DE27174C - Neuerungen an Boussolen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 15. August 1883 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Neuerungen an physikalischen Instrumenten, welche unter dem Namen »Boussole« bekannt sind. Sie kann auf alle solche Apparate in ihrer verschiedensten Form angewendet werden, wo eine aufgehängte Magnetnadel gebraucht wird, um den magnetischen Meridian graphisch anzugeben, welcher durch die Mitte des Observationspunktes läuft und dazu dient, die Basis für weitere Manipulationen zu bilden, wie z. B. das Feststellen des wahren sowie des magnetischen Meridians, ebenso um die Breitengrade eines bestimmten Punktes festzustellen und das genaue Quantum der localen Störungen, welche auf die Magnetnadel einwirken, zu beobachten, wie z. B. am Bord von eisernen Schiffen.

Wie allgemein bekannt, weicht der magnetische Meridian von dem wirklichen Meridian ab. Derselbe nimmt täglich eine zu- oder abnehmende unterschiedliche Stellung entweder zum Osten oder Westen des wahren Meridians ein und ruft verschiedene Stellungen an den verschiedenen Observationspunkten hervor, welche eine sorgfältige langwierige Correction durch Ausrechnen solcher Differenzen und Ausgleichen der verschiedenen Resultate der verschiedenen Beobachtungen nothwendig macht. Es ist auch bekannt, dafs die locale Anziehungskraft verschiedener bekannter und unbekannter Gegenstände oder Mittel ernstliche Hindernisse gegen die Erreichung eines wahren und wirksamen Resultates bietet.

Verschiedene Vorsichtsmafsregeln werden ergriffen und besonders bei eisernen Schiffen, um zu sichern, dafs der Schiffscompafs eine gleichmäfsige Wirkung erhält, um die Einflüsse localer Störungen zu vermeiden, so dafs der Compafs nur der von dem magnetischen Meridian herrührenden Abweichung oder Declination unterworfen ist.

Diese Mittel haben sich jedoch als ungenügend erwiesen, um zu jeder Zeit, an allen Orten und bei jedem Wechsel des Schiffskurses eine mathematisch correcte Basis der Abweichungen zu sichern.

Unter Anderem ist die Erfindung dazu bestimmt, das zeitraubende Ausrechnen der Abweichungen zu heben, und so angeordnet und proportionirt, dafs das genaue Quantum der durch locale Störungen, Aendern des Schiffskurses und andere Ursachen hervorgerufene Abweichungen durch einfaches Beobachten der Declination der Nadel nach dem Einstellen des Instrumentes auf einen eingeteilten Nonius in Graden und Minuten hergestellt werden kann.

Fig. ι ist die Oberansicht der Erfindung, auf einem gewöhnlichen Compafs angebracht.

Fig. 2 ist ein Verticalschnitt von Fig. 1; Fig. 3 ist die perspectivische Ansicht eines Theodoliten, an welchem die Erfindung angebracht ist.

A ist der Zeigerhebel, dessen Drehpunkt radial zum Zapfen P der freischwebenden Nadel F steht, und welcher Hebel am äufseren Ende eine Noniusplatte B trägt. Der Sector S ist fest mit dem Instrument verbunden, ragt nach aufsen und ist mit Noniuseintheilungen C versehen. Der Sector ist in 32 gleiche Theile nach jeder Seite des Nullpunktes hin getheilt, während die Noniusplatte B in π gleiche Theile getheilt ist, welches ein Verhältnifs von 11 : 10 der Sectorscala C ergiebt.

Der Zweck dieser Verhältnisse wird später auseinandergesetzt. G, Fig. 2, zeigt eine feste Nadel oder magnetische Stange, welche fest unterhalb der Hauptplatte und parallel zur Mittellinie des Sectors .S angebracht ist. Die Nadel G ist in einer durch den Nullpunkt der Scala und den Zapfen P der freien Nadel gebildete Ebene angebracht.

