Einrichtung zur Bestimmung kleiner Neigungen oder der Lotrichtung mittels eines Pendels
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung kleiner Neigungen oder der Lotrichtung mittels eines Pendels, das bei Neigungsänderungen seines Trägers in eine neue Gleichgewichtslage einschwingt.
Bei den meisten bekannten Einrichtungen dieser Art wird der Schwerkraft eine Feder-oder Torsionskraft entgegengesetzt. Eine Genauigkeit der Neigungsbestimmung von hohem Ausmass lässt sich aber damit nicht erzielen. Wesentlich besser hinsichtlich der Nullpunktskonstanz ist das Meissersche Rollbandgelenkpendel, das in der abgewandelten Form eines Gelenkvierecks zur Stabilisierung einer Ziellinie benutzt worden ist.
Nach der Erfindung ergibt sich für genaueste Neigungsbestimmungen ein neuer Weg, indem zur Herbeiführung der jeweiligen Gleichgewichtslage (zur Astasierung) des Pendels ein Gewichtssystem verwendet wird, das mit Hilfe von Fäden oder Bändern mit dem Pendel und seinem Träger verbunden ist. Dabei kann das Pendel stehend oder hängend, mit einem Drehpunkt oder einer Drehachse oder zwei zueinander senkrechten Drehachsen ausgeführt sein.
Allen Anordnungen ist gemeinsam, dass innerhalb kleiner Winkelbereiche die Pendelneigung gegenüber dem Pendelträger (Basis) in einem bestimmten Verhältnis zur Neigung des Pendelträgers gegenüber der Lotlinie steht.
Wenn das Pendel um eine Achse drehbar ist, so sind zweckmässig zwei gleich grosse Astasierungsgewichte vorgesehen, die zu verschiedenen Seiten der Pendeldrehachse liegen und zwischen dem Pendel und seinem Träger aufgehängt sind.
Empfehlenswert ist es, dem Pendel eine Einrich- tung zur Schwingungsdämpfung zuzuordnen.
Die Lagerung des Pendels an seinem Träger erfolgt zweckmässig entweder mit Hilfe von Kreuzfedergelenken oder mittels eines Torsion erlaubenden gespannten Drahtes.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich durch hohe Einspiel- und Ablaufgenauigkeit, gute Nullpunktskonstanz und leicht zu beherrschende Dämpfung aus und kann überall Anwendung finden, wo man bisher Libellen oder andere Pendeleinrichtungen zur Bestimmung kleiner Neigungswinkel oder der Lotrichtung benutzt hat.
Für genauere Horizontierungen oder Neigungsbestimmungen ist es zweckmässig, geeignete optische, mechanische oder elektrische Mittel vorzusehen, um den Pendelausschlag vergrössert anzuzeigen.
Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemässe Einrichtung bei optischen Zielgeräten für Beobachtung naher oder ferner Objekte zur selbsttätigen Stabilisierung der Ziellinie verwenden, wobei zwecks Ablenkung der Ziellinie geeignete Mittel, z. B. spiegelnde Flächen, vorzusehen sind, die zum Teil mit dem Pendel und zum Teil mit dem Pendelträger so fest verbunden sind, dass die bei Neigungsänderungen des Zielgerätes stattfindenden Ziellinienabweichungen rückgängig gemacht werden. Die Einrichtung kann beispielsweise dem Objektiv des Zielgerätes vorgelagert sein. Sie kann aber auch beispielsweise so angeordnet sein, dass spiegelnde Flächen den konvergenten Strahlengang des Zielgerätes beeinflussen.
Durch ein einem Zielgerät zugeordnetes System von Photozellen in Verbindung mit einer durch die Photozellen gesteuerten Nachlaufeinrichtung lässt sich zum Beispiel das Zielgerät mittels einer erfindungsgemässen Einrichtung bei Neigungsänderungen gegen über seiner Horizontallage wieder in die Horizontallage zurückführen.
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe Ein richtung in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch zwei verschiedene Anordnungen eines astasierten Pendels. Fig. 3 bis 5 zeigen in einer Aufriss-, einer Seitenriss- und einer Grundrissansicht ein astasiertes stehendes Pendel mit Dämpfungseinrichtung. Fig. 6 veranschaulicht eine mit einem astasierten Pendel versehene Einrichtung zur Bestimmung kleiner Neigungen gegenüber der Horizontalen. Fig. 7, 8 und 9 veranschaulichen Zielgeräte mit selbsttätiger Horizontierung der Ziellinie. Das Zielgerät nach Fig. 7 ist ein Nivelliergerät, vor dessen Objektiv ein stehendes, astasiertes Pendel mit einem an ihm befestigten ebenen Spiegel angeordnet ist, dem die eintretenden Lichtstrahlen durch einen am Nivellierfernrohr befestigten zweiten Spiegel zugeführt werden. Fig. 8 zeigt ein Zielgerät, vor dessen Objektiv ein mit einem Spiegel versehenes, hängendes, astasiertes Pendel angeordnet ist.
