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Durch die Kombination des Dezimalsystems und des metrischen Systems
bildet die Basis-Bezugsseite, mit Einteilungen bis zu 100 mm versehen, an Stelle
der sonst üblichen Konstante 1 - wie dies bei trigonometrischen Gradmessern ansonsten
der Fall ist - die Bezugsgrö!3e. Der Schiebemaßstab ist mit
der
gleichen Unterteilung versehen. Wenn ein Punkt des Schiebemaßstabs und ein Punkt
der Basis-Bezugsseite durch eine gerade Linie verbunden werden, bildet diese einen
Winkel mit der Basis-Bezugsseite 1.
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Ein Winkel, anders als ein Winkel, der durch Unterteilung eines Kreises
erhalten wird, wird im folgenden als irrationaler Winkel bezeichnet, der nicht in
herkömmlicher Weise winkelmäßig unterteilt werden kann. Dies bedeutet mit anderen
Worten, daß ein aus dem Dezimalsystem und einem System mit der Einheit 60 abgeleiteter
Winkel in einer anderen Beziehung zu den irrationalen Werten der Tangensfunktion
steht als ein herkömmlicher Winkel, der durch Unterteilung eines Kreises entstanden
ist. Ein derartiger Winkel ist ein Näherungswinkel, der auf der Grundlage von auf-
oder abgerundeten 7. oder 8. Dezimalstellen der Tangensfunktion bestimmt ist.
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Die Werte der trigonometrischen Tangensfunktion steigen an, wie die
nachfolgende Tabelle 1 zeigt, wobei die Differenz aufeinanderfolgender numerischer
Werte der Tangensfunktion bei einem Anstieg des Winkelbogens um eine Minute nicht
linear, sondern unregelmäßig mit größer werdendem Winkel zunimmt.
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Tabelle 1 Winkel Tabellenwerte für die Differenz trigonometrische
Tangens-Funktion 10 0,0174551 10 1' 0,0177460 0,0002909 300 0,5773503 300 1' 0,5777382
0,0003879 600 1,732051 600 1' 1,733215 0,001164 890 57,28996 890 1 58,26117 0,97121
Der sogenannte irrationale Winkel wird bestimmt von der Länge des Schiebemaßstabs
gegen die Längeneinteilungen nach dem metrischen System von 10 cm Länge. Da die
Längeneinheiten auf dem Dezimalsystem beruhen, werden die Winkelwerte durch Abrunden
der Sekundenwerte bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Schiebemaßstab und dem Winkel
ist aus der nachfolgenden Tabelle 2 ersichtlich.
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Tabelle 2 Gleitlänge Winkel Differenz (Näherungswerte) 0,01 mm 0°
0'21" 0,02 mm 0° 0'41" 20" 6 1,00 mm 0° 34' 23" 1,01 mm 00 34' 43" 20" 6 10,00 mm
5° 42' 38" 10,01 mm 50 42" 59" 20"5 100,00 mm 450 0' 0" 100,01 mm 450 0'10" 10"3
1000,0 mm 840 17' 22" 1000,1 mm 840 17' 24" 2"0 Nach diesen allgemeinen Ausführungen
zu dem erfindungsgemäßen Gradmesser wird auf die zeichne-
risch dargestellten Ausführungsbeispiele
Bezug genommen. Das grundsätzliche Konzept ist bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Gradmessers das gleiche. Die nachfolgenden Erklärungen werden im wesentlichen an
Hand der Ausführungsform nach F i g. 1 gegeben.
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Die weiteren Figuren werden kurz beschrieben, wobei es selbstverständlich
ist, daß für diese das gleiche grundsätzliche Konzept gilt.
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In den F i g. 1 und 2 sind die Gradunterteilungen in der Stabskala
eingraviert. In F i g. 1 bildet das metrische System das Bezugssystem für die Standardskaleneinteilungen
sowohl für die Bezugsseite als auch für die Vertikalseite, die mit dem Schiebemaßstab
korrespondiert. An der Vertikalseite sind Winkeleinteilungen eingraviert. Diese
Winkeleinteilungen entsprechen gleich dem 10flachen Wert der trigonometrischen Tangens-Funktion.
Der Grund hierfür liegt darin, daß die trigonometrischen Werte auf der Konstanten
1 aufbauen, während die Erfindung als Einheit die Zahl 10 für die Standardseite
verwendet.
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Die Zahlen auf der Oberseite kennzeichnen die Werte für die trigonometrische
Kotangens-Funktion und sind gleich den mit dem Längenverhältnis des Schiebemaßstabs
multiplizierten Werten, wie beispielsweise in F i g. 1 bei einer Länge von 50 cm,
entspricht der Wert dem 50fachen der angegebenen Zahl.
