DE63620C - Instrument zur direkten, selbstthätigen Aufnahme einer Zeichnung des Geländes - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein Instrument, welches dazu bestimmt ist, in selbstthätiger Weise die Bestandtheile einer topographischen Aufnahme festzulegen, so dafs die directe Zeichnung an Stelle der bisher gebräuchlichen Ablesung der Winkel und der zur Feststellung der Linien nöthigen Berechnungen tritt.

Um dies zu ermöglichen, mufs das Instrument jede Aufnahme, die zur Einstellung auf einen Richtpunkt gewählt wird, auf ein Pauspapier übertragen können, derart, dafs die drei Coordinaten des aufzunehmenden Punktes bestimmt werden können und letzterer direct auf die Karte gezeichnet werden kann.

Zwei Fälle können vorkommen: entweder visirt man von den Endpunkten einer bekannten Grundlinie nach einem Punkt oder nach einer Reihe von Punkten hin, oder man visirt von einem Punkt oder von mehreren Punkten aus nach einem Gegenstand, dessen Mafse bekannt sind und der als Mafsstab dient.

Im ersteren Fall liefert das Instrument die Elemente der Aufnahme in Form einer graphischen Aufzeichnung, welche die unmittelbare Ausführung der Zeichnung gestattet, im zweiten Falle zeichnet es die Aufnahme direct auf.

In der Zeichnung ist nur beispielsweise eine Ausführungsform des Instrumentes dargestellt. Fig. ι ist eine Seitenansicht desselben, Fig. 2 eine Oberansicht und Fig. 3 eine Vorderansicht, während in Fig. 1 a bis 3 a sowie in Fig. 4 und 5 die Einrichtung und Wirkungsweise des Instrumentes durch schematische Darstellungen erläutert ist.

Das Instrument hat ein Fernrohr L, welches eine Seite des Gelenkparallelogramms einnimmt, dessen zwei Seiten α und β senkrecht gehalten werden, während die vierte, untere Seite γ parallel zur Fernrohrachse liegt und in einer Führung ein Lineal G trägt, welches in der Längenrichtung beweglich ist und seinerseits eine Führung besitzt, die im Weiteren erklärt werden wird.

Das Fernrohr ist in senkrechter Ebene beweglich, indem es um' eine waagrechte Achse χ schwingt, und es kann sich auch um eine senkrechte Achse y nach beiden Seiten hin drehen, um auf' beliebige Punkte im Kreise gerichtet zu werden. Am Fernrohr L ist ein senkrechter Sector S¹ befestigt, dessen Bogen (Limbus) in Grade getheilt ist und dessen Mittelpunkt mit der Achse χ zusammenfällt. Am Sector ,S und folglich am Fernrohr L ist ein wäagrechtes Lineal R befestigt, welches jede senkrechte Verschiebung des Fernrohres in eine geradlinige Bewegung übersetzt; der Ausschlag jeder Bewegung dieses Lineals ist gleich der Länge der Achsendrehung des verzahnten Sectors.

Die Gesammtheit der Theile des Instrumentes ruht auf einer waagrechten Platte P. Ein an geeigneter Stelle des Lineals R befestigter Schreibstift E bewegt sich über die Fläche der Platte P hin, auf der ein Blatt Papier liegt. Der Schreibstift bewegt sich entlang einem Radius der Platte, der in der senkrechten Ebene liegt, welche durch die Fernglasachse hindurchgeht, so dafs jede Azimuthaiebene des Fernglases durch eine entsprechende Bewegung des Schreibstiftes übersetzt wird und jede Verschiebung des Fernglases in senkrechter Linie eine Längenbewegung des Schreibstiftes auf dem Radius herbeiführt, der in der senkrechten,

durch die Achse des Fernrohres hindurchgehenden Ebene liegt. Jede Visirung wird dadurch durch einen ganz bestimmten Punkt aufgezeichnet und jede Reihenfolge von Visirungen durch eine zusammenhängende Zeichnung wiedergegeben. Die Azimuth- und die Zenithwinkel der visirten Punkte werden demnach mit ihren mefsbaren Werthen in bestimmtem Verhältnifs aufgezeichnet.