Fig. 9 zeigt ein Zielfernrohr, bei dem ein mit einem Spiegel versehenes, stehendes astasiertes Pendel hinter dem Objektiv im konvergenten Strahlengang angeordnet ist, wobei diesem Spiegel zwei am Fernrohr befestigte Spiegel zugeordnet sind.
In Fig. 1 ist 1 ein einer Basis 2 zugeordnetes, stehendes Pendel. Pendel und Basis sind um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse 0-0 schwenkbar angeordnet. Mit 3a und 3b sind zwei Astasierungsgewichte bezeichnet, von denen jedes mittels zweier dünner Drähte 4a und 5a bzw. 4b und 5b an der Basis 2 und an dem Pendel 1 aufgehängt ist. Die Gewichte 3a und 3b verhindern ein Umfallen des Pendels 1. Wird die Basis 2, wie in gestrichelten Linien gezeichnet, um die Achse 0-0 um einen Winkel a geneigt, so führt das Pendel 1 um die Achse 0-0 eine gleichsinnige Drehung um einen Winkel a + fss aus, wonach die Differenz der Spann- kräfte Z2-Z1 so gross geworden ist, dass sie dem Drehmoment des Pendels die Waage hält und das Pendel in eine neue Gleichgewichtslage (in gestrichelten Linien dargestellt) eingeschwungen ist.
Das Verhältnis von ss gegenüber a ist von der Bemessung der einzelnen Elemente des Pendels sowie der zugehörenden Gewichte abhängig. Die elastischen Richtkräfte der dünnen Drähte 4a, 4b, 5a und 5b treten gegenüber den Zugkräften der Astasierungsgewichte so weit zurück, dass sie praktisch nicht stören.
In Fig. 2 ist das Pendel 1 hängend. Bei einer Neigung der Basis 2 ist das Pendel bestrebt, in die Lotlinie zurückzuschwingen, was aber durch die Astasierungsgewichte verhindert wird. Es herrscht dann Gleichgewicht, wenn das zurücktretende Moment des Pendels 1 der damit stetig wachsenden Differenz Z2-Z1 der Spannkräfte die Waage hält.
Die Einrichtung nach Fig. 3 bis 5 enthält eine Basis 6 und einen Pendelkörper 7. Die Basis und der Pendelkörper sind um eine Achse X-X mit Hilfe von zwei Kreuzfedergelenken 8 drehbar gelagert. Mit 9 und 10 sind zwei Astasierungsgewichte bezeichnet, von denen jedes mittels zweier dünner Drähte lla bzw. 12a an der Basis 6 und mittels zweier dünner Drähte 13a bzw. 14a an dem Pendelkörper 7 aufgehängt ist. In dem Pendelkörper 7 ist ein Zylinder 15 für einen Dämpfungskolben 16 angeordnet. Mit 17 ist ein Raum bezeichnet, der beispielsweise für optische Elemente zur Stabilisierung verwendbar ist.
In Fig. 6 ist 18 ein Gehäuse, in dem ein durch eine Beleuchtungseinrichtung 19 beleuchtetes Strichkreuz 20 in der Brennebene einer Kollimatorlinse 21 liegt. Zwischen dieser Linse 21 und einer zweiten Kollimatorlinse 22 ist paralleler Strahlengang vorhanden. Mit 23 ist ein um eine zur Zeichenebene senkrechte Drehachse Y-Y drehbar angeordnetes, mit Astasierungsvorrichtung gemäss Fig. 1 versehen zu denkendes, stehendes Pendel bezeichnet, das zwei Spiegelflächen 24 und 25 enthält, von denen 24 die aus der Linse 21 austretenden parallelen Strahlen mittels eines an dem Gehäuse 18 befestigten Spiegels 26 über die Spiegelfläche 25 der Linse 22 zuführt. Bei Neigungsänderungen des Gehäuses um eine der Drehachse Y-Y parallele Achse wandert das Bild des Strichkreuzes 20 unter der Wirkung des Pendels 23 in der Brennebene 27 der Linse 22 aus der Achse M-M aus.
Die Auswanderung lässt sich durch eine Lupe 28 beobachten und gegebenenfalls messen.
