Der Theodolit: Aufbau, Funktion und Winkelmessung

Der Theodolit: Definition und Funktion

Der Theodolit ist ein universelles mechanisch-optisches Messinstrument, das verwendet wird, um vertikale und horizontale Winkel mit hoher Genauigkeit zu messen.

Grundlegende Komponenten des Theodoliten

Basis und Ausrichtung

• Basis (Unterbau): Dient zur Nivellierung und verfügt über Stellschrauben, Libellen und ein sphärisches Lot.
• Libellen (Röhren- und Dosenlibellen): Die Röhrenlibelle dient zur genauen Ausrichtung des Rohres; die Dosenlibelle zur gleichzeitigen Ausrichtung des Kreises.
• Lot: Dient dazu, den Theodolit exakt über dem vertikalen Punkt am Boden zu positionieren.

Achsen des Theodoliten

• Vertikale Achse (Stehachse): Die instrumentelle Rotation folgt dem Lot.
• Horizontale Achse (Kippachse): Ermöglicht die Drehung des Teleskops.
• Optische Achse (Kollimationsachse): Die Achse, auf der sich das Zielfernrohr auf die Messpunkte konzentriert.

Teleskop und Ablesung

• Teleskop: Besteht aus zwei Linsen (Objektiv und Okular). Zwischen Objektiv und Okular befindet sich das Reticulum (Fadenkreuz), das aus zwei orthogonalen, in Glas geätzten Linien besteht.
• Fokussierung: Dient dazu, das Objekt scharf zu stellen, sodass es im Fadenkreuz des Absehens liegt.

Kreisteilung und Präzision

• Kreisteilung (Limbo): Ermöglicht die Bestimmung von Winkeln.
• Horizontalkreis: Konzentrisch und senkrecht zur Hauptachse des Instruments; bleibt während der Messung fest.
• Vertikalkreis: Wird zur Messung vertikaler Winkel (Zenitwinkel) verwendet; konzentrisch und senkrecht zur Kippachse.
• Nonius: Wird verwendet, um eine höhere Ablesegenauigkeit zu erzielen, wenn die Genauigkeit zwischen zwei Skalenstrichen sinkt.
• Mikrometer: Optischer Mechanismus, der die Ablesung des Nonius ermöglicht, oft mit einer Reihe von Graduierungen und einem optischen Strahl, der die Präzision erhöht. Typen: Direktablesung (Schätzung) oder Rahmenmikrometer.

Bedienung und Winkelmessung

Schrauben und Bewegungen

• Klemmschraube: Dient dazu, bewegliche Elemente festzustellen oder freizugeben.
• Feintriebschraube (Konkordanzschraube): Ermöglicht weiche und langsame Bewegungen zur präzisen Einstellung.
• Allgemeine Bewegung: Drehung des gesamten Theodoliten um die vertikale Achse (360° horizontal).
• Teleskopbewegung: Drehung des Teleskops um die horizontale Achse (Kippachse), vom Nadir zum Zenit.

Horizontalwinkel

Die Ablesung des Winkels erfolgt vom Nullpunkt des Kreises aus. Je nach Nullstellung ergeben sich verschiedene Richtungsangaben:

• Topografisches Azimut: Der Nullpunkt liegt im Norden.
• Geodätisches Azimut: Der Nullpunkt liegt im Süden. Die Winkel werden entlang der Nord-Süd-Richtung ausgerichtet.

Vertikalwinkel

• Zenitwinkel: Gemessen vom Zenit aus, wobei der Nullpunkt des Vertikalkreises in der Vertikalen des Standortes liegt.
• Höhenwinkel (Neigungswinkel): Der Nullpunkt des Vertikalkreises liegt in der Horizontalen. Sie sind positiv, wenn die Visur nach oben gerichtet ist, und negativ, wenn sie nach unten gerichtet ist.

Typen von Theodoliten

Es werden vier Haupttypen unterschieden:

Repeater (Wiederholer)

Ermöglicht die Akkumulation aufeinanderfolgender Messungen desselben Horizontalwinkels zur Erhöhung der Präzision. Verfügt über zwei Sätze Azimutschrauben.

Richtungstheodolit

Hat eine feste Klemme und erlaubt nur die Bewegung des Oberteils (des Verbündeten).

Kompass-Theodolit

Verfügt über einen eingebauten Kompass, wobei der magnetisierte Kreis in horizontaler Richtung ausgerichtet ist (oft 0° bis 180°), was eine hohe Präzision ermöglicht.

Elektronischer Theodolit

Durch die elektronische Integration wird die Messung vertikaler und horizontaler Winkel stark vereinfacht. Die Messwerte werden auf einem Display angezeigt, was die Ablesegenauigkeit verbessert.