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Theodolit

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Was ist ein Theodolit?

Ein Theodolit ist ein Präzisionsinstrument, das vornehmlich für die Messung von Horizontal- und Vertikalwinkeln eingesetzt wird. Hauptsächlich wird er von Vermessungsingenieuren genutzt, beispielsweise zum Abstecken von Winkeln und für Fluchtungs- und Ausrichtarbeiten, doch findet er auch in der Astronomie Anwendung. Die Ursprünge dieses Messinstrumentes gehen bis ins 15. Jahrhundert.

Quellen: Wikipedia; Uni Kiel; https://theodolitbaugeschichte-2.jimdo.com/

Welche Arten von Theodoliten gibt es?

Theodoliten lassen sich nach dem Grad der Genauigkeit klassifizieren. Theodoliten niederer Genauigkeit, die bei Baumessungen und einfachen Geländeaufnahmen zur Anwendung kommen, werden auch als Bau- oder Minutentheodoliten bezeichnet (Standardabweichung 8 mgon oder 26‘‘). Einen Theodolit mittlerer Genauigkeit (Standardabweichung 2 mgon bzw. 6,5‘‘), der hauptsächlich bei Geländeaufnahmen und bei der Einmessung von Polygonzügen als Grundlage für bautechnische Vermessungen zum Einsatz kommt, nennt man auch Ingenieurtheodolit. Für die Feinabsteckung im Bauwesen und verschiedene Spezialanwendungen verwendet man einen Theodolit hoher Genauigkeit (Standardabweichung 0,6 mgon oder 2‘‘), auch Sekundentheodolit. Präzisionstheodoliten (Standardabweichung 0,2 mgon bzw. 0,65”) haben die höchste Genauigkeit.
(Anmerkung: 1 mgon ist der tausendste Teil eines Gon, wobei ein Gon etwa dem 1,11fachen eines Grads entspricht)

Im Hinblick auf die Art der Datenerfassung unterscheidet man zwischen optisch-mechanischen und elektronischen Theodoliten. Die optisch-mechanische Erfassung ist technologisch veraltet, heute arbeitet man vornehmlich mit elektronischen Theodoliten.

Quellen: http://www.pasquay.net/IT/files/projekte/michWeb/Hp/Theodolit%20und%20Streckenmessung-Dateien/theo.htm;Volker Mattews: Vermessungskunde Teil 1

Wie ist ein Theodolit aufgebaut und wie wird es eingerichtet?

Folgende Bauteile bilden bei einem Theodolit die Hauptkomponenten: Ein Unterbau, bestehend aus einem Stativ mit Fußschrauben und dem Horizontalkreis, einem beweglichen Oberbau, zu dem das Gehäuse mit dem Fernrohrträger zählt, ein Fernrohr zum Anzielen von Objektpunkten, Libellen, mit deren Hilfe das Instrument lotrecht gestellt wird sowie Ableseeinrichtungen. Um zuverlässige Messergebnisse (Winkelbestimmungen) zu erhalten, muss die Aufstellung und Einrichtung eines Theodolits mit besonderer Sorgfalt erfolgen.

Das Stativ (Dreibein) ist so aufzustellen, dass die Stativbeine im Grundriss ein möglichst gleichseitiges Dreieck bilden, in dessen Mitte sich der Vermessungspunkt befindet. Nachdem das Instrument auf den Stativteller aufgesetzt und befestigt wurde, ist die Zentrierung über dem Messpunkt zu kontrollieren. Zur Grobzentrierung diente bei älteren Modellen ein Schnurlot oder ein Zentrierstock mit Libellenblase, bei moderneren Geräten erfolgt dies in der Regel durch ein integriertes optisches Lot oder ein Laserlot (z.B. Nivel System DT-2L). Anhand einer integrierten Dosenlibelle wird kontrolliert, ob die Grundplatte horizontal ausgerichtet ist (Grobhorizontierung). Korrekturen werden vorgenommen, indem die Höhe der Gerätefüße mithilfe von Dreifußschrauben verstellt wird (Feinhorizontierung). Hierbei wird die Stehachsenlibelle so eingestellt, dass die Stehachse in jedem Fall lotrecht bleibt. Durch Verschieben des Messgeräts am Stativteller erfolgt die Feinzentrierung. Bei der Aufstellung eines Theodolits ist neben der exakten Einstellung der Vertikalachse auf die Instrumentenhöhe zu achten: Das Okular des Fernrohres sollte sich einige Zentimeter tiefer als die Augen des Beobachters befinden, um eine Benutzung in bequemer Körperhaltung zu ermöglichen.

