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Mit Meßtaster arbeitendes Längenfeinstmeßgerät Die in der mechanischen
Massenfertigung anfallenden Werkstücke werden fast ausschließlich mit Längenmeßgeräten
geprüft, die nur die Abweichung von dem gewünschten Sollmaß anzeigen. Diese Geräte
bestehen aus einem Meßständer und einem an dem Meßständer befestigten, im allgemeinen
mechanischen Feintaster, der mit einem beweglichen Tastbolzen das auf den Tisch
des Meßständers gelegte Werkstück berührt.
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Durch die Bewegung bzw. Verschiebung des Tastbolzens wird ein Zeiger
vor einer Skala verstellt, auf der die Abweichung der Länge oder Dicke des Werkstückes
von seinem Sollmaß abgelesen werden kann.
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Wird nach der Messung das Werkstück unter dem Tastbolzen entfernt,
damit das nächste Werkstück gemessen werden kann, so fällt der Tastbolzen in seine
tiefste Stellung herab, oder er muß durch eine Abhebevorrichtung von dem Werkstück
nach oben abgehoben werden. Beide Vorgänge bewirken, daß der Zeiger des Meßgerätes
ebenfalls ausschlägt, und zwar über die gesamte Skala ganz nach links oder rechts.
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Sollen große Stückzahlen geprüft werden, muß die Messung sehr schnell
erfolgen. Der Zeiger ist daher in ständiger Bewegung vor der Skala. Dies ermüdet
aber das Auge des Prüfers außerordentlich. Da ferner der Zeiger nur sehr kurze Zeit
hat, um auf den Meßwert einzuspielen, die Masse des mit ihm verbundenen Meßwerkes
aber zuerst beschleunigt und dann wieder abgebremst werden muß, besteht die Gefahr,
daß das angezeigte Maß sich nicht richtig einstellt oder daß es infolge der schnellen
Bewegungen des Zeigers vom Prüfer falsch abgelesen wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Längenmeßgeräte
dadurch zu verbessern, daß der Zeiger des Meßinstrumentes auf dem Meßwertaus schlag
so lange festgehalten wird, bis die nächste Messung erfolgt ist. Der Zeiger bewegt
sich infolgedessen von Meßwert zu Meßwert, schlägt aber nicht zwischen jedem Meßwert
erst bis zum Skalenende oder Skalenanfang aus. Diese Einrichtung läßt sich nun noch
dadurch vervollkommnen, daß das Löschen bzw. Lösen der Zeigerfesthaltung für die
Einstellung auf den nächsten Meßwertausschlag durch die Bewegung des Tastbolzens
selbst gesteuert wird. Wird beispielsweise das zu prüfende Stück unter dem Tastbolzen
weggezogen, so fällt der Tastbolzen herab. Da er aber von dem Anzeigewerk entkoppelt
ist, bleibt der Zeiger vor der Skala auf dem erreichten Ausschlag stehen. Wird aber
nun das nächste Werkstück unter den Tastbolzen geschoben und dieser dadurch angehoben,
dann hebt diese Aufwärtsbewegung des Tastbolzens die Festhaltung des Zeigers auf
und koppelt ihn wieder mit dem Meßtaster, so daß der Zeiger sich nun auf den neuen
Meßwert einstellen kann.
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Es ist eine sogenannte Metermeßlehre bekannt, bei
der ein zu prüfendes
Werkstück zwischen einen Schieber und einen festen Amboß geklemmt wird. Der Schieber
ist mit einem Zeiger verbunden, der vor einer runden Skala spielt. Beim Einklemmen
des Werkstückes bleibt nicht nur der Schieber stehen, sondern auch der Zeiger vor
der Skala. Da der Schieber sehr viel Reibung besitzt, behält er nach Entfernen des
Prüfstückes die eingenommene Lage. Durch einen besonderen von Hand zu bedienenden
Transporthebel werden Zeiger und Meßschieber wieder in die Nullstellung bzw. Ausgangsstellung
gebracht. Eine Entkopplung zwischen Zeiger und Meßschieber besteht hier nicht. Der
Zeiger muß vielmehr alle Bewegungen des Meßschiebers mitmachen und kann nicht einfach
von einem Meßwertausschlag zum anderen springen oder das vorhergegangene Meßergebnis
noch anzeigen, während bereits die nächste Messung erfolgt.