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Der in F ig. 1 dargestellte Maßstab weist keine Längenbegrenzung auf
und besitzt eine Graduierung mit Minutenunterteilungen. Der Maßstab deckt Winkel
ab, die von der Ausführungsform nach Fig. 3 nicht angezeigt werden können. Es ist
festzuhalten, daß steigende Werte der Zentimetereinteilungen eine größere Länge
für den einzelnen Winkelgrad mit sich bringen.
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Beispielsweise entspricht einem Winkel von 8200' ein Wert von 711,5
mm, während einem Winkel von 8259' eine Länge von 814,3 mm zugeordnet ist, so daß
in diesem Winkelbereich einem Winkel von einem Grad eine Länge von 102,8 mm entspricht.
Der Maßstab ist in der Größe zur besseren Tragbarkeit und leichteren Handhabung
reduziert.
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Mit Bezug auf Fig. 1 ist die Basis mit Meßeinteilungen der Einheitslänge
von 100 mm versehen. Die Bezugsseite mißt 100 mm.
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Die gleichen Meßeinteilungen, basierend auf dem metrischen System,
wie diejenigen auf der Basis-Bezugsseite sind vorgesehen. Dies entspricht einem
Schiebemaßstab, der zweckmäßigerweise an der rechten Seite angeordnet sein sollte,
der jedoch nach links wegen der Winkeleinteilungen verschoben ist. Die Winkeleinteilungen
weisen einen Bezugspunkt 5 auf einer Parallellinie zu der Basis 1 auf, die den Ursprung
der Bezugsseite bildet.
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Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform stellt ein ungleichseitiges,
rechtwinkliges Dreieck mit einer Basislinie von 100 mm Länge dar und einer weiteren
Seite, die einen rechten Winkel mit der Basislinie bildet, die durch einen Schiebemaßstab
ersetzt ist, wobei die letztere Seite Zentimetereinteilungen und Winkeleinteilungen
aufweist, die von den Zentimetereinteilungen abgeleitet sind. Wegen der begrenzten
Länge des hierbei verwendeten Schiebemaßstabs läuft die Winkelunterteilung nur bis
zu einem Wert geringfügig größer als 72.
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Die Gradmesser können nicht nur für Vermessungszwecke, sondern auch
für allgemeine Zwecke verwendet werden. Die in den Figuren 1 und 3 gezeigten Gradmesser
werden im wesentlichen in der gleichen
Weise angewandt, obwohl einer
von ihnen die Form eines Dreieckes und der andere die Gestalt eines länglichen Rechteckes
besitzt.
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Jeder Gradmesser weist eine Basis-Bezugsseite mit einer dezimalen
Referenzskala auf der Grundlage von Längeneinheiten 10 in Millimetern oder anderen
Längeneinheiten auf. Jeder Gradmesser besitzt des weiteren eine Vertikalseite, die
mit Winkeleinteilungen versehen ist und einen rechten Winkel mit der Basis-Bezugsseite
bildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 zeigen die Winkeleinteilungen die Winkel
an, die im Bezugs- oder Ursprungspunkt gemessen werden, der im Punkt von 10 Einheitslängen
auf der Basisseite angeordnet ist und die zwischen der Basisseite und den Verbindungslinien
zwischen dem Bezugspunkt und den Winkeleinteilungen gebildet werden. Bei der in
F i g. 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Bezugspunkt auf einer Parallellinie
zu der Basisseite. Bei dem Gradmesser nach Fig. 3 ist diese Linie direkt an die
Vertikalseite angefügt, während der Gradmesser nach F i g. 1 die gleiche Dezimalskala
der der Vertikalseite gegenüberliegenden Seite aufweist.
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Bei der Anwendung werden die Gradmesser auf einen Gegenstand, der
einen zu vermessenden Winkel besitzt, in der gleichen Weise wie bekannte Gradmesser
aufgelegt und anschließend der Winkel mit Hilfe der Winkeleinteilungen auf der Vertikalseite
abgelesen. Es ist dabei festzuhalten, daß der Winkel mit höherer Genauigkeit, und
zwar bis auf die Minute genau im Vergleich zu Messungen mit herkömmlichen Gradmessern,
bestimmt werden kann, die Winkeleinteilungen längs eines den Bezugs- oder Nullpunkt
umgebenden Bogens besitzen, da bei den erfindungsgemäßen Gradmessern der Abstand
zwischen aneinandergrenzenden Winkeleinteilungen längs der Vertikalseite mit größer
werdendem Winkel ansteigt. Mit den erfindungsgemäßen Gradmessern kann beispielsweise
der Tangenswert des Winkels a direkt an der vertikalen Dezimalskala abgelesen werden,
nachdem der Winkel a gemessen wurde.
