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Fühlhebelmeßgerät Es ist ein Fühlhebelmeßgerät mit folgendem Aufbau
bekannt. Es weist in einem Gehäuse untergebrachte, drehbare, an einem Ende übereinanderl
iegende Primär-und Sekundärhebel und einen am Primärhebel befindlichten, dessen
Verlängerung bildenden Fühler auf, der aus einem Gehäuse nach außen vorsteht. An
dem Gehäuse ist eine Skalenanzeigeeinrichtung angebracht, für deren Betätigung eine
in dem Gehäuse gelagerte Welle mit einer spiralförmigen Berührungsoberfläche dient,
an welcher das freie Ende des Sekundärhebels anliegt. Ein zum Halten sämtlicher
bewegten Geräteteile in Ruhelage dienendes, elastisches Organ wirkt darauf ein.
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Für ein derartiges Fühlhebelmeßgerät wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß zwischen dem Primär-und Sekundärhebel Zwischenorgane eingefügt sind.
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Sie veranlassen den Sekundärhebel, sich bei beiden Bewegungsrichtungen
des Fühlers stets in der gleichen Richtung zu bewegen, um einwandfreie Meßresultate
zu erhalten.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung weiter erläutert. Es ist
Fig. 1 eine Draufsich,t des vollständigen Meßinstruments der Erfindung ungefähr
in seiner wirklichen Größe, woraus hervorgeht, daß das Meßgerät einzeln oder in
Gruppen an Stellen benutzt werden kann, die sonst für Meßgeräte schwer zugänglich
sind, dåe bisher hierfür zur Durchführung von Messungen zur Verfügung stehen, Fig.
2 ein Endaufnß des Meßgeräts der Fig. l im gleichen Maßstab, Fig. 3 im größeren
Maßstab ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 in dem gleichen größeren
Maßstab ein Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3.
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Fig. 5 ein Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3, Fig. 6 ein
Aufriß, aus welchem ersichtlich ist, wie das Meßgerät zum Messen des Abstandes zwischen
der Mittellinie eines Werkzeugspannfutters und der Stirnfläche eines Werkstücks
benutzt werden kann, und Fig. 7 und 8 sind schematische Darstellungen, welche die
eine Verwendungsmöglichkeit des Meßinstruments der Erfindung von vielen anderen
Möglichkeiten zeigen.
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Das Meßgerät hat einen Körper 10 mit einer Aushöhlung 11. Ein lösbarer
Deckel 12 kann durch Schrauben am Körper 10 befestigt werden. An dem Ende des Körpers
10 und des Deckels 12 ist eine Welle 13 schwenkbar gelagert. Die Welle wird an ihrem
unteren Ende in einem Lager 14 und an ihrem oberen Ende in einem Lager 15 gehalten.
Die Konstruktion ist derart, daß sich die Welle 13 unbehindert drehen kann, wobei
die Lager den Druck aufnehmen, der auf die Enden der Welle ausgeübt wird.
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Gemäß Fig. 4 hat die Welle 13 zwei diametral
gegenülerliegende flache
Seiten 13'. Auf der Welle 13 ist ein Primärhebel 16 aufgekeilt, welcher radiale,
die Welle 13 umgebende Zähne oder Auszackungen 17 aufweist. Ein Werkstückfühler
20 hat ein qkreisförmiges Ende 19 mit einem Mittelkanal, durch welchen sich die
Welle 13 erstreckt. Der Kanal ist in einer radialen Richtung zentral zum Fühler
in einer solchen Breite offen, daß der Fühler in die Lage der Fig. 4 um die Weile
13 gleiten kann, wenn sie mit ihren flachen Seiten so angeordnet ist, daß sie durch
die radiale oeffnung hindurchgehen kann. Die Endstirnfläche des kreisförmigen Endes
19 hat radiale Zähne oder Auszackungen 18, welche mit den Zähnen oder Auszackungen
17 kämmen können. Der Fühler 20 ist zum Hebel 16 drehbar, so diaß er entlang der
Hebelachse liegen oder verschiedene Winkelfager auf beiden Seiten dieser Achse einnehmen
kann. Die Zähne 17 und 18 werden durch eine flache Feder 21 im Eingriff gehalten,
welche mit ihrem einen Ende an den Hebel 16 durch einen Niet 23 befestigt ist.