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Weiterhin sind mechanische Einrichtungen bekannt zum Sortieren von
Werkstücken in verschiedene Klassen, beispielsweise »Untermaß« »Gut« »Übermaß «,
wobei der »Gut«-Bereich noch in mehrere Kanäle unterteilt werden kann. Bei diesen
Einrichtungen muß das Meßergebnis eine gewisse Zeit gespeichert werden, da die Meßstelle
von dem Einlauf in den Ablegekasten oft weit entfernt ist.
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Bei diesen Einrichtungen wird durch mechanische Anschläge oder elektrische
Kontakte derToleranzmeßbereich in feste Abschnitte unterteilt. Bei der Überschreitung
der Abschnittsgrenze entsteht ein Stell-oder
Ausleseimpuls, der
ein Stellorgan für den Einlauf in den betreffenden Ablegekasten betätigt. Eine Ablesung
des Meßwertes erfolgt nicht, da ja die Teile selbsttätig ausgelesen werden. Soweit
anzeigende Län=enmeBgeräte als Meßorgan benutzt werden, geschiebt dies. weil der
Zeiger eingebaute Schaltkontakte betätigt. Eine Zeigerfesthaltung erfolgt nicht.
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Mit dem Erfindungsgegenstand haben diese Ausleseeinrichtungen nichts
Gemeinsames. Während sie an feste Auslesegrenzen gebunden sind, löst der Erfindungsgegenstand
die Aufgabe, jeden beliebigen Längenmeßwert beliebig lange anzuzeigen, indem der
Zeiger vor der Skala des Anzeigeinstrumentes auf dem ermittelten Meßwert stehenbleibt,
obwohl der Tastbolzen bereits die nächste Messung vornimmt.
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Auch die bekannten Echolote unterscheiden sich in Aufgabe und Lösung
von dem Gegenstand nach der Erfindung, da sie eine Messung großer Längen bzw.
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Tiefen aus der Laufzeitmessung eines akustischen Signals ableiten.
Sie sind also Zeitmeßgeräte. Der bei ihnen verwendete Kondensator wird durch eine
neutrale Stromquelle auf konstante Spannung aufgeladen und während der Laufzeit
des akustischen Signals entladen. Die Restladespannung kennzeichnet dann die Länge
bzw. Tiefe. Es wird also nicht eine gemessene Länge beliebig lange festgehalten
und angezeigt.
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Das mit einem Meßtaster arbeitende Längenfeinstmeßgerät nach der
Erfindung kann beispielsweise aus einem elektrischen Längenmeßfühler bestehen, dessen
Tastbolzen eine induktive, kapazitive oder auf der Veränderung eines Widerstandes
beruhende elektrische Vorrichtung verstellt, die man auch als elektromechanischenWandler
bezeichnet. Der Wandler liefert über geeignete Zwischenglieder einen elektrischen
Strom oder eine Spannung, die einem elektrischen Anzeigeinstrument zugeführt wird,
dessen Skala in Längeneinheiten geeicht ist. Der Rücklauf des Zeigers dieses Instrumentes
kann mechanisch gesperrt werden, oder es wird ein Instrument ohne Federrückstellkraft
benutzt, bei dem das Gegendrehmoment durch eine elektrische Gegengröße hergestellt
wird. Diese wird dann abgeschaltet.