Ein Zeiger K ist auf dem Zeigerhebel A in der Mittellinie des Hebels angebracht und ragt um ein Geringes oberhalb und über das Nordpolende der freien Nadel F hervor, wenn die Nadel in dieser Richtung zeigt. Ein Vergröfserungsglas kann am Träger L angebracht werden, um das Ablesen der Stellung zu erleichtern. Diese feste Nadel G übt ihren Einflufs auf die freie Nadel und verursacht, dafs die letztere eine beinahe gleiche Richtung annimmt, sobald das Instrument theilweise im Azimuth gedreht worden ist. Der magnetische Erdmeridian , welcher durch die Mitte des Instrumentes läuft, wird ebenfalls seinen Einflufs auf die freie Nadel F ausüben und eine Declination derselben nach der rechten oder linken Seite des Zeigers K in solchem Mafse bewirken, als der Observationspunkt seine Stellung und Lage zum wahren Meridian ändert. Wird der Zeigerhebel A nun so gedreht, dafs der Zeiger K mit dem Nordende der freien Nadel F übereinstimmt, so wird die Stellung der Noniusplatte B auf der Scala C den Unterschied zwischen dem wahren und dem magnetischen Meridian angeben.

Man nehme z. B. an, dafs die feste Nadel G den wahren Meridian vorstelle, dann wird der Unterschied zwischen dem magnetischen und dem wahren Meridian durch den Declinationsbogen zwischen den beiden Nadeln dargestellt, da die freie Nadel zweien entgegengesetzt wirkenden Kräften unterworfen ist und nach den bekannten dynamischen Gesetzen eine Diagonalrichtung zu dem Widerstände einnehmen wird. Es ist ersichtlich, dafs, wenn das Instrument um seine eigene Achse im einfachen Azimuth vom wahren Meridian gedreht wird, die freie Nadel von dem Nullpunkt oder der Meridianlinie des Instrumentes nach einem Punkte hin decliniren wird, dessen Bogen eine gleiche Anzahl Grade mit dem Breitegrad des Observationspunktes besitzt.

Nimmt man nun dieses Quantum als Intensität an, so bildet dasselbe einen Mafsstab für die durch die Erde ausgeübte Gesammtkraft für diesen Breitengrad. Steht das Instrument auf dem wahren Meridian des Beobachtungspunktes, so findet eine vollständige Uebereinstimmung der freien Nadel und des Indexpunktes statt. Irgend welche Abweichung des Instrumentes von dem wahren Meridian, sei es durch Rotiren des Instrumentes im Azimuth oder durch locale Störungen, wird eine entsprechende Declination der Nadel verursachen.

Demzufolge kann man zu jeder Zeit und an jedem Orte den währen Meridianpunkt unabhängig von den Sonnenbeobachtungen oder localen magnetischen Störungen feststellen durch einfaches Drehen des Instrumentes im Azimuth, bis die freie Nadel mit dem Nullpunkt oder Indexpunkt übereinstimmt. Jede locale Störung, welche einwirken könnte, um die freie Nadel zu decliniren, kann leicht festgestellt werden, indem das Instrument im Azimuth nach Ost und West gestellt wird und den Zeigerhebel so weit dreht, als es der Observationspunkt erfordert.

Sollte das Nordende der freien Nadel mit dem Zeiger K an dem Zeigerhebel nicht übereinstimmen, so geben die Anzahl der Eintheilungen, um welche die Nadel gedreht werden mufs, die durch locale Störungen erzeugte irrthümliche Declination an. Solche Eintheilungen, wenn sie auf Grade, Minuten und Secunden reducirt sind, dienen als Basis für die Irrthümer in den verschiedenen Manipulationen, für welche dieser Apparat angewendet wird. Man nimmt z. B. an, das Instrument sei in New-York aufgestellt und im Azimuth zu einem Punkt, welcher mit dem Breitengrad, d. h. 40⁰ 40' übereinstimmt, so ist die Declination der Nadel an diesem Punkte gleich 3,6 Punkte oder Eintheilungen. Wird nun der Zeiger zu dieser Scala eingestellt, so ist eine Declination der freien Nadel immer noch bemerkbar. Wird dies auf der Scala, nachdem der Zeiger in Uebereinstimmung mit dem Ende der Nadel gebracht ist und 6,8 zeigt, gemessen, so zeigt die Declination 3,2 Eintheilungen oder Punkte, welche durch locale Störungen an dieser Stelle verursacht werden.