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Gemäß Fig. 3 ist das freie Ende der Feder 21 bei 24 gabelförmig ausgebildet,
so daß sie die Welle 13 umgeben und auf einer Unterlage 25 aufliegen kann, welche
sich auf der oberen Oberfläche des Endes 19 des Fühlers 20 befindet. Der Schlitz.
durch welchen das Ende 24 der Feder gegabelt ist, ist entlang den kurvenförmigen
Linien gemäß Fig. 3 so vergrößert, daß er um die maximale Dimension der Welle 13
paßt, ohne sie zu berühren. Das freie Ende des Fühlers 20 hat eine Fühlerkugel 26,
welche gemäß den Fig. 6, 7
und 8 ein Paar von diametral gegenüberliegenden
geschliffenen Flächen aufweist.
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Der Werkstückfühler 20 hat eine einstellbare Verbindung mit dem Ende
des Primärhebeis 16. Sie wird bei normaler Verwendung durch die Feder 21 aufrechterhalten.
Es kann jedoch der Fühler 20 verschiedene Winkellagen auf beiden Seiten der Längsmittellinie
des Hebels 16 erhalten, indem auf das freie Ende des Fühlers so gedrückt wird, daß
die Zähne oder Auszackungen 17 und 18 entgegen dem Widerstand der Feder 21 freigegeben
werden, worauf der Fühler in einer der beiden Richtungen zum Hebel 16 verschoben
wird. Wird der Fühler freigegeben, fällt er unter dem Druck der Feder 21 zurück,
und die Zähne 17 und 18 kommen wieder in Eingriff, um den Fühler lösbar in der eingestellten
Lage zu sperren. Bei einer derartigen Konstruktion kann der Fühler in einem maximalen
Ausmaß von ungefähr 1800 verschwenkt werden und wird trotzdem in der betreffenden
Lage für sämtliche normale Arbeitsdrücke festgehalten.
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Der Fühler 20 bis 26 kann entfernt und durch Fühler von anderen Längen
ersetzt werden, indem er zentral angeordnet und zur Freigabe der Zähne nach oben
gekippt wird. Es wird dann daran gezogen, um die Flächen 13' zu passieren, indem
sie durch den Schlitz in seinem Ende 19 hindurchgehen.
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Ein Sekundärhebel 34 arbeitet mit dem Primärhebel 16 zusammen. Er
ist auf einer Welle 31 aufgekeilt, welche in den Lagern 32 und 33 gemäß Fig. 4 gelagert
ist. An dem Hebel 34 ist auf der Seite, die zum Hebel 16 gerichtet ist, ein Paar
von Stiften 27 und 28 hefestigt. Die Stifte sind so angeordnet, daß sie im Eingriff
mit den Oberflächen 36, 38 des Hebels 16 stehen.
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Die Eingriffsfläche 36 befindet sich an der Grundlinie einer Nut 37
auf der einen Seite des Hebels. Die Eingriffsfläche38 befindet sich an der Kante
der Verlängerung 35 des Hebels 16. Gemäß den Fig. 3 und 4 hat der Hebel 16 eine
die Welle 31 in Abstand umgebende Offnung 30, so daß innerhalb der Grenzen der Verschwenkung
des Hebels 16 die Welle 31 nicht stört.
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Gemäß Fig. 3 befinden sich die Eingriffsflächen 36 und 38 auf der
Längsmittellinie des Hebels 16. Die Stifte 27 und 28 sind auf den gegenüberliegenden
Seiten der Mittellinie angeordnet, so daß, wenn sich das Meßgerät in seiner Ruhelage
befindet, das freie Ende des Hebels 34 außer Berührung mit dem Gehäuse gemäß Fig.
3 ist.
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Eine konsolenförmige Feder 40 steht mit dem Teil 41 des Hebels 34
an einem Punkt zwischen dem Schwenkpunkt dieses Hebels und dem äußeren Antrieb&stift
28 im Eingriff. Hierdurch soll erreicht werden. daß der Schwenkpunktdruck auf der
gleichen Seite gehalten wird, unabhängig, welcher der Antriebs stifte 27 und 28
den Sekundärhebel 34 antreibt. Dadurch wird eine größere Genauigkeit der Arbeitsweise
gesichert.
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Gemäß Fig. 3 hat die Feder 40 eine linienförmige Berührung mit dem
Teil 41 des Hebels 34 in allen Arbeitslagen, so daß die Feder den Teil 41 nicht
entlang einer Fläche faßt. Die Feder 40 ist mit ihrem anderen Ende in einer halbkreisförmigen
Nut 42 gemäß Fig. 3 verankert, die in dem Gehäuse 10 geschliffen ist. Die Kanten
der Nut sind so umgebogen, daß das Federende in dem Gehäuse festgehalten wird.
