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Die bekannten Meßeinrichtungen, bei denen zur
Verhinderung
des Einsinkens des Tasters in Vertiefungen der Werkstückoberfläche eine Blockiereinrichtung
vorgesehen ist, eignen sich daher ausschließlich zur Maßbestimmung von verhältnismäßig
langsam bewegten Werkstücken mit einer geringen Anzahl von Oberflächenunterbrechungen
und verhältnismäßig breiten erhabenen Abschnitten. Selbst in diesen Fällen ist die
erreichbare Meßgetiaüigkeit und Zuverlässigkeit gering.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile, Mängel
und Beschränkungen der bekannten Meßeinrichtungen zu beseitigen und eine genau,
sichere und zuverlässige Meßeinrichtung zur Maßbestimmung der erhabenen Teile von
unterbrochenen Oberflächen bewegter Werkstücke zu schaffen, die unabhängig von der
Anzahl und Lage der Unterbrechungen sowie der Breite der erhabenen Abschnitte der
zu messenden Oberfläche und von der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke in bezug
auf die Meßeinrichtung eine stetige, auf die Höhe der erhabenen Abschnitte beschränkte
Anzeige liefert.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Erfindung bei einer Meßeinrichtung
der eingangs erläuterten Art unter Umgehung einer Blockler- und Löseeinrichtung
für den Taster dadurch gelöst, daß 1. zwischen dem Tasterarm und dem Sockel der
Meßeinrichtung eine das Abheben des Tastarmes von den erhabenen Abschnitten und
ein wesentliches Eintauchen in die Vertiefungen der Werkstückoberfläche während
des Meßvorgangs verhindernde Dämpfungseinrichtung angeordnet ist und 2. daß der
Übertrager einen Impulsgeber zur Abgabe von periodischen elektrischen Impulsen,
eine von diesem Impulsgeber gesteuerte, den Maximalwert des Meßsignals periodisch
bildende Schaltgruppe und einen vom Impuisgeber periodisch betätigten Speicher zum
Speichern der Maximalwerte jeweils während einer der aufeinanderfolgenden Perioden
umfaßt.
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Nur die Kombination dieser Maßnahmen soll unter Patentschutz gestellt
werden.
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Die zwischen dem Tasterarm und dem Sockel der Meßeinrichtung eingeschaltete
Dänipfüngseinrichtung wirkt energieverzehrend, und ihre Dämpfungskraft ist direkt
proportional und entgegengesetzt gerichtet zur kinetischen Energie, welche der Taster
beim Anstoß an die auf eine Unterbrechung der gemessenen Werkstückoberfläche folgende
Kante des erhabenen Abschnittes erhält, wodurch ein Abspringen der Tasterspitze
über die Höhe des erhabenen Abschnittes verhindert wird. Die Tasterspitze wird somit
mit den erhabenen Abschnitten der Werkstückoberfläche dauernd in Berührung gehalten.
Ein Absinken der Tasterspitze in die Unterbrechungen wird hingegen, da hierbei keine
nennenswerte kinetische Energie auftritt, durch die Dämpfungseinrichtung nur in
einem gewissen Grad verhindert.
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Die Dämpfungseinrichtung zwischen dem Tasterarm und dem Sockel der
Meßeinrichtung ist dauernd fest eingeschaltet und bei jeder Bewegung des Tasterarmes
unmittelbar wirksam, während sie im Ruhezustand des Tasterarmes unwirksam ist. Ihre
Wirksamkeit ist umso größer, je schneller der Tasterarm seine Stellung zu verändern
trachtet.
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Dadurch, daß der Tasterarm mittels der Dämpfungseinrichtung dauernd
mit den erhabenen Ab-
schnitten der Werkstückoberfläche in Berührung gehalten und
jegliches Abheben von diesen Abschnitten verhindert wird, ist gewährleistet, daß
die durch den Übertrager gebildeten Meßimpulse dann genau den zu ermittelnden Meßwerten
entsprechen, wenn der Taster mit einem erhabenen Abschnitt der Werkstückoberfläche
in Berührung steht. Da jedoch anderseits, wie gesagt, durch die Dämpfungseinrichtung
ein Absinken des Tasters in die Unterbrechung der Werkstückoberfläche nur zum Teil
verhindert wird, würde das durch einen normalen elektrischen Übertrager, wie er
bei der eingangs erwähnten bekannten Meßeinrichtung verwendet wird, gelieferte Anzeigesignal
eine Anzeige ergeben, die außer den gewünschten Meßwerten der erhabenen Teile auch
Meßwerte enthält, die beim Absinken des Tasters in die Unterbrechungen der Werkstückoberfläche
entstehen und für die Meßanzeige unerwünscht und störend sind.
