DE2921273C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelanzeiger zur Anzeige in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen. Der Winkelanzeiger ist besonders zur Anzeige und Justierung eines Objekts in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen gegenüber der Lotrechten bestimmt.

Ein Objekt kann in einer beliebigen Lage gegenüber der Lotrech­ ten durch Justierung in zwei zueinander rechtwinkligen Richtun­ gen justiert werden. Die Verwendung von optischen Anzeigein­ strumenten wie Nivellierwaagen oder Winkelanzeigeinstrumenten, z. B. nach dem schwedischen Patent 73 07 522-2, erfordert zwei Instrumente. Das gleichzeitige Ablesen beider Instrumente wäh­ rend der Justierung ist jedoch schwierig.

Im Falle von Nivellierwaagen mit einer konzentrisch angeordne­ ten Indikatormarkierung in Form eines Ringes reicht ein Instru­ ment aus. Es muß jedoch von oben beobachtet werden. Oft bietet es keine ausreichende Präzision wegen der Schwierigkeit, es korrekt abzulesen.

Ein Beispiel für eine Justierung dieser Art ist die Justierung von Bohrgestängen (drill booms). Hierbei ist es erforderlich, ein Instrument zu beobachten, das die Lage in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen in klarer Weise zeigt, und man muß in der Lage sein, schnelle Justierungen mit hoher Präzision durchzuführen.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein sehr einfaches In­ strument für diese Art Anzeige und Justierung geschaffen, das außerdem extrem einfach mit hoher Präzision abzulesen ist.

Die schwedischen Patente 73 07 577-2 und 76 11 511-2 beschrei­ ben ein Winkelanzeigegerät, das einen ersten Teil, einen Rahmen hat und einen Teil, der gegenüber dem Rahmen beweglich ist. Der Rahmen und der bewegliche Teil haben Skalenscheiben oder Bild­ musterscheiben mit undurchsichtigen Linien, die durch durchsich­ tige Zwischenräume voneinander getrennt sind. Die Unterteilung der Skalenscheiben, d. h. die Anzahl undurchsichtiger Linien pro Längeneinheit rechtwinklig zu den undurchsichtigen Linien schwankt hierbei, wodurch ein zusätzliches optisches Interferenz­ muster, ein sogenanntes Moir´-Muster, entsteht, wenn Licht durch die Skalenscheiben fällt.

Das Gerät ist so ausgebildet, daß es einen Winkel gegenüber der Lotrechten anzeigt.

Aus den Patenten ergibt sich die extrem hohe Präzision, mit der die Justierung beim Gebrauch solcher Instrumente angezeigt wer­ den kann. Darüber hinaus zeigen die Patente, daß eine vorbestimm­ te Winkelstellung leicht mit einem hohen Grad von Präzision ab­ gelesen werden kann, da das Interferenzmuster sich bei einer extrem kleinen Winkeländerung gegenüber dem vorbestimmten Wert erheblich ändert.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen Winkelanzeiger zur Anzeige in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen, der zwei Winkelanzeigegeräte, z. B. nach dem schwedischen Patent 76 11 511-2 aufweist, die die im Ober­ begriff von Anspruch 1 genannten Merkmale haben.

Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnen­ den Teil von Anspruch 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Winkelanzeiger nach der Erfindung von vorn.

Fig. 2 ist ein waagerechter Querschnitt nach Linie A-A in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematisierter Querschnitt durch ein Winkelanzeigegerät.

Fig. 4 und 5 zeigen zwei Skalenscheiben.

Fig. 6 und 7 zeigen zwei unterschiedliche Moir´-Muster.

Fig. 8 zeigt schematisch einen Winkelanzeiger, der an einem schematisch dargestellten Objekt, z. B. einem Bohrge­ stänge angebracht ist.

Fig. 1 und 3 stellen Anzeigegeräte 1 nach den obenerwähnten Patenten dar.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Gerät 1. Das Gerät hat einen Rahmen oder eine Basis, z. B. in Form eines rechteckigen oder quadratischen Gehäuses 10. Das Gehäuse 10 hat einen Innen­ raum 11, der vorzugsweise die Form eines kreiszylindrischen Hohlraumes hat. Im Innenraum 11 ist ein beweglicher Teil 12 um eine Achse 13 drehbar gelagert. Der Schwerpunkt des beweg­ lichen Teils 12 ist gegenüber der Achse 13 durch einen Teil 14 nach außen versetzt. Der Teil 14 hat eine größere Dichte als der übrige Teil 12 und ist zwischen der Achse 13 und dem Umfang des beweglichen Teils 12 angebracht. Der bewegliche Teil 12 dreht sich daher immer so, daß eine Gerade, die durch seine Drehachse und den Schwerpunkt verläuft, mit der Lotrechten zusammenfällt.