Quellen: Hochschule Bochum, Fachbereich Geodäsie; Lehrbuch der Markscheidekunde (Springer Verlag)

Einrichtung und Messung mit einem elektronischen Theodolit perferkt gezeigt.

Wie messe ich mit dem Theodolit?

Vor jedem Zielvorgang mit dem Fernrohr ist die Okularoptik auf das Auge des Beobachters einzustellen. Hierzu wird ein weit entfernter Gegenstand anvisiert, wobei der Beobachter die Zwischenlinse so lange verschiebt, bis er den Gegenstand scharf sieht. Mit dem Dioptriering lässt sich das Fadenkreuz scharf stellen. Bei der Messung von Horizontalwinkeln müssen verschiedene Zielpunkte nacheinander anvisiert werden, aus der Differenz der verschiedenen Messergebnisse ergibt sich dann der exakte Winkel. Um systematische Instrumentenfehler zu eliminieren, führt man Zielungen und Messungen in zwei Kreislagen durch. Bei diesem Verfahren (Satzmessung oder vollständiger Richtungssatz) misst man in einem ersten Durchgang alle Richtungen im Uhrzeigersinn, anschließend wird das Fernrohr des Theodolits um 180 ° um die Kippachse gedreht und es werden nochmals alle Richtungen gemessen.

Bei der Vertikalwinkelmessung mit dem Theodolit misst man üblicherweise einen Zenitwinkel, wobei die Nullrichtung entlang der Stehachse nach oben zeigt. Wenn die Horizontierung des Messgeräts exakt durchgeführt wurde, lassen sich Vertikalwinkel einfach ablesen.

Die zu bestimmenden Winkelmaße werden in der Einheit „Gon“ abgelesen. 100 Gon entsprechen 90°, entsprechend hat ein Kreis, üblicherweise mit 360° bezeichnet, 400 Gon. Diese Einheit findet ausschließlich im Vermessungswesen Verwendung. Moderne Theodoliten sind mit digitalisierten Teilkreisen ausgestattet und werden elektronisch abgelesen. Hierdurch ergeben sich kürzere Beobachtungszeiten und weniger Irrtümer bei der Erfassung.

Quellen: https://www.michael-kahner.de/c_theodolit.html; https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/theodolit/16521; Herbert Kahmen: Abgewandte Geodäsie – Vermessungskunde

Was ist beim Arbeiten mit dem Theodolit zu beachten?

Eine exakte Messung mit dem Theodolit kann nur unter der Voraussetzung erfolgen, dass die mit dem Fernrohr ausgeführten Zielungen genau lotrecht auf den zentrisch zur Hauptumdrehungsachse (Stehachse) gelegenen Horizontalkreis übertragen werden. Um dies zu gewährleisten, ist der Theodolit mit einem Achsensystem ausgestattet, das bestimmte Bedingungen erfüllen muss:

  1. Die Stehachse oder Vertikalachse muss bei jeder Stellung des Theodolits streng lotrecht stehen. Da ein Stehachsenfehler nicht durch Messungsanordnung eliminiert werden kann, ist die korrekte Ausrichtung der Stehachse vor jeder Messung gewissenhaft zu überprüfen. Ein Stehachsenfehler macht sich durch das Ausschlagen der Libellen bei der Drehung des Instruments um die Vertikalachse bemerkbar. Ist dies der Fall, muss eine erneute Horizontierung vorgenommen werden.
  2. Die beweglich gelagerte Kippachse ist die horizontale Achse des Theodolits, um die sich das Fernrohr drehen lässt. Die Kippachse muss zur Stehachse einen rechten Winkel bilden. Eine Abweichung hiervon wird als Kippachsenfehler bezeichnet. Dieser bewirkt, dass das Fernrohr sich beim Kippen nicht in einer lotrechten Ebene bewegt. Ein Kippachsenfehler lässt sich nachweisen, indem man die Schnur eines Lotes anzielt und sodann das Fernrohr kippt. Bleibt der Schnittpunkt des Fadenkreuzes hierbei nicht auf der Lotschnur, ist zur Berichtigung des Fehlers ein Lager der Kippachse durch entsprechende Stellschrauben zu senken oder zu heben. Der Kippachsenfehler wird durch das Messen in zwei Fernrohrlagen eliminiert.
  3. Die Zielachse (Absehlinie) soll einen rechten Winkel zur Kippachse bilden; im Idealfall schneiden sich die Stehachse, die Kippachse und die Zielachse in einem Punkt. Ein Zielachsenfehler wird wie der Kippachsenfehler auch durch die Messung in zwei Fernrohrlagen ausgeschieden. Bei der Messung in zwei Messreihen wird das Fernrohr für die zweite Messreihe durchgeschlagen (um die Kippachse zur anderen Geräteseite gedreht). Nun dreht man den Oberbau um 180° und visiert die Ziele neu an. Die Ablesung der Zielrichtungen erfolgt also auf dem Horizontalkreis an diametral gegenüberlegenden Stellen. Da die Einflüsse des Zielachsen und –Kippachsenfehlers in den beiden Messungen den gleichen Betrag, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen haben, erhält man bei der Mittelbildung der Messergebnisse ein fehlerfreies Ergebnis.