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Fig.4 zeigt ein rechtwinkliges Dreieck, das eine Bezugsseite von
200 mm Länge aufweist und in dem ein Bogen mit einem Radius von 200 mm vorgesehen
ist, der sich von einem Ende der Bezugsseite erstreckt, um eine bessere Anzeige
für Winkel kleiner als 450 zu erhalten, welche das Dreieck nach F i g. 3 nicht mit
ausreichender Auflösung vermißt. Unterteiltes Papier ist an dem Dreieck angebracht,
um die Ablesung zu erleichtern, wodurch Winkelfunktionen wie beispielsweise Sinus,
Kosinus und Tangens mit ausreichender Genauigkeit bestimmbar sind. Die Maßeinteilungen
des unterteilten Papiers ermöglichen des weiteren, Diagonalen oder Kreisumfänge
von Gegenständen zu bestimmen.
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In Fig.. 4 ist ein Kreisbogen vorgesehen mit einem Radius gleich
der Länge der beiden gleich langen Seiten, wobei der Bogen innerhalb des Dreieckes
mit Winkeleinteilungen versehen ist.
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Der Gradmesser nach F i g. 4 kann in der gleichen Weise wie die Gradmesser
nach den F i g. 1 und 3 angewandt werden, nur mit dem einen Unterschied, daß dieser
Gradmesser nur für Winkel bis zu 450 verwendbar ist. Bei diesem Gradmesser ist die
Vertikalseite des Dreiecks als Basis-Bezugsseite vorgesehen, und die Grundseite
entspricht der Vertikalseite bei den Gradmessern nach den Fig. 1 und 3. Dementsprechend
befindet sich der Bezugspunkt im Scheitelpunkt
an der Spitze des Dreiecks. Die Basislänge
auf der B ezugsseite beträgt 20 Einheitslängen.
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Der Gradmesser nach Fig.4 kann ebenso dazu verwendet werden, um direkt
die Werte von Sinus o' und Kosinus a abzulesen oder zu bestimmen. Der Betrag des
Winkels a wird auf dem gebogenen winkelförmigen Gradmesser abgelesen, der sein Zentrum
im Bezugspunkt hat. Nachdem der Winkel abgelesen ist, wird ein Linie von einem Punkt
entsprechend dem abgelesenen Winkel auf der bogenförmigen Winkeleinteilung parallel
zu der vertikalen oder horizontalen Seite entsprechend auf die horizontale bzw.
vertikale Seite gezogen und der Schnittpunkt dieser Linie mit der horizontalen oder
vertikalen Dezimalskala der entsprechenden Seite abgelesen. Anschließend wird der
Wert von Sinus a oder Kosinus a durch Ablesung auf der horizontalen bzw. vertikalen
Dezimalskala bestimmt.
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Die Dreiecksskala nach Fig.4 weist zwei gleich lange Seiten auf.
Jede der beiden Seiten besitzt beispielsweise eine 100-mm-Meßeinteilung. Ein Kreisbogen
ist vorgesehen, dessen Radius gleich der Länge einer der beiden Seiten ist. Winkelunterteilungen
sind auf dem Bogen innerhalb des Dreiecks angebracht. Wenn die Seitenlänge von 10
cm als Einheit 1 angenommen wird, so erhält man die Sinus-, Kosinus- und Tangenswerte
für Winkel bis 450. Wie in dem Diagramm dargestellt, können quadratische oder rechteckige
Unterteilungen verwendet werden.
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In diesem Fall können bekannte Größen, wie beispielsweise Pi, ohne
weitere Berechnung sofort abgelesen werden. Dazu ist es nur erforderlich, die entsprechenden
Linien, wie diese für Pi dargestellt ist, in dem Diagramm einzuzeichnen.
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F i g. 5 stellt ein Anwendungsbeispiel dar, bei dem ein Kreis unter
Verwendung der Blattskala nach Fig. 1 unterteilt wird. Somit ist Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel
für die Gradmesserskala gemäß Fig. 1.
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Eine gerade Linie AOB ist eingezeichnet. Der Kreis ist um den Punkt
O als Zentrum gezogen. Der Bezugspunkt 5 wird mit dem Punkt O zur Deckung gebracht.
Der Kreis mit dem Mittelpunkt im Punkt O auf der Linie AOB ist beispielsweise in
20 gleiche Teile zu unterteilen. Dies bedeutet, daß einer dieser Kreissektoren einen
Zentriwinkel von 32° = 18° 20 aufweist.
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Wird der Winkel von 180 erhalten, indem die Bezugsseite in Deckung
mit der Linie AOB gebracht wird, dann unterscheidet sich dieses Verfahren nicht
von der Anwendung des Gradmessers. Dies bedeutet, daß die 600-Linie mit der LinieAOB
in Deckung gebracht wird, so daß 600 + 180 = 780 ist. In diesem Fall ergeben sich
folgende Längen vor und nach 600: 590 bis 600 ungefähr 6,8 mm 600 bis 610 ungefähr
7,2 mm Die Fehler sind nahezu Null. Ebenso kann nun eine Linie über der Linie AOB
eingezeichnet werden.
