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"Nivelliereinrichtung, insbesondere Dosenlibelle."
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Die Erfindung betrifft eine Nivelliereinrichtung, insbesondere eine
Dosenlibelle, mit einem geschlossenen Gehäuse mit mindestens einer gewölbten oder
gekrümmten, mit einer Markierung versehenen Wand, einer Füllung des Gehäuses mit
einem ersten Medium geringer Dichte und mit einem zweiten flüssigen Medium vergleichsweise
größerer Dichte, wobei die beiden Medien voneinander abgegrenzte Volumina einnehmen
und die Grenze zwischen den Medien mit der Markierung zur Deckung bringbar ist.
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Derartige Nivelliereinrichtungen sind seit langem bekannt.
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Sie finden in Form von röhrenförmigen Libellen beispielsweise in Wasserwaagen
Verwendung. Die Markierung besteht hierbei aus zwei parallelen Strichen, die beiderseits
des Scheitelpunktes der gekrümmten Röhrenlibelle angebracht sind. Dosenlibellen
werden beispielsweise bei Waagen sowie bei optischen Instrumenten eingesetzt, bei
denen es auf eine genaue Ausrichtung in zwei horizontalen
Koordinaten
ankommt. Die Markierung besteht hierbei aus einem farbig abgesetzten Kreisring.
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Bei den bekannten Instrumenten besteht das erste Medium geringer Dichte
im allgemeinen aus einem Gas, welches in dem zweiten flüssigen Medium aufgrund der
Oberflächenspannung eine Gasblase bildet. Das zweite, flüssige Medium ist in der
Regel ein Kohlenwasserstoff wie beispielsweise ein Äther,ein' Alkohol, oder ein
dünnflüssiges Öl. Falls eine Frosteinwirkung ausgeschlossen werden kann, kommt natürlich
auch Wasser als Füllung in Frage. In keinem Falle ist das erste mit dem zweiten
Medium mischbar oder in diesem lösbar, so daß die beiden Medien voneinander abgegrenzte
Volumina einnehmen.
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Die Sichtbarkeit kann durch eine Einfärbung der Flüssigkeit verbessert
werden.
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Durch die Abgrenzung der beiden Volumina entsteht eine deutlich sichtbare
Grenze. Die horizontale Ausrichtung des mit der Libelle verbundenen Körpers oder
Geräts ist dann erreicht, wenn sich das Medium geringer Dichte (Gasblase) entweder
genau zwischen den Strichen (Röhrenlibelle) oder genau konzentrisch innerhalb des
Ringes (Dosenlibelle) befindet.
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Derartige Nivelliereinrichtungen sind regelmässig nur in einer Lage
zu verwenden, in der sich die Gasblase im Bereich der Markierungen bzw. im Bereich
des Scheitelpunktes der gekrümmten oder gewölbten Wand befindet.
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Aus diesem Grund sind auch die bekannten Wasserwaagen regelmässig
mit zwei Röhrenlibellen ausgestattet, wobei
die Beobachtung auch
von der Seite her erfolgen kann.
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Zur Vermeidung einer Parallaxe befindet sich die Markierung zweckmässig
in größtmöglicher Nähe der Grenze zwischen den beiden Medium, d.h. auf der Innenseite
des Gehäuses, sofern dies aus Fertigungsgründen möglich ist.