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Eine weitere Ausführung besteht darin, daß ein elektrischer Kondensator
von dem elektrischenLängenmeßtaster in geeigneter Weise auf eine Spannung aufgeladen
wird, die der Meßwertspannung proportional ist. Die Ladespannungshöhe dieses Kondensators
kann dann durch ein Anzeigeinstrument angezeigt werden, wobei dieses beispielsweise
ein Röhrenvoltmeter oder ein kapazitiver Spannungsmesser ist. Durch Kurzschließen
des Kondensators kann dieser entladen und die Anzeige des Instrumentes gelöscht
werden. Aber auch bei rein mechanischen Längenmeßtastern kann die Anzeige dadurch
festgehalten werden, daß zwischen dem Tastbolzen und dem Zeigerverstellwerk keine
feste Verbindung besteht.
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Wird der Zeigerrücklauf mechanisch gesperrt, beispielsweise durch
eine Sperrklinke oder ein Festhalten des Übertragungsgliedes, dann kann sich zwar
der Tastbolzen frei zurückbewegen, nicht aber der Zeiger.
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Erst wenn der Tastbolzen ganz nach unten gegangen ist und wieder nach
oben steigt, wird entweder die mechanische Sperrung des Zeigers ausgelöst, oder
es wird auf elektrischem Wege ein Kontakt oder ein Relais betätigt, durch den das
Lösen des Ausschlages erfolgt, beispielsweise dadurch, daß elektromechanisch die
Sperrung aufgehoben wird.
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Diese Festhalteeinrichtung eignet sich nicht nur zur Erleichterung
der Meßwertablesung bei der Längenc;dcrDicl;enmessung großer S .ückzalile11, sonder.-,-
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für andere Meßgrößen, die keine Längen sind, sowie für Sortiereinrichtungen.
Bei diesen kann das geprüfte Teil während der Meßwertfesthaltung in den Sortierkanal
einlaufen, während die Lösung des eingestellten Sortierkanals erst dann erfolgt,
wenn das nächste Prüfstück unter dem Taster meßbereit liegt.
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Erfindungsgemäße Ausführungen zeigen die Abb. 1 bis 3.
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In Abb. 1 befindet sich das zu prüfende Werkstück 1 unter dem Meßtaster
2, dessen Tastbolzen 3 mit einem elektromechanischen Wandler 5 verbunden ist. Der
Wandler 5 erzeugt zusammen mit der Meßwertschal tung 11 eine elektrische Spannung,
die der von dem Tastbolzen 3 aufgenommenen Länge, Längenänderung oder Meßgröße proportional
ist. Wenn das Relais 9 abgefallen ist und die Kontakte S3 und 54 geschlossen sind,
lädt diese Spannung die Kondensatoren Cj und C2, die durch keine oder sehr große
Ableitwiderstände überbrückt sind, auf die der Meßgröße proportionale Spannung auf.
Diese Spannung liegt aber gleichzeitig über die Widerstände Ri und R2 an den Gittern
der Röhrenvoltmeterröhre 12 und wird durch das Instrument 13 angezeigt. Auf diese
Weise kann also die mittels des Tastbolzens 3 aufgenommene Meßgröße an dem Instrument
13 abgelesen werden. Die Einrichtung arbeitet nun so, daß zunächst die Relais 9
und 10 angezogen sind. Das Relais 10 hat über die Kontakte S5 und Sß die Meßwertkondensatoren
Cl und C2 entladen, während die Kontakte 53 und S4 durch das angezogene Relais 9
geöffnet sind. Wird der Schalter 7 kurzzeitig in die Stellung 6 getippt, dann wird
durch das Öffnen des Kontaktes 25 (Kontakt S2 ist noch geschlossen) der Hubmagnet
4 ausgeschaltet, wodurch sich der Meßbolzen 3 auf das Werkstück 1 absenkt und die
Meßgröße mißt. Am Ausgang der Meßwertschaltung 11 stellt sich also jetzt die derMeßgröße
proportionale Spannung ein. Mit dem Tippen des Schalters 7 wurden aber gleichzeitig
die Kontaktet, und A4 geschlossen. Der Kontakt A3 entlädt die Kondensatoren C3 und
C4 über die Verzögerungsstrecke R5-C3-R3-R4, wodurch das vorher im angezogenen Zustand
befindliche Relais 9 abfällt. Durch den Kontakt S1 kann nach dem Abfallen des Relais
9 auch bei längerem Tippen des Schalters 7 keine weitere Entladung von C8 und C4
erfolgen. A4 entlädt die Kondensatoren C5 und C6 über die Verzögerungsstrecke R8
CG R4 C5 und läßt das Relais 10 abfallen, wodurch die Meßwertkondensatoren C1 und
C2 ladebereit werden. Diese Ladung wird ihnen von der Meßwertschaltung 11 zugeführt,
da die KontakteS3 und S4 durch das Abfallen des Relais 9 geschlossen werden. Am
Instrument 13 kann nun der Meßwert abgelesen werden.