Ein zweites Lineal JB, welches waagrecht und unabhängig von dem Lineal R in dessen Längenrichtung angeordnet ist, sich aber nur parallel mit letzterem bewegen kann, kann mit demselben Schreibstift durch eine lösbare Stellvorrichtung, z. B. durch Klemmschrauben, verbunden sein, so dafs die eine Schraube über dem Lineal R, die andere über dem Lineal B sich befindet und beide von einander unabhängig sind. .

Der Arm -B wird nicht vom Fernglas selbst bewegt, sondern ist unabhängig von demselben und wirkt auf einen Mikrometer, welcher im Feld des Fernglases beweglich ist. Die Uebertragung der Bewegung geschieht dabei wie folgt: Am Arm £ ist eine Leiste tu starr befestigt, in deren Längsschlitz mit geringer Reibung ein Zapfen des Lineals G geführt ist, derart, dafs dieses letztere einestheils senkrecht entlang dieser Leiste w gleiten und anderentheils in der schrägen Führung γ sich gemäfs der Verschiebung des Armes B in der Längenrichtung bewegen kann.

Infolge dieser Anordnung bilden die untere Seite γ des Parallelogramms, die senkrechte Leiste ω und der waagrechte Arm B die Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks, in welchem die Führung γ die Hypotenuse auf die visirte Entfernung, die senkrechte Leiste ω die eine Kathete, vom Aufstellungspunkt nach der Höhe des visirten Punktes führend, und der Arm B die andere Kathete bildet, welche die waagrechte Entfernung der Senkrechten jener beiden Punkte angiebt.

Diese letztere Entfernung -wird selbstthätig auf der graphischen Aufzeichnung eingetragen. Der Abstand der Höhenlinien läfst sich auf einer Scala ablesen, die an dem mittleren Ständer des Instrumentes angebracht sein kann, auf dem veränderlichen Scheitel des Winkels, der von der Hypotenuse und der senkrechten Seite des erwähnten Dreiecks gebildet wird.

Eine der Gestellwände α des Ständers ß, welche um den Drehzapfen er schwingen kann (Fig. 3), steht an einem Ende unter Wirkung einer Achatkörnerspitze ζ, welche durch das Führungsstück G Bewegung erhält (Fig. 3); das andere Ende dieses Hebels α überträgt diese Bewegung auf das Mikrometer φ.

Die senkrechten Bewegungen werden dem Sector 5 und dem Fernrohr L durch einen Trieb mitgefheilt, der entweder- direct in die Verzahnung des Sectors eingreift oder in ein tangentielles Lineal R; der Trieb wird durch den Knopf b gedreht.

Die Längenbewegungen des Armes B werden auf den Schreibstift E durch einen Trieb übertragen , welcher mit dem Arm B Eingriff hat und dem Knopf b' entspricht. Die Azimuthaien oder kreisförmigen Bewegungen werden dem ganzen Instrument ertheilt durch einen zweiarmigen Hebel /, welcher so angeordnet ist, dafs seine beiden Hebelstangen mit dem Gestell des Instrumentes eine unveränderliche Figur bilden, so dafs jede seitliche Biegung vermieden ist.

Für Bewegungen von sehr geringem Ausschlag läfst man den Hebel /, der im Scharnier λ drehbar ist, völlig herab. Ein Rädchen ρ kommt dabei in Berührung mit der Platte P, und wenn man am Knopf b" dreht, so vollzieht das ganze Instrument eine Drehung um die Achse y.

Um den Stift e, nachdem er einen Punkt oder eine Linie aufgezeichnet hat, abzuheben, drückt man auf den kleinen Vorsprung ju, wodurch der Ring ρ der Stange des Gelenkrahmens CDEF gehoben wird.

Die Bodenplatte P kann am Umfang in Grade getheilt sein und an dem Gestell, welches das Lineal R, den Arm B und den Schreibstift E trägt, einen Zehntelzeiger (Nonius) führen. Der Stift E wird von einer kleinen Stange oder Schale überragt, die mit einem veränderlichen Gewicht belastet werden kann.

Die Nivellirung des Instrumentes, des Fernrohres und der einzelnen Organe kann durch Einrichtungen geschehen, die mit dem Instrument verbunden oder auch unabhängig von demselben sind.

Eine Libelle N, in der Achsenrichtung des Fernrohres L stellbar, gestattet, das Instrument vollständig in die Waagrechte einzustellen.

Wenn es sich nur darum handelt, die Entfernung einer visirten Basis zu messen, so kann man das Lineal R und die Theile, welche ihm die Bewegungen des Sectors S übertragen, entfernen.

Im entgegengesetzten Fall, d. h. wenn man nur von den Endpunkten einer gegebenen Basis nach einem gemeinsamen Punkt visiren will, kann man das Parallelogramm und die damit zusammenhängenden Theile entfernen.

Wenn man ferner, ausnahmsweise, die einfache Aufnahme einer schrägen Fläche auf einen Plan ausführen will, so würde man nur mit dem waagrechten Lineal jR auf das Mikrometer einzuwirken brauchen.
. Die Benutzung des Instrumentes ist folgende:

Die Nivellirung geschieht ebenso wie bei anderen Instrumenten ähnlicher Art. Nachdem dieselbe ausgeführt ist, kann man auf zweierlei Weise verfahren, je nachdem man Messungen

in dem einen oder anderen der eingangs schon angedeuteten Fälle vornehmen will. In beiden ist vorausgesetzt, dafs auf der Platte. P ein Blatt Papier oder dergleichen zur Aufnahme der vom Stift aufzuzeichnenden Linien und Punkte befestigt ist.

Erster Fall. Von den Endpunkten einer bekannten Basis soll ein Punkt oder sollen mehrere Punkte visirt und durch den Stift im Zusammenhang aufgezeichnet werden.

1. Man hebt den Schreibstift E ab.

2. Man stellt den Nullpunkt des Sectors dem Nullpunkt des Nonius mittelst des Knopfes b gegenüber.

3. Man läfst den Stift nieder und giebt dem Instrument mittelst des Hebels I eine volle Umdrehung. Der Stift zeichnet dabei einen vollen Kreis, der einer durch das Fernrohr gelegten waagrechten Ebene entspricht.

4. Man hebt den Stift wieder aus und stellt das Fernrohr durch eine gleichzeitige Bewegung des Knopfes b und Hebels Z in die Lage, wo der Mittelpunkt des Fadenkreuzes mit dem Punkt zusammenfällt, von welchem aus man die Reihe der Visirungen beginnen will. Eine senkrechte Schwingung (Knopf b) giebt das Azimuth, eine waagrechte Schwingung (Hebel ί) die Verticalhöhe. Diese Drehungen werden mehrmals wiederholt, wenn man die Messung sehr genau ausführen will; der Stift zeichnet diese Drehungen als kleines Kreuz auf, dessen Mittelpunkt die Lage des visirten Punktes angiebt.

5. Wenn man an Stelle einzelner Visirungen eine fortlaufende Visirung vornehmen und auf der Zeichnung an Stelle von Punkten eine Linie erhalten will, so richte man seine Aufmerksamkeit auf einen schwarzen Punkt, der in der Mitte des Fadennetzes des Fernrohres angebracht ist. Dann läfst man mittelst gleichzeitiger Bewegung des Hebels. I und des Knopfes b (welche Bewegung man ganz mechanisch ausführen kann) den schwarzen Punkt der Linie oder dem Umrifs, den man auf das Papier der Platte aufnehmen will (z. B. dem Profil eines Berges, dem Lauf eines Gewässers, dem Umkreis einer Ortschaft, der Linie einer Strafse, eines Pfades u. s. w.) folgen, und die entsprechende Linie wird mechanisch aufgezeichnet, wobei jeder Punkt derselben dem Azimuth und der Verticalhöhe nach gemessen werden kann.

