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W i n k e l m e s s u n g   -   T h e o d o l i t e
geodätische Theodolite

Theodolit ist ein Winkelmessinstrument, das in der Geodäsie zur Messung von Horizontalrichtungen (-winkeln) und Vertikalwinkeln eingesetzt wird. Ein Theodolit besteht grundsätzlich aus einem Zielfernrohr mit einem Fadenkreuz, einem Horizontal- und einem Vertikal-Teilkreis mit der Winkelteilung in Gon und Grad sowie mehreren Libellen zur Horizontierung des Instrumentes. Das Theodolit wird i.d.R. mittels eines Stativs über einem Punkt lotrecht aufgestellt.

Vorläufer der Theodolite waren in der Antike die Dioptra, seit dem 16. Jh. der Azimutalquadrant, im 18. Jh. als ähnliche Entwicklungen der Borda-Kreis oder die Kippregel.

Der Borda-Kreis, konstruiert 1785 von dem französischen Mathematiker, Physiker, Astronom und Seemann Jean Charles de Borda (1733-1799), besteht im Gegensatz zum Theodoliten aus einem einzigen Teilkreis und aus zwei Fernrohren. Eines der Fernrohre ist mit dem Teilkreis verbunden, das andere mit den drehbaren Ablesevorrichtungen. Zur Messung von Horizontal und Vertikalwinkeln wurde der Teilkreis entsprechend entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet. Zur Winkelmessung wurde der erste Punkt mit einem Fernrohr angezielt und dann der andere Zielpunkt mit dem zweiten, drehbar angebrachten Fernrohr. An der mit ihm verbundenen Ablesevorrichtung konnte danach der gemessene Winkel abgelesen werden.
Bei der Messung von Horizontalwinkeln zwischen zwei unterschiedlich hoch liegenden Zielpunkten war die feste Anordnung der Fernrohre in der Ebene des Teilkreises für die Messung hinderlich, wenn einer der Zielpunkte sich nicht mehr im Fernrohrgesichtsfeld befand, und deshalb hat der Borda-Kreis schnell an Bedeutung verloren. Nur bei Triangulationen mit mehrere Kilometer langen Zielweiten haben sich diese Probleme nicht ausgewirkt, deshalb waren Borda-Kreise reine Triangulationsinstrumente, die in der napoleonischen Zeit bei Triangulationsarbeiten weite Verbreitung fanden. Sie wurden auch bei der Gradmessung Dünkirchen - Paris - Barcelona zur Bestimmung der Länge des Meters verwendet.
Borda-Kreise wurden bei Etienne Lenoir in Paris, dem berühmtesten Instrumentenbauer Frankreichs, hergestellt. Die nachfolgende Briefmarke zeigt einen Borda-Kreis gebaut um 1800:

Borda-Kreis; Deutschland [1981]: (Mi )

Die erste Verwendung der Bezeichnung "Theodolitus" findet man in einem Werk über geometrische Arbeiten von dem Engländer Leonhard Digges für ein mit einem Diopterlineal ausgerüstetes Scheibeninstrument. Solche einfachen, theodolitähnlichen Konstruktionen waren bereits seit dem 16. Jh. im Gebrauch. Ein erster, brauchbarer und mit einer Röhrenlibelle ausgestatteter Theodolit wurde aber erst 1730 von dem englichen Mechaniker John Sisson gebaut. Eine größere Bekanntheit gewinnt der Theodolit aber erst mit dem 1787 von Jesse Ramsden (1735-1800, engl. Optiker und Mechaniker) für die englische Landesvermessung hergestellten großen Theodoliten (Teilkreisdurchmesser 36 inch, Gewicht 200 Pfund).

Je nach der Genauigkeit der Theodolite kann man unterscheiden zwischen einfachen Bautheodoliten, Präzisions- oder Sekundentheodoliten für Ingenieurvermessungen und Universalinstrumenten für Astronomie und Astrogeodäsie. Nach der Zeit der rein optischen Theodolite folgte seit den 80er Jahren die Ära der elektronischen Theodolite. Eine weitere Entwicklung der Theodoliten sind die Tachymeter, die zusätzlich auch die Entfernungsmessung zum Zielpunkt (i.d.R. elektrooptisch) erlauben.

Die nachfolgende deutsche Briefmarke zeigt einen vom Reichenbach gebauten Repetitionstheodoliten, der nur einen Horizontalkreis besitzt, aus der Sammlung des Deutschen Museums in München. Georg von Reichenbach (1772–1826) war bei seiner Tätigkeit als bayerischer Vermessungsinspecteur an die Grenze der Genauigkeit damaliger Winkelmeßgeräte gekommen. Er erkannte, daß vor allem die Teilungsgenauigkeit der Meßkreise verbessert werden mußte. Er entwarf daher eine völlig neue Kreisteilungsmaschine und erreichte damit eine Genauigkeit von 0,001 mm. Dies entspricht bei einem Kreis von 40 Zoll Durchmesser einem Winkel von etwa 1/3 Bogensekunde. Auf dieser Grundlage ging er daran, die Vermessungsinstrumente zu verbessern. Er entwickelte in einer mechanischen Werkstatt, die er zusammen mit dem Uhrmacher Joseph Liebherr (1767–1840) und dem Geschäftsmann Joseph von Utzschneider (1761–1840) gegründet hatte, einen sehr leistungsfähigen Theodoliten. Das auf der Marke gezeigte Instrument wurde um 1810 in der Werkstätte Reichenbach-Utzschneider-Liebherr zu München hergestellt:

Theodolit; Deutschland [1981]: (Mi )

Auf der portugiesischen Briefmarke ist links ein einfacher Theodolit mit zwei offenen Teilkreisen dargestellt. Besonders die außen angebrachten Ablesevorrichtungen (kleine Lupen) sind gut sichtbar (rechts ist auch ein moderner Tachymeter dargestellt):

Portugal []: (Mi )


Portugal [1975]: (Mi )


Bermuda [1999]: Kartographie des 20. Jahrhunderts (Mi )


Der Sonderstempel zeigt einen alten Theodoliten der Wiener Firma Neuhöfer & Sohn (Herstellung der geod. Instrumente in den Jahren 1881 bis 1925), der in der Dauerausstellung "J.Orth's Welt der österreichischen Landvermessung 1764 - 1987" im Bezirksmuseum Floridsdorf in Wien gezeigt wird:



Brasilien [1990]: (Mi )





Ein Theodolit der ungarischen Firma MOM:

Ganzsache Ungarn 1976: 100 Jahre der Firma MOM 1876-1976


Abb. G-09: Der Struve-Bogen - UNESCO-Weltkulturerbe; (Lettland [2011], Mi...)


Abb. G-11: Der Struve-Bogen - UNESCO-Weltkulturerbe; (Estland [2011], Mi...)

Israel [], (Mi )


Dänemark [1994]: (Mi )


Australisches Antarktis-Territorium [1984]: (Mi )


Bulgarien [2020]: (Mi )


St. Lucia [ ]: (Mi )


Ein Theodolit 1. Ordnung::

Theodolit; Japan [2019]: (Mi )


Die polnische Postkarte zum 70jährigen Jubiläum der Danziger Abteilung der Vereinigung Polnischer Geodäten (SGP) von 2016 zeigt u.a. einen Theodoliten mit vier Stellschrauben der amerikanischen Firma W. & L. E. Gurley aus der Zeit um 1910:



Südgeorgia [2007]: (Mi )


Irland [ ]: (Mi )


Sonderstempel Portugal 1988


Schweiz [1981], (Mi )











Universalinstrumente (astronomische Theodolite)

Als Universalinstrumente (geodätische Theodolite) bezeichnet man allgemein die Winkel-Meßgeräte in der Astronomie, mit denen genaue Winkelmessungen in beiden Richtungen (Azimut und Höhenwinkel) zu den Sternen durchgeführt werden können.
Die Universalinstrumente waren Vorläufer der tragbaren Theodolite, die für geodätische Zwecke dienen. Die früheren Universalinstrumente waren wesentlich größer als die geodätischen Theodolite und so nur relativ schwer und umständlich zu transportieren. Sie waren konstruktiv an die Passageninstrumente und Meridiankreise der astronomischen Observatorien angelehnt. Später wurden auch kleinere, tragbare Universalinstrumente (Theodolit) speziell für astronomische Zwecke konstruiert.
Die Universalinstrumente unterscheiden sich oft von den geodätischen Theodoliten dadurch, dass sowohl der Horizontal- als auch der Vertikalkreis in gleicher Weise ausgebildet sind, d.h. dass der Horizontalwinkel und der Vertikalwinkel gleich genau gemessen werden können (bei geodätischen Theodoliten waren die Vertikalwinkel häufig weniger genau meßbar). Außerdem hatten die meisten Universalinstrumente ein gebrochenes Fernrohr, um bei steilen Visuren zu den Himmelskörpern eine bequeme Messung zu ermöglichen.

Die Passageninstrumente und die Meridiankreise, die zu den sog. Durchgangsinstrumenten gehören, unterscheiden sich von den Universalinstrumenten dadurch, dass sie horizontal fixiert, dh. in horizontaler Ebene nicht schwenkbar sind.

Der Meridiankreis wurde um 1700 von dem dänischen Astronomen Olaf Römer aus dem freiäugigen Mauerquadranten (Mauerkreis) weiterentwickelt und war ab etwa 1810 bis 1950 das wichtigste Messgerät vieler Sternwarten.
Der Meridiankreis ist das klassische astronomische Instrument zur Messung von Sternörtern im Meridian, dh. beim bekannten geografischen Standort wird damit durch die Beobachtung des Durchgangs eines Sternes durch den Meridian die Position des Sternes bestimmt. Er entspricht einem sehr großen Theodolit ohne Stehachse, der nur in der Meridianebene (Südpunkt – Zenit – Nordpunkt) schwenkbar ist. Das präzise Mess-Fernrohr von 1–3 m Brennweite sitzt drehbar auf einer horizontalen West-Ost-Achse. Mit dem Fernrohr drehen sich 1–2 große Vertikalkreise mit Ablesemikroskopen und Libellen. Tragbare Meridiankreise von kleineren Dimensionen wurden früher mehrfach gebaut, entsprachen aber in der Genauigkeit nicht ihrer Zweckbestimmung.
Mit etwa 20 global verteilten Meridiankreisen wurden alle genauen Sternkataloge und Eigenbewegungen gemessen.

