Vermessungskreisel

Ein Vermessungskreisel ist ein geodätisches Mess- und Kreiselinstrument, das für genaue Richtungsbestimmungen unter Tage dient. Es wird entweder auf die Kippachse eines Theodolits aufgesetzt oder ist in einen solchen als Kreiseltheodolit integriert.

Horizontal gefesselter Rotor als Prototyp eines Vermessungskreisels. Statt des Hakens wäre die Aufhängung an einem Torsionsfaden zu denken.

Als Messsensor dient ein sehr rasch rotierender, zylindrischer Kreisel mit waagrechter Achse, der an einem Torsionsband aufgehängt ist. Ein solcher horizontal gefesselter Kreisel besitzt die Eigenschaft, nordsuchend zu sein und wird zu einem Torsionspendel: Die Drehachse des Rotationskörpers erleidet durch die Erdrotation eine langsame Verschwenkung (Präzession) und trachtet, sich - ähnlich dem Kreiselkompass auf Schiffen - parallel zur Erdachse zu stellen. Unter der Wirkung des Torsionsbandes geht diese Präzession in eine Drehschwingung über, die als gedämpfte Schwingung um die geografische Nordrichtung abläuft.

Mit speziellen Zusatzeinrichtungen wird dieser Schwingungsvorgang, dessen Periode im Bereich von Zehnerminuten liegt, analysiert und das Instrument sukzessive in die genaue Nordrichtung gedreht. Bei früheren Instrumenten (z. B. der GK-Typenreihe von Wild-Heerbrugg) erfolgte diese Nachführung manuell, indem der Beobachter die Kreiselschwingung entweder anhand ihrer Umkehrpunkte oder mittels Durchgangs-Methode analysierte. Man konnte sie aber auch in raschen Näherungsverfahren bzw. grafisch auswerten.
Neuere, teilautomatisierte Geräte drehen den Kreiselrahmen durch feine elektronische Stellkreise nach. Bei dem für den Ruhr-Bergbau entwickelten Gyromat wird so bereits nach kurzem Einsatz eine Genauigkeit von einigen Milligon erreicht, die bei längerer ausgedehnten Messreihen noch gesteigert werden kann.

Durch die kreiseltheoretische Anbindung an die Erdrotation liefern Vermessungskreisel astronomische Azimute, ebenso wie die Verfahren der Astrogeodäsie. Sie sind jedoch nicht ganz so genau, haben aber durch ihre Anwendbarkeit unter Tage eine große Bedeutung für den Tunnel- und Bergbau. Durch sog. Kreiselazimute kann bei unterirdischen Polygonzügen eine ähnliche richtungsstabilisierende Wirkung erzielt werden wie bei Sonnen- oder Laplace-Azimuten in oberirdischen Vermessungsnetzen.