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Nun sind aber Fälle denkbar, bei denen das der Nivelliereinrichtung
zugeordnete Gerät oder Werkzeug in verschiedenen Lagen benutzt werden muß, insbesondere
auch in Überkopflagen. Dies ist beispielsweise bei elektrischen Handbohrmaschinen
der Fall, wenn mit diesen Löcher in Gebäudedecken gebohrt werden sollen. Hierbei
kommt es gelegentlich auf genau senkrechte Bohrungen an. Eine etwa am Bohrmaschinengehäuse
oder -Griff befestigte Dosenlibelle herkömmlicher Bauart, die beim Herstellen einer
Bohrung im Fußboden ohne weiteres ablesbar ist, versagt beim Anbringen einer Deckenbohrung,
weil sich hierbei die Gasblase von der mit der Markierung versehenen gewölbten Wand
entfernt und zur gegenüberliegenden Wand aufsteigt, die in der Regel keine zentrierende
Wirkung auf die Gasblase ausübt. Aber selbst wenn dies der Fall wäre, so nimmt die
Sichtbarkeit der Grenze zwischen den beiden Medien drastisch ab, und es entsteht
aufgrund des beträchtlichen Abstandes zwischen Gasblase und Markierung eine Parallaxe,
die keine auch nur einigermaßen brauchbare Ablesung erlaubt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nivelliereinrichtung
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die ausser in der Draufsicht von oben
auch in der Draufsicht von unten, d.h. in Überkopflage eine zuverlässige Ablesung
des Nivellierungszustandes erlaubt.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen
Nivelliereinrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß in dem Gehäuse noch ein drittes
Medium mit vergleichsweise noch größerer Dichte als der des zweiten flüssigen Mediums
untergebracht ist, welches dritte Medium von den beiden anderen Medien gleichfalls
ein abgegrenztes Volumen einnimmt, und daß die Grenze zwischen dem zweiten und dem
dritten Medium gleichfalls mit der Markierung zur Deckung bringbar ist.
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Dieses dritte Medium kann beispielsweise Quecksilber sein, welches
in Form eines größeren Tropfens aufgrund der Oberflächenspannung innerhalb des zweiten
flüssigen Mediums zusammengehalten wird und aufgrund seiner großen Dichte danach
strebt, den Tiefstpunkt innerhalb des Gehäuses einzunehmen. Es kann jedoch auch
ein Öl mit einer größeren Spezifischen Dichte als die des zweiten flüssigen Mediums
verwendet werden, soweit diese beiden Medien nicht miteinander mischbar oder ineinander
lösbar sind. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, als drittes Medium eine Stahlkugel
zu verwenden, wie sie beispielsweise in großen Mengen für die Kugellagerherstellung
eingesetzt werden. Derartige Kugeln haben für den genannten Zweck eine ausgezeichnete
geometrische Form und Oberflächenglätte.
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Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, drei gegeneinander abgestufte
Medien unterschiedlicher spezifischer Dichte in dem gleichen Gehäuse unterzubringen,
wobei keines dieser Medien mit einem der anderen Medien mischbar oder in diesen
lösbar ist. Der größte Teil der Füllung besteht dabei aus dem zweiten flüssigen
Medium, während
das erste und das dritte Medium eine kleinere bzw.
größere Dichte als das zweite Medium aufweisen und nur einen kleinen Anteil an dem
Füllvolumen haben. Dadurch steigt stets das Medium mit der geringsten Dichte (z.B.Gasblase)
nach oben, während das Medium mit der größten Dichte (z.B.Stahlkugel) nach unten
sinkt. Die Nivelliereinrichtung ist infolgedessen sowohl in der Draufsicht von oben,
als auch in der Draufsicht von unten (Überkopflage) einsetzbar. Im ersten Fall dient
die Gasblase zur Nivellierung gegenüber den Markierungen ; im zweiten Fall wird
diese Aufgabe durch dio Stahlkugel erfüllt, die von unten durch die selbstverständlich
durchsichtige gewölbte oder gekrümmte Wand des Gehäuses relativ zur Markierung deutlich
sichtbar ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist zum Anbau oder Einbau in alle handelsüblichen
Arbeitsgeräte und Maschinen, zum Beispiel in elektrische Handbohrmaschinen sowie
Schlagbohrmaschinen etc. geeignet. Bei entsprechendem Einbau in eine Handbohrmaschine
(hierzu werden auch Bohrmaschinen mit Schlageinrichtung und sogenannte Bohrhämmer
gezählt) gemäß den in der Detailbeschreibung angegebenen Einbaumaßnahmen kann die
gleiche Bohrmaschine sowohl zum Herstellen einer genau senkrechten Bohrung im Fußboden
als auch in der Decke eines Gebäudes verwendet werden. Bei zusätzlichem Einbau einer.zweiten
Nivelliereinrichtung gemäß den gleichfalls in der Detailbeschreibung angegebenen
Maßnahmen kann die gleiche Bohrmaschine auch zum Bohren genau waagrechter Bohrungen
verwendet werden.Dies ist von besonderer Bedeutung deswegen, weil die Herstellung
von Bohrungen, die genau senkrecht zu der angebohrten Oberfläche verlaufen, ohne
besondere Hilfsmittel extrem schwierig ist. Hierfür ist der schräge Blickwinkel
der
Bedienungsperson maßgebend, nicht zuletzt aber auch die in vielen Fällen unvermeidbare
Zwangslage, in der sich die Bedienungsperson befindet. Dies gilt im besonderen Maße
für das Herstellen von Deckenbohrungen.
