DE95653C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Instrument, mit welchem von einem einzigen Standpunkte aus Entfernung, Höhenlage, Höhe und Breite (Stärke) eines sichtbaren Gegenstandes ermittelt werden können, ohne dafs dieser zugänglich zu sein braucht.

Zur Ermittlung der Entfernung eines Punktes, bezw. zu seiner Ortsbestimmung müssen unter allen Umständen zwei Visuren geschehen. Bei der Arbeit mit Distanzmessern, Universal-Mefsinstrumenten, Theodolithen, Tachymetern u. s.w. werden diese beiden Visuren von einem Standpunkte aus über zwei waagrechte Fäden gemacht , deren Projectionen auf einer senkrechten getheilten Latte abgelesen werden, die auf dem zu beobachtenden Punkte zur Aufstellung gelangt; bei der Arbeit mit dem Mefstische und beim Trianguliren wird von zwei Standpunkten aus nach einander nach dem Zielpunkte visirt.

Es sind bereits Entfernungsmesser in Vorschlag gebracht worden, bei welchen das zur Bestimmung der Entfernung unzugänglicher Punkte nothwendige Dreieck von einem einzigen Standpunkte aus gebildet wird. Bei den meisten dieser Instrumente liegen die Ausgangspunkte beider Visuren in der Senkrechten zur ersten Visur, so dafs dieses Dreieck ein rechtwinkliges ,ist, zu dessen Bestimmung zwei Bekannte ausreichen. Ist die Neigung der Visuren zu einander eine vorher bestimmte, so braucht nur der Abstand der beiden Visur-Ausgangspunkte gemessen zu werden; ist dagegen dieser Abstand ein fixer, so genügt die Messung des Winkels, den beide Visuren einschliefsen, um die Entfernung eines unzugänglichen Punktes zu bestimmen.

Diesen Instrumenten, welche zweier Schau-' rohre oder anderer Visurbehelfe bedürfen, haften jedoch bedeutende Uebelstände an. Sie sind nicht zur Ermittlung von Höhenlagen unmittelbar, verwendbar und bestimmen nur dann die wirkliche horizontale Entfernung des Standpunktes vom beobachteten Punkte, wenn beide in einer Ebene liegen. In allen anderen Fällen entspricht die ermittelte Entfernung der Länge der Luftlinie zwischen den beiden Punkten und nicht der Projection dieser Luftlinie auf die Horizontalebene, "auf welche es bei allen Vermessungsarbeiten ankommt.

Andere zu gleichem Zwecke in Vorschlag gebrachte Instrumente besitzen ein einziges Schaurohr, durch welches nach einander von zwei senkrecht über einander liegenden Punkten aus beobachtet wird, die in vorbestimmter unveränderlicher Entfernung von einander liegen. Diese Instrumente bedürfen der bedeutenden Länge der senkrechten Basis wegen eigener Transportvorrichtungen und Behelfe zur Beobachtung, welche zuweilen aus so beträchtlicher Höhe über dem Erdboden erfolgen mufs, dafs Leitergestelle oder dergl. nöthig werden.

Bei dem Instrumente, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, sind die angeführten Mängel behoben. Beide Visuren werden mittelst eines und desselben Schaurohres gemacht, welches nicht nur einer senkrechten und einer waagrechten Drehbewegung fähig ist,

sondern auch in senkrechter Richtung um ein mefsbares und von Fall zu Fall veränderliches Stück verschoben werden kann. Die durch diese Verschiebung bewirkte Veränderung der Instrumentenhöhe ist verhä'ltnifsmäfsig gering und wird möglichst genau gemessen, da sie nebst den Visurneigungen als Grundlage der Ermittlung der Entfernung und der Höhenlage des Zielpunktes dient. Das Mafs der Visurneigung wird vortheilhaft auf einer feststehenden Scala mit Hülfe eines sich mit dem Schaurohre verschwenkenden Zeigers abgelesen.

Zur Messung der Stärke (Breite) des Gegenstandes — beispielsweise des Durchmessers eines Baumstammes in bestimmter Höhe über dem Erdboden — kann eine Einrichtung dienen — die jedoch keinen Theil der Erfindung ausmacht—, mit welcher man den Winkel mifst, den die Visur riach der einen Begrenzungskante des Gegenstandes mit der Visur nach der anderen Kante einschliefst. Ein im Schaurohr angeordneter Verticalfaden wird vorerst mit der einen und hierauf mit der zweiten Kante zur Deckung gebracht. Das Mafs der hierzu nöthig gewordenen waagrechten Verschwenkung des Schaurohres kann abgelesen werden, um in Verbindung mit der bereits früher ermittelten Entfernung des betreffenden Gegenstandes zur Bestimmung seiner Breite zu dienen.