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Aus diesem Grunde sieht die Erfindung in Verbindung mit der Dämpfungseinrichtung
den im Anspruch gekennzeichneten elektronischen Übertrager vor. Die so erhaltene
Meßanzeige ist nur dem zu bestammenden maximalen Meßwert der erhabenen Abschnitte
der Werkstückoberfläche proportional.
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Die Verwendung einer Dämpfungseinrichtung in Form einer Wirbelstromdämpfung
wurde bereits bei einem Durchmesser-Tolerani-Meßgerät zur Messung und Anzeige der
Durchmesseränderungen von festen und halbfesten Materialien vorgeschlagen. In diesem
Fall handelte es sich jedoch lediglich darum, eine Meßrolle bei geringem Tastdruck
ruhig, ohne zu tanzen, an einem schnell durchlaufenden Material, insbesondere einer
Leitung, in Auflage zu halten.
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Das Material besitzt keine Unterbrechungen, so daß durch die Dämpfungseinrichtung
einfach ungewollte Schwingungen der Meßrolle gedämpft werden und die Meßrolle in
einer Mittellage gehalten wird.
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Die Probleme, welche durch die Erfindung gelöst werden, treten bei
diesem bekannten Meßgerät jedenfalls nicht auf, und die dort vorgesehene Dämpfungseinrichtung
wird in ihrer normalen Funktion als Schwingungsdämpfer und Mittelwertbildner angewandt.
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Es ist ferner ein berührungsloses pneumatisches Meßverfahren und
eine Einrichtung zur Durchführung desselben bekannt, die pneumatische Mittel aufweist,
durch welche der Meßdüsenträger praktisch blockiert werden soll, wenn sich der Strömungsabstand
zwischen Meßdüse und Werkstück plötzlich stark verändert. Im Fall einer solchen
plötzlichen starken Veränderung verschiebt sich ein pneumatischer Hilfskolben infolge
einer Druckverteilung rascher und in gleicher Richtung, in welcher sich der Meßdüsenträger
zu verschieben trachtet, wobei die Bewegung des letzteren verlangsamt wird und dieser
schließlich in einer Lage blockiert wird, die nicht mehr dem normalen Meßabstand
zwischen Meßdüse und Werkstück entspricht.
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Bei dieser bekannten Einrichtung handelt es sich nicht um eine Dämpfungseinrichtung
im Sinn der Erfindung, und bei jeder plötzlichen Veränderung der Abmessungen des
Werkstückes führt der Meßdüsenträger, bevor er zum Stillstand kommt, eine Hin- und
Herbewegung aus. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe konnte jedenfalls auch
durch diesen bekannen Stand der Technik nicht nahegelegt werden.
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Schließlich ist ein mit Meßtaster arbeitendes Längenfeinstmeßgerät
bekannt,
das dazu dient, hintereinander zahlreiche bereits fertige Werkstücke auf richtiges
Maß zu prüfen. Dabei wird der Zeiger des Meßinstrumentes jeweils nach einer Messung
so lange auf dem maximalen Meßwertausschlag festgehalten, ohne ihn auf Null zurückgehen
zu lassen, bis die nächste Messung stattfindet. Dies wird durch Entkupplung der
Anzeigeeinrichtung vom Tastbolzen nach der Durchführung einer Messung und Speicherung
des Meßwertes in einem Speicher erreicht. Die bei der Vorschubbewegung der Prüfkörper
vom Taster abgegebenen Signale steuern die Schaltvorgänge für die Speicherung des
jeweiligen Meßwertes, der dann annulliert wird, wenn ein neues Signal in den Speicher
eingebracht wird.
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Alle diese bekannten Vorschläge lösen somit in keiner Weise die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
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Durch die Erfindung wird anderseits ein sehr erheblicher technischer
Fortschritt erzielt, da es erstmalig ermöglicht wurde, die Abmessung von Werkstücken,
die sich auch mit hoher Geschwindigkeit an der Meßeinrichtung vorbeibewegen können
und deren zu messende Oberfläche mit beliebig vielen und beliebig breiten Unterbrechungen
versehen sein kann, wobei die erhabenen Abschnitte auch sehr schmal sein können,
mit großer Genauigkeit fortlaufend zu messen und die Meßwerte stetig zur Anzeige
zu bringen.