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Bei der Anordnung des Primärhehels und des Sekundärhebels, der Stifte
und der Eingriffsflächen derart. daß beide Stifte 27 und 28 unter dem Druck der
Feder 40 im Eingriff mit ihren Eingriffsflächen 36 und 38 stehen, steht das freie
Ende des Hebels 34 nicht im Eingriff mit dem Gehäuse 10. Dies ist die
Ruhelage für
das Meßinstrument. Bei einer derartigen Konstruktion ist ein Spielraum nicht vorhanden,
so daß, wenn der Werkstückfühler 20 bis 26 beginnt, sich aus seiner Ruhelage zu
bewegen, das Anzeigegerät sofort darauf anspricht.
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Es wird jetzt auf ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung verwiesen.
Zuerst sei erwähnt, daß die Stifte 27 und 28 in verschiedenen Abständen von der
Mittellinie der Welle 13 angeordnet sind. Die Abstände sind in bezug auf die wirksame
Länge des Hebels 16 so bemessen, daß eine senkrechte Verschiebung des Hebels 34
erfolgt, gleichgültig, welcher der Antriebsstifte 27 und 28 ihn betätigt.
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Bewegt sich gemäß Fig. 3 der Hebel 16 im Uhrzeigersinne, liegt die
Eingriffsfläche 38 am Stift 28 an, und das rechte Ende des Hebels 34 wird nach unten
verschoben. Wird dagegen der Hebel 16 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, liegt
die Eingriffsfläche 36 an dem Stift 27 an, so daß ebenfalls das rechte Ende des
Hebels 34 nach unten verschoben wird.
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Es sei hervorgehoben, daß die Teile so dimensioniert sind, daß die
gleiche Winkelverschiebung des Primärhebels 16, gleichgültig in welcher Richtung,
die gleiche Abwärtsverschiebung des freien Endes des Hebels 34 in dem gleichen Ausmaß
zur Folge hat.
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Am Gehäuse 10 ist das Anzeigegerät 43 befestigt.
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Es besteht aus der Skalenscheibe 44, dem Einfaßring 45, der Glasscheibe
46, einer Platte 47 für die Skalenscheibe und einer Feder 48 zum Festhalten der
Skalenscheibe. Eine Welle 52, an deren oberem Ende die Anzeigernadel 53 befestigt
ist, ist mit ihrem oberen Ende in einem Lager 50 und mit ihrem unteren Ende in einem
Längslager 51 mit möglichst wenig Widerstand gelagert. Das Gehäuse 10 hat eine konzentrische
Kammer, in welcher eine Kappe 55 befestigt ist. In der Kappe 55 ist eine haarförmige
Feder 54 angeordnet.
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Ihr inneres Ende ist an der Welle 52 verankert. Das andere Ende der
Feder 54 erstreckt sich in ein radiales Loch in der Seitenwand der Kappe 55 und
ist darin durch einen Stift 60 befestigt, welcher in einem axialen Loch in der Wand
der Kappe liegt und das radiale Loch durchschneidet. Durch den Stift 60 wird das
Ende der Haarfeder in der Wand der Kappe ver ankert.
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Die Welle 52 hat eine spiralförmig geschnittene und feingeschliffene
Oberfläche, welche an beiden Enden gemäß Fig. 3 frei liegt. Das Berührungsende des
Hebels 34, welches an der spiralförmigen Oberfläche 57 anliegt, ist ein Berührungsstück34'
aus einem Kunststoff, z. B. Nylon. Bewegt sich der Hebel 34 nach unten, wird die
Welle 52 gemäß den Fig. 1 und 6 im Uhrzeigersinne gedreht. Dieser Verschiebung wird
sowohl von der Hauptfeder 40 als auch von der haarförmigen Feder 54 Widerstand geleistet.
Die Spirale 57 wird durch ein Grob- und Feinschliffverfahren hergestellt. Die Linie
des Läppens befindet sich in der Richtung der Gleitverschiebung des Hebels 34. Da
an beiden Enden die spiralförmige Oberfläche 57 freiliegt, werden der Schliff- und
der Läppvorgang erleichtert, indem die Welle 52 kontinuierlich gedreht wird. In
einigen Fällen kann die spiralförmige Oberfläche 57 in einer radialen Richtung konkav
sein, um dadurch einen kantenförmigen Eingriff mit dem Berührungsstück 34' zu erhalten,
wodurch die Reibung an dieser Stelle vermindert wird.
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Wegen der erläuterten Konstruktion und der Tatsache, daß die Platte
für die Skalenscheibe auf der Oberfläche des Gehäuses 10 und des Deckels 12 ruht,
können der Platten- und der Einfassungsringaufbau zusammen mit der Skalenscheibe
leicht ausgewechselt
werden, so daß je nach den Forderungen größere
oder kleinere Skalenscheibenzusa,mmensetzungen benutzt werden können.