Für alle diese Ermittlungen lassen sich durch geeignete Anordnung der Mefsscalen die rechnerischen Arbeiten auf ein äufserst Geringes herabsetzen, so dafs auch in dieser Beziehung ungeschulte Kräfte genaue Beobachtungsergebnisse zu. erlangen im Stande sind.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines der Erfindung gemä'fs eingerichteten Instrumentes dargestellt. Fig. ι zeigt die Seitenansicht desselben, Fig. 2 einen waagrechten Schnitt nach der Linie x-x und Fig. 3 einen ebensolchen Schnitt nach der Linie y -y in Fig. 1.

Das mit α bezeichnete Schaurohr mufs nicht in allen Fällen ein Fernrohr sein; Für Messungen geringerer Entfernungen genügt ein Schaurohr mit möglichst kleiner Durchblicköffnung. Die Wasserwaage a^l dient zur genau waagrechten Einstellung des Schaurohres, an dessen Ocular ein Fadenkreuz angebracht ist, das in jenen Fällen, in denen es auf die Ortsbestimmung der Zielpunkte (Situationsaufnahme) nicht ankommt, durch einen Horizontalfaden oder durch zwei nahe über einander liegende Horizontalfäden ersetzt werden kann, zwischen welchen hindurch nach dem Zielpunkte geblickt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kommt ein umlegbares Fernrohr zur Anwendung, dessen Einlegerinne a² in üblicher Weise in einem Gäbellager senkrecht verschwenkbar ist. An letzterem ist mittelst Arme a³ die Scala λ⁴ befestigt, welche im dargestellten Falle bei regelrecht aufgestelltem Instrumente waagrecht angeordnet ist, aber auch jede andere beliebige Lage besitzen könnte. Die Mafseinheit der Scala steht zu ihrer senkrechten Entfernung vom Drehpunkte des Schaurohres in bestimmtem Verhältnisse, etwa 1:1000. Ein auf einem Drehbolzen der Fefnrohrrinne α² festsitzender Hebel a⁵ verschwenkt sich mit dem Fernrohr entlang der Scala a*.

An dem abgebildeten Instrument ist die Einrichtung derart getroffen, dafs dieser Hebel mittelst ' eines an der Scala angebrachten, später beschriebenen Schraubenmechanismus verschwenkt wird, wobei er das Fernrohr mitnimmt. Diese Anordnung bezweckt, das Schaurohr genau um so viel verschwenken zu können, als der Mafseinheit der Scala oder einem Vielfachen dieser Einheit entspricht, was aus später anzuführenden Gründen von grofsem Vortheil ist.

Aufser dieser senkrechten Verschwenkung ist das Schaurohr'wie bei den üblichen Universai-Mefsinstrumenten einer waagrechten Verschwenkung fähig, indem die runde Tragspindel b des Fernrohrlagers a² drehbar gelagert ist. Das Mafs dieser Horizontalverschwenkung wird auf einer feststehenden, mit Gradeintheilung versehenen Scheibe b¹ mittelst eines auf ihr spielenden Nonius b'² abgelesen, dessen Nabentheil £³ durch eine Klemme i>⁴ mit der Tragspindel fest verbunden werden kann.

Die Verschwenkung selbst wird durch eine Vorrichtung in bekannter Art bewirkt.

Am einfachsten und bei Universal-Mefsinstrumenten allgemein üblich ist die Anwendung einer Schraube, deren Gewindetheil c durch eine an der Scheibe b^l drehbar befestigte Mutter c² dringt, während der glatte Bolzentheil c¹ der Schraube gelenkig mit einem an dem Nabentheil b^s befestigten Arm b⁵ verbunden ist, wie dies Fig. 2 zeigt.

Statt der beschriebenen Einrichtung kann auch jede beliebige andere, beispielsweise ein Schraubenmechanismus, wie er mit Bezug auf die Scala aⁱ beschrieben werden wird, angeordnet werden.