In Fig. 7 enthält ein Nivellierfernrohr in einem Gehäuse 29 ein Objektiv 30 und ein Okular 31. Mit 32 ist ein in dem Gehäuse 29 vor dem Objektiv 30 befestigter Spiegel bezeichnet, der bei waagrechter Lage der optischen Achse N-N eine solche Lage hat, dass durch eine Lichteintrittsöffnung 33 in das Gehäuse 29 eintretende waagrechte Strahlen nach der Reflexion an diesem Spiegel und an einem zweiten Spiegel 34 parallel der optischen Achse N-N in das Objektiv 30 eintreten. Der Spiegel 34 ist an einem stehenden Pendel 35 befestigt, das um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse U-U schwenkbar angeordnet und mit einer Astasierungsvorrichtung gemäss Fig. 1 versehen zu denken ist.
In der gezeichneten Lage ist das Gehäuse 29 um eine zur Achse U-U parallele Achse im Uhrzeigersinne so geneigt, dass die optische Achse N-N mit der Waagrechten einen Winkel a einschliesst. Dabei nimmt das Pendel 35 mit dem Spiegel 34 eine solche Stellung ein, dass die Pendelachse 36 aus der Lotrechten L-L in die gezeichnete Lage gelangt ist, in der sie gegen die Lotrechte um einen Winkel a + ss geneigt ist, wobei ss=. Bei dieser Lage des Pen 2 dels 35 werden die waagrecht in das Gehäuse 29 eintretenden Strahlen mittels der beiden Spiegel 32 und 34 so abgelenkt, dass sie in das Objektiv 30 parallel der um den Winkel a gegen die Waagrechte geneigten, optischen Achse N-N eintreten.
In Fig. 8 ist 37 das Gehäuse eines Fernrohres, das mit einem Objektiv 38, einem Okular 39 und einem den Achsenstrahl um 900 ablenkenden Prisma 40 ausgestattet ist. In dem Gehäuse 37 ist ferner vor dem Objektiv 38 ein hängendes Pendel 41 um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse V-V schwenkbar gelagert. Das Pendel 41 ist mit einer Astasierungsvorrichtung gemäss Fig. 2 versehen zu denken. An dem Pendel ist ein Spiegel 42 befestigt, der bei lotrechter Lage der optischen Achse P-P des Objektivs 38 eine solche Lage hat, dass durch eine Lichteintrittsöffnung 43 in das Gehäuse eintretende waagrechte Strahlen nach der Reflexion an dem Spiegel 42 dem Objektiv 38 parallel zu seiner optischen Achse P-P zugeführt werden.
In der gezeichneten Lage ist das Gehäuse 37 um eine der Achse V-V parallele Achse im Uhrzeigersinne so geneigt, dass die optische Achse P-P mit der Lotrechten L-L einen Winkel a einschliesst.
Dabei nimmt das Pendel 41 mit dem Spiegel 42 eine solche Stellung ein, dass die Pendelachse 44 aus der Lotrechten L-L in die gezeichnete Lage gelangt ist, in der sie gegen die Lotrechte L-L um einen Winkel a-fl geneigt ist, wobei ss a Bei dieser
2 Lage des Pendels 41 werden die waagrecht in das Gehäuse 37 eintretenden Strahlen durch den Spiegel 42 so abgelenkt, dass sie in das Objektiv 38 parallel der um den Winkel a gegen die Lotrechte L-L geneigten, optischen Achse P-P eintreten.
In Fig. 9 ist 45 das Gehäuse eines Zielfernrohres, das aus einem eine Sammellinse 46 und eine Zerstreuungslinse 47 enthaltenden Objektiv und einem Okular 48 besteht. Zwischen Objektiv und Okular sind im konvergenten Strahlengang zwei gegeneinandergeneigte Spiegel 49 und 50 fest angeordnet. Die durch das Objektiv 46, 47 eingetretenen Lichtstrahlen werden nach Reflexion an dem Spiegel 49 einem Spiegel 51 zugeführt, der sie über dem Spiegel 50 dem Okular 48 zuleitet. Der Spiegel 51 ist mit einem stehenden Pendel 52 fest verbunden, das um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse W-W schwenkbar gelagert ist. Das Pendel 52 ist mit einer Astasierungsvorrichtung gemäss Fig. 1 versehen zu denken.
Bei Neigungsänderungen des Zielfernrohres um eine zur Achse W-W parallele Achse sorgt das Pendel in Verbindung mit dem Spiegelsystem 49, 51, 50 dafür, dass der aus dem Objektiv 46, 47 austretende Achsenstrahl stets in eine konstante Richtung gelangt, die bei geeigneter Justierung waagrecht ist.