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Es gibt kleine Fehler der Verstärkung in dem beschriebenen Hebelsystem.
Sie können leicht durch kleine Abänderungen der Form des Hebels 34 oder durch geringfügige
Änderungen der Lage der Antriebsstifte 27 und 28 ausgeglichen werden. Die theoretischen
erwähnten Fehler sind aber so klein, daß sie in der Praxis unwichtig sind. Infolgedessen
ist es nicht notwendig, solche Änderungen zu machen. Vielmehr ist es lediglich notwendig,
den Hebel 34 so zu konstruieren und die Antriebsstifte27 und 28 so anzuordnen, daß
die Berührung zwischen den Stiften und den Eingriffsflächen auf der Längsmittellinie
des Hebels 16 erfolgt und der Abstand dieser Stifte von der Welle 13 proportional
der wirksamen Länge des Hebels 34 ist.
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Ein anderer geringfügiger Fehler tritt auf, weil das Ende des Hebels
34 sich in einer bogenförmigen Bahn entlang der Spirale bewegt. Dieser Fehler kann
leicht unmittelbar ausgeglichen werden. Es gibt jedoch einen positiven Fehler oberhalb
eines Teiles des Bereiches und einen negativen Fehler oberhalb des Restteiles.
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Die maximale Abweichung von der richtigen Berechnung mit Null als
Bezugsbasi;s an dem einen Ende des Bereiches beträgt ungefähr 10 auf der Skalenscheibe.
Da es achtzig Grade bei einer praktisch verwertbaren Form der Einrichtung gibt,
ist der Fehler von 10 unbedeutend.
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Der nach unten vom Hebel 34 auf die spiralförmige Oberfläche ausgeübte
Druck läßt keinen bemerkenswerten Reibungsdruckfehler entstehen, weil die Welle
in dem Längslager 51 mit einem möglichst geringen Widerstan,d gelagert ist.
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Es tritt ein sehr geringfügiger Reihungsverlust an der Berührungsstelle
zwischen dem aus Nylon bestehenden Berührungsstü.ck 34' und der spiralförmigen Oberfläche
57 infolge des niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Teilen auf, insbesondere
wenn die spiralförmige Oberfläche einen polierten Chromüberzug aufweist. Sind die
Teile so konstruiert, daß das aus Nylon bestehende Berübrungsstück nur die Kante
der spiralförmigen Oberfläche berührt, befindet sich die Berührungsstelle in einem
maximalen Abstand von der Achse der Welle 52.
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Es können Fühler 20 bis 26 von verschiedenen Längen und verschiedenen
Kugelenden benutzt werden. Ist z. B. die Länge des Fühlers 20 bis 26 zweimal so
groß wie die Normallänge eines solchen Fühlers und hat die spezielle Skalenscheibe
einen Bereich, der zweimal so groß ist als sonst, erhält man eine 500/oige Verminderung
der mechanischen Übersetzung.
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In der Fig. 6 ist das Spannfutter einer Bo;hrvorrichtung schematisch
bei C gezeigt. Sie hat eine Drehmittellinie,4. Das Meßgerät mit der S00loigen Verminderung
der mechanischen Übersetzung kann am Spannfutter durch eine Universalklemmvorrichtung
F gelagert sein. Die Klemmvorrichtung F ist an der schwalbenschwanzförmigen Lagerplatte
10" befestigt.
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Die Lagerplatte ist oben am Gehäuse 10, 12 befestigt.
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Eine gleiche schewatbenschwanzförmige Lagerplatte 10' ist unten am
Ge'häuse 10 befestigt, so daß das Meßgerät für einige Fälle auch von dieser Seite
aus gelagert werden kann. Der Tisch der Bohrvorrichtung ist bei T gezeigt. Auf ihm
ist zum Zweck der Erläu.terung schematisch ein Werkstück W dargestellt. Das Problem
ist, den Abstand D zwischen der einen Stirn-Fläche des Werkstücks zur und der Mittellinie
A des
Spannfutters festzustellen. Die Mitte der Fiihl;kugel 26 befindet sidh auf
der Mittellinie A. Ferner sei angenommen, der Radius der Fühlkugel 26 beträgt 1,37
mm. Es ist weiter darauf hinzuweisen, daß der Zeiger 53 des Meßinstruments seine
Ruhelage beim Teilstrich Nr. 4 hat, so daß, wie gezeigt, sich der Zeiger um drei
Skalenwerte in die Lage 1 bewegt hat.