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Die Erfindung wird in folgendem an Hand der Zeichnungen an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 schematisch
den mechanischen Teil einer Meßeinrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 2 schematisch die Bahn des Tasters gemäß Fig. 1 über die Oberfläche
eines mit Unterbrechungen versehenen Werkstückes, F i g. 3 ein Blockschema des Übertragers,
F i g. 4 ein Diagrmm der an den verschiedenen Punkten der Einrichtung gemäß F i
g. 3 auftretenden Signale und F i g. 5 ein elektrisches Schaltschema einer beispielsweisen
Ausführungsform des Übertragers.
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Es sei angenommen, daß der in Fig. 1 dargestellte Einrichtungssockel
3 an einer Drehbank oder einer anderen Werkzeugmaschine befestigt ist. Ein Tasterarm
1 ist an dem Sockel 3 auf einem Schwenkzapfen 2 gelagert und hat eine Tasterspitze
4 an seinem einen Ende. Die Tasterspitze 4 wird mit der Oberfläche des nicht dargestellten
Werkstückes in Berührung gehalten. Das gegenüberliegende Ende des Tasterarmes 1
betätigt einen Wandler 5-A, welcher die momentane Tasterstellung in ein Meßsignal
umsetzt. Zwischen dem Tasterarm 1 und dem Sokkel 3 ist eine Dämpfungseinrichtung
eingeschaltet, die aus einer am Tasterarm 1 befestigten Kolbenstange 10 mit Kolben
7 besteht, der in einem hydraulischen Zylinder 8 verschiebbar ist. Der Zylinder8
ist im Sockel 3 ausgenommen und hat einen festen Boden und feste Seitenwände und
eine den Zylinderdeckel bildende, federnd nachgiebige Mambrane 9.
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Die Stange 10 verläuft durch eine Mittelöffnung in der Membrane 9
und ist an dieser befestigt und abgedichtet. Der Kolben 7 befindet sich im Zylinder
8 mit einem Seitenwandspiel von einigen hunderdstel Millimetern. Die sich gegeneinander
bewegenden Teile sind so angeordnet, daß der Kolben 7 nie den Zy-
linderboden berührt,
wobei der normale Abstand zwischen dem Kolben und dem Zylinderboden im Bereich von
einigen Millimetern liegt. Die Membrane 9 dichtet die Oberseite des Zylinders ab,
während sie gleichzeitig eine freie Hubbewegung des Kolbens 7 und der Kolbenstange
10 ermöglicht.
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Der Zylinder 8 ist mit Ausnahme des vom Kolben 7 und der Kolbenstange
10 benötigten Raumes völlig mit einem viskosen Medium gefüllt, welches völlig frei
von Gasblasen sein muß, um eine einwandfreie Wirkungsweise der Einrichtung zu erreichen.
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Aus dieser Anordnung ist zu sehen, daß jede Neigung der Tasterspitze
4, entweder in einer Vertiefung abzusinken oder über Kanten an der Werkstückoberfläche
zu springen, durch das auf den Kolben 7 wirkende viskose Medium gedämpft wird. Wenn
die Tasterspitze in eine Unterbrechung der Oberfläche absinkt, wird der Kolben 7
durch den Tasterarm 1 nach oben bewegt. Dadurch wird er gegen das viskose Medium
im oberen Zylinderraum gedrückt, was einen Druck auf die Oberseite des Kolbens zur
Folge hat.
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Durch den durch das Seitenspiel gebildeten Spalt zwischen Kolben und
Zylinderwand wird das viskose Medium vom oberen in den unteren Zylinderraum gedrückt.
Die Bewegung des Kolbens nach oben erzeugt auch einen Unterdruck auf die Bodenseite
des Kolbens. Durch den höheren Druck oberhalb des Kolbens und den niedrigeren Druck
unterhalb des Kolbens wird somit die Absinkbewegung der Tasterspitze 4 gedämpft,
ohne jedoch verhindert zu werden.
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Wenn die Tasterspitze 4 hingegen an der Kante des folgenden erhabenen
Oberflächenabschnittes anstößt, erhält sie eine große kinetische Energie zufolge
dieses Stoßes, wodurch die Dämpfungseinrichtung in weitaus stärkerem Ausmaß als
beim vorhergehenden Absinkvorgang zur Wirkung kommt und ein Abheben der Tasterspitze
von der Oberfläche des erhabenen Abschnittes verhindert wird.
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Diese Wirkungsweise der Dämpfungseinrichtung ist in F i g. 2 veranschaulicht,
in der der Weg der Tasterspitze 4 über ein Werkstück 14 mit Rippen 15 und Unterbrechungen
16 durch die strichpunktierte Linie 17 dargestellt ist.
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Die Membrane 9 hat einen gewellten Querschnitt, so daß die Bewegung
der Kolbenstange 10 keine Änderung des von der Membrane eingeschlossenen Volumens
ergibt.