6. Neben den Kreuzen oder Linien schreibt man die zur Erkennung derselben wünschenswerthen Angaben hinein.

Nachdem die Arbeit des Visirens beendigt ist, hat man eine Umrifsfigur auf ebener Fläche, welche alle Theile des Horizontes wiedergiebt, die man hat aufnehmen wollen. Nimmt man danach die Platte vom Instrument ab, so kann man dieselbe als Unterlage benutzen, um auf das aufliegende Papier freihändig Ergänzungen der selbstthätig hervorgebrachten Linien einzutragen und so den mefsbären Umrifs zu vollenden. ; :

7. Um danach aus den kreisförmigen, in beschriebener Weise erhaltenen Horizontallinien eine Karte zusammenzustellen, genügt es, zwei Punkte ihrer Lage nach zu kennen, die Horizontalansichten, welche von diesen Punkten aus genommen sind, so zu richten, dafs man von jedem dieser Punkte nach dem anderen den entsprechenden Radius führt und bezüglich aller übrigen Punkte die Durchschnittspunkte sucht. Auf diese Weise fährt man fort, eine Horizontansicht an die andere zu reihen, in-, dem man immer an einen der bekannten Punkte Anschlufs nimmt.

8. Da die Entfernungen der einzelnen Punkte sich aus ihren Durchschnitten ergeben, können ihre Höhenunterschiede mit Hülfe der gebräuchlichen Tabellen aus ihren Verticalwinkeln abgeleitet werden. Die mit Rücksicht auf die Bodenwölbung, Strahlenbrechung u. s. w. vorzunehmende Richtigstellung ist ebenfalls aus den Tabellen abzulesen.

Zweiter Fall. Man zielt von einem Punkt aus einen Gegenstand von bekannter Gröfse an und legt die nach einander folgenden Stellungen der Nivellirlatte direct auf der Zeichnung fest, in Form einer Karte oder eines Planes.

ι. Man bringt · den Schreibstift mit B in Eingriff, indem man ihn von R auslöst.

2. Man bringt die Führung G in die geeignete Stellung und hebt den Stift ab.

3. Mittelst des Hebels / läfst man die seitliche Bewegung des Fernrohres der Nivellirlatte folgen. Gleichzeitig kann' man durch den ¹ Knopf b den verschiedenen Höhestellungen der Nivellirlatte, wenn solche vorkommen, folgen.

Auf jeder Station führen der Knopf b, Arm B, Leiste w und Führung G das Mikrometer φ auf den Punkt, wo seine beiden Fäden mit den beiden Enden der Nivellirlatte zusammenfallen, und indem der Schreibstift niedergelassen wird, zeichnet er auf das Papier die Entfernung der beiden Aufstellungspunkte der Nivellirlatte in der nach bestimmtem Mafsstab gewählten Verkleinerung.

Mit einiger Uebung und bei offenem Gelände kann der Geometer der Nivellirlatte in fortlaufender Bewegung folgen, und da die Linien des Mikrometers gleichzeitig mit der Richtung im Azimuth sich verändern, so zeichnet der Stift in fortlaufender Linie den Weg auf, den die Nivellirlatte von einem Aufstellungspunkt zum anderen macht.