Wie eingangs erwähnt, mufs das Fernrohr a auch einer senkrechten Verschiebung oder einer Höhenverstellung parallel zu sich selbst fähig sein. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dafs die Tragspindel b des Schaurohres die obere Verlängerung eines dreikantigen Prismas d bildet, welches in einer entsprechend ausgehöhlten Hülse f senkrecht verschiebbar ist. Letztere ist senkrecht zu einer Tragplatte /^l angeordnet, \velche mittelst der ■ von Spiralfedern umwundenen Hakenschrauben/² auf der Tischplatte^/³ des Gestelles (Stativs) /⁴ derart befestigt ist, dafs ein genaues Horizontalstellen der Trag-

spindel s drehbar gelagert. Diese trägt an ihrem freien, dem Beobachter zugekehrten Ende eine Griffscheibe s¹, deren getheilter Umfang einem festen Nonius s^x entlang schleift, und durchdringt einen Schlitten s², der sich bei ihrer Drehung der Scalenschiene entlang bewegen mufs. Der Schlitten s² trägt seinerseits ein mittelst einer Mikrometerschraube s⁴ parallel zur Scala verschiebbares Gleitstück s^s mit Index <z⁷, gegen welchen der Zeigerhebel s⁵ beständig angedrückt wird,-wozu im dargestellten Falle ein gegen letzteren von der Rückseite wirkendes Stäbchen s⁵ dient, das unter dem Einflüsse einer im Gehäuse s⁶ befindlichen Feder steht.

Beträgt nun beispielsweise die senkrechte Entfernung der Scala vom Drehpunkte des Zeigerhebels 200 mm, so entspricht bei dem angenommenen Theilungsverhältnifs von 1:1000 die Mafseinheit der Gröfse von 0,2 mm. Sind demnach die Theilstriche der Scala um je 5 mm von einander entfernt, so entspricht dieser Abstand je 25 Maiseinheiten. Man ertheilt dann vortheilhaft der Schraube s² eine Steigung von 5 mm, so dafs jede ganze Umdrehung einer Verschiebung des Index an der Scala von einem Theilstriche zum nächsten entspricht, und der Mikrometerschraube s⁴ eine Steigung von 0,2mm, so dafs jede ihrer Umdrehungen der Verschiebung um eine Mafseinheit entspricht.

Hat man demnach bei der Stellung 1 des Instrumentes das Schaurohr auf den Punkt B eingestellt, so hat man dann nur die Mikrometerschraube j·⁴ einmal vollständig herumzudrehen, das Schaurohr senkrecht zu verstellen, bis die Visur wieder den Punkt B trifft, und dann an der Scheibe g·⁴ das Mafs dieser Verschiebung abzulesen. Damit genau eine Umdrehung der Mikrometerschraube s⁴ erfolge, ist dieselbe mit Index versehen und kann überdies einen federnden Zahn oder dergl. tragen, der nach jeder Umdrehung in die Ausnehmung einer Hülse einspringt. Damit auf der Scheibe gⁱ nicht sowohl vor als auch nach der senkrechten Verstellung des Schaurohres abgelesen werden müsse, trifft man vortheilhaft die Einrichtung, dafs die Scheibe jedesmal vorher auf Null eingestellt werden könne, zu welchem Zwecke sie lose, aber festklemmbar auf der Welle g sitzen mufs. Die Anzahl ihrer ganzen Umdrehungen während der Hebung oder Senkung des Schaurohres wird an einem Zähl- oder Registrirwerke bekannter Art abgelesen, welches nicht mit dargestellt worden ist.

Zur bequemeren Handhabung des Instrumentes wird es sich empfehlen, die Scala α⁴ mit dem ganzen Schraubenmechanismus s bis s⁶ nicht über, sondern unter dem Schaurohre anzuordnen. Die erste Art der Einrichtung wurde für die Darstellung nur der gröfseren Deutlichkeit wegen gewählt.

II. Nivelliren und Höhen- und Tiefenbestimmung.

In der früher entwickelten Gleichung

bedeutet H, wie aus Fig. 5 hervorgeht, unmittelbar den Höhenunterschied zwischen dem beobachteten Punkte B und dem Niveau der Schaurohrverschwenkungsachse. Man hat demnach nur die bei der Stellung 1 an der Scala α⁴ und der Scheibe i¹ abgelesene Zahl mit der an der Scheibe g-⁴ abgelesenen Zahl zu multipliciren, um diesen Höhenunterschied zu erhalten. Wird, dieser zu der direct zu messenden Instrumentenhöhe J addirt, so erhält man den Niveauunterschied der beiden Punkte a und b.