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Auf die Zuziehung fremder Hilfe und/oder auf die Verwendung besonderer
Abstütz- und Zentriervorrichtungen, die meist aus Platzgründen garnicht zum Einsatz
kommen können, kann bei Anwendung des Erfindungsgegenstandes verzichtet werden.
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Der Erfindungsgegenstand kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch
weiter ausgestaltet werden, daß der gewölbten oder gekrümmten Wand des Gehäuses
eine zweite, in entgegengesetzter Richtung gewölbte oder gekrümmte Wand gegenüberliegt,
und daß die Scheitelpunkte der Wölbungen oder Krümmungen einander unmittelbar gegenüberliegen.
Bei Anwendung dieser Maßnahme befinden sich - genau senkrechte Ausrichtung der Symmetrieachse
des Gehäuses vorausgesetzt - die Mittelpunkte des ersten und des dritten Medium
i,d der Markierung genau in einer Linie, nämlich in der genannten Symmetrieachse.
Sofern hierbei noch das jeweils verdeckte Medium gerade eben sichtbar ist, läßt
sich durch diese Art der Ausbildung und der Anzeige jede Art von Parallaxe restlos
ausschließen, so daß die Anzeigegenauigkeit weiter verbessert wird.
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Es ist dabei besonders zweckmässig, das Gehäuse als einen in Bezug
auf eine Symmetrieachse As hohlen Rotationskörper auszubilden. Der Hohlraum wird
hierbei durch einen Zylinderabschnitt und zwei sich beidseitig unmittelbar anschliessende
Kugelkalotten gebildet,
wobei die genannten Scheitelpunkte die
Mittelpunkte der Kugelkalotten sind. Ein derart gestaltetes Gehäuse kann nämlich
noch in weiteren räumlichen Lagen als "Libelle" verwendet werden. Dies ist dann
der Fall, wenn im Randbereich des hohlen Rotationskörpers eine sich beiderseits
eines Durchmessers "D" erstreckende Markierung angeordnet ist, in deren Bereich
sich das erste und dritte Medium bei horizontaler Ausrichtung der Symmetrieachse
befinden. Es ist hierbei die Zylinderfläche, auf der das erste Medium (Gasblase)
und das dritte Medium (Kugel) abrollen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen des Erfindungsgegenstandes
sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben. Ausführungsbeispiele und eine Anwendungsmöglichkeit
des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1-6 näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Nivelliereinrichtung
bei senkrechter Ausrichtung der Symmetrieachse As für eine Blickrichtung von oben
nach unten, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig.1 in Richtung d.es
Pfeiles II, Fig. 3 einen Axialschnitt analog Fig. 1, jedoch in Überkopfstellung
für eine Blickrichtung von unten nach oben, Fig. 4 einen Radialschnitt durch eine
Variante des Gegenstandes nach den Figuren 1 - 3 bei horizontaler Ausrichtung der
Symmetrieachse As
Fig. 5 einen Axialschnitt durch den Gegenstand
nach Fig. 4 entlang der Ebene V-V und Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des
Griffendes einer Handbohrmaschine mit zwei Nivelliereinrichtungen.