Der bewegliche Teil 12 hat die Form einer Skalenscheibe (screen disc) 15, siehe Fig. 5, wobei die Skala (screen) aus undurchsichtigen Linien 16 besteht, die der Klarheit halber in dünnen Linien dargestellt sind. Die Wand 17 des Gehäuses 10, die dem Betrachter zugekehrt ist, enthält eben­ falls eine Skalenscheibe 18, siehe Fig. 4, mit einer Skala, die aus undurchsichtigen Linien 16 besteht. Die Wand 19 des Gehäuses 10, die vom Betrachter abgekehrt ist, ist vorzugs­ weise durchsichtig. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Struktur der Skalen abzuwandeln. Vorzugsweise haben die un­ durchsichtigen Linien 16 eine Breite von 0,6 mm und die durch­ sichtigen Lücken 20 eine Breite von weniger als 0,6 mm. Vor­ zugsweise hat die Skala 15 des beweglichen Teils 12 eine kon­ stante Teilung, während die Skala 18 der ortsfesten Wand 17 zwei Felder 21, 22 mit unterschiedlichen Teilungen hat. Die Skala wird vorzugsweise durch einen Durchmesser der Skalen­ scheibe 18 in die beiden Felder 21, 22 unterteilt. Das Feld 21 hat eine dichtere Teilung als die Skala der beweglichen Skalenscheibe 15. Das andere Feld 22 hat eine entsprechend weitere Teilung als die bewegliche Skalenscheibe 15. Die er­ wähnten Teilungen haben ein Moir´-Muster mit breiten, dunklen, zueinander parallelen Streifen 23 (Fig. 1), wenn die undurch­ sichtigen Linien 16 der beiden Skalenscheiben 15 und 18 zuein­ ander parallel verlaufen. Wird der bewegliche Teil 12 im Uhr­ zeigersinn um einen kleinen Winkel gegenüber dem Gehäuse 10 gedreht, so bilden die undurchsichtigen Linien 16 der beiden Skalenscheiben 15, 18 miteinander diesen Winkel. Infolgedessen wird ein Moir´-Muster nach Fig. 6 gebildet, bei dem die brei­ ten Streifen 24 gewinkelt sind. Die gewinkelten Streifen stel­ len Pfeile dar und erscheinen in dem Durchmesser, der die Fel­ der 21 und 22 der Skalenscheibe 18 voneinander trennt.

Wird der bewegliche Teil 12 entgegen dem Uhrzeigersinne um einen kleinen Winkel gegenüber dem Gehäuse 10 gedreht, so wird das in Fig. 7 dargestellte Moir´-Muster in entsprechen­ der Weise gebildet. Es hat breite, dunkle Streifen 25, die Pfeilen gleichen aber gegenüber Fig. 6 in die entgegenge­ setzte Richtung weisen.

Diese Moir´-Muster sind sehr empfindlich gegen kleine Winkel­ änderungen und sind sehr leicht abzulesen, wodurch die Justie­ rung mit Hilfe eines solchen Winkelanzeigers mit hoher Präzision durchgeführt werden kann. Nach der vorliegenden Erfindung werden zwei Winkelanzeigegeräte 1, 2 der obenerwähnten Art verwendet. Vorzugsweise sind es gleiche (identische) Winkelanzeigegeräte.

Jedes Winkelanzeigegerät 1, 2 hat zwei Skalenscheiben 15, 18. Die beiden Paare Skalenscheiben 15, 18 sind nach der vorliegen­ den Erfindung in zueinander rechtwinkligen Ebenen (Fig. 2) an­ geordnet, wobei jedes der Paare so angeordnet ist, daß es die Lage eines Objektes in einer von zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen anzeigt.

Um eine gleichzeitige Ablesung beider Anzeigegeräte zu ermög­ lichen, ist ein Spiegel 26 so angebracht, daß er ein Spiegel­ bild des zweiten Paares Skalenscheiben, die in dem zweiten An­ zeigegerät 2 vorgesehen sind, in die Ebene des ersten Paares von Skalenscheiben reflektiert. In Fig. 2 ist diese Ebene durch die gestrichelte Linie 27 dargestellt.