Unter Umständen kann es wünschenswerth erscheinen, einen Punkt von gegebener Höhe anzuvisiren (z. B. wenn es sich um die in später zu beschreibender W^Teise durchzuführende Ermittlung der Stärke eines Baumstammes in bestimmter Höhe handelt).

In solchem Falle berechnet man mit Hülfe derselben Gleichung ' .

H=Z-E
ι

aus den Bekannten H und E die Unbekannte m und erhält dann jene Zahl, auf welche der Index a¹ des Zeigerhebels α⁵ eingestellt werden mufs, damit das Schaurohr jene Neigung erhalte, bei welcher die Visur den Gegenstand in der gewünschten¹ Höhe trifft. Ist der Quotient dieser Division keine ganze oder keine solche Zahl, auf deren Bruchtheile mittelst des vorhandenen Nonius der Index des Zeigerhebels eingestellt werden kann, so wird durch Heben oder Senken des Schaurohres die Instrumentenhöhe nach Bedarf geändert.

III. Breiten- und Stärkenbestimmung.

Wie eingangs erwähnt, kann die Breitenmessung mit Hülfe eines im Schaurohre festen Verticalfadens bewerkstelligt werden, welcher zuerst mit der einen und dann mit der anderen Kante des zu beobachtenden Gegenstandes zur Deckung gebracht wird. Bei bekannter Entfernung desselben und gemessener Horizontalverschwenkung des Schaurohres ist die Breite leicht zu ermitteln. Statt das Winkelmafs dieser Horizontalverschwenkung an einem Theilkreise der waagrechten Scheibe b¹ abzulesen, empfiehlt sich die Anwendung einer Tangentenscala in der Art der für die Höhenverschwenkung angewendeten Scala α⁴. Dieselbe mufs natürlich waagrecht liegen. Der dann ebenfalls waagrechte Zeigerhebel für diese Scala braucht nicht

platte f¹ auch bei angezogenen Schrauben /² möglich ist. Hierzu dienen in üblicher Weise die drei Stellschrauben /⁵ und die Libellen/"⁶ und fⁿ. Zur Hebung oder Senkung des Prismas d dient die an einer seiner Flächen angeordnete Zahnstange d¹, in welche ein auf die Welle g gekeiltes Zahnrad g^l eingreift. Diese Welle ruht in auf der Tragplatte f¹ befestigten Lagern g² und trägt an beiden Enden Griffscheiben g³, mittelst welcher die Drehung der Welle g und demgemäfs die Höhenverstellung des Prismas d innerhalb der Hülse f bewerkstelligt wird. Das Mafs dieser Höhenverstellung wird auf einer mit Scala oder Theilung versehenen, auf der Welle g klemmbar aufgesteckten Scheibe g* mittelst eines an einem festen Theil (beispielsweise an einem der Lager g-²) befestigten Nonius g^s abgelesen.

Statt der beschriebenen, zur Höhenverstellung dienenden Einrichtung kann auch irgend eine andere Vorrichtung zu dem gleichen Zwecke angewendet werden, beispielsweise könnte statt des Prismas eine Schraubenspindel angeordnet werden, welche durch einen Kurbeltrieb mit Räderübersetzungen gehoben und gesenkt wird.

Da von der Genauigkeit der Höhenverstellung die Richtigkeit der Messung abhängt, ist es in manchen Fällen von Vortheil, eine Mikrometereinrichtung bekannter Art anzuordnen, welche nach der mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführten rohen (ungefähren) Einstellung die feine Einstellung ermöglicht.

An dem heb- und senkbaren, das Fernrohr α tragenden Instrumententheil ist noch eine Libelle α^Λ befestigt, welche bei lothrechter Stellung dieses Instrumententheiles einspielt und daher in allen Fällen anzeigt, ob er nach vollzogener Höhenverstellung in lothrechter Stellung verblieben ist.

Zeigt sich hierbei ein Ausschlag der Libelle, so wird das Instrument mittelst der drei Schrauben /^ä wieder lothrecht eingestellt, wodurch ein sonst unvermeidlicher Beobachtungsfehler vermieden wird.