In Fig. 3 ist die praktische Anwendung auf ein Nivellirinstrument dargestellt. M ist die Eintheilung des Instrumentes, welches bei der Operation des Apparates als einfacher Azimuth dient. N ist eine bekannte Vorrichtung zum Adjustiren derselben; F ist die freie Nadel, K der Zeiger, A der Zeigerhebel, C die Noniusscala, B die Noniusplatte. Da sämmtliche Messungen von Entfernungen zum Bestimmen localer und geographischer Grenzen von der Accuratesse des Auffindens des wahren Meridians abhängen und, wie die Erfahrung zeigt, die localen Störungen der Magnetnadel derart variabel sind, dafs es sehr schwer fällt, mit den vorhandenen Mitteln vollständig fehlerfreie, zufriedenstellende Resultate zu erreichen, so werden sich bei Anwendung der Erfindung auf diese Klasse von Apparaten die eigenen Fehler des Instrumentes corrigiren und vollständig genaue Resultate geben, unabhängig von der Beobachtung des Himmels.

Bei Anwendung der Erfindung auf nautische Instrumente ist der Hauptzweck, aufser den Bestimmungen der Abweichung des wahren und des magnetischen Meridians, die durch locale Störungen erzeugten Irrthümer, denen bei Eisenschiffen so schwer zu begegnen ist, zu corrigiren. Obgleich diese Fehler durch Beobachten des Himmels und durch ingenieuse Vorrichtungen entdeckt werden können, so ist dies unter gewissen atmosphärischen Verhältnissen, wie z. B. bei nebligem Wetter und bedecktem Himmel, nicht möglich, weil die Apparate in solchen Fällen nicht zur Verwendung kommen können.

In vielen Fällen übt die Schiffsladung und die Ausrüstung des Schiffes einen magnetischen Einflufs auf den Schiffscompafs und verursacht eine derartige Declination der Magnetnadel von der Normalrichtung, dafs der Compafs für Navigationszwecke absolut nutzlos ist. Dies wäre besonders der Fall, wenn der Schiffsführer den Hafen verlassen und seine Reise bei constant nebliger Witterung und bedecktem Himmel antreten würde mit einem Schiffscompafs als einzige Richtschnur, wenn sein Compafs durch den magnetischen Zustand der Schiffsladung beeinflufst wird. Die Fehler ändern sich bei jedem Wechsel des Schiffskurses und bei jeder Aenderung der Verticalstellung durch das Schwanken des Schiffes und vermindern oder vermehren sich mit dem Backbord- oder Steuerbordwinkel des Schiffes, welches ein correctes Lösen dieses Problems der Fehler sehr schwierig macht.

Es ist ersichtlich, dafs ein Instrument, welches die Fehler jederzeit so angiebt, dafs der richtige Kurs für jede Distanz festgestellt werden kann, für solche Zwecke von besonderem Vortheil sein mufs.

Die Anordnung der Scala oder der Eintheilungen auf dem Sector mit dem daran angebrachten Nonius ist wie folgt:

Die Eintheilung von ο bis 32 entspricht den 32 Punkten der Azimuthscala, so dafs der Nonius ο bis 11 den 32. Theil des Kreises repräsentirt. Dieser 32. Theil wird für den Nonius in 11 Theile getheilt und für die Scala in 10 Theile; daher ist ein Punkt des Bogens auf dem Sector gleich dem 32. Theil des Kreises, woraus sich ein Werth von ii° 15' für jeden Punkt ergiebt, d. h. die Kraft, welche die durch die feste Nadel controlirte freie Nadel um einen Punkt bewegt, wie auf dem Sector meines Instrumentes angegeben, wird die freie Nadel eines gewöhnlichen Compasses um ii° 95' bewegen.