Beim Betrachten des Winkelanzeigers nach der Erfindung scheinen infolgedessen die von den Anzeigegeräten 1, 2 gebildeten Moir´- Muster nebeneinander zu liegen, wie es Fig. 1 zeigt, wobei die rechte Anzeige ein Spiegelbild ist.

Der Spiegel 26 liegt in einer Ebene, die einen Winkel von 45° (Fig. 2) mit dem zweiten Paar von Skalenscheiben bil­ det, die im zweiten Winkelanzeigegerät 2 untergebracht sind.

Außerdem sind die beiden Winkelanzeigegeräte 1, 2 vorzugs­ weise zueinander so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen mit ihren Rändern berühren.

Der Spiegel 26 ist nach dieser bevorzugten Bauart so ange­ ordnet, daß er von demjenigen Rand des zweiten Winkelanzeige­ geräts 2, der vom ersten Winkelanzeigegerät 1 am weitesten entfernt ist, zu der Ebene 27 verläuft, in der das erste Winkelanzeigegerät liegt.

Die Geräte 1, 2 und der Spiegel 26 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 28 untergebracht, das zwei im wesentlichen gleich große Öffnungen 29, 30 hat. Die Öffnung 29 dient zur direkten Beobachtung des ersten Anzeigegerätes und die Öffnung 30 zur Beobachtung des Spiegelbildes des zweiten Gerätes.

An der einen Rückseite des Gehäuses 28, nämlich derjenigen, die beiden Anzeigegeräten 1, 2 gegenüberliegt, ist eine Öff­ nung 31 zum Einlaß von Licht 32 vorgesehen. Das Licht fällt zum Teil (Pfeil 33) durch das erste Gerät 1 und zum Teil (Pfeil 34) durch das zweite Gerät und wird dann vom Spiegel 26 reflektiert (Pfeil 35).

Fig. 8 zeigt einen Winkelanzeiger nach der Erfindung, der an einem Objekt, z. B. einem Bohrgestänge (drill boom) ange­ bracht ist. In Fig. 8 ist das Objekt 36 in lotrechter Lage dargestellt.

Wenn das Objekt von der Lotrechten z. B. in einer Betrach­ tungsebene abweicht, die parallel zum ersten Anzeigegerät liegt, aber mit der Lotrechten in einer Ebene zusammen­ fällt, die parallel zum zweiten Anzeigegerät liegt, so zeigt das zweite Anzeigegerät ein Muster entsprechend dem in Fig. 6 oder 7, während das erste ein Muster entsprechend Fig. 1 zeigt.

Wenn das Objekt von der Lotrechten in zwei Ebenen abweicht, die zu den beiden Anzeigegeräten parallel verlaufen, so zei­ gen beide Geräte Muster nach Fig. 6 oder 7.

Wie oben erwähnt, zeigt ein Muster nach Fig. 6 oder 7 die Richtung im Verhältnis zur Lotrechten an, in die das Gehäuse 10, 28 des Anzeigegerätes geschwenkt werden muß, damit eine Lage erreicht wird, in der das Anzeigegerät selbst lotrecht steht und damit ein Muster nach Fig. 1 erscheint. Dies macht die Justierung eines Objektes wesentlich einfacher.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der feste Teil, d. h. die Skala 18, die in der Wand 17 des Gehäu­ ses 10 untergebracht ist, gegenüber dem Gehäuse durch Verdre­ hung einstellbar. Zu diesem Zweck ist ein Zahnkranz 36 oder dergleichen am Umfang des festen Teils vorgesehen. Der Zahn­ kranz 36 kämmt mit einem Zahnrad 37 oder dergleichen, das im Gehäuse 10 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz liegt hierbei in einer kreisförmigen Nut 37 im Gehäuse 10. Vorzugsweise ist ein nicht dargestellter Skalenanzeiger an der Außenseite des Gehäuses vorgesehen. Er zeigt den jeweiligen Winkel zwischen den undurchsichtigen Linien 16 der festen Skalenscheibe 18 und einer Seite des Gehäuses 10 an. Wenn ein Muster nach Fig. 1 auftritt, so steht diese Seite senkrecht zur Lotrechten oder fällt mit ihr zusammen.

