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Die
Erfindung betrifft eine Anlage gemäß Oberbegriff 1, insbesondere
eine Anlage zum Prüfen der
Biegefestigkeit eines am Mastfuß im
Boden verankerten Mastes, bestehend aus einer Krafteinheit, mit
deren Hilfe eine Biegelast in den Mast einleitbar und dadurch der
Mast mit einem Biegemoment belastbar ist, und aus einer Meßeinheit,
bevorzugt zum Feststellen einer Auslenkung des Mastes, sowie Mitteln
zum Erfassen des Maststandorts unter Einsatz eines Satelliten-Navigationssystems.
Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Anlage. Die Biegefestigkeit
des Mastes umfaßt
im Rahmen der Erfindung allgemein die mechanische Stabilität des Mastes
und auch dessen Standfestigkeit im Boden, also die Stabilität des Mastfundamentes.
Unter dem Begriff „Biegelast" werden im vorliegenden
Zusammenhang sowohl stetig ansteigende oder abfallende Belastungen
als auch Belastungen durch Einleiten einer mechanischen Schwingung
bzw. durch Stoß verstanden.
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Bekannte
Anlagen und Verfahren zum Prüfen
der Biegefestigkeit eines Mastes werden beschrieben in DE-OS 1 573
752, DE-GM 94 04 664, 298 19 110 und 299 01 924 sowie in
EP 0 638 794 A1 und
US-PS 52 12 654.
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Die
DE-OS 1 573 752 betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe durch
Bildung eines einfachen Kräftedreiecks
ein Mast einer Biegebelastungsprobe unterzogen werden kann. Im Prinzip
gilt das Gleiche für
die Vorrichtungen nach den DE-GM 298 19 110 und 299 01 924. Aus
dem Gebrauchsmuster 94 04 664 und der
EP 0 638 794 A1 ist eine Vorrichtung bekannt,
welche unter Zuhilfenahme eines Minibaggers Masten belastet und
per gekoppeltem Druck- und Wegsensor das nach dem Hookeschen Gesetz
lineare Verhalten zwischen diesen beiden Werten überprüft. Dabei wird ein stehend
verankerter Mast mit einer ansteigenden Kraft beaufschlagt. Sowohl
diese Kraft als auch die Strecke, um die der Mast an einer ausgewählten Stelle
aufgrund der Kraft seitlich ausgelenkt wird, werden zeitgleich mit
Sensoren gemessen. US-PS
52 12 654 betrifft die Stabilitätsmessung an
Masten aus Holz. Die Meßergebnisse
aller dieser Verfahren und Vorrichtungen können in einer Datenverarbeitungsanlage
bzw. in einem Rechner gespeichert, ausgewertet und bei Bedarf über einen
Bildschirm und/oder mit einem Drucker abgerufen werden.
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Eine
Prüfanlage
eingangs genannter Art wird beschrieben in
DE 195 40 319 C1 . Im Bekannten
wird eine Vorrichtung zum Prüfen
der Biegefestigkeit eines stehend im Boden verankerten Metall-Mastes angegeben.
Auf den Mast wird mit Abstand oberhalb des Bodens ein Biegemoment
ausgeübt.
Die dadurch bewirkte Auslenkung – ggf. auch die Rückfederung – des Mastes
wird gemessen. Basis bzw. Eichpunkt oder Kalibrierung einer solchen
Messung ist die Mastposition vor Beginn der Prüfung, d.h. vor Beginn der Wirkung
des Biegemoments. Wenn die Gefahr besteht, daß durch die Wirkung des Biegemoments
nicht nur eine Mast-Auslenkung sondern auch eine Bewegung des Mastfundaments
hervorgerufen wird, müssen
auch entsprechende Veränderungen der
Voreichung erfaßt
und im Meßergebnis
kompensiert werden. Zu diesem Zweck wird nach
DE 195 40 319 C1 dem Mastfuß unmittelbar
am Boden ein zusätzlicher
Wegsensor zum Erfassen der Position des Mastfundaments zugeordnet.
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Nach
diesem Stand der Technik kann den jeweils zu prüfenden Höhenlagen des Mastes eine Skalenplatte
befestigt werden, auf die mit Hilfe eines Lichtsenders ein Lichtstrahl,
insbesondere Laserstrahl, gerichtet wird. Die Position des vom Lichtstrahl erzeugten
Licht- bzw. Eichpunktes auf der Skala wird abgelesen und registriert.
