VIII. Neues Nivellir-Instrument, construirt von F. W. Breithaupt in Kassel, kurfürstlich hessischer Hofmechaniker und Münzmeister; beschrieben von C. Schneitler in Berlin. Mit Abbildungen auf Tab. I. Breithaupt's Nivellir-Instrument. Die in der neueren Zeit stattgefundene Ausführung bedeutender Eisenbahnbauten hat die Anwendung und somit den Bedarf von Nivellir-Instrumenten sehr vermehrt. Hr. Breithaupt in Kassel, dessen mechanische Werkstatt einen wohlverdienten Ruf hat, hatte theils bei Anfertigung einer bedeutenden Anzahl dieser Instrumente, theils bei der Reparatur einer vielleicht eben so großen Anzahl derselben, die beste Gelegenheit Vergleiche zwischen den verschiedenen Constructionen anzustellen und die größere oder geringere Brauchbarkeit der einen vor der andern, die sich erst bei einem längern Gebrauch der Instrumente richtig ermessen läßt, kennen zu lernen. Es ergab sich, daß diejenige Art von Nivellir-Instrumenten, welche man justiren kann, ohne vorher im Freien einen Niveaupunkt bestimmen zu müssen, die meisten Vorzüge, daneben aber einen sehr fühlbaren Mangel besitzen. Diese Instrumente erhalten nämlich durch das Umlegen und Umdrehen des Fernrohrs in seinen Lagern und durch das Aufsetzen der Libelle auf die cylindrischen Ansätze, sehr bald Beschädigungen, die nicht vom Besitzer, sondern nur von einem Mechaniker beseitigt werden können. Aus diesem Grunde geben meist alle, die oft Nivellements auszuführen haben, den einfachen Nivellir-Instrumenten, bei welchen die Libelle unter dem Fernrohre ihren festen Stand hat, den Vorzug. Dieß würde aber nicht stattfinden, besäßen die ersterwähnten Nivellir-Instrumente eine Einrichtung, vermöge deren sie nicht so oft einer Reparatur seitens des Mechanikers bedürften. Hr. Breithaupt stellte sich daher die Aufgabe, ein Nivellir-Instrument zu construiren, welches mit den Vorzügen eines Nivellir-Instrumentes das ohne einen außerhalb gegebenen Niveaupunkt berichtigt werden kann, zugleich die weitere gute Eigenschaft verbindet, beim Gebrauche nicht leicht solche Beschädigungen zu erleiden die nicht der Besitzer selbst wieder beseitigen könnte. Nachstehend folgt die kurze Beschreibung des nach diesen Andeutungen construirten Instrumentes. I. Das Nivellir-Instrument weicht ziemlich in allen Theilen von den bisher bekannten Constructionen ab; es entspricht zugleich vollständig allen Anforderungen, die man an einen einfachen Theodoliten macht, und ist daher mit besonderer Sicherheit auch in dieser Beziehung anzuwenden. Fig. 1 stellt das Nivellir-Instrument in der Seitenansicht rechts dar; Fig. 2 gibt die andere Seitenansicht links; Fig. 3 die vordere Ansicht; Fig. 4 einen Durchschnitt. Das Instrument ruht auf einem messingenen Dreifuß. Das achromatische Fernrohr, welches 20 Zoll Länge, 18 Linien Oeffnung und eine 35malige Vergrößerung besitzt, kann beim Berichtigen leicht aus seinen Achsenlagern herausgenommen und umgelegt werden. Die ausgeschliffene Röhrenlibelle, die bei einer Linie Ausschlag 5 Secunden angibt, hat die Einrichtung, daß sie in beiden Lagen des Fernrohres auf dasselbe aufgesetzt werden kann. Der Verticalbogen des Nivellir-Instrumentes hat 4 Zoll Radius, sein Limbus ist von Silber, in 1/6 Grade getheilt und mit zwei gegen einander überstehenden Nomen, welche 10 Secunden angeben und durch zwei bewegliche Loupen abgelesen werden können, versehen. Der Horizontalkreis hat 7 Zoll Durchmesser, sein silberner Limbus ist in 1/6 Grade getheilt, und die zwei Nonien der Alhidade, über denen sich ebenfalls zwei Loupen befinden, lassen den Winkel von 10 zu 10 Secunden ablesen. Alle Theile des Nivellir-Instrumentes besitzen die erforderlichen Correctionsschrauben, und jede Stellung ist mit einer Mikrometerschraube versehen. Die am Verticalbogen ist der Art construirt, daß bei ihr nie ein todter Gang eintritt; es kann daher unter Benutzung der an ihrem Schraubenkopfe m befindlichen Eintheilung n bis zu einzelnen Secunden eingestellt werden. Die hauptsächlichsten Vortheile, welche vorzugsweise durch diese neue Einrichtung erzielt werden, sind nachfolgende: a) durch die Einrichtung, daß sich die Röhrenlibelle, statt auf Cylinder, auf die vier Köpfe der an dem Fernrohr gegen einander überstehend angebrachten stählernen und gehärteten Stellschrauben aufsetzt, ist hauptsächlich eine größere Correctheit und eine bleibendere Sicherheit in der Genauigkeit des Instrumentes, wenn dieses einmal berichtigt ist, gewonnen. Bei einem Nivellir-Instrument, wie die bisherigen, wo die Libelle auf Cylindersätze, die von genau gleicher Stärke gedreht und geschliffen seyn müssen, aufgesetzt wird, ist dieß nicht der Fall. Bei einem solchen Instrumente werden schon durch das Umlegen und Umdrehen des Fernrohres in seinen Lagern und durch Aussetzen der Röhrenlibelle die beiden Cylinder leicht beschädigt. Wird dasselbe aber bei nur etwas stürmischer Witterung auf Chausseen oder sandigem Boden gebraucht, so ist der Nachtheil noch größer. Durch den Staub, der sich auf dem Instrumente absetzt, werden beim Aufsetzen und Abnehmen der Libelle die mühsam bearbeiteten Cylinder leicht beschädigt, sie verlieren ihre richtige Form und es entstehen Mängel an dem Instrumente, die nur durch einen Mechaniker wieder beseitigt werden können. Dagegen kann bei einem Nivellir-Instrumente nach der angeführten neuen Einrichtung wegen des Gebrauchs nicht wohl irgend eine Unrichtigkeit in der anfänglich vorgenommenen Berichtigung desselben entstehen, welche nicht sogleich von demjenigen, der das Instrument gebraucht, leicht zu beseitigen wäre. b) Die neue Construction läßt die Anwendung eines größeren mit zwei Nomen versehenen Gradbogens (Höhenkreises) zu. Sein größerer Durchmesser gewährt zugleich den Vortheil, daß der Bogen in 1/6 Grade und die Nonien zu 10 Secunden Angabe und 5 Secunden Abschätzung getheilt werden können. c) Daß sich das Fernrohr aus seinen Achsenlagern herausheben und umlegen läßt; d) die Verringerung der Höhe des Instrumentes; e) die Anwendung einer längeren und stärkeren stählernen Achse A (Fig. 4) für die Horizontaldrehung des Fernrohrs. Durch beides ist ein Haupterforderniß bei einem jeden Nivellir-Instrumente: sichere Horizontaldrehung und vorzügliche Stabilität des Ganzen erzielt worden. f) Durch Anwendung des Dreifußes ist das Instrument, wenn dasselbe als Theodolit angewandt wird, weit genauer und bequemer auf einen gegebenen Standpunkt einzulothen. Der Dreifuß gestattet nämlich die Verrückung des Instrumentes auf dem Stativkopfe um einige Zoll. Soll im andern Falle dieses Verrücken durch Versetzen des Stativs bewirkt werden, so ist das Einlothen nur sehr mühevoll zu bewerkstelligen. Die Justirung dieses Nivellir-Instrumentes geschieht auf folgende Weise: 1) Behufs der Prüfung und Berichtigung der dazu gehörigen Libelle setze man dieselbe auf das Fernrohr (auf die Schraubenköpfe a und c oder b und d) und bringe die Luftblase auf bekannte Weise genau in die Mitte derselben. Hierauf setze man die Libelle um, corrigire die etwaige Abweichung der Blase von der Mitte zur einen Hälfte mittelst der Berichtigungsschrauben c der Libelle selbst und entferne die andere Hälfte durch die Stellschrauben des Dreifußes, oder auch durch die Mikrometerschraube des Verticalkreises. Dieß Verfahren wiederholt man so lange, bis kein Fehler mehr bemerkbar bleibt. 2) Die Parallelität der durch die drei Punkte (Schraubenköpfe) a, c und b, d gedachten Linien wird untersucht, indem man die berichtigte Libelle wie gewöhnlich auf das Fernrohr, z.B. auf die beiden Schraubenköpfe a und c, aufsetzt, die Luftblase einspielen läßt und nun den Stand der beiden Nonien mit möglichster Genauigkeit abliest, sodann aus den Angaben beider das arithmetische Mittel nimmt. Legt man jetzt das Fernrohr um, ohne jedoch die Achsenenden desselben in Beziehung auf die Lager zu wechseln und ohne sonst etwas am Instrumente zu bewegen, und stellt den Höhenkreis so ein, daß das Mittel aus den Angaben der beiden Nonien genau gleich dem Mittel aus der ersten Ablesung ist (jedoch mit entgegengesetztem Zeichen, daß man also jetzt einen ebenso großen Höhenwinkel erhält, als man vorher einen Tiefenwinkel beobachtet hat, oder umgekehrt), so ist die Linie ac, welche jetzt unterhalb des Fernrohres liegt, genau parallel ihrer ersten Lage (d.h. sie liegt horizontal), und es wird die Blase der auf b und d aufgesetzten Libelle einspielen, falls bd horizontal ist, also parallel mit ac. Spielt die Blase hingegen nicht ein, so muß der mangelnde Parallelismus zwischen ac und bd hergestellt werden entweder durch Einschrauben des zu hoch stehenden Schraubenkopfes (b oder d) oder durch Herausschrauben des zu tief stehenden. – Auch hierbei ist eine Wiederholung des Verfahrens sehr anzuempfehlen, um der gänzlichen Entfernung des in Rede stehenden Fehlers gewiß zu seyn. Es ist nun endlich 3) die Lage der optischen Achse des Fernrohrs noch zu untersuchen. Die Construction und Anwendung des Instruments bedingt, daß diese optische Achse erstens der Längenachse der Libelle parallel sey und zweitens die Abstände ab und cd halbire. Vorausgesetzt nun, daß die unter 1 und 2 beschriebenen Justirungen stattgefunden haben, stelle man das Fernrohr genau horizontal und merke sich, etwa an einer in angemessener Entfernung aufgestellten Latte, denjenigen Punkt, welcher in dieser Lage durch den Horizontalfaden des Fadenkreuzes geschnitten wird. Jetzt lege man das Fernrohr, ohne Verwechslung der Achsenenden, um, richte dasselbe mittelst Drehung des Horizontalkreises um 180° wieder auf die Latte und lasse die Libelle einspielen. Zeigt dann der Horizontalfaden des Fadenkreuzes wieder auf den zuerst anvisirten Punkt, so liegt die optische Achse richtig, wo nicht, so liegt der wahre Niveaupunkt genau in der Mitte zwischen beiden Visirpunkten und es ist auf diese Mitte der Horizontalfaden des Fadenkreuzes mittelst der Schräubchen am Ocularkopfe einzustellen, um dadurch der optischen Achse des Fernrohres die richtige Lage zu ertheilen. Die Wiederholung der Operation wird ergeben, ob die Correction richtig ausgeführt war. Hiermit wird nun das Instrument in allen seinen Theilen völlig justirt und zu den genauesten Nivellements anwendbar seyn. Das ganze Verfahren erfordert indessen, wie man gesehen hat, keinen gegebenen Niveaupunkt und nur eine Aufstellung. Dieses verbesserte Nivellir-Instrument nebst Stativ wird in dem mechanischen Institute von F. W. Breithaupt und Sohn in Kassel für 180 Rthlr. pr. Crt. geliefert. II. Wenn das Umlegen des Fernrohres (s. I. c.) öfter wiederholt werden soll, so wird diese Manipulation, namentlich wegen des jedesmal erforderlichen Lösens und Wiederschließens des Klemm- und Mikrometerwerkes, beschwerlich und zeitraubend. Man hat deßhalb auf Mittel gesonnen, diese Unbequemlichkeit zu entfernen und ist so zu der nachstehend beschriebenen, in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellten, etwas veränderten Construction gekommen. Anstatt der unter I angegebenen Einrichtung, wonach die horizontale Drehungsachse C, der Höhenbogen H und die Klemmvorrichtung K (Fig. 5 und 7) gleich an dem Fernrohre F¹, F befestigt sind, beziehungsweise unmittelbar darauf wirken, sind hier die eben genannten Theile mit dem neu hinzugekommenen Balken B, B² B¹ in feste Verbindung gebracht; das Fernrohr selbst findet gleichfalls sein Lager B und B¹ auf diesen Balken und bewegt sich in verticaler Richtung, wie man aus der Zeichnung leicht ersieht, bei geöffneter Klemme K zugleich mit dem Balken um die Achse C. Die Fernrohrlager B und B¹ enthalten bei p (Fig. 6) kleine Stahlplatten, auf welche sich die schon aus I bekannten Schraubenköpfe K aufsetzen; dieß sind die einzigen Lagerpunkte des Fernrohrs. Die Libelle behält, bis auf eine nothwendige Aenderung ihrer bei I gabelförmigen Füße, die frühere Einrichtung; sie wird durch eine einfache Vorrichtung (den Bügel b, b) gegen das Herunterfallen vom Fernrohre gesichert. Die Seitenschrauben S und S¹ dienen zur Beseitigung jeder etwaigen kleinen Bewegung des Fernrohrs in seinen Lagern B und B¹, sie kommen nur dann in Anwendung, wenn man mit dem Instrumente Horizontalwinkel zu messen beabsichtigt und können beim Nivelliren ganz unbenutzt bleiben. Im Uebrigen ist die Einrichtung des Instruments ungeändert geblieben. Will man nun bei dieser Construction das Fernrohr umlegen, so hat man nur, nach Abnahme der Libelle und Oeffnung der Schrauben S, S¹, das Fernrohr sanft aus seinen Lagern B, B¹ herauszunehmen und dasselbe wieder so einzulegen, wie es der zu erreichende Zweck gerade erforderlich macht, nämlich entweder so, daß die Enden F und F¹ nach B¹ resp. B gelangen, oder daß K¹ (Fig. 6) unten und K oben hin zu liegen kommt. Man sieht also, daß die Manipulation des Umlegens hier ungleich einfacher und bequemer ist, als bei der Construction unter I. Aber auch das Verfahren bei der Justierung des Instrumentes – abgesehen von der Berichtigung der Libelle, welche hier ebenso auszuführen ist, wie bei der zuerst beschriebenen Einrichtung – ist viel einfacher. Man hat nämlich zur Herstellung des Parallelismus der durch die Lagerpunkte ac und bd gedachten Linien (s. I. 2) die Luftblase der berichtigten Libelle einspielen zu lassen, und hierauf das Fernrohr – bei fester und unverrückbarer Lage des Balkens B², B² – in dem Sinne umzulegen, daß F nach B¹ und F¹ nach B zu liegen kommt. Nimmt alsdann die Luftblase der Libelle nicht wieder genau ihren früheren Stand ein, so ist die Hälfte der Abweichung durch Hinein- oder Herausschrauben eines der Schraubenköpfe a, b, c, d und die andere Hälfte mittelst der Stellschrauben am Dreifuße oder mittelst der Mikrometerschraube für den Höhenbogen zu entfernen. Die unter I. 3 angegebene Berichtigung der Lage der optischen Achse ist hier ebensowohl bedeutend leichter und bequemer. Man stelle nämlich das Fernrohr mittelst der berichtigten Libelle horizontal, und versichere sich des unverrückbaren Festhaltens der Klemm- und Mikrometer-Vorrichtung am Höhenbogen. Hierauf lege man das Fernrohr um und zwar so, daß Ocular- und Objectiv-Ende nicht vertauscht werden, sondern nur die zuerst oben befindlichen Aufsatzpunkte für die Libelle (z.B. a und c) jetzt unten hin zu liegen kommen und umgekehrt. Alsdann muß der Horizontalfaden des Fadenkreuzes, wenn dasselbe die richtige Lage einnimmt, wieder genau auf den in erster Lage anvisierten Punkt treffen, oder es ist das Fadenkreuz dadurch zu berichtigen, daß dasselbe mittelst der Schräubchen am Ocularkopfe genau auf die Mitte zwischen den beiden in erster und zweiter Lage anvisirten Punkten eingestellt wird. Hiermit ist die Justirung des Nivellir-Instrumentes vollendet. Diese unter II beschriebene Einrichtung des Instrumentes erhöht den Preis desselben, einschließlich des Stativs, von 180 Rthlr. auf 200 Rthlr. pr. C. –––––––––– Es scheint noch zweckmäßig hier im Interesse der Praktiker auf einen bei allen Nivellements unentbehrlichen Hülfsapparat, die Nivellirlatte, wie sie Hr. Breithaupt in Kassel zum Selbstablesen eingerichtet hat, hinzuweisen und eine Zeichnung (Fig. 8) davon zu geben. Es ist dieß eine sogenannte Scalenlatte, welche seit ihrem Bekanntwerden alle übrigen derartigen Werkzeuge verdrängt hat. Ihre Einrichtung und fast noch mehr ihre Anwendung sind so einfach, daß neben der Zeichnung jede Beschreibung überflüssig seyn dürfte. Zu bemerken ist noch, daß die Zahlen verkehrt eingeschrieben sind, damit sie im umkehrenden Fernrohre aufrecht erscheinen und somit bequemer abgelesen werden können. Der Preis dieser Latte, zu 15' Länge, beträgt 9 Rthlr.