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In den Figuren 1-3 ist ein Gehäuse 1 dargestellt, welches aus einer
gewölbten bzw. gekrümmten Wand 2 aus einem glasklar durchsichtigen Werkstoff sowie
aus einem Grundkörper 3 besteht, an dessen optische Eigenschaften keine besonderen
Anforderungen gestellt werden. Die Wand 2 ist mit einem zylindrischen Fortsatz 2a
versehen, mit dem sie flüssigkeitsdicht in den Grundkörper 3 eingesetzt ist.
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Die Wand 2 ist in Form einer Kugelschale ausgebildet und trägt eine
in Fig.2 sichtbare, kreisringförmige Markierung 4.
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Das Gehäuse besitzt eine Füllung, die aus einem ersten Medium 5 mit
geringer Dichte in Form einer Gasblase, aus einem zweiten, flüssigen Medium 6 vergleichsweise
größerer Dichte, durch welches das erste Medium seinen Auftrieb erhält, sowie aus
einem dritten Medium 7 in Form einer Stahlkugel besteht, welche durch ihre vergleichsweise
noch größere Dichte als der des zweiten Mediums 6 auf dem Boden des Grundkörpers
3 ruht. Sämtliche Medien sind durch deutlich sichtbare und in der Zeichnung dargestellte
Grenzflächen bzw. Grenzen voneinander getrennt, und nehmen infolgedessen abgegrenzte
Volumina ein.
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Aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Symmetrieachse As ist die
Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Medium
(Gas/Flüssigkeit)
mit der Markierung 4 kongruent ; darunter ist das dritte Medium 7 (Kugel) sichtbar.
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Auch die Grenze des dritten Mediums gegenüber dem zweiten Medium deckt
sich mit der Markierung 4, wobei es unerheblich ist, ob ein geringer radialer Abstand
vorhanden ist oder nicht. Unter "Deckung" ist die konzentrische Lage der in der
Projektion sichtbaren Phasengrenzen zur Markierung zu verstehen, wobei der Genauigkeit
der Ablesung die Eigenschaft des menschlichen Auges zu Hilfe kommt, daß bereits
geringe Abweichungen von der konzentrischen Lage deutlich wahrgenommen werden.
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Fig. 3 ist zu entnehmen, was geschieht, wenn die Nivelliereinrichtung
aus der in Fig. 1 dargestellten Position durch räumliche Verschwenkung der Symmetrieachse
As um 1800 auf den Kopf gestellt wird : nachdem nunmehr die durchsichtige Wand 2
mit der Markierung 4 in die unterste Position gelangt, liegt das schwerste dritte
Medium 7 (Kugel) auf der Wand 2 auf und kann infolgedessen zur Nivellierung benutzt
werden. Das leichteste erste Medium ist nunmehr zum Boden des Grundkörpers 3 aufgestiegen
und wird mindestens teilweise von dem dritten Medium 7 verdeckt.
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Eine aus den Figuren 1 und 3 ersichtliche Besonderheit besteht noch
darin, daß der gewölbten bzw. gekrümmten Wand 2 eine zweite, in entgegengesetzter
Richtung gewölbte oder gekrümmte Wand 8 gegenüberliegt, die durch den Boden des
Grundkörpers 3 gebildet wird. Die Anordnung ist dabei
so getroffen,
daß die Scheitelpunkte S1 (Fig.1) und (Fig.3) der Wölbungen oder Krümmungen einander
unmittelbar gegenüberliegen; d.h. die genannten Scheitelpunkte liegen auf der Symmetrieachse
As. Hierdurch tritt der in der Beschreibungseinleitung beschriebene Effekt ein,
daß die Markierung 4 optisch mit den beiden Grenzen zwischen den drei Medien zur
Deckung gebracht werden kann.
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Wie aus den Figuren 1-3 ersichtlich, ist das Gehäuse 1 in Bezug auf
die Symmetrieachse Asmindestens in Bezug auf die Gehäuse-Innentläche als hohler
Rotationskörper ausgebildet, und die Markierung 4 ist zur Symmetrieachse konzentrisch
angeordnet. Dadurch entsteht ein Hohlraum in Form eines gedrungenen Zylinders mit
zwei unmittelbar angrenzenden Kugelkalotten.