Daraufhin wird der Mast von einer Seite her durch eine Krafteinheit
mit einem Biegemoment vorgegebener Größe belastet. Bei maximaler
Wirkung und/oder nach Abschalten der Krafteinheit wird für jede Höhenlage,
für die
vorher ein Eichpunkt festgelegt war, nachgeprüft, welchen Abstand der vom
Lichtstrahl erzeugte Lichtpunkt von dem am Anfang registrierten
Eichpunkt hat. In diesen Meßergebnissen werden – wie gesagt,
getrennt erfaßte – Bewegungen
von Fundament bzw. Gründung kompensiert.
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Mit
Hilfe einer Lichtquelle und eines Skalenschirms der beschriebenen
Paarung kann immer nur eine – im
wesentlichen quer zur Richtung des Lichtstrahls – verlaufende, Komponent der
Auslenkung des jeweils geprüften
Mastes erfaßt
und registriert werden. Es ist im Bekannten beispielsweise praktisch
ausgeschlossen, mit Hilfe der einen Messung eine Auslenkung des
Mastes zu bemerken oder gar zu registrieren, welche in Richtung
des Lichtstrahls verläuft.
Solche Auslenkungen können
aber – unabhängig von
der Richtung in der die Krafteinheit wirkt – vorkommen.
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Oft
muß die
Festigkeit eines Mastes durch Belastung in verschiedenen Richtungen
geprüft
werden. Jedes Mal sind die erforderlichen Meßeinheiten am Mast und auf
dem Boden in der Umgebung des Mastes zu installieren und zu eichen.
Dieser Aufwand ist erheblich.
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Wenn
ein Mast auf irgendeine Weise auf seine Biegefestigkeit gewerblich
geprüft
worden ist und für
ausreichend haltbar befunden wurde, übernimmt der Prüfer in der
Regel für
einige Jahre die Gewähr für die weitere
Haltbarkeit. Hierfür
müssen
die von der Meßeinheit
ermittelten Daten zur Biegefestigkeit einem bestimmten Mast auch
noch nach Jahren zugeordnet werden können, d.h. es muß sowohl
für den Prüfer als
auch für
dessen Auftraggeber zweifelsfrei dokumentiert werden, für welchen
einzelnen Mast die Gewähr übernommen
wurde. Wenn der einzelne Mast nicht numeriert ist, kann es verständlicher
Weise Schwierigkeiten machen, ihn nach Jahren zu identifizieren.
Oft gibt es sogar bei einem nummerierten Mast Unklarheiten, wenn
dieser in der Zwischenzeit – etwa
weil er bei einer Einfahrt störte –, um kleinere oder
größere Strecken
versetzt wurde; gegebenenfalls würde
dadurch die Gewährleistungspflicht
in der Regel unterbrochen.
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Es
ist also wichtig, nicht nur den einzelnen untersuchten Mast reproduzierbar
erkennen zu können,
sondern auch die genaue Position, die der Mast während der Prüfung einnahm,
für die
Zeit der übernommenen
Gewährleistung
zweifelsfrei für
alle Beteiligten zu dokumentieren. Die einzelnen – gewissermaßen geographischen – Koordinaten
des Mastes können
den zur Biegefestigkeit ermittelten Daten von Hand hinzugefügt werden.
Diese herkömmliche
Eingabe bereitet aber in der Praxis oft Probleme, weil der genaue
Standort nur schwer exakt zu beschreiben ist (oft gibt es bauliche
Veränderungen,
auf freiem Feld fehlen Fixpunkte) und Irrtümer nicht auszuschließen sind.
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Zum
Ermitteln des genauen Standorts des jeweils geprüften Mastes wird das in der
oben genannten
EP 06 38 794
1 beschriebene mobile Prüfgerät nach der nicht vorveröffentlichten
EP 11 74 699 A1 mit
einem zusammen mit dem Prüfgerät beweglichen
GPS-Empfänger
(Global Position System) zum Empfang von GPS-Signalen und einem UKW-Empfänger zum
Empfang von Korrekturdaten über RDS-Signale (Radio Data
System) ausgestattet. Die geographischen Koordinaten des Mastes
bzw. Mastfußes
können
im Bekannten aber nicht unmittelbar sondern nur aufwendig unter
Zuhilfenahme eines stationären
GPS-Empfängers
und eines UKW-Radiosenders
bestimmt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zu schaffen, welches
in der Lage ist, die Eichmessungen, die Messungen in verschiedenen
Richtungen und Höhenlagen
im Anschluß an eine
Biegebelastung auszuführen,
ohne daß mechanische
Umstellungen oder Justierungen zwischen den einzelnen Messungen
erforderlich wären, und/oder
die geographischen Koordinaten des Mastfußes mit Hilfe eines Satelliten-Navigationssystems unmittelbar
festzustellen, um für
den einzelnen Mast dessen genauen Standort reproduziert festzulegen, zweifelsfrei
zu dokumentieren und irrtumsfrei zu registrieren. Auf diese Weise
sollen alle Mast-Daten vor, während
und nach der Prüfung
einschließlich Mastdrehungen
und Datenänderungen
unter Lastwechsel erfaßt
werden können.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
für die Anlage
eingangs genannter Art im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.