Nach der Erfindung kann also ein Objekt, das unter einem beliebigen Winkel zur Lotrechten steht, in zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen dadurch justiert werden, daß zunächst die festen Skalen 18 der beiden Winkelanzeigegeräte so justiert werden, daß ihre Skalenlinien den gewünschten Winkel zu ihren Gehäusen 10 bilden, was z. B. durch den erwähnten Skalenanzei­ ger geschieht. Danach wird das Objekt um einen Winkel gegen­ über der Lotrechten justiert, so daß beide Anzeigegeräte ein Moir´-Muster mit parallelen, dunklen Streifen erzeugen. Dann ist der Winkel des Objekts zur Lotrechten der erwünschte und justierte erwähnte Winkel.

Durch die Erfindung wird also ein sehr leicht ablesbares In­ strument für diese Justierung von Objekten geschaffen, durch das ein hoher Grad von Präzision erzielbar ist. Durch die Anordnung der beiden Anzeigegeräte und den Spiegel können die beiden Moir´-Muster gleichzeitig beobachtet werden. Dies macht ein schnelles und präzises Ablesen erheblich leichter und damit eine schnelle und präzise Justierung.

Abwandlungen liegen im Rahmen der Erfindung. Zum Beispiel kann der Spiegel durch mehrere Spiegel ersetzt werden. Die Skalen kön­ nen andere Unterteilungen als die obenerwähnte haben. Die Anzeigegeräte können modifiziert werden.

Claims (6)

1. Winkelanzeiger zur Anzeige in zwei zueinander rechtwinkli­ gen Richtungen mit zwei Winkelanzeigegeräten, von denen jedes zwei Skalenscheiben (oder Bildmusterscheiben) hat, wobei jede Skalenscheibe undurchsichtige Linien aufweist, die durch durchsichtige Zwischenräume voneinander getrennt sind und wobei Skalenscheiben parallel zueinander angeord­ net sind, so daß Interferenzmuster, sogenannte Moir´-Muster gebildet werden, wenn Licht durch jede der Skalenscheiben­ einheiten fällt und wobei die erste Skalenscheibe fest an­ geordnet und die andere in eine vorbestimmte Lage gegen­ über der Lotrechten frei drehbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Paar Skalenscheiben (1, 2) in zueinander senkrechten Ebenen angeordnet sind und daß ein Spiegel (26) so angeordnet ist, daß er ein Spiegelbild des zweiten Skalenscheibenpaares (2) in eine Ebene (27) proji­ ziert, in der das erste Skalenscheibenpaar (1) liegt, und zwar neben das erste Paar (1), wodurch bei Betrachtung des Winkelanzeigers die beiden Moir´-Muster, die von den Win­ kelanzeigegeräten gebildet werden, nebeneinander zu liegen scheinen.

2. Winkelanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiegel (26) in einer Ebene liegt, die mit dem zweiten Paar (2) von Skalenscheiben des zweiten Winkelanzeigegerätes einen Winkel von 45° einschließt.

3. Winkelanzeiger nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Winkelanzeigegeräte (1, 2) im wesentlichen Kante an Kante zueinander ange­ ordnet sind und daß der Spiegel (26) von derjenigen Kante des zweiten Winkelanzeigegerätes (2), die vom ersten Winkelanzeigegerät (1) am weitesten entfernt ist, im we­ sentlichen zu der Ebene (27) verläuft, in der das erste Winkelanzeigegerät (1) liegt.

4. Winkelanzeiger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Winkelanzeigegeräte (1, 2) und der Spiegel (26) in einem gemeinsamen Gehäuse (28) un­ tergebracht sind, das zwei im wesentlichen gleich große Öff­ nungen aufweist, von denen die eine (29) zur direkten Be­ trachtung des ersten Anzeigegeräts (1) dient und die zweite (30) zur Betrachtung eines Spiegelbildes des zweiten Anzei­ gegeräts (2).

5. Winkelanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalenscheiben (15, 18 ) in einem oder beiden Anzeigegeräten (1, 2) so ausgebil­ det sind, daß die eine Skalenscheibe (15) eine Unterteilung hat und daß die andere Skalenscheibe (18) parallel zu den Skalenlinien (16) in zwei Felder (21, 22) unterteilt ist und daß das eine Feld (22) eine weitere und das andere Feld (21) eine engere Unterteilung hat als die erstgenannte Ska­ lenscheibe (15).

6. Winkelanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Skalenscheibe (18) durch Drehung gegenüber dem Gehäuse (10) des Winkel­ anzeigegerätes justierbar ist.