4. Zur Messung der Verticalwinkel kann man vier verschiedene Methoden befolgen. .

Entweder wird der Geometer, nachdem er die horizontale Entfernung auf der Zeichnung festgelegt hat, den Schreibstift wieder mit dem Lineal R in Verbindung bringen, um ihn ein kleines Kreuz, ähnlich wie im zuerst angenommenen Fall, zeichnen zu lassen, oder er wird die Gesammtheit der beim ersten Umgang nach dem Mefsstab genommenen Visirungen in Zusammenhang bringen und ein Umkreispanorama erhalten, das ihm gestattet, die aus den Visirungen der Nivellirlatte hervorgehenden Linien zu ergänzen, oder, wenn er nur eine beschränkte Zahl von Scheitelhöhen nöthig hat, kann er sich damit begnügen, auf der Scala den senkrechten Winkel abzulesen, der jedem Aufstellungspunkt der Nivellirlatte entspricht, und diesen Winkel neben dem diesem Auf-, Stellungspunkt zugehörigen Stift einzuschreiben.

In diesen drei Fällen werden die Verticalentfernungen in Höhenunterschiede übersetzt mittelst einfacher Ablesung von einer Tabelle.

Im vierten Falle ist eine Tafel T auf der Achse y starr befestigt, rechtwinklig zu dieser Achse und parallel zur Achse des Fernrohres und des Armes B; diese Tafel gestattet folglich, die Höhenunterschiede direct abzulesen durch die Kreuzung des beweglichen Fadennetzes, welche durch einen die Visirungslinie verlängernden Faden-' und einen zweiten, den senkrechten Arm ω verlängernden Faden f" gebildet wird.

Die Vorzüge des vorliegenden Instrumentes bestehen darin, dafs alle Berechnungen überflüssig gemacht, die Zahlennotizen durch graphische Linien, die stets auf ihre Richtigkeit controlirbar sind, ersetzt, die Aufnahmen der Zahl nach unbeschränkt vermehrt werden können, dafs ferner in die Topographie das System der zusammenhängenden Visirungen aufgenommen werden kann, welches gestattet, die Linien und Flächen des Geländes genau festzulegen, dafs die Fehler der Aufnahmen durch öftere, leicht auszuführende Wiederholung der letzteren beseitigt und ausgeglichen werden können, dafs die Arbeit wesentlich schneller vollführt, die Theilaufnahmen leicht aufbewahrt und jederzeit von neuem fortgesetzt und vervollständigt werden können. Um die Einrichtung und Anwendungsweise des vorbeschriebenen Apparates nochmals in übersichtlicher Weise kurz darzustellen, sei an dieser Stelle auf die schematischen Darstellungen Fig. ι a bis 3 a sowie Fig. 4 und 5 verwiesen.

Angenommen, das Auge des Beobachters befinde sich im Punkt 0, und A sei ein in der Pfeilrichtung zwischen den Seiten B und C eines Winkeleisens verschiebbares Lineal, welches mit diesen Seiten ein rechtwinkliges Dreieck bildet; mit diesem Lineal visirt der Beobachter auf einen Punkt D im Raum und man hat nun zwei rechtwinklige Dreiecke, welche sich ähnlich sind und in denen B und- E proportional

C und om sind, d.h. -^=- = Oder: E

E om

ist die Höhe des visirten Punktes D über dem Beobachtungspunkt 0, und om ist die Entfernung in waagrechter Linie zwischen den Punkten 0 und D. Es folgt daraus, :dafs die Elemente B und C thatsächlich die:. Längen der bekannten Gröfsen darstellen.

Aufser diesen Linealen enthält das Instrument noch eine Vorrichtung, um den Abstand zweier parallelen Mikrometerfäden in demselben Verhältnifs zu ändern, als der Durchmesser entsprechend der Entfernung abzunehmen scheint.

In der schematischen Fig. 2 a ist L eine um einen festen Drehpunkt o¹ schwingende Stange, welche mittelst eines an ihrem oberen Ende befestigten federnden Stiftes t auf den beweglichen Faden des Objectivglases wirkt. Die Schwingungen dieses Hebels L um' seinen Drehpunkt werden veranlafst durch einen Stift T, welcher den Bewegungen einer schrägen Leiste R folgt, die von der Leiste A getragen wird, welche die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks bildet. Die Stange L erhält mittelst des Stiftes T einen mehr oder weniger grofsen Ausschlag, je nachdem die Leiste .A'mehr oder weniger vor- .oder zurückgeschoben wird.

Hinsichtlich der Wirkungsweise sei noch Folgendes nachgetragen. In Fig. 3 a sei die Scheibe des Instrumentes an einem Standpunkt über einem bekannten Niveau xy aufgestellt. Man stellt das Fernrohr / waagrecht, der Schreibstift befindet sich bei 1,1'. Man zeichnet durch Drehen des Instrumentes den Kreis 1 auf das auf der Scheibe befindliche Papier. Visirt man einen Punkt bb', so kommt der Stift nach 2, 2'. Die Entfernung 2, 2" stellt bei dem angenommenen Mafsstab das Wandlungsbild der Höhe b' b" des visirten Punktes bb' dar.

Die Aufnahme einer Gegend um einen bestimmten Standort herum geschieht wie folgt:

Man stellt das Instrument auf einem Standort o, Fig. 3 a und 5, auf und zeichnet den Umrifs b 0 entsprechend der waagrechten Lage des Fernrohres. Man visirt dann die Punkte abcd ef g, die man mit denselben Buchstaben auf dem Papier verzeichnet. Man hat nun die entsprechenden Höhen und Lagen dieser verschiedenen Punkte gegenüber dem Standort 0. Hierauf begiebt man sich beispielsweise nach dem Punkt α und visirt von da alle sichtbaren Punkte, welche man aufnehmen will; bei dieser Aufnahme tritt α an die Stelle von 0 und man vergleicht, ob einer der anderen Punkte der neuen Figur, z. B. b, dieselbe Höhe gegenüber ο hat, wie in. der vorhergehenden Aufnahme gefunden wurde. Auf diese Weise erhält man eine ganze Reihe von Nachprüfungen der

Richtigkeit, welche sehr nützlich sind und keine besondere Bearbeitung erfordern. Die Himmelsgegenden, welche man kennt, können auf der Karte vermerkt sein. Indem man nun einen bestimmten Punkt kennt, vermag man alle anderen Punkte auf der Karte genau einzutragen. Für die fortlaufende Aufzeichnung eines Gegenstandes, z. B. eines Weges von m nach a, braucht man nur, wie schon erläutert (Fig. 4), den Linien des aufzuzeichnenden Gegenstandes zu folgen, indem man das Fernrohr danach richtet, und man erhält die Aufzeichnung planimetrisch und als Wandelbild des aufzunehmenden Gegenstandes.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Ein Instrument zur directen Aufnahme topographischer Zeichnungen, bei welchem ein Fernrohr die eine Seite eines Parallelogramms, dessen Parallelseiten der Länge der visirten Entfernung proportional sind, und die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks bildet, dessen beide Katheten die Messung des Höhenunterschiedes zwischen dem Aufstellungspunkt und dem visirten Punkt sowie der horizontalen Entfernung dieser beiden Punkte gestatten, wobei ein Schreibstift mit Linealen (B und R) des Instrumentes derart verbunden ist, dafs entweder die Bewegung beider Lineale oder nach Lösung des einen Lineals nur die Bewegungen des anderen Lineals auf denselben übertragen und von demselben aufgezeichnet wird.

   Das im Anspruch 1. bezeichnete Instrument, sofern in demselben mit einer Seite des Parallelogramms eine Führung (G) verbunden ist, die bei den Bewegungen des Fernrohres zur Aufnahme ein Mikrometer verschiebt.

   Das im Anspruch 1. bezeichnete Instrument, sofern in demselben eine Tafel T angebracht ist, die durch sich kreuzende Linien (der Visirungslinie und der Verlängerungslinie des senkrechten Armes ω) die Höhenunterschiede ablesen lä'fst.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.