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Die Länge vor und nach 780 beträgt: 770 bis 780 ungefähr 37,3 mm 780
bis 790 ungefähr 44,0 mm Es ist selbstverständlich, daß ein absoluter genauer Winkel
erhalten werden kann. Im Bereich nahe 00, 10 beträgt die Äquivalenz-Distanz ungefähr
1,7 mm.
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Da die entsprechende Länge bei 78 bis 790 gleich 44,0 mm ergibt, können
in diesem Bereich vorteilhafterweise
die Einteilungen in Winkelminuten
erfolgen. In Fig. 1 beträgt die Einheit 50 bis zu einem Wert von 450, 10 bis zu
einem Winkel von 700, 30' bis zu einem Winkel von 750, 10' bis zu einem Winkel von
780 und 10 für den Winkelbereich von 79 bis 900. Diese Einteilungen sind aus dem
Grund der Obereinstimmung strikt eingehalten. Ähnliche Unterteilungen sind in den
F i g. 2, 3 und 4 vorgenommen.
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In Fig. 1 weist der Schiebemaßstab eine Länge von 500 mm auf. Der
maximale Winkel auf dieser Skala beträgt 780 30', so daß die Einteilungen für den
Winkelbereich von 79 bis 900 an der Oberseite angebracht sind. Die Ausführungsbeispiele
in den F i g. 2, 3 und 4 zeigen eine ähnliche Einteilung.
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Wie voranstehend erwähnt, ist der Winkelbereich von 77 bis 780 in
Einheiten zu je 10 Winkelminuten unterteilt. Wird nunmehr angenommen, daß diese
Länge in vier gleiche Abschnitte unterteilt wird, um eine feinere Winkelteilung
zu erhalten, so erhebt sich die Frage, wie groß der dabei auftretende Fehler in
diesem Fall wird. Der maximale Fehler beträgt weniger als t/2n, wie Berechnungen
zeigen. Dies ist ein Beweis dafür, daß die Skala der vorliegenden Erfindung eine
sehr hohe Genauigkeit aufweist.
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Die Tabelle für die trigonometrische Tangens-Funktion wird folgendermaßen
gelesen: Um beispielsweise auf der Skala in F i g. 1 den Winkel von 78° zu erhalten,
wird ein Vergleich der 780-Linie und der metrischen Unterteilung der Seite 3 vorgenommen,
woraus folgt, daß die Äquivalenzlänge 47 cm beträgt.
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Da die Standardseite 10 cm ausmacht und die geometrische Konstante
gleich 1 ist, ergibt sich 47 cm: 10 cm zu 4,7. Der exakte Wert für die Tangens-Funktion
beträgt: tan 780 = 4,70463
Das Ergebnis stimmt überein mit dem Wert in Fig. 1. Im
Falle von F i g. 2 beträgt die Standardseite , so daß der Multiplikator von 12 gegenüber
der zentralen Unterteilung angewandt werden muß.
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Dadurch wird der gesuchte Wert, in ähnlicher Weise wie voranstehend
erläutert, erhalten.
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Wie schon erwähnt, kann die Gradmesserskala für weitere praktische
Verwendungszwecke eingesetzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 können
Sinus-, Kosinus- und Tangenswerte für Winkel bis 450 leicht erhalten und abgelesen
werden. Somit ergibt sich, daß die theoretische Geometrie einen Schritt in Richtung
der praktischen Geometrie auf Grund der Erfindung gemacht hat.
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Da unterschiedliche Längeneinheiten in verschiedenen Ländern verwendet
werden, um Gradienten zu erhalten, wie beispielsweise Meter, Yards u. dgl., ist
es am zweckmäßigsten, das Dezimalmetersystem für die Anzeige eines Gradienten zu
benutzen.
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Auf Grund der voranstehenden Ausführungen ist es ersichtlich, daß
der erfindungsgemäße Gradmesser überall angewandt werden kann, wo eine korrekte
Unterteilung für Vermessungszwecke erforderlich ist, einschließlich der Messung
der horizontalen, vertikalen oder sonstigen Neigung bei Architektur- oder dergleichen
ProbIemen. Eine derartige Einfachheit der Bedienung ist nicht zu vergleichen mit
den bekannten Gradmessern, wie beispielsweise unhandlichen Schiebern u. dgl. Der
Gradmesser kann wirkungsvoll sowohl von Architektur- und Zivilingenieuren verwendet
als auch als Lehrmaterial in Gymnasien und Mittelschulen eingesetzt werden.
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Es ist selbstverständlich, daß die verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft angeführt sind und den Schutzbereich
in keiner Weise beschränken.