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Fig. 3 bis 5 betreffen den elektrischen bzw. elektronischen Übertrager
zur Umwandlung der Tasterstellung in ein elektrisches Anzeigesignal. Das durch den
Wandler 5-A erzeugte Meßsignal a ist schematisch in F i g. 4 wiedergegeben. Dieser
Verlauf gibt genau die tatsächliche Bewegungslinie der Tasterspitze 4 über eine
unterbrochene Oberfläche wieder.
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Die Abmessung der progressiv abgedrehten Werkstückoberfläche vermindert
sich von al zu a2 für jede vollständige Drehstufe, z. B. für jeweils 3600 Drehung
einer auf der Drehbank eingespannten Welle. Wenn der Verlauf a auf einer Meßuhr
wiedergegeben würde, könnte die Bedienungsperson der Maschine die Schwankungen der
Meßanzeige entsprechend dem Verlauf der Kurve a verfolgen.
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Um diese Schwankungen auszuschalten, wird das Meßsignal a einer Einrichtung
B zugeführt, die nur den Maximalwert des Meßwertverlaufs entsprechend dem höchsten
Punkt der Kurve a ermittelt und einen durch die strichlierte Linie in F i g. 4 dargestellten
Maximalwert
b abgibt. Die Kurve b zeigt aber nicht die progressive Verminderung der Abmessung
des Werkstückes nach jeder Drehstufe an. Es ist daher ein ImpulsgeberD vorgesehen,
der periodische Impulse d zur Unterdrückung des Maximalsignals b aussendet und die
Einrichtung B zwingt, neue Maximalsignale b 2, b 3 usw. abzugeben, die den aufeinanderfolgenden
neuen Höchstwerten des Signals a nach jeder Bearbeitungsstufe entsprechen.
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Die von der Einrichtung B abgegebenen Signale, überlagert mit den
vom Impulsgeber D abgegebenen Impulsen, sind in F i g. 4 mit b-d bezeichnet.
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Wenn die Kurve b-d entsprechend der Frequenz des Impulsgebers D z.
B. nur die Hälfte der Anzahl der Täler aufweist, wie die Kurve a, so kann sie doch
nicht einwandfrei auf einem Anzeigegerät abgelesen werden, da die Anzeige für eine
einwandfreie Ablesung durch die Bedienungsperson noch zu schnell schwankt. Die Impulsfolge
b-d wird daher einer Speichereinrichtung C zugeführt, welche Anzeigeimpulse c an
das AnzeigegerätR weitergibt. Die Einrichtung C ist jedoch mit dem Impulsgeber D
verbunden, so daß während der Zeit, in der der Impulsgeber z. B. den Impuls d 1
aussendet, die Einrichtung C weiterhin den vorherigen Anzeigeimpuls c 1 an das AnzeigegerätR
abgibt, bis der Impuls dl beendet ist. Dann überträgt die Speichereinrichtung C
den Impuls c 2 auf das Anzeigegerät R. Daraus ergibt sich eine stetige Meßwertfolge,
die sich graduell in ihrer Amplitude nach jeder Bearbeitungsstufe von c 1 auf 2
auf c 3 usw. vermindert.
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An dieser Stelle muß insbesondere darauf hingewiesen werden, daß
es unerheblich ist, ob die periodischen Unterdrückungsimpulse d auftreten, wenn
die Tasterspitze 4 über einen erhabenen Abschnitt oder eine Unterbrechung läuft,
da die Impulse d nur die Maximalwerte b beeinflussen und das Meßwertsignal a als
solches unbeeinflußt lassen. Die einzige einzuhaltende Bedingung ist die, daß zwischen
jeweils zwei aufeinanderfolgenden Unterdrückungsimpulsen d die Tasterspitze 4 mit
einem erhabenen Abschnitt in Berührung stehen muß, um ein neues Maximalsignal abzugeben.
Zum Beispiel muß, wie aus Fig. 4 zu ersehen, nach dem Impuls d 1 der Taster an einem
erhabenen Abschnitt anliegen, um ein neues Maximumsignal b 2 zu erzeugen. Die Unterdrückungsimpulsed
brauchen nicht mit den Unterbrechungen der Werkstückoberfläche synchronisiert werden,
so lange die Zeitintervalle zwischen den Impulsen größer als das Zeitintervall zwischen
aufeinanderfolgenden, von der Tasterspitze 4 abgetasteten erhabenen Abschnitten
ist.