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Die Skalenscheibe ist vom Typ 0-4-0, wobei die einzelnen Gradnummern
0,025 mm darstellen.
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Beim Bringen des Instruments in die beschriebene Lage hat sich der
Zeiger, wie schon dargelegt, von der Gradeinteilung Nr. 4 zur Gradeinteilung Nr.
1 bewegt. Der Abstand D ist 1,37-0,075=1,295 mm.
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Hierbei sei erwähnt, daß die Drehung des Meßgeräts um die Mittellinie
A in die gestrichelte Lage gemäß Fig. 6 die gleiche Ablesung auf der Skalenscheibe
ergibt, weil die Kugel 26 in dem gleichen Abstand zu der Achse abgelenkt wird. Die
tatsächliche Verschiebung der Fühlerkugel 26 ist in der Fig. 7 bei CM gezeigt und
beträgt 0,076 mm. All dies ist in der Fig. 7 schematisch dargestellt. Wenn jedoch
die Dre'hung des Meßgeräts um 1800 eine Ablesung zeigt, die von der Ablesung abweicht,
wenn sich das Meßgerät in der voll ausgezeichneten Lage befindet, bedeutet dies,
daß die Mitte der Fühlkugel nicht auf der Achse liegt, wenn das Meßgerät in Ruhe
ist.
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Der letztere Fall ist in der Fig. 8 dargestellt. Es ist also die
Mitte der Fühlerkugel nicht auf der Achse A.
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In dem angenommenen Fall befindet sich die Mitte der Kugel 0,051 mm
links von der Achse A. Dies ist in der Fig. 8 durch den Abstand CP gezeigt. Befindet
sich gemäß Fig. 6 das Meßgerät in der voll ausgezeichneten Lage, wird der Zeiger
des Meßgeräts auf der Gradeinteilung Nr. 3 stehen. Die Fühlerkugel 26 verschiebt
sich aus der gestrichelten Ruhelage, die bei 1 in der Fig. 8 gezeigt ist, in die
voll ausgezeichnete Lage in dieser Figur. Wird das Meßgerät gemäß Fig. 6 um 1800
gedreht, wird sich der Anzeiger auf der Gradeinteilung Nr. 1 befinden. Die Fühlerkugel
26 verschiebt sich in die gleiche voll ausgezeichnete Lage, aber in diesem Fall,
von der gestrichelten Ruhelage, die bei 2 gemäß Fig. 8 gezeigt ist. Die entsprechenden
Verschiebungen der Fühlerlcugel 26 sind 0,125 und 0,025 mm. Der Abstand D ist 1,37
mm minus dem Mittelwert dieser beiden Verschiebungen= 1,295 mm.
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Der kleine Kreis mit einem Mittelpunkt bei A in Fig. 8 zeigt den Drehungsweg
der Mitte der Kugel 26 an, falls das Meßgerät gemäß Fig. 6 aus seiner voll ausgezeichneten
Lage in die gestrichelte Lage herumgeschwenkt wird.
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Die Seiten des kugelförmigen Fühlerstücks 26 sind weggeschliffen,
um so unbehindert vom Werkstück zu sein, wenn das Meßgerät um einen Winkel von 1800
verschwenkt wird.
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Ein wichtiges Merkmal der erfindsingsgemäßen Konstruktion ist darin
zu sehen. daß man mit weit geringeren Berührungsdrücken auskommt, als sie für gleiche
Anzeigegeräte anderer Konstruktionen und von vergleichbarer Größe erforderlich sind.
Eine vielfach benutzte kommerzielle Einrichtung dieser Art benötigt einen Druck
von 30 g in der Nullage, um den Anzeiger im Uhrzeigersinne zu drehen. Außerdem braucht
man für eine solche Einrichtung eine Schaltvorrichtung, um die Arbeitsweise der
Einrichtung umzukehren. In der umgeschalteten Lage beträgt der Betriebsdruck von
der Nullage aus 20 g. Bei der Einrichtung gemäß dem Erfindungsvorschlag dagegen
benötigt man keine Umschaltvorrichtung. Der Meßdruck ist für die Verschiebung des
Fühlerarms in beiden Richtungen der gleiche. Der Meßdruck ist geringer
als
der der bekannten Einrichtung, gleichgültig, in welcher Lage sie benutzt wird. Der
Berührungsdiuck der erfindungsgemäßen Einrichtung kann noch weiter gesenkt werden,
beispielsweise bis unterhalb 10 g, wenn ein längeres Fühlerstück benutzt wird.