DE2047895A1 - Halte und Nachfuhrvorrichtung fur einen Ultraschall Fehlerdetektor - Google Patents
Halte und Nachfuhrvorrichtung fur einen Ultraschall FehlerdetektorInfo
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Description
Nippon Kokan Kabushiki Kaisha
Tokio, Japan - ^· ^GP. 1970
Halte- und Nachführvorrichtung für einen Ultraschall-Fehlerdetektor
Die Erfindung ifzieht sich auf einen kontinuierlichen
Ultraschall-Fehlerdetektor bzw· -Werkstoffprüfer und
betrifft insbesondere eine Halte-'und Nachführvorrich— tung für einen solchen UItraschall-Fehlerdetektoro
Bei einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Ultra— schall-Fehlerdetektor iäs es wünschenswert, eine das De— I
tektorelement tragende Vorrichtung oder ein am Werkstoff
angreifendes Glied zur Verfügung zu haben, welches das Detektorelement derart hält oder haltert, daß es den
Schwingungen bzw· lotrechten Bewegungen des zu prüfenden Werkstoffs nachfolgt. Wenn das Detektorelement den
lotrechten Bewegungen des zu prüfenden Werkstoffs nicht genau und schnell nachfolgt, arbeitet der Fehlerdetektor
nicht zufriedenstellend, so daß eine fehlerhafte Anzeige geliefert werden kann.
Außerdem ist es wünschenswert, eine gute akustisch· Ankopplung zwischen dem Detektorelement und dem zu prüfen— λ
den Werkstoff zu gewährleisten, um Fehler infolge von falschen oder Quasisignalen zu vermeiden»
Wenn die Durchlaufgeschwindigkeit des zu prüfenden Werkstoffs erhöht wird, kann sich die Schwingung bzw· die lotrechte
Bewegung des Werkstoffs erhöhen, so daß die Bedeutung einer wirksamen Halte- und Wabführvorrichtung für
das Detektoi'olement noch augenfälliger wrd·
ii'ür die i''ah±error,b^toHung bei breitem umreifen— ociur
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Plattenmaterial wird bereits eine sogenannte Mehrkanal—
anordnung verwendet, die mehrere quer zum Streifen-oder
Plattenmaterial angeordnete Detektorelemente aufweist» Wenn bei einer solchen Anordnung die Halte— und Nachführvorrichtung
für jedes Detektorelement groß ist, nimmt der
Abstand zwischen den Detektorelementen zu· Hierdurch werden die Fehlerfeststellsignale verteilt bzw· verbreitert
und die Wirksamkeit der lehlerfeststellung herabgesetzt·
Es ist daher wünschenswert, eine kleine Halte- und Nach— führvorrichtung zur Verwendung bei Mehrkanalanordnungen
zur Verfügung zu haben·
Ebenso ist eina schnelle und einfache Einstellung der
Halte-- und Nachführeinrichtung wünschenswert, d&t die
Ausgangasignale der verschiedenen Detektorelemente unter gleichen Bedingungen gleich groß sein können; ebenso sollen
die Detektorelemente angehoben werden können, wenn sie
nicht benötigt werden·
Es werden bereits zahlreiche Vorrichtungen zur Halterung der Detektorelemente von Ultrasehall-Fehlerdetektoren verwendet»
Eine bereits verwendete Vorrichtung weist eine Anzahl von Detektorelementen auf, die in einem schweren und
großen Schuh zusammengefaßt sind. Jedem Detektorelement
ist eine seine Bewegung ermöglichende Feder zugeordnet, und die Anordnung ist derart getroffen, daß die Bewegung
unter einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Werkstoffs verläuft, d.h. die Bewegung des
Detektorelements erfolgt in den meisten Fällen senkrechte.
e Da die Bewegungsrichtung der Detektorelement unter einem
rechten Winkel zur Bewegung des Werkstoffs erfolgt, ist es für die Elemente schwierig, den lotrechten Bewegungen
des Werkstoffs zu folgen, und zwar insbesondere dann, wenn sich der Werkstoff schnell bewegt. Außerdem eignet sich
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der den Detektorelementen zugeordnete große Schuh nicht für eine Mehrkan al anordnungo
Eine andere Vorrichtung verwendet vier Lenkerglieder
zur Montage einer Halterung in der Weise, daß sich letztere nur. in lotrechter Richtung bewegt. Ein Detektorelement-Schuh
ist an der Halterung montiert» während ein Druckluft— zylinder zwischen die Halterung und den Schuh eingeschaltet
ist und diesen gegen die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffs andrückt bzw. vorbelastet. Ein System von gekreuzten
Federn dient zusp Anheben des Detektor element B, falls dies gewünscht wird. Da diese Vorrichtung nur auf
in lotrechter Richtung erfolgende Bewegungen beschränkt ist, können der Schuh und das Detektorelement kleinen und
schnellen Schwingungen bzw. lotrechten Bewegungen des Werkstoffs nicht nachfolgen. Außerdem führt das System
der gekreuzten Federn zu einem breiten Hebemechanismus, der sich nicht für eine Mehrkanalanlage eignet» Da ausser—
dem die Halterung im Vergleich zum Detektorelement vergleichsweise klein ist, wird auf die Halterung und das
mit ihr verbundene Gestänge eine beträchtliche Belastung
ausgeübt, wenn der,zu untersuchende Werkstoff bei der Hochgeschwindigkeit--3?ehlerfeststellung schnell schwingt» λ
Bei einer Halte*- und Nachführvorrichtung für ein Ultraschall-Eehlerdetektorelement
sollte diese Vorrichtung daher einfach aufgebaut und bei Verwendung in Mehrkanal—
anordnungen gedrängt gebaut sein, die Detektorelemente nach Bedarf anheben und senken können und in der Lage
sein, den Auf-— und Abbewegungen bzw· Schwingungen des
zu untersuchenden Werkstoffs genau nachfolgen zu können»
Die Erfindung betrifft eine Halte— und Nachführvorrichtung
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für einen Ultraschall-Fehlerdetektor, die einfach und kompakt aufgebaut ist, ein Detektorelement zu heben und
zu senken vermag und der Auf- und Abbewegung des zu untersuchenden Materials wirksamer nachfolgen kann. Aufgabe
der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung einer solchen neuartigen Vorrichtung.
Kurz gesagt, ist die erfindungsgemäße Halte- und Nach— fahrvorrichtung an einem Haltearm montiert und weist ein
am Werkstoff angreifendes Glied, ein an letzterem angebrachtes Detektorelement zur Feststellung von Werkstoff-Fehlern
sowie einen aus vier Lenkern bestehenden Mechanismus bzw. Gestänge auf, welcher bzw. welches das am Werkstoff angreifende Glied und den Haltearm miteinander verbindet. Daß Vierlenker-Gestänge weist zwei Paare von praktisch
parallelen Lenkern auf, die in Querrichtung auf dem am Werkstoff angreifenden Glied auf Abstand angeordnet
und am einen Ende an diesem Glied und am anderen Ende am Haltearm angelenkt sind. Mindestens ein Lenker dieses Gestänges
bildet einen Arm eines Winkelhebels, wobei der Schwenkpunkt des Winkelhebels eine der Schwenkverbindungen
am Haltearm ist. Ein doppelt wirkender Zylinder weist einen Kolben mit einem abstehenden Arm auf und bewirkt in Abhängigkeit
von einem Differenzdruck ein Aus— und Einfahren
des abstehenden Arms. Eine Verbindungseinrichtung verbindet den abstehenden Arm und das entfernte Ende des anderen
Arms des Winkelhebels, so daß das am Werkstoff angreifende Glied beim Aus- und. Einfahren des abstehenden Arms in und
außer eine am Werkstoff angreifende Stellung gebracht wird. Eine der Verbindungen zwischen einem Lenker und dem am
Werkstoff angreifenden Glied kann eine Schlitz-Stift-Verbindung sein, die sowohl eine Schwenkbewegung als auch eine
begrenzte Lin .earbewegung unter einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Materials ermög—
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licht. Dies ermöglicht eine kleine Biegung des am Werkstoff
angreifenden Glieds in Abhängigkeit von kleinen lotrechten Bewegungen des zu untersuchenden Werkstoffs.
Größere lotrechte Bewegungen können dadurch aufgenommen werden, daß ein elastisch nachgiebiges Glied bzw. Mittel,
wie eine Feder, in die Verbindungseinrichtung zwischen dem Winkelhebel und dem abstehenden Arm eingefügt wird.
Das Detektorelement und das am Werkstoff angreifende Glied können in und außer Material-Berührungsstellung
verlagert werden, indem der erforderliche Druck an den doppelt wirkenden Zylinder angelegt wird.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert*. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Halte— und Naehführvor—
richtung mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Halte- und Nachführvorrichtung und
Fig. 4 Aufzeichnungsdiagramme zur Veranschaulichung des
Ergebnisses eines mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Fehler-Feststellvorrichtung an mit künstlichen Fehlern versehenen Werkstücken durchgeführten Versuchs».
In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Halte- und Nachführvorrichtung zur Ultraschallfeststellung von Fehlern
in einem auf einem Rollgang 1 laufenden Werkstoff 2 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsforin wird
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ein Detektorelement 5 von einem am Werkstoff liegenden
Glied bzw. Schuh 6 getragen.
Dem Schuh 6 wird über eine Leitung 4 Kühlwasser zugeführt.
Das Wasser fließt über eine Leitung 5 zur Kontaktfläche
zwischen dem Werkstoff 2 und dem Schuh 6 und tritt durch nicht dargestellte Öffnungen am Boden des Schuhs 6 aus,
um die Oberfläche des Werkstoffs 2 zu benetzen und zu kühlen» Ein aus vier schematisch bei A, B, C und D angedeuteten
Lenkern bestehender Mechanismus bzw. Gestänge ist zwischen dem Schuh 6 und einem Haltearm 22 angeordnet und dient zum Heben und Senken des Schuhs 6, so daß
er Schwankungen der Berührungsebene zwischen ihm und dem Werkstoff 2 zu folgen vermag. Der Schuh 6 wird durch das
Vierlenker-Gestänge praktisch parallel zur Oberfläche des Werkstoffs gehalten. Dieses Gestänge besitzt die Form
eines Parallelogramms und wird mit Hilfe eines Spann—
Schlosses 8 eingestellt» Der Schwenkgunkt G des Gestänges
ist verschieblich in einen im Schuh 6 vorgesehenen Schlitz 23 eingesetzt und ist daher begrenzt verkippbar, so daß
der Schuh 6 kleinen Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Werkstoffs nachzufolgen vermag.
Der durch die Strecke A-B gebildete Lenker bildet einen
Arm bzw. Teil eines Winkelhebels 7· In spezieller Aus—
führungsfArm ist mindestens ein und sind, wie dargestellt,
vorzugsweise zwei Winkelhebel 7 vorgesehen, die sich gemäß den Zeichnungen jeweils an einer Seite des Schuhs 6
befinden. Die unteren Enden der Winkelhebel sind auf beschriebene Weise schwenkbar mit dem Schuh 6 verbunden,
während die oberen Enden der Winkelhebel 7 schwenkbar
am einen Ende von Stangen 9 angebracht sind« Die anderen Enden der Stangen 9 sind durch eine Querleiste 9a miteinander
verbunden, die mit einer öffnung bzw. Bcbrim& zur Auf—
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nähme einer Feder-Tragstange 11 versehen ist.,Die Tragstange
11 durchsetzt verschieblich die Bohrung in der Querleiste 9a und trägt eine auf sie aufgeschobene Schraubenfeder
10, die sich mit dem einen Ende in einem Federsitz 12 abstützt und mit dem anderen Ende an der Querleiste 9a
anliegt, um letztere vom Federsitz 12 wegzudrängen» Wenn sich der Schuh 6 in der am Werkstoff angreifenden Stellung
befindet, d.h. an die Oberfläche des Werkstoffs 2 andrückt, ermöglicht die Schraubenfeder 10 eine Auf_ und Abbewegung
des Schuhs über vergleichsweise große Strecken in Abhängigkeit von lotrechten Bewegungen des Werkstoffs 2·
Das Detektorelement, der Schuh und das Gestänge werden
mit Hilfe eines Druckluft-Zylinders 13 angehoben und gesenkt, der an vom Haltearm 22 getragenen Konsolen 14 schwenkbar
gelagert ist.
Fig. 3 veranschaulicht .thematisch die erfindungsgemäße
Halte— und NachführvorrichwUi^« Genauer gesagt, wird ein
magnetisch betätigbares Ventil bau/, einfach ein Magnet-Ventil
17 durch' einen mechanischen oder optischen Grenz— schalter 21 betätigt, der auf den laufenden Werkstoff 2.
anspricht· Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt der Grenzschalter die Form eines Photozellen-End— bzw» i
-Grenzschalters. Über einen Filter 18 und einen öler 19
zugeführte Druckluft wird über Geschwhdigkeits-Regelven—
tile 20 und Leitungen 15 und 16 unter der Steuerung durch
das Magnet—Ventil 17 an das eine oder andere Ende des
Druckluft-Zylinders 13 angelegt. Der Druckluft-Zylinder
13 kann somit mit Druckluft beaufschlagt werden, um seinen Kolben sich zum Heben oder Ablassen des Schuhs 6 in der
einen oder anderen Richtung bewegen zu lassen·.
Zur Vermeidung einer Beschädigung einer Anzahl von Detek-
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torelementen der Mehrkanalanordnung infolge von ano -malen
Laufbedingungen des Werkstoffs 2 können die Detektorelemen—
te 3 bis auf einen Punkt angehoben werden, an welchem sie ein beträchtliches Stück von der Werkstoff-Oberfläche entfernt
sind. Hierbei wird der Schuh 6 durch Betätigung des Druckluft-Zylinders 13 aus der in Fig. 1 strichpunktiert
eingezeichneten Betriebs— bzw. Werkstoff-Berührungsstellung
in eine ausgezogen eingezeichnete Stellung verlagert· Alle Detektorelemente können ein ausreichendes Stück von der
Werkstoff-Oberfläche wegbewegt werden, so daß sie vor einer
Beschädigung bei anomalen Betriebsbedingungen geschützt sind«
Um die Detektorelemente wieder in die normale Betriebsstel—
lung zurückzubringen, wird der Zylinder 13 im entgegengesetzten
Sinn betätigt, so daß der Schuh 6 in die Normal— stellung abgelassen wird. In dieser Stellung wird der Schuh
6 durch eine vom Zylinder 13 ausgehende Kraft gegen die Oberfläche des Werkstoffs 2 angedrückt»
Fig. 4. veranschaulicht das Ergebnis eines Fehler-Fest—
Stellversuchs, der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung an mit künstlichen, rillenförmigen Fehlern versehenen
Proben durchgeführt wurde. Fig. 4-a bis 4-c zeigen
Fehler-Feststelldiagramme für Laufgeschwindigkeiten von
10 m/min, 60 m/min bBw» 66 m/min». In Fig.. 4· bedeutet der
Buchstabe "w" die Breite der rillenförmigen Fehler^ Anhand
dieses Ergebnisses ist ohne weiteres zu erkennen, daß die Fehlerfeststell-Charakteristiken jeweils ähnlich
sind, obgleich das Ausgangßsignal mit zunehmender Durchlauf
geschwindigkeit abnimmt. Wie durch die linke Kurve in Eig. A-c veranschaulicht, können kleine Fehler Von 5 mm
Breite bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten von 60. m/min
und mehr zufriedenstellend festgestellt werden. Weiter-
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hin ist kein Anzeichen für ein Fehlanzeige-Echo vorhanden, das anderenfalls durch unvollständige Ankopplung der
Ultraschallwellen infolge mangelhafter Nachführbewegung des Schuhs verurs^ht wird.
Obgleich vorstehend ein Schuh-Ankopplungssystem zur Ankopplung
der durch das Detektorelement 5 erzeugten Ultraschallwellen an den zu untersuchenden Werkstoff dargestellt
und beschrieben ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß der Schuh durch einen Gleit- oder Drehblock ersetzt
werden kann.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich hervorgeht, kann sich der Schuh 6, da ein Vierlenker-Gestänge unmittelbar
mit dem Schuh bzw. einem das Detektorelement tragenden Glied verbunden ist, hin- und herbewegen und großen Änderungen
der Berührungsebene folgen, die durch starke Schwingungen des durchlaufenden "Werkstoffs hervorgerufen werden. Der
Druckluft-Zylinder \-j vermag während der Fehler-Feststellung
über das Vierlenker-Gestänge einen gleichmäßigen Beruhrungs-Andruck auf den Schuh auszuüben. Die Schlitz—
Stift-Verbindung zwischen einem Schwenkpunkt des Vierlenker-Gestänges
und dem Schuh ermöglicht eine Na chfolgebewegung des Schuhs auf kleine Oberflächen-Unregelmäßigkeiten |
der Werkstoff-Oberfläche. Die-Anhebe- und· Absenkgeschwindigkeit
des Schuhs kann mit Hilfe der Regelventile 20 gesteuert
werden, so daß verschiedene, mit der Hochgeschwindigkeit-Fehlerfeststellung verbundene Schwierigkeiten vermieden