Quellen: https://studylibde.com/doc/2038390/der-theodolit; http://www.zeno.org/Lueger-1904/A/Theodolit; Wikipedia

Welche Alternativen gibt es? Tachymeter und Totalstation

Standardmäßig ist es mit dem Theodolit nicht möglich, Distanzen zu messen. Einige Theodolite bieten die Möglichkeit, zu diesem Zweck eine gesonderte Vorrichtung aufzustecken. Theodoliten mit integrierter Entfernungsmessung werden als Tachymeter bezeichnet. Mit einem Tachymeter können beliebige Punkte über ihre Horizontal- und Vertikalwinkel sowie ihre Distanz zum Gerät eindeutig bestimmt werden. Bei modernen Tachymetern wird der hierfür erforderliche rechnerische Aufwand vom Gerät übernommen. Zur Messung sendet der Tachymeter einen Lichtstrahl aus, der am Zielpunkt reflektiert wird. Das Gerät berechnet aus den Winkeln und der Entfernung die Koordinaten des Zielpunktes in Bezug auf das Gerät. Als Totalstation bezeichnet man die Kombination aus Tachymeter und Laptop. Der Vorteil einer Totalstation liegt darin, dass gemessene Informationen sofort am Bildschirm sichtbar sind. Die Übertragung der Daten vom Tachymeter auf den Laptop erfolgt je nach Ausstattung über ein Kabel oder per Bluetooth.

Quelle: https://mediatum.ub.tum.de/doc/1353273/1353273.pdf

Welche Hersteller bieten Theodoliten an?

Auf dem Markt für Vermessungsgeräte finden sich zahlreiche Hersteller, die Theodolite anbieten. Hier stellen wir einige Firmen vor, die sich in diesem Bereich einen Namen gemacht haben:

Nedo

Die Firma Nedo GmbH & Co. KG, ein inhabergeführtes Familienunternehmen, besteht seit mehr als 100 Jahren und ist trotz internationaler Geschäftsbeziehungen stark mit dem Standort im Schwarzwald, in Dornstetten, verwurzelt. Die Herstellung von Optischen Instrumenten, Messwerkzeugen und Baulasern sowie Vermessungszubehör bilden bei Nedo den Unternehmensschwerpunkt.

Theis

Auch die Firma Theis kann als Traditionsunternehmen bezeichnet werden: Seit drei Generationen stellt Theis präzise Vermessungsinstrumente her. Das Unternehmen verkörpert technische Kompetenz und zeitgemäße Serviceorientierung.

geo-Fennel

Die geo-Fennel GmbH verfolgt als mittelständisches Unternehmen das Ziel, ihre Kunden mit innovativen und präzisen Messinstrumenten zu versorgen und gleichzeitig einen hervorragenden Service zu bieten. Neben Vermessungsinstrumenten umfasst das Portfolio des Unternehmens auch Umweltmessgeräte.

Gottlieb Nestle GmbH

Die Marke Nivel System besteht seit 2003 und steht für Vermessungsinstrumente zu einem erschwinglichen Preis bei garantiert hoher Qualität. Zunächst auf optische Instrumente und Messzubehör begrenzt, erweiterte sich das Sortiment bis heute auf eine breite Palette von Messinstrumenten von Wasserwaagen über Nivelliergeräte und Theodoliten bis hin zu laserbasierten Maschinensteuerungen.