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Über den einstellbaren Widerstand P, laden sich nun die Kondensatoren
C3 und C4 wieder langsam auf, wobei diese Aufladungszeit beliebig kurz oder lang
eingestellt werden kann. Wenn sich die Kondensatoren C3 und C4 so weit aufgeladen
haben, daß die am linken Gitter der Röhre 14 anliegende Spannung annähernd der Kathodenspannung
am Stabilisator 15 entspricht, fließt durch das linke System der Röhre 14 Strom,
und das Relais 9 wird wieder angezogen. Jetzt werden die KontakteS3 und 54 geöffnet,
so daß die Meßwertkondensatoren C, und C2 von der Meßwert schaltung 11 abgetrennt
sind. Sie entladen sich aber nicht bzw. verändern sie ihren augenblicklichen Zustand
nur in sehr langen Zeiträumen, so daß dic nächste Messung inzwischen durchgeführt
werdèn -kann, ohne daß sich dieAnzeige amInstrumentl3 verändert. Nur wenn mehrere
Minuten lang keine natso Messung vorgenommen wird, zieht auch das RejafgI
wieder
an und löscht durch Entladen von Ci und Ca die Anzeige auf dem Instrument 13. Diese
Zeit bis zum Löschen kann durch den Widerstand R6 auf beispielswei»e 1 bis 5 Minuten
eingestellt werden, der durch langsames Aufladen der Kondensatoren C5 und CG das
rechte System der Röhre 14 und damit das Relais 10 zum Ansprechen bringt.
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Btie bereits oben ausgeführt wurde, hatte das Relaib 9 wieder angezogen,
wodurch auch der KontaktS2 geschlossen worden war. Da der Tippschalter 7 inzwiscloell
in die Mittelstellung zurückgesprungen ist, wurde auch dessen Kontakt,45 geschlossen.
Hierdurch erhält aber der Magnet 4 Strom und hebt den Tastbolzen 3 vom Werkstück
1 ab. Dieses Anheben wird durch die Entladung des Kondensators C7 kräftig gestaltet,
während zum Halten nur ein schwächerer Strom nötig ist. Es kann nun ein neues Werkstück
1 unter denMeßtaster2 gelegt werden, und bei erneutem Tippen des Schalters 7 in
Stellung 6 wird jetzt der neue Meßwert vom Meßbolzen 3 abgenommen und der Meßwertschaltung
11 zugeführt, die eine neue Ausgangsspannung bildet, die durch das inzwischen erfolgte
Abfallen des Relais 9 den noch immer aufgeladenen Meßwertkondensatoren C, und C2
zugeführt wird. Je nachdem, ob diese Spannung höher oder niedriger ist, nehmen C,
und C2 jetzt eine höhere oder niedrigere Spannung an, und dadurch bewegt sich der
Zeiger des Instrumentes 13 unmittelbar auf den dem neuen Meßwert proportionalen
größeren oder kleineren Ausschlag. Der Prüfer sieht also ohneIrrtumsmöglichkeit.
wie sich der Meßwert des letzten Stückes gegenüber dem vorletzten Stück verhält.