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Aus Fig.4 ist zu ersehen, daß die Kurvec den Meßwert nicht kontinuierlich,
sondern diskontinuierlich in Treppenform wiedergibt. Dies ist so lange zulässig,
als sich die Frequenz der Unterdrückungsimpulse d etwa der Bearbeitungsfrequenz
nähert. Es sind z. B. die treppenförmigen Anzeigen c 1, c 2, c 3 usw. so lange zulässig,
als sie aufeinanderfolgenden Umdrehungen um 3600 einer auf einer Drehbank bearbeiteten
Welle entsprechen.
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Fig. 5 zeigt ein Schaltschema einer Ausführungsform des Übertragers
gemäß F i g. 3, wobei diese Einrichtung nicht auf diese besondere Ausführungsform
beschränkt ist.
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Gemäß F i g. 5 wird das vom Wandler 5-A der F i g. 1 kommende elektrische
Meßsignal a einer dem Block B in Fig. 3 entsprechenden Einrichtung zur Maximalwertermittlung
zugeführt, die aus einem Gleichrichter B3 und einem mit dem Gitter einer Triode
B2 verbundenen Kondensator B1 besteht.
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Ein Umschalter D 2 ist mechanisch mit einem Schalter C3 verbunden,
und beide werden gleichzeitig durch ein Relais 18 betätigt. Das Relais 18 wird entsprechend
den jeweiligen Erfordernissen des zu messenden Werkstückes seitens eines nicht dargestellten
Steuerorgans periodisch erregt.
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Wenn die Schalter C3 und D2 in der in Fig.5 strichliert eingezeichneten
Lage liegen, verläuft der Betrieb wie folgt. Das Meßsignal a geht durch den Gleichrichter
B 3 und den Kondensator B 1 und baut an diesem die Maximalspannungb auf. Die Triode
B 2 ist durch das an ihrem mit dem Gleich richter B 3 verbundenen Steuergitter liegende
Potential gegenüber der Kathode leitend, und eine weitere Triode C2 ist leitend,
da ihr Steuergitter über den Schalter C3 mit der Kathode der Triode B2 verbunden
ist.
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Die vom Kondensator B1 kommende Maximalspannung wird deshalb in den
Anzeigeimpulsc verwandelt, der durch die Triode C 2 geht. Wenn das Relais 18 die
Schalter C 3 und D 2 in die mit ausgezogenen Linien in F i g. 5 dargestellte Lage
umschaltet, überlagert der Kondensator D 1 einen Unterdrückungsimpuls dem vom Kondensator
B 1 kommenden und durch die Triode B 2 gehenden Maximalimpuls.
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Gleichzeitig trennt der Schalter C3 den Impuls b-d vom Steuergitter
der Triode C2 und beseitigt damit jede Verbindung zwischen dem abfallenden Impuls
b-d und dem Anzeigeimpulsc, der zum Anzeigegerät R weitergeht. Wenn der Schalter
C 3 den Impuls b-d vom Steuergitter der Triode C2 trennt, bewirkt der Kondensator
C 1, daß die Spannung am Steuergitter der Triode C 2 auf der Höhe der Spannung vor
dem Abschalten von der Kathode der Triode B 2 gehalten wird. Der Kondensator C1
dient somit als Speichereinrichtung, solange sich der Schalter C3 in der mit ausgezogenen
Linien dargestellten Lage befindet, da er den Anzeigeimpuls c auch dann aufrechterhält,
wenn der ankommende Impuls b-d abgeschaltet ist.
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Gemäß F i g. 5 wandeln also die Schaltelemente B 3, B 1, B 2 das
Meßsignal a in das Maximalsignal b um. Die Schaltelemente D 1 und D 2 bewirken den
Unterdrückungsimpuls, der das Maximalsignal b überlagert, woraus sich der Impuls
b-d ergibt. Der Impuls b-d wird durch die Schaltelemente C2 und C3 in den Anzeigeimpuls
c umgewandelt, wenn die Unterdrückungsimpulse nicht aufgebracht werden.
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Wenn diese Impulse auftreten, unterbricht der Schalter C3 den Impuls
b-d und das Schaltelement C1 hat eine Speicherfunktion, durch die der Anzeigeimpuls
c auf seiner letzten Höhe gehalten wird. Die Schaltelemente B 1, B 2, B 3 ergeben
den Block B in F i g. 3, die Schaltelemente D 1 und D 2 den Block D und die Schaltelemente
C 1, C 2, C 3 den Block C.
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Die Trioden B2 und C2 ändern die Kurvenform der entsprechenden Impulse
beim Durchlauf nicht, sie verhindern jedoch, daß der Impuls der letzten Stufe des
Kreises die Impulse der vorherigen Stufen des Kreises beeinflußt.