiederzugeben vermag.

Wenn das Teleskop T des Theodoliten auf einen Gegenstand mit der Winkelhöhc β gerichtet wird, wie das durch strichpunktierte Linien in F i g. 5 angedeutet ist, wird das Bild der Teilung β auf der Teilungsscheibe Z) mit der Bezugslinie / auf dem Schauglas A übereinstimmen.

Fig. 6 zeigt den in Fig. 5 gezeigten Theodoliten in einer Stellung, in der die optische Zentralachsc C- C des Gehäuses H um einen Winkel Θ von der durch den Mittelpunkt der Teilungsscheibe D gehenden Vertikalen v-v abweicht Wenn in diesem Falle die Kombination des tragenden Elementes \b und des getragenen Elementes 4b nicht vorgesehen wäre, würde die Teilung Θ auf dem Schauglas A abgebildet werden. Dadurch würde es schwierig werden, den genauen Erhebungswinkel des zu vermessenden Gegenstandes zu bestimmen. Unter Ausnützung der Nivellierungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird aber die Bezugsgrur dfläche 3>b der plankonkaven Linse 4b durch die gleitende Bewegung der Linse 4b entlang der Oberfläche der Linse 1 b stets horizontal gehalten.

Auf diese Weise wirkt die plankonkave Linse 4b als Prisma, deren optische Achse um einen Winkel gebeugt wird, der der Abweichung Θ des Gehäuses H von der Vertikalen entspricht. Der Ablenkungswinkel

des Prismas, das aus der plankonvexen Linse 1 b und der plankonkaven Linse 4b zusammengesetzt ist, stellt sich dabei stets so ein, daß die Nullgradlinie der Teilungsscheibe D, wie im unteren Teil der Fig. 6 gezeigt, stets in Übereinstimmung mit der Bezugslinie /

ίο auf dem Schauglas A abgebildet wird. Mit anderen Worten sieht der Betrachter die Nullgradlinic auf dem Schauglas A so lange in Koinzidenz mit der Bezugslinic /, wie das Teleskop T unabhängig von der Neigung der optischen Achse C-C des Gehäuses H des Theodoliten entlang dci Horizontalen h-h ausgerichtet ist.

In den Fig. 11 A und 11 B ist eine einfache wasserwaagenähnliche Nivelliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein nicht durchsichtiges getragenes Element 4d ist als getragenes Element an einer durchsichtigen und als tragendes Element fungierenden plankonvexen Linse \d glcitfähig aufgehängt. Ein beispielsweise eingefärbter Kreisring 8 ist so auf der planaren Oberfläche der nach

»5 unten konvexen plankonvexen Linse \d angebracht, daß bei horizontaler Lage der planen Oberfläche dei plankonvexen Linse 1 d die Projektion des getragener Elementes 4d auf die plane Oberfläche der plankonvexen Linse konzentrisch mit dem Kreisring 8 ist

Wenn dagegen die plane Oberfläche der plankonvexen Linse 1 d aus der Horizontalen geneigt wird, drifte! die Projektion des getragenen Elementes 4d au; der konzentrischen Position zum Kreisring 8 heraus wie das in den Fig. 12 A und 12 B dargestellt ist. Ii

einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Raum 9 unter dem tragenden Element 1 < mit trockner Luft oder irgendeinem geeigneten Inert gas. beispielsweise mit Stickstoff, vorzugsweise be Unterdruck gefüllt und gegen die Außenwelt hcrmc tisch abgeschlossen sein. Auch kann dieser Raum un ter Vakuum verschlossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nivelliergerät mit einem auf die zu nivellierende Vorrichtung aufsetzbaren Gehäuse, das um einen der Neigung der zu nivellierenden Vorrichtung entsprechenden Winkel geneigt werden kann, gekennzeichnet durch ein mit dem Gehäuse fest verbundenes tragendes Element mit einer gleichmäßig gekrümmten konvexen Oberfläche mit kreisförmigem, den Krümmungsmittelpunkt umspannenden Querschnitt, durch einen Flüssigkeitsfilm auf der gekrümmten Oberfläche des tragenden Elementes, durch ein getragenes Element mit einer konkaven Oberfläche, die entsprechend der konvexen Fläche des tragenden Elementes gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius der konkaven Fläche des getragenen Elementes praktisch gleich dem Krümmungsradius der konvexen Fläche des tragenden Elementes ist und durch c-i.ie so bemessene Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms, daß das an der gekrümmten Flache des tragenden Elementes gleitend aufgehängte getragene Element mit seiner konkaven Fläche in bündigem Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm auf der konvexen Fläche des tragenden Elementes steht, und caß der Schwerpunkt des getragenen Elementes unterhalb des Krümmungsmittelpunktesseiner konkaven Fläche liegt.

2. Nivelliergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne., daß die gekrümmte konvexe Oberfläche des tragenden Elementes eine abwärts weisende Kugelaußenfläcne unu daß die konkave Fläche des getragenen Ele^er "es eine nach oben offene Kugelinnenfläche bildet.

3. Nivelliergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen eine Zylinderaußen- bzw. eine Zylinderinnenfläche bilden.

4. Nivelliergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das tragende Element eine plan-konvexe Linse und das getragene Element eine plan-konkave Linse ist. wobei die pian-konvexe und die an ihr aufgehängte plan-konkave Linse ein Prisma bilden, so daß ein auf dieses Prisma fallender Lichtstrahl um einen Winkel abgelenkt wird, der der Abweichung der plan-konvexen Linse von der Vertikalen gleich ist.

5. Nivelliergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plane, horizontal gehaltene untere Fläche tier ;ni der plan-konvexen Linse aufgehängten plan i-onkaven Linse verspiegelt ist und daß ein auf das so gebildete Prisma auffallender Lichtstrahl reflektiert und um einen Winkel abgelenkt wird, der der Auslenkung der Ebene der plan-konvexen Linse au- ler Horizontalen bzw. der Neigung der plan-konve\cn Linse gegen die Vertikale entspricht.

6. Nivelliergerät nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das tragende Element eine durchsichtige plan-konvexe Linse und das getragene Element undurchsichtig ist, wobei die senkrechte Projektion des getragenen Elementes auf eine horizontale Ebene ein Kreis ist. dessen Radius kleiner ist als der Radius der plan-kr.r.vexcr. Linse und daß ein Kreisring, dessen Innenradius praktisch gleich dem Kreisradius der senkrechten Projektion des getragenen Elementes ist. konzentrisch auf der oberen Oberfläche der plan-konvexen Linse angebracht ist, so daß sich das Gehäuse in der Horizontalen befindet, wenn die Projektion des getragenen Elementes auf die plan-konvexe Lip.«-» konzentrisch mit dem Kreisring ist.