Einige Verbesserungen bzw. weitere Ausgestaltungen oder Abwandlungen der
Erfindung werden in den übrigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird als
Meßeinheit
mindestens ein am Mast zu plazierendes Satelliten-Navigationsempfänger vorgesehen.
Ein solches im sog. GPS-System arbeitendes Navigationsgerät (GPS-Empfänger) wird
auf entsprechende Meßsatelliten
(z.B. auf drei Meßsatelliten)
gerichtet. Da mit Hilfe von Satelliten-Navigationsempfängern der ganze Mast sowohl
betreffend seine geographische Position im Boden als auch betreffend
seine Ausrichtung vor und nach dem Aufbringen eines Biegemoments erfaßt und genau
ausgemessen werden kann, sind gesonderte Messungen in verschiedenen
Richtungen mit entsprechenden Justierungen oder gesonderte Kompensierungen
wegen eventueller Bewegungen des Mastfundamentes nicht mehr erforderlich.
Alle diese Bewegungen können
durch einen einzigen Satelliten-Navigationsempfänger erfaßt und in einem Zuge automa tisch – bevorzugt
on-line – irrtumsfrei
ermittelt und aufgezeichnet werden, insbesondere einem Rechner bzw.
Controller zugeleitet werden.
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Im
allgemeinen kann es sich empfehlen, zum Feststellen und Registrieren
der geographischen Mastkoordinaten ein gesondertes Meßteil, bevorzugt ebenfalls
einen GPS-Empfänger,
einzusetzen. Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Meßeinheit dann
zwei GPS-Empfänger
umfassen. Einer dieser Empfänger
kann am Boden so nahe angrenzend am Mast positioniert werden, daß die geographischen Mastkoordinaten – in irgendeinem
Koordinatensystem, z.B. Gauß-Krüger- oder
UTM-System – zweifelsfrei
zu ermitteln sind. Der andere Empfänger soll mit erheblichem Abstand über dem
Boden – gegebenenfalls
vorzugsweise über
einer Revisionstür –, also in
solcher Höhe
am Mast befestigt werden, daß als Antwort
auf die Biegelast auftretende Mastauslenkungen usw. (für den Anwendungsfall)
genau genug zu registrieren sind. Die jeweils zu erfassende Wegstrecke
kann als Koordinatenänderung
unter Biegelast (bzw. Wechsellast) registriert werden.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht nur die als Antwort
auf ein Biegemoment aufgetretenen Auslenkungen des Mastes und von
dessen Fundament erfaßt
werden können,
zugleich und in einem Zuge lassen sich durch die Satellitennavigation auch
die geographischen Koordinaten des Mastfußes irrtumsfrei ermitteln und,
vorzugsweise zusammen mit den Kennwerten der Biegefestigkeit, aufzeichnen
sowie einem Rechner bzw. Controller zuleiten. Mit Hilfe eines Satelliten-Navigationsempfängers – eventuell
mit Zusatzpeilgeräten – lassen
sich derartige Messungen auf wenige Millimeter genau ausführen.
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Eine
bevorzugte weitere erfindungsgemäße Lösung besteht
für die
Anlage eingangs genannter Art darin, daß der Meßeinheit ein Rechner bzw. Controller
(über Draht
oder drahtlos) nachgeschaltet ist und daß dem Rechner bzw. Controller
außer
der Meßeinheit
ein am Mast, d.h. in vorgegebener Position in Bezug auf den Mast,
zu plazierendes Satelliten-Navigationsgerät zum Bestimmen der geographischen
Koordinaten des Mastfußes
zugeordnet ist. Planieren „in
vorgegebener Position in Bezug auf den Mast", bedeutet, daß das jeweilige Gerät mit vorgegebenem
Abstand zum Mast bzw. Mastfuß,
insbesondere unmittelbar am Mast, angeordnet wird. Unter anderem
durch das definierte Positionieren des Meßgeräts in Bezug auf den Mast werden
die fraglichen Meßergebnisse
reproduzierbar.
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Insbesondere
hierdurch wird es möglich,
in einem Zuge die geographischen Koordinaten des Mastfußes zugleich
mit den Kennwerten der Biegefestigkeit automatisch – bevorzugt
on-line – und
mit gleich hohem Meßkomfort
und mit gleichen Meßsicherheit
irrtumsfrei zu ermitteln und aufzuzeichnen, insbesondere einem Rechner
bzw. Controller zuzuleiten.
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Bei
einem Verfahren zum Betrieb der Anlage können gemäß weiterer Erfindung zur Biegefestigkeit und
zum Standort aufgenommene Daten im Rechner kombiniert und gemeinsam
registriert werden. Erfindungsgemäß sollen beim Ausdrucken der
Meßergebnisse
selbsttätig – also ohne
daß Irrtümer möglich sind – die die
Mechanik des Mastes betreffenden Meßdaten zur Biegefestigkeit
und/oder die geographischen Koordinaten des Mastfußes zur
Zeit der Messung angegeben werden.
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Anhand
der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten
der Erfindung für
eine Prüfanlage
mit nachgeschaltetem Rechner dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Meßanlage mit
Satellitennavigationsgerät
zum Feststellen der geographischen Koordinaten; und
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2 eine
erfindungsgemäße Meßanlage mit
Satellitennavigationsgerät
zum Feststellen der Meßdaten
bei einer Biegebelastung.
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In 1 wird
eine auf einen im Boden 1 verankerten Mast gegebenenfalls
Zug oder Druck ausübende
Biegelast 3 durch einen Doppelpfeil symbolisiert. Die Biegelast 3 kann
durch irgendein Zug- oder Druckmittel in den Mast 2 eingeleitet
werden. Sie soll so groß sein,
daß am
Mast 2 oder dessen Fundament 4 vorhandene Mängel normaler
Weise offenbar werden.
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Wenn
die Biegefestigkeit eines Mastes 2 zu prüfen ist,
werden mit Hilfe einer Meßeinheit 5 im
allgemeinen die mechanischen Mastpositionen einerseits vor dem ersten
Einwirken der Biegelast 3 und andererseits nach dem Abschalten
der Biegelast 3 ermittelt, miteinander verglichen und registriert.
Zu diesem Zweck kann die Meßeinheit 5 mit
einer mit dem Mast 2 verbundenen Laser- oder Lichtquelle 6 ausgestattet
werden, welche auf einen Empfänger 7 eines
Registriergeräts 8 gerichtet
ist. Die mechanische Mastposition bzw. -auslenkung kann im Rahmen
der Erfindung auch mit anderer Anordnung oder Ausbildung von Lichtquelle
und – empfänger oder
auf nach andere Weise, z.B. auch mechanisch, ermittelt werden. Zum
Registrieren der Mastposition werden die im Registriergerät 8 erfaßten Werte
einem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugeleitet.
Die im Rechner 9 gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten
Werte können
auf einem Bildschirm 10 sichtbar gemacht oder auf einem
Drucker 11 ausgedruckt werden.
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Im
Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht
nur die Biegefestigkeit des Mastes 2 mittels der Meßeinheit 5 zu
erfassen, sondern zugleich auch den genauen (geographischen) Standort
des Mastes 2 irrtumsfrei und reproduzierbar zu dokumentieren.
Zu diesem Zweck wird in bestimmtem Abstand vom Mast 2,
vorzugsweise in dessen unmittelbarer Nähe, ein Satelliten-Navigationsgerät 12 mit
Antenne 13 positioniert. Die von dem Gerät 12 gelieferten
Meßergebnisse,
nämlich
die geographischen Koordinaten des Mastfußes 14, werden mit
der nach dieser Technik möglichen
Genauigkeit aufgenommen und mit den von der Meßeinheit 5 registrierten
Daten im Rechner 9 so kombiniert, daß zu den mechanischen Kennwerten
eines Mastes 2 automatisch die im Moment (Datum bzw. Uhrzeit)
der Stabilitätsmessung gültigen geographischen
Mastkoordinaten hinzugefügt
werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß während der gesamten Gewährleistungszeit
jederzeit zweifelsfrei der gemessene Mast zu identifizieren ist,
und festgestellt werden kann, ob der Mast noch seine ursprüngliche
Position einnimmt.
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Die
Messung und Registrierung kann bereits während des Meßvorgangs
(sowohl mit der Meßeinheit 5 als
auch mit dem Satelliten-Navigationsgerät 12) kontrolliert
werden. Hierzu kann der dem Rechner 9 nachgeschalteter
Bildschirm 10 vorgesehen werden. Das Gesamt-Meßergebnis
kann – ebenso wie
bei der Meßeinheit 5 – ausgedruckt
und beispielsweise in dieser Form an den Auftraggeber weitergegeben
werden. Die dem Auftraggeber gelieferten Daten, z.B. als Diskette
oder Papier, enthalten dann neben den Kennwerten der Biegefestigkeit
die geographischen Koordinaten für
jeden einzelnen geprüften
Mast.
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In 2 werden
gleiche Teile wie in 1 bezeichnet. Wenn die Biegefestigkeit
eines Mastes 2 zu prüfen
ist, wird im gezeichneten Ausführungsbeispiel
am Mast 2 die Meßeinheit 5 – z.B. mit
der gezeichneten Klammer 15 – befestigt. In 2 wird
die Meßeinheit 5 als
Satelliten-Navigationsgerät 16 mit Antenne 17 ausgebildet.
Die Antenne 17 wird auf einen Navigationssatelliten 18 gerichtet.
Dadurch wird die räumliche
Position der Meßeinheit 5 und
mit ihr die augenblickliche Position des Mastes 2 mit allen Koordinaten
(wie oben angegeben) exakt bestimmbar. Die Positionsbestimmung umfaßt sowohl
die Ausrichtung des Mastes 2 vor und während als auch nach Ausübung einer
Biegelast 3 und gegebenenfalls die genaue Position bzw.
Veränderungen
der Position des Mastfußes 14.
Auch die geographischen Koordinaten des Mastes 2 können bereits
mit der Meßeinheit 5 ermittelt
werden.
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Alle
auf die vorgenannte Weise in der Meßeinheit 5 erfaßten Daten
werden drahtlos oder über eine
Leitung 19 dem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugeleitet.
Die im Rechner 9 gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten
Werte können
auf dem Bildschirm 10 sichtbar gemacht und/oder auf dem
Drucker 11 ausgedruckt werden.
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Wenn – ähnlich 1 – zum exakten
Erfassen der geographischen Mastkoordinaten ein gesonderter GPS-Empfänger 12 am
Mastfuß 14 bzw.
an dessen Fundament 4 vorgesehen wird, z.B. über eine eigene
Antenne 13, kann dieser ebenfalls mit dem Satelliten 18 in
Verbindung treten und seine Meßergebnisse – über eine
Leitung oder drahtlos – an
den Rechner 9 liefern. Die von der gegebenenfalls aus den
beiden GPS-Empfängern 16 und 12 bestehende Meßeinheit
gelieferten Meßergebnisse
werden in dem Rechner 9 verarbeitet (insbesondere kombiniert)
und auf Wunsch gespeichert sowie dem Bildschirm 10 und/oder
dem Drucker 11 zugänglich
gemacht.
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Im
Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht
nur die Biegefestigkeit des Mastes 2 zu erfassen, sondern
zugleich auch den genauen geographischen Standort des Mastes 2 irrtumsfrei
und reproduzierbar zu dokumentieren. Die von der Meßeinheit (12, 16)
gelieferten Daten betreffend Mastauslenkung, Fundamentbewegung und
die geographischen Koordinaten des Mastfußes 4 können mit
der Genauigkeit der Satellitennavigation aufgenommen und alle praktisch
zugleich mit Datum und Uhrzeit registriert werden. Auf diese Weise
werden eine exakte Messung der Maststabilität mit einem einzigen Aufbau der
Meßeinheit 12, 16 und/oder
zugleich auch die exakte Bestimmung und Registrierung der geographischen
Mastkoordinaten möglich.
Während
der gesamten Gewährleistungszeit
ist jederzeit zweifelsfrei der gemessene Mast zu identifizieren
und festzustellen, ob der Mast noch seine ursprüngliche Position einnimmt.
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- 1
- Boden
- 2
- Mast
- 3
- Biegelast
- 4
- Fundament
(2)
- 5
- Meßeinheit
- 6
- Lichtquelle
- 7
- Empfänger
- 8
- Registriergerät
- 9
- Rechner
- 10
- Bildschirm
- 11
- Drucker
- 12
- Satelliten-Navigationsgerät
- 13
- Antenne
- 14
- Mastfuß
- 15
- Klammer
(2)
- 16
- Satelliten-Navigationsgerät
- 17
- Antenne
- 18
- Satellit
- 19
- Leitung