Es sei noch bemerkt, daß parallel zu dem Instrument 13 an den Ausgangsklemmen 16
eine Sortiereinrichtung angeschlossen werden kann. Ferner sei erwähnt, daß durch
Feststellen des Schalters 7 in die Stellung 8 und Schließen der Kontakte Al und
A2. die beschriebene Einrichtung ganz normal ohne Festhaltung des Meßwertes arbeitet.
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Diese Schaltung stellt eine beispielsweise Ausführung dar, denn es
lassen sich statt der elektromechanischen Relais auch elektronische Schalter mit
Röhren verwenden. Statt der Röhrenvoltmeterschaltun 12 und 13 können auch andere
Ausführungen von Röhrenvoltmetern oder Anzeigeinstrumente elektrischer Art mit mechanischer
Festhaltung, z. B. einem während der Messung steuerbaren Magneten, benutzt werden.
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Es ist aber gerade diese Gegentakt-Röhrenvoltmeterschaltung 12/13
deswegen besonders günstig, weil jede Rückwirkung der Röhre 12 auf die Meßwertkondensatoren
C1 und C2 auf beide in derselben Größe erfolgt, so daß sich auch die Potentiale
an den Kathodenwiderständen der Röhre 12 gleichsinnig und nicht gegensinnig wie
dieMeßwertspannungen ändern.
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Das Instrument 13 zeigt aber die gleichsinnigen Änderungen nicht an.
wodurch die Schaltung in der Anzeige besonders stabil auch über längere Zeiträume
ist.
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Die Schaltung der Abb. 2 arbeitet grundsätzlich in derselben Art
und Weise. Der Meßtaster2 berührt mit seinem Meßbolzen 3 das Werkstück 1, das aber
bei spielsweise in vielfacher Ausführung 1 a, 1 b, 1 c c usw. unter dem Meßtaster
durchgeschoben wird. Mittels des Wandlers 5 und der Meßwertschaltung 11 wird eine
Meßwertspannung erzeugt, die der vom Meßbolzen 3 aufgenommenen Meßgröße proportional
ist.
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Diese Spannung wird nun den Meßwertkondensatoren zugeführt, die aber
hier in zwei Gruppen, den Kondensatoren C11 und C1.2 sowie Cis und C14, vorhanden
sind. Diese beiden Gruppen werden abwechselnd durch das Schrittschnltwerkrelais
21 auf das Röhrenvolt-
meter 12/13 geschaltet, so daß die Meßgröße am Instrument
13 abgelesen werden kann. Die Arbeitsweise des Schrittschaltwerkes, das bei jedem
ihm zugeführten Impuls die Kontaktarme um 1800 dreht, ist aus der Abb. 2 ohne weiteres
verständlich und bedarf keiner weiteren Erklärung. Es ist nur darauf hinzuweisen,
daß die Kontaktarme dabei an den Zwischenkontaktena vorbeistreichen und die Meßwertl;ondensatoren
jedes Mal entladen, bevor sie wieder von der Meßwertschaltung 11 neu aufgeladen
werden.
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Den zur Betätigung des Schrittschaltwerkes nötigen Impuls liefert
die Bewegung des Tastbolzens 3, wenn er durch das Weiterschieben des Werkstückes
1 zunächst von 1 herunterfällt und sodann wieder auf das neue Werkstück 1 a gehoben
wird. Durch diese Bewegung des Tastbolzens 3 entsteht nämlich am Ausgang der Meßwertschaltung
eine Spannung bestimmter Polarität, die über die Verstärkerstufen V11, V12 und Vi3
das Schrittrelais 21 betätigt. Selbstverständlich könnte dieser Schaltspannungsimpuls
auch durch einen Kontakt 26 ausgelöst werden, den der herabfallende Tastbolzen 3
schließt. Die vorerwähnte Einrichtung hat aber den Vorteil, daß sie die betrieblichen
Nachteile der Kontakte vermeidet und kontaktlos arbeitet. Zu erwähnen sind noch
die Kondensatoren C15 und C16, die etwa 100mal kleiner als die Meßwertkondensatoren
sind und die verhüten sollen, daß beim Umschalten der beiden Gruppen von Meßwertkondensatoren
die Gitter der Röhrenvoltmeterröhre 12 nicht elektrisch geschlossen sind. Das Relais
22, das auf eine Anzugszeit von 1 bis 5 Minuten eingestellt werden kann, schließt
die Meßwertkondensatoren kurz, wenn nach 1 bis 5 Minuten keine neue Messung erfolgt
ist.
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Auch bei dieser beispielsweisen Schaltung können die elektromechanischen
Relais durch elektronische Schalter, das Schrittschaltwerk durch eine Rel aiskette,
das Röhrenvoltmeter 12/13 durch andere Röhrenvoltmeterschaltungen oder durch Instrumente
bei mechanischer Festhaltung ersetzt werden.
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Die grundsätzliche Anordnung eines mechanischen Längenmeßgerätes
mit einer mechanischen oder elektromechanischen Einrichtung zur Zeigerfesthaltung
zeigt die Abb. 3. Das zu prüfende Werkstück 1 wird wieder von dem Meßbolzen 3 berührt,
der durch die Feder 31 angedrückt wird. Der Meßbolzen trägt einen Anschlag 32, der
auf einer Schneide 33 aufliegt, die ihrerseits mit einem Hebel 34 verbunden ist.
Der Hebel 34 ist in dem Lager 35 gelagert, das sich in dem Träger 36 befindet. Der
Hebel 34 wird entweder durch eine Feder 39 oder eine Magnetkupplung 40 gegen einen
Anschlag 38 auf dem Träger 36 gezogen, so daß diese Verbindung zeitweise lösbar
ist, für die Nachstellung des Zeigers aber zur starren Übertragung wird.
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Der Träger 36 ist in dem Lager 37 beweglich gelagert und besitzt
einen Zeiger 42, mit dem er vor einer Skala 43 spielen kann. Eine Feder 41 bestimmt
die Anlage der Schneide 33 an den Anschlag 32. Mit dem Träger 36 ist aber weiterhin
eine Scheibe 44 verbunden, die mit einer Magnetbremse45 zusammenarbeitet. Wenn diese
Bremse 45 erregt wird, hält sie die Scheibe 44 und damit den Zeigerausschlag 42
fest, während sich der Tastbolzen 3 frei bewegen kann. zumal gleichzeitig die Magnetkupplung
40 gelöst ist.
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Der Hebel 34 kann sich dadurch frei bewegen, da die Feder 39 im allgemeinen
nicht nötig ist oder nur sehr geringe Rückstellkräfte besitzt. Wird die Bremse 45
nicht erregt, so kann sich der Träger 36 frei bewegen.
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Die Bremse 45 kann aber auch eine rein mechanische Bremse oder Sn,'rre
ein. Ebenso kann die Kupplung
40 durch eine Feder oder eine mechanische
Rastung ersetzt werden.
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PATENTASPCCHE: 1. Mit Meßtaster arbeitendes Längenfeinstmeßgerät,
dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Ermittlung eines beliebig auf der Skala
der Anzeigevorrichtung gelegenen Meßwertes der Meßtaster von der Anzeigeeinrichtung
entkoppelt und durch Speicherung des Meßwertes der Zeiger in der eingenommenen Stellung
vor der Skala festgehalten wird, während der Meßtaster oder das Werkstück beliebig
gegeneinander bewegt werden und die nächste Messung durchgeführt wird, worauf durch
Wiederherstellung der Kopplung zwischen Meßtaster, Speicher und Anzeigeeinrichtung
der Zeiger auf den für die nächste Messung ermittelten Meßwert springt.