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In den Figuren 4 und 5 ist das Gehäuse 1 vereinfacht aber unter Beibehaltung
der wesentlichen Konstruktionsprinzipien gemäß den Figuren 1-3 dargestellt, d.h.
der hohle Rotationskörper hat im wesentlichen die gleiche Gestalt, abgesehen davon,
daß der Abstand der beiden Wände 2 und 8 geringer gehalten ist, um das erste Medium
5 und das dritte Medium 7 an einem axialen Ausweichen zu hindern.
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Im Randbereich des hohlen Rotationskörpers ist eine sich beiderseits
eines Durchmessers "D" erstreckende Markierung 9 angeordnet, die in diesem Fall
aus zwei von Rand zu Rand durchgehenden, zum Durchmesser parallelen Strichen und
einem diese parallen Striche rechtwinklig schneidenden Strich 9a besteht, der das
Medium 5 (Gasblase) bei horizontaler Ausrichtung der Symmetrieachse As und Draufsicht
in Achsrichtung (Pfeil 17a in Fig. 6) optisch tangiert. Aufgrund dieser Markierung
läßt sich die Nivelliereinrichtung nämlich in einer Position verwenden, wie sie
in Fig. 6 mit "17" bezeichnet ist. In diesem Fall bewegt sich nämlich das leichteste
erste
Medium 5 durch den erzwungenen Auftrieb an die höchste Stelle, die diesmal im Bereich
des zylindrischen Teils des Gehäuses 1 liegt, und das schwerste dritte Medium 7
(Kugel) bewegt sich in die diametral genau entgegengesetzte Stellung.
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Zwischen der Markierung 9, dem Medium 5 (Gasblase) und dem Medium
7 (Kugel) läßt sich durch Kippen der Nivelliereinrichtung um eine horizontale Achse,
die zur Symmetrieachse As senkrecht und zum Strich 9a parallel verläuft, eine horizontale
Lage eines mit der Nivelliereinrichtung verbundenen Gegenstandes herbeiführen, die
dann erreicht ist, wenn der Strich 9a in der oben beschriebenen Weise den Tiefstpunkt
des Mediums 5 (Gasblase) optisch tangiert, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
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Die konzentrische Markierung 4 gemäß Fig. 2 ist analog auch bei dem
Gegenstand nach den Figuren 4 und 5 vorhanden, jedoch nicht dargestellt.
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In Fig. 6 ist der hintere Teil einer Handbohrmaschine 10 mit Griff
11 und Schalter 12 gezeigt. Die Bohrfutterachse 13 ist nur schematisch dargestellt.
Der Griff 1 besitzt eine Oberseite 14, die abgeplattet ist und im wesentlichen parallel
zur Bohrfutterachse 13 verläuft. Auf diese Oberseite 14 ist eine Nivelliereinrichtung
15 gemäß den Figuren 1 bis 3 in der Weise aufgesetzt, daß ihre Symmetrieachse As
senkrecht zur Bohrfutterachse 13 verläuft.
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Der Griff 11 besitzt eine Stirnfläche 16, die im wesentlichen senkrecht
zur Bohrfutterachse 13 verläuft. Da üblicherweise die Griffe etwas schräg verlaufen,
genügt in der Stirnfläche 16 eine entsprechende Sitzfläche, auf die eine weitere
Nivelliereinrichtung 17 nach den Figuren 4 und 5 in der Weise angebracht ist,daß
ihre Symmetrieachse As parallel zur Bohrfutterachse 13 verläuft .....
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Die Nivelliereinrichtungen 15 und 17 sind gemäß Fig.6 in der Weise
angeordnet bzw. ausgerichtet, daß sie in einer um 90° Raumwinkel zueinander versetzten
Lage angeordnet sind. Der Raumwinkel wird durch die Lage der Symmetrieachsen As
bestimmt.
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Die Wirkungsweise des Gegenstandes nach Fig. 6 ist folgende: Sofern
in einem Fußboden senkrechte Löcher gebohrt werden sollen, wird die Bohrfutterachse
13 senkrecht ausgerichtet, und die Bedienungsperson blickt auf die Nivelliereinrichtung
17 in Richtung des Pfeiles 17a. Hierbei wird eine Lage der einzelnen Medien zueinander
erreicht, wie sie in Fig.1 dargestellt ist. Die Bedienungsperson hat einen Anblick
der Nivelliereinrichtung gemäß Fig.2. Es ist auf diese Weise leicht möglich, die
Bohrfutterachse 13 in eine genau senkrechte Lage zu bringen.
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Sofern mit der betreffenden Vorrichtung genau senkrechte Bohrungen
in einer Gebäudedecke angebracht werden sollen, wird die Bohrfutterachse 13 gleichfalls
senkrecht ausgerichtet, jedoch gegen die Gebäudedecke gerichtet. Hierbei nehmen
die Medien im Gehäuse 1 eine Positon ein, wie sie anhand von Fig,3 dargestellt ist
. Die Bedienungsperson blickt alsdann gleichfalls auf die Nivellierungseinrichtung
17 in Richtung des Pfeils 17a und kann in zuverlässiger Weise die Bohrfutterachse
13 exakt senkrecht zur Gebäudedecke ausrichten.
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Soll mit der Handbohrmaschine gemäß Fig.6 eine waagrechte Bohrung
erzeugt werden, so bedient sich die Bedienungsperson hierbei der Nivelliereinrichtung
15. Die Bohrfutterachse 13 wird in eine waagrechte Positon zur Wand ausgerichtet,
wobei
sich eine räumliche Konstellation der einzelnen Medien und des Gehäuses gemäß Fig.
1 und bei Überkopflage, d.h. entsprechend nach unten gedrehter Nivelliereinrichtung
15, eine Konstellation gemäß Fig. 3 ergibt. Die Bedienungsperson hat hierbei wiederum
in der Draufsicht in Richtung des Pfeils 15a einen Anblick, wie er in Fig.2 dargestellt
ist. Auch in diesem Falle läßt sich die Bohrfutterachse 13 in eine exakt horizontale
Lage bringen. Etwaige Winkel abweichungen der Bohrfutterachse innerhalb einer horizontalen
Ebene können von der Bedienungsperson leicht ausgeglichen werden5 da aus dieser
Lage eine wesentlich bessere Übersicht möglich ist.
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Sofern beim Herstellen der waagrechten Bohrung eine Draufsicht auf
die Nivelliereinrichtunb5nicht möglich ist, gestattet die Nivelliereinrichtung 17
im Falle einer Ausgestaltung gemäß den Fig. 4 und 5 eine waagrechte Nivellierung
der Bohrfutterachse 13. Beim Blick in Richtung des Pfeils 17a und bei einer Auf-
und Abbewegung des Bohrmaschinengriffs 11, d.h. bei einer Schwenkbewegung um die
Bohrerspitze, läßt sich der Tiefstpunkt des Mediums 5 (Gasblase) optisch mit dem
Strich 9a zur Deckung bringen, wobei sich gleichzeitig die Medien 5 und 7 zwischen
den Strichen der Markierung 9 befinden, die in diesem Fall vertikal ausgerichtet
sind.
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Damit hat die Nivelliereinrichtung 17 gemäß den Fig. 4 und 5 eine
Zusatzfunktion erfüllt; d.h. die Symmetriebene des Giffs 11 verläuft genau senkrecht,
und die Bohrfutterachse steht senkrecht zu der anzubohrenden Wand.
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Der Erfindungsgegenstand läßt sich noch dadurch weiter ausgestalten,
daß man zwischen Nivelliereinrichtung und Handwerkzeug (z.B.Bohrmaschine) eine Art
Winkelmesser anordnet, durch den eine oder beide Nivelliereinrichtungen definiert
unter einem räumlichen Winkel zur Bohrfutter-
achse ausgerichtet
werden können. Auf diese Weise läßt sich mit einer entsprechenden Winkel-Voreinstellung
innerhalb des durch den Winkelmesser vorgegebenen Bereichs eine Bohrung in jeder
beliebigen Schräglage erreichen, ohne daß hierfür andere komplizierte Meßeinrichtungen,
Lehren, Bohrbüchsen etc. benötigt würden.