Theilt man daher die Noniusscala im Verhältnifs von 11:10, so erhält man den 10. Theil eines Punktes = i,₇₅ ^o statt der gewöhnlichen Eintheilung in Grade, Minuten und Secunden.

. Die entsprechende Länge, der frei schwingenden Nadel zur festen Nadel verhält sich wie 18 : 16, welches Verhältnifs dem Unterschied zwischen den äquatorialen und den magnetischen Linien entspricht.

Nimmt man z. B. an, dafs die feste Magnetnadel den wahren Meridian des Instrumentes vorstellt, d. h. die magnetische Erdlinie der frei schwingenden Nadel den magnetischen Meridian im' Verhältnifs zur Aequatoriallinie darstellt, so entsteht ein wirklicher Unterschied von zwei Punkten oder zwei Eintheilungen zwischen den Mittelpunkten der beiden Linien oder Ebenen, welche auf die Länge der betreffenden Nadel zu übertragen ist.

Nimmt man z. B. an, das Instrument wäre an einer Stelle am Erdäquator zwischen den Mittelpunkten der äquatorialen und magnetischen Ebenen oder Linien aufgestellt, so würden die Nord- und Südenden beider Nadeln die Radien des Erd- und magnetischen Aequators angeben.

Wird nun der Radius des Erdäquators in neun gleiche Theile getheilt und der eine Theil als Null auf dem Radius des magnetischen Aequators markirt, so wird letztere eine Länge gleich 8 Theilen besitzen. Der Unterschied des einen Theiles auf jeden Radius der festen Nadel oder 2 Theile oder Punkte für die ganze Länge der Nadel rührt, wie vorher gesagt, von der wirklich existirenden Entfernung von zwei Punkten oder Theilen zwischen den Mittelpunkten der beiden Linien oder Ebenen her. Giebt man der freien Nadel daher eine Länge von 18 Theilen (im Verhältnifs zum Radius des Erdäquators) und der festen Nadel eine solche von 16 Theilen (im Verhältnifs zum magnetischen Aequator), so werden dieselben in richtigem Verhältnifs zu den Aequatorial- und magnetischen Linien stehen.

Es ist sich jedoch nicht auf die Längenverhältnisse beider Nadeln zu beschränken, weil in der Praxis zwei Nadeln von gleicher Länge keinen sichtbaren Unterschied zeigen wurden bei einem Instrument, dessen Sector ca. 127 mm grofs ist, was für den gewöhnlichen Gebrauch am geeignetsten'ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   An boussolenähnlichen Instrumenten und Theodolithen, sowie ähnlichen, auch nautischen Mefsinstrumenten, bei denen eine in horizontaler Ebene frei schwingende Magnetnadel verwendet wird, die Combination solcher Instrumente mit einem Apparat, genannt Isometer, zum Zweck der genauen Bestimmung der Breitengrade von Punkten, sowie des Betrages localer Störungen auf Grund einfacher Beobachtungen unter Vermeidung "jeder Bestimmung durch Rechnung, wobei dieser Apparat charakterisirt ist durch:

   die Combination einer horizontalen, festen Magnetnadel G mit einer um den verticalen Zapfen P frei schwingenden Magnetnadel F; die Verbindung eines festen, sectorähnlichen Theiles »S des Gehäuses mit einem um den Zapfen P drehbaren Arm A mit Mikrometereinstelhmg, auf dessen Mittellinie der Zeiger K angeordnet ist;

   die Anordnung einer Gradeintheilung C auf dem Sectortheil S derartig, dafs der Nullpunkt mit der Ebene zusammenfällt, welche durch die Drehachse P und die Richtung der festen Nadel G bestimmt ist, wobei die Eintheilung C nach jeder Seite des Nullpunktes auf 32, entsprechend 32 Theilen der Azimuthscala, durchgeführt ist;
   die Verbindung des drehbaren Armes A mit einer Noniusscala, deren 11 Theile 10 Theilen der Eintheilung C entsprechen;
   das Längenverhältnifs der festen Magnetnadel zur beweglichen wie 16:18 oder die Herstellung beider Nadeln von gleicher Länge.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen.