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Eine erfindungsgemäß ausgebildete rotierende Zentriereinspannung
einer Werkzeugmaschine kann bei beliebigen Drehzahlen mit bekannten Anzeigevorrichtungen,
die sich durch Wärmeausdehnung des Werkstückes oder auch durch die anfängliche Werkstückeinspantlung
ergebende Schublast in den unteren Lastbereichen wesentlich empfindlicher messen
als in den höheren Lastbereichen. Die Bedienungsperson, die die Schubbelastung für
eine erwünschte Lebenserwartung des Axiallagers bei einer bestehenden
Arbeitsdrehzahl
kennt, kann leicht feststellen, ob die tatsächlich gemessene Schubbelastung zu groß
oder zu klein ist, um dann in entsprechender Weise einzugreifen und den Axialschub
einzustellen.
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Die Anordnung nach der Erfindung wird in der nachfolgenden, ausführlichen
Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen beispielsweise aufgezeigten Ausführungsformen
in Aufbau und Wirkungsweise erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch die rotierende Zentriereinspannung einer Werkzeugmaschine, F i g. 2 bis 6
Längsschnitte durch verschiedene Federstapel für die rotierende Zentriereinspannung
der Fig. 1, F i g. 7 einen vergrößerten Längsschnitt durch das vordere Ende der
rotierenden Zentriereinspannung der Fig. 1, wobei die Schnittebene rechtwinklig
zu Fig. 1 liegt, Fig.8 eine Teildraufsicht auf den Schubkraftanzeiger der F i g.
7, F i g. 9 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
und F i g. 10 einen Längsschnitt durch eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung.
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In den Zeichnungen sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Das Reitstocklager 1 der F i g. 1 ruht in einem mit dem Werkzeugmaschinengestell
verbundenen Reitstockhalter. Die äußere Hülse 3 ist in bekannter Weise mit einer
äußeren Keilnut 5, in die ein Keil 7 des Reitstockgehäuses eingreift, so gelagert,
daß sie zwischen Ruhestellung und Arbeitsstellung verschiebbar ist. Die Keilnutverbindung
sorgt dafür, daß der Reitstock nur axial gegenüber dem Maschinengestell bewegt werden
kann. Am Vorderende des Reitstockes ist eine Reitstockspitze 10 drehbar gelagert.
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Das Hinterende 9 der äußeren Hülse ist mit einem Innengewinde versehen,
in das ein Außengewinde einer Achse 11 eingreift, deren gewindeloses Ende 13 durch
eine Platte 15 am Hinterende des Reitstockgehäuses hindurchragt. Am herausragenden
Ende der Achse 11 befindet sich ein nicht dargestelltes Handrad, mit dem eine Axialverstellung
der äußeren Hülse vorgenommen werden kann.
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Im Vorderteil des Reitstockes ruht drehbar eine innere Hülse 17 von
ringförmigem Querschnitt. In der Nähe der vorderen und d hinteren Enden der inneren
Hülse befinden sich in an sich bekannter Weise zwischen innerer und äußerer Hülse
vorgespannte Kugellager 18, 19 und 20, 21. Die Lager 20 und 21 am hinteren Ende
der inneren Hülse liegen mit ihren inneren Laufringen und dem zwischenliegenden
Abstandsring 23 zwischen einem ersten Ring 25, der eine Schulter der Innenhülse
beaufschlagt, und einem zweiten Ring 27, der am hinteren Ende der inneren Hülse
verschraubt ist. Der Ring 27 hat einen Einschnitt 29, der sich senkrecht zur Ringachse
erstreckt, so daß der entstehende hintere Teil31 des Ringes mit dem vorderen Teil
durch einen Schraubbolzen 33 verspannt werden kann, um den Ring 27 fest mit der
Hülse 17 zu verbinden. Vor der Vorderfläche des ersten Ringes 25 liegt ein Axiallager
35, vor dem sich eine schwache Schraubenfeder 37 befindet, die ein Hauptaxiallager
39 vorspannt.
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Die inneren Laufringe der beiden Kugellagerl8 und 19 beaufschlagen
eine Schulter 41 an der inneren Hülse und eine Stirnfläche 43 des Hauptaxiallagers
39, von dem der hintere Laufring vom Vorderende
eines Stapels 45 aus ringförmigen
Scheibenfedern beaufschlagt wird. Das Hinterende des Federstapels stützt sich an
einer Schulter 49 der äußeren Hülse ab.
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Die hintere Stirnfläche einer gehärteten ringförmigen Widerlagerplatte
des Federstapels wird ebenfalls von der Schraubenfeder 38 beaufschlagt. Da aber
der Stapel der Scheibenfedern wesentlich steifer ist als die schwache Schraubenfeder,
bildet die ringförmige Platte im wesentlichen ein festes Federwiderlager.
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Der Stapel45 aus ringförmigen Scheibenfedern, insbesondere von sogenannten
schalenförmigen Bellville-Federn, kann verschieden ausgebildet sein.
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Bei einer Ausführungsform gemäß F i g. 2 sind drei kegelstumpfförmige
Scheibenfedern 50, 51 und 52 vorgesehen, von denen die vornliegende Feder 50 die
geringste und die hintenliegende Feder 52 die größte Biegungssteifigkeit aufweist.
Der Konuswinkel der Federn vergrößert sich von vorn nach hinten, so daß sich die
inneren Ränder der drei Federn berühren.
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Hinter der hinteren Feder 52 befindet sich ein gehärtetes ringförmiges
Widerlager 53, dessen Rückseite flach ist und flach anliegend die Schulter 49 (Fig.
1) beaufschlagt, während die Vorderseite kegelstumpfförmig ausgebildet ist und einen
größeren Kegelwinkel als die Feder 52 hat, so daß der Innenrand dieser Feder den
Innenrand des Widerlagers 53 beaufschlagt. Wenn sich der Axialschub an der in die
innere Hülse 17 eingepaßten Reitstockspitze 10 vergrößert, verformt sich die erste
Feder 50 und liegt dann flach an der Vorderseite der zweiten Feder 51 an (Fig. 2b).
Die innere Hülsel7 wird von der durchbohrten Abschlußkappe 60 am vorderen Ende der
äußeren Hülse in Längsrichtung festgehalten, wenn sich die Reitstockspitze axial
bewegt. Bei steigender Belastung verformt sich nach der ersten auch die zweite Feder
51, so daß dann beide Federn 50 und 51 flach an der Innenseite der dritten Feder
52 anliegen (Fi g. 2c). Die drei Federn bewegen sich dann zusammen, bis der Maximalschub
erreicht wird, bei dem die Rückseite der Feder 52 (Fig. 2d) die Vorderseite des
Widerlagers 53 beaufschlagt, so daß eine Belastung der Ringfedern über die Elastizitätsgrenze
hinaus verhindert wird.
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Der Stapel 45 mit den Federn 50, 51 und 52 und dem Widerlager 53
kann, wie Fig. 3 zeigt, gegenüber der vorbeschriebenen Ausführungsform auch umgekehrt
ausgebildet werden, wobei dann die Feder 50 mit geringster Steifigkeit hinten und
die steifste Feder 52 vorn liegt. Nun beaufschlagt das Widerlager 53 die Schulterfläche
49 und die Scheibenfeder 52 den hinteren Laufring des Axiallagers 39.
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Bei einer anderen Anordnung gemäß F i g. 4 ist die schwächste Feder
50 am Vorderende des Stapels 45 so angeordnet, daß die innere konkave Fläche nach
vorn zeigt und ihr Außenrand das Axiallager 39 beaufschlagt, während ihr Innenrand
den Innenrand der nächst steiferen Feder 51 beaufschlagt, deren konvexe Oberfläche
nach vorn zeigt und deren Außenrand den Außenrand der stärksten nach vorn konkaven
Feder 52 des Stapels berührt. Der Innenrand der Feder 52 berührt die konvexe Konusfläche
des Widerlagers 53, das hinter der Feder 52 angeordnet ist. Zwischen den konvexen
Konusflächen der vorderen und mittleren Feder 50 bzw. 51 liegt ein Widerlagerring
54, der nach innen einen einspringenden doppelkegelförmigen Querschnitt hat. Wenn
der Axialschub ansteigt, wird zunächst die vordere Feder 50 flach an den Ring 54
gedrückt (F i g. 4 b). Die
vordere Feder 50 und der Ring 54 bewegen
sich dann zusammen gegen die mittlere Feder 51, die an die Rückseite des Ringes
54 gedrückt wird (F i g. 4c), worauf dann der Ring 54 zusammen mit der vorderen
und mittleren Feder weiter bewegt wird, so daß sich die hintere Feder 52 verformt,
bis die Maximalschublast erreicht ist, bei der die Rückseite der Feder 52 an der
Vorderseite des Widerlagers anliegt (F i g. 4 d).
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Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß F i g. 5 sind drei Scheibenfedern
50, 51 und 52 vorgesehen, von denen die vordere die stärkste und die hintere die
schwächste ist. Das gehärtete Widerlager 53 befindet sich vor der Feder 52. Der
Innenrand der vorderen Feder 52, die mit ihrer konkaven Fläche nach vorn zeigt,
berührt den Innenrand der mittleren Feder 51, deren konvexe Fläche nach vorn zeigt.
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Der Außenrand der mittleren Feder 51 berührt den Außenrand der hinteren
Feder 50, die mit ihrer konkaven Konusfläche nach vorn gerichtet ist. Zwischen der
vorderen und der mittleren Ringscheibenfeder befindet sich ein starrer Widerlagerring
54 mit nach innen einspringendem Doppelkegeiquerschnitt. Zwischen der mittleren
Feder 51 und der hinteren Feder 50 befindet sich ein starrer bikonvexer Widerlagerring
55. Diese Federanordnung arbeitet ähnlich wie die zuror beschriebene Anordnung gemäß
Fig.4, wobei jedoch noch zusätzlich die hintere und mittlere Feder 50 bzw. 51 zusammen
mit dem dazwischenliegenden Ring 55 bei steigender Belastung an der Rückseite des
Ringes 54 flachgedrückt werden, der sich dann flach an die Rückseite der vorderen
Feder 52 anlegt, sobald der gesamte Stapel bis zum Maximalschub verformt worden
ist und dann auch die Feder 52 flach an der Rückseite des Widerlagers 53 anliegt.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 sind nur zwei Scheibenfedern 50 und
51 vorgesehen, von denen die Ringscheibenfedcr 50 schwächer ist als die vor ihr
angeordnete Feder 51. Die Scheibenfeder 50 hat einen geringeren Konuswinkel als
die Scheibenfeder 51.
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Demzufolge beaufschlagt der Innenrand der Feder 50 den Innenrand der
Feder 51. Hinter der Feder 50 befindet sich die Widerlagerplatte 53, die deren Außenrand
beaufschlagt. Wenn der Axialschub an der Reitstockspitze 10 größer wird, kommt es
zunächst zu einer Abflachung der Feder 50 gegenüber der Feder 51 (F i g. 6 b), worauf
sich dann die Federn 50 und 51 gemeinsam nach hinten bewegen, bis die Rückseite
der Feder 50 das Widerlager 53 beaufschlagt (Fig. 6c). Zu diesem Zeitpunkt liegt
eine maximale Schubkraft an.
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Die durch die Bewegung der Reitstockspitze 10 verursachte Verformung
ist ein Maß der Schubkraft, die wie folgt gemessen wird.
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Es sollen nun die F i g. 7 und 8 besprochen werden.
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Die neben der inneren Hülse 17 angeordnete Stirnkappe 60 enthält ein
Anzeigegerät 61 mit einem Gehäuse 62, das aus einem flachen Bodenteil 63 und einer
zylindrischen Wand 64 besteht. Das vom Boden 63 abgelegene Ende der Wand 64 ist
mit einem transparenten Fenster 65 abgedeckt. Auf der Bodenfläche 63 befindet sich
eine Skala 66, über die ein Zeiger 67 hinwegbewegt werden kann. Der Zeiger 67 ist
mit einer Achse 68 verbunden, die durch den Boden 63 hindurchragt und am rückwärtigen
Ende ein Ritzel trägt. Dieses arbeitet über ein mit einem Zapfen 73 versehenes Zahnsegment
70 zusammen, welches im Bodenteil 63 schwenkbar gelagert ist. Das freie Ende
des
Zapfens 73 beaufschlagt das Vorderende eines Bolzens 75, der sich in einer Bohrung
76 der Stirnkappe 60 radial erstreckt. Das Hinterende des Bolzens 75 beaufschlagt
die Vorderseite des äußeren Laufringes vom Kugellager 18. Eine Berührung zwischen
Bolzen 75 und Zapfen 73 wird durch einen Kolben 77 sichergestellt, der gegenüber
dem Bolzen 75 am Zapfen 73 angreift. Der Kolben 77 wird mit einer Feder 78, die
in der Stirnkappe 60 ruht, mit einer Vorspannung versehen. Durch den gefederten
Kolben 77 wird der Bolzen 75 bezüglich der F i g. 7 nach rechts bewegt, wenn die
Belastung ansteigt.
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Das Anzeigegerät 61 ist in der Kappe 60 mit Reibungsschluß gehalten.
Zu diesem Zweck greift in eine Bohrung 82 der Kappe 60 ein mit einer Bogenfläche
81 versehener Haltebolzen 80 ein. Die Bogenfläche 81 des Haltebolzens hält das Anzeigegerät
61 durch Reibungskraft in der Kappe 60. Ein Schraubbolzen 83 dient zur Befestigung
des Haltebolzens 80 in der Kappe 60. Durch Lösen des Schraubbolzens 83 läßt sich
das Anzeigegerät 61 in der Kappe drehen.
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Hierbei verschwenkt der Zapfen 73 um die Achse des Anzeigegeräts 61
und ermöglicht eine Nulleinstellung des Zeigers 67. Nach der Nullkorrektur des Zeigers
wird das Anzeigegerät in der Kappe 60 durch Anziehen des Schraubbolzens 83 festgesetzt.
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Die Skala 66 gemäß F i g. 8 besteht aus einer Bogenskala 100, deren
Mittelpunkt mit der Achse 68 zusammenfällt, die den Zeiger 67 trägt. Konzentrisch
zur Skala 100 sind vier Linien 101 eingetragen, von denen jede einer bestimmten
Werkzeugmaschinendrehzahl entspricht. Die innerste Linie entspricht einer Geschwindigkeit
von OU,'min, während die übrigen Linien 101 Drehzahlen von 100,1000 und 2000 U,
Umin entsprechen, wenn es sich z. B. um eine Maschine mit einer maximalen Drehzahl
von 2000 Umin handelt. Jede der Linien 101 trägt eine Markierung 102. deren linker
Rand einen Zustand markiert, der auf der Skala 100 einer kritischen Belastung entspricht,
d. h. einem Axialschub, der beim Dauerbetrieb mit der maßgeblichen Arbeitsdrehzahl
als Maximum anzusehen ist und bei dem noch sichergestellt ist, daß das Hauptschublager
39 eine festgelegte Lebensdauer erreicht. Der rechte Rand der Markierungen 102 entspricht
auf der äußeren Skala der für - auf die berechnete Lebensdauer des Hauptschublagers
bezogen - kurze Arbeitszeiten möglichen maximalen Schubbelastung. Die Skala 100
enthält mehrere Abschnitte. In einem linken Abschnitt bis zu lt entspricht eine
bestimmte Belastungsänderung am Federstapel 45 einem größeren Zeigerausschlag als
im mittleren Abschnitt der Skala, der Belastungen von 1 bis 5 t anzeigt. In diesem
mittleren Bereich entspricht eine bestimmte Belastungsänderung am Federstapel 45
einem größeren Zeigerausschlag als im rechts liegenden Skalenabschnitt, der Belastungen
von 5 bis 10 t anzeigt. Die Skala ist daher in den niedrigeren Lastbereichen genauer
je Belastungseinheit und hat daher ein größeres Auflösungsvermögell als in den oberen
Lastbereichen.
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Der Scheibenfederstapel 45 und das zugeordnete Anzeigegerät 61 ermöglichen
daher der Bedienungsperson der Maschine, die tatsächliche Belastung bei einer vorgegebenen
Arbeitsdrehzahl sehr genau zu erfassen und mit der kritischen Belastung bei der
vorgegebenen Arbeitsdrehzahl zu vergleichen. Falls die kritische Belastung überschritten
wird, kann die
Bedienungsperson das Handrad an der Rückseite der
Platte 15 bedienen, um die tatsächliche Belastung unter den kritischen Wert zu bringen.
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Für den Fachmann ist erkennbar, daß auch andere Lageranordnungen
außer den dargestellten und beschriebenen Lagern 18, 19, 20, 21 und 39 verwendet
werden können. So lassen sich die Kugellager 18 bis 24 durch kurze Kegelrollenlager
ersetzen.
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Wenn die Aufspannvorrichtung mit einem stirnseitig angreifenden Mitnehmer
versehen ist, wird das Handrad des Reitstockes zunächst so gedreht, daß die Reitstockspitze
10 das Werkstück beriihrt. Dann wird das Werkstück weiter gegen die Mitnehmerfläche-
bewegt, bis die Axialkraft so groß ist, daß die Zähne des Mitnehmers in die Stirnseite
des Werkstückes eingreifen und dieses mitnehmen. Die hierbei vom Gerät angezeigte
Kraft wird in den meisten Fällen erheblich die kritische Belastung übersteigen,
die für die vorgesehene Arbeitsdrehzahl zulässig ist.
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Aus diesem Grunde wird vor Beginn des Drehens die Schubbelastung bis
auf den kritischen Wert oder noch darunter hinaus vermindert.
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Die Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn die Reitstockspitze 10
in einem parallelwandigen oder konischen Lagergehäuse ruht.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser
Ausführungsform soll der Belastungsanzeiger den Druckunterschied zwischen einer
ersten und einer zweiten Kammer anzeigen, die Strömungsmittel unter verschiedenen
Drücken enthalten. Die Kammern eines Zylinders 112 sind an Leitungen 110 und 111
angeschlossen, die in der Nähe der Zylinderenden einmünden. Die Zylinder sind mit
Platten 113 bzw. 114 verschlossen. Im Zylinder 112 befinden sich zwei Kolben 115
und 116 mit zugeordneten Kolbenstangen 117 und 118. Die Kolbenstange 117 führt axial
durch eine Mittelbohrung des Kolbens 116 und der zugeordneten Kolbenstange 118.
Die Kolbenstange 118 führt zusammen mit der Kolbenstange 117 durch eine mittlere
Bohrung der Zylinderstirnplatte 114.
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An der von der Kolbenstange 117 abgelegenen Seite des Kolbens 115
befindet sich eine weitere Kolbenstange 119, die den gleichen Durchmesser hat wie
die Kolbenstange 118 und durch die die Zylinderstirnplatte 113 hindurchführt. Die
Kolbenstange 119 sorgt dafür, daß die wirksame Fläche des Kolbens 115 genauso groß
wird wie die wirksame Fläche des Kolbens 116.
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Zwischen den Kolben 115 und 116 befindet sich der Stapel 45 mit Bellville-Scheibenfedern
und der
gehärteten Widerlagerplatte 53. Dic Stapelausbildung kann genauso sein, wie
es an Hand der F i g. 2 bis 6 beschrieben wurde. An den vom Scheibenstapel 45 abgelegenen
Seiten der Kolben 115 und 116 wird aus Druckmittelquellen hohen und geringen Druckes
ein Druckmittel zugeführt.
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In dem von dem Federstapel 45 beansprucllten Zylinderteil befindet
sich ein nach außen führender Leitungsanschluß 120, der die Aufgabe hat, in diesem
Teil des Zylinders ein Teilvakuum zu erzeugen. Wenn ein geeigneter Unterdruck erreicht
ist, wird der Anschluß 120 abgedichtet. Auf diese Weise kann der Druck in dem von
dem Federstapel 45 cingenommcnen Zylinderteil niemals einen zuvor festgelegten Wert
iiberschreiten.
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Das zuvor beschriebene Anzeigegerät 61 wird an das vom Kolben 115
abgelegene Ende der Kolbenstange 117 verlegt, während der das Anzeigegerät betätigende
Bolzen 75 vom benachbarten Ende der Kolbenstange 118 getragen wird. Bei Änderung
der Druckdifferenz an den Kolben 115 und 116 überstreicht der Zeiger des Anzeigegerätes
61 seine Skala, sofern das Druckgefälle nicht reversiert wird. Änderungen der Druckdifferenz,
die eine Verformung der schwächsten Bellville-Feder im Stapel 45 verursachen, führen
zu einer größeren Bewegung des Zeigers am Anzeigegerät 61 als eine Druckdifferenzänderung,
die eine Verformung der stärksten Feder des Stapels 45 verursacht.
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Fig. 10 zeigt einen Belastungsanzeiger, der ähnlich ist wie der gemäß
F i g. 9, so daß auch für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen
gewählt werden wie in der F i g. 9. Bei der Anordnung gemäß Fig. 10 sind an Stelle
der Kolben 115 und 116 Membranen 121 und 122 vorgesehen, die mit Ringen 123 und
124 verbunden sind. Die beiden Ringe 123 und 124 sind an der Zylinderwand befestigt.
Die inneren Ränder der Membranen 121 und 122 sind mit Nahen 125 und 126 verbunden,
an denen die Kolbenstangen 117 und 118 vorragcn. Die Anordnung gemäß F i g. 10 ist
wegen der geringeren Trägheit der beweglichen Teile gegenüber Differenzdruckänderungen
empfindlicher als die Anordnung gemäß Fig. 9.
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Die Anzeigegeräte 61 mit Zeiger und Skala können auch, wenn es nicht
auf eine sichtbare Lastanzeige ankommt, durch mechanische Kontakte, Mikroschalter
oder elektronische Vorrichtungen ersetzt werden, wenn diese den Differenzdruck erfassenden
Bauelemente einen Arbeitsgang steuern oder die Druckdifferenz einregeln sollen.