Das Schaurohr ist dem bisher Gesagten zufolge dreier Bewegungen fähig, und zwar:

1. einer Drehbewegung in der durch seine Längsachse gelegten Verticalebene;

2. einer Drehbewegung in der Horizontalebene;

" 3. einer senkrechten oder Höhenverstellung nach auf- oder abwärts, parallel zu sich selbst. Weitere Einrichtungen des Instrumentes werden im Folgenden gelegentlich der Schilderung der Arbeitsweise beschrieben werden.

I. Messung von Entfernungen.
Es sei B (Fig. 4) ein Punkt eines Gegenstandes , dessen Entfernung E vom Standorte A des Instrumentes gemessen werden soll.

Das Schaurohr α wird bei der Instrumentenhöhe J (Stellung 1) auf den Punkt B eingestellt, wobei der sich mit dem Schaurohre verschwenkende Hebel α ⁵ eine Lage erhält, bei welcher an der Scala α⁴ die Ablesung m gemacht wird. Hierauf wird das Schaurohr um V gehoben (oder gesenkt) und dann so weit verschwenkt, bis man den Punkt B wieder anvisirt. Die bei dieser Lage (Stellung 2) an der Scala gemachte Ablesung sei m¹.

Es bestehen nun folgende Beziehungen:
Stellung 1 H: E = m : 1, woraus'

tr m E

H = und

Stellung 2 ..... H — V: E = m> : 1,
den Werth für H eingesetzt:

m E V:h=m .1, woraus

oder

m I -.	ρ	V	I	n, I
m —			m -	V
I		E
■V
- m

Damit jede Rechnung wegfalle, arbeitet man derart, dafs

= ι.

Ist, wie früher erwähnt, die Mafseinheit der Scala ein Tausendtheil ihrer Entfernung vom Schaurohrdrehpunkt, so wird

ι = 1000 und
£"=1000 V.

Jedem Millimeter der Höhenverstellung V entspricht dann ein Meter der gesuchten Entfernung E, so dafs die Theilscheibe g* mit Leichtigkeit derart eingerichtet werden kann, dafs die Entfernung unmittelbar an ihr ablesbar wird.

Der Arbeitsgang wird nun dem Gesagten zufolge derart sein, dafs man in Stellung 1 den Punkt -B bei der Zeigerhebellage m anvisirt; dann das Schaurohr derart verschwenkt, dafs der Zeigerhebel in die Lage m—1 geräth; das Schaurohr so lange hebt oder senkt, bis der Sehstrahl bei der nunmehrigen Schaurohrneigung wieder den Punkt B trifft, und' dann das Mafs dieser senkrechten Verschiebung abliest.

Zur Ermöglichung der Schaurohrverschwenkung um ein bestimmtes Mafs sind bei dem zur Darstellung gebrachten Instrumente die nachstehend beschriebenen Einrichtungen getroffen. Parallel, zu der die Scala <j⁴ tragenden Schiene ist eine auf den Zeigerhebel wirkende Schrauben-

derart angeordnet zu sein, dafs er stets mit dem Schaurohre verschwenkt wird, sondern wird vortheilhaft an einem sich mit dem Schaurohre im waagrechten Sinne verschwenkenden Constructionstheile nur dann festgeklemmt, wenn Breitenmessungen vorgenommen werden sollen. Da diese Anordnung nach der Beschreibung der Tangentenscala a* für die Verticalverschwenkungen des Schaurohres ohne Weiteres verständlich ist, wurde von ihrer Darstellung abgesehen.

Wie aus Vorstehendem zu entnehmen, lassen sich vom Instrumentenstandpunkte aus Entfernungen , Niveaus unzugänglicher Punkte ebenso wie die Höhen und Breiten unzugänglicher Gegenstände, sobald sie nur sichtbar sind, mittelst des beschriebenen Instrumentes ohne Aufwand verwickelter rechnerischer Arbeiten bestimmen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Instrument zum Messen von Entfernungen und Höhen und zum Nivelliren, gekennzeichnet durch ein Schaurohr, welches aufser seiner Drehbewegung in der Verticalebene und einer Drehbewegung im waagrechten Sinne einer mefsbaren senkrechten Bewegung (Höhenverstellung) parallel zu sich selbst fähig ist, deren Mafs ebenso wie das Mafs der Neigung der Schaurohrachse zum Zwecke der rechnerischen Bestimmung der Entfernungen, Höhen und Niveauunterschiede beobachteter Punkte am Instrumente selbst von entsprechenden Scalen angegeben wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.