Ein Passageninstrument ist ein Messinstrument der Astrogeodäsie und Astrometrie, das dazu dient, an einem vertikalen Fadennetz die Zeitpunkte von Sterndurchgängen zu beobachten und ist infolge seiner - gegenüber dem Meridiankreis sehr kompakten - Bauweise in beschränkter Weise transportabel. Es arbeitet genauso wie ein Meridiankreis, nur fehlen hier die großen, sehr genauen Teilkreise für die Deklinationsmessung. Es sind nur Teilkreise für die grobe Positionierung des Instrumentes vorhanden. Mit einem Passageninstrument wird deshalb hauptsächlich der Zeitpunkt des Sterndurchgangs durch den Zentralfaden gemessen. Hier kehrt sich das Prinzip des Meridiankreises um: während der Meridiankreis mit Hilfe der Sternzeituhr die genaue Rektaszension des Sterns mißt (Messung der Sternörte), kann die so gefundene Koordinate des Sterns am Passageninstrument dazu verwendet werden, den Zeitpunkt des Durchgangs zu bestimmen.
Ferner dient ein Passageninstrument zur astronomischen Längen- und Zeitbestimmung sowie teilweise zur Messung astro-geodätischer Azimute. In diesem Fall wird das Instrument nicht im Meridian, sondern im Vertikal des Vermessungspunktes verwendet.


Portugal [ ]: (Mi )


Astronomischer Theodolit der Fa. Reichenbach-Ertel von ca. 1830 aus der Sammlung des Technischen Nationalmuseums in Prag/Tschechien:

Tschechien [2008]: 100 Jahre Technisches
Nationalmuseum; (Mi )


Die schwedische Blockausgabe zum Struve-Bogen zeigt u.a. einen Theodoliten des schwedischen Astronoms Haquin Selander (1804-1870), der zur Winkelmessung im Struve-Bogen in Tornedalen verwendet wurde. Heute befindet sich dieses Instrument im astronomischen Observatorium in Lund.


Schweden [2011]: (Mi )




Abb. G-07: Der Struve-Bogen - UNESCO-Weltkulturerbe (Litauen [2009])
Die venezuelanische Briefmarke zeigt einen Universaltheodolit AUZ-27 von 1936. Er entspricht einem ähnlichen Instrument von 1888, das damals dem ersten Direktor des Cagigal-Observatoriums von Caracas, Dr. Mauricio Buscalioni gehört hat, und mit dem er verschiedene astronomische Beobachtungen durchgeführt hat, z.B. zur Bestimmung der Zeit durch die scheinbare Bewegung der Sterne:

Venezuela [ ]: (Mi )


Astronomischer Theodolit Wild T4 (Universalinstrument) der schweizer Firma Wild Heerbrugg. Es war der zu seiner Zeit wohl weltgenaueste astronomische Theodolit (für astronomisch-geodätische Beobachtungen), gebaut in den Jahren 1941 - 1981. Insgesamt wurden nur 439 Stück von Wild T4 gebaut:

Finnland [1960]: (Mi )


Die brasilianische Briefmarke anläßlich des 100. Jahrestages der Cruls-Mission 1892-1894 (Expedition zum Zentralplateau zur Erforschung und Abgrenzung des Gebietes für den Bau der neuen Hauptstadt Brasilia) zeigt neben dem Porträt des Leiters der Forschungskommission Luiz Cruls, auch eine Karte des Zentralplateaus und ein astronomisches Meßinstrument - laut offizieller Briefmarkenbeschreibung einen tragbaren Meridialkreis. Wahrscheinlicher zeigt sie aber ein ähnliches Instrumment - ein tragbares Passageninstrument.
Ein transportables Passageninstrument wird hauptsächlich dazu benutzt, durch eine bekannte Sternposition den geographischen Standort zu bestimmen. Zu solchen Zwecken wurde also wahrscheinlich das hier dargestellte Instrument während der Cruls-Expedition verwendet:

Brasilien [1992]: 100 Jahre der Cruls-Mission; (Mi )


Die kroatische Briefmarke zeigt ein Ölgemälde des Malers Ivan Tisov aus dem Jahr 1900 mit dem Namen "Astronom". Zu sehen ist darauf ein astronomischer Theodolit, mit dem der Austronom den Himmel beobachtet. Das Gemälde wurde als Vorbereitungswerk für die Allegorie der Wisschenschaft am gewölbe des goldenen Saals im Palasis in der Opatska Straße 10 in Zagreb. Später wurde die Allegorie fast genauso an dem Gewölbe ausgeführt.

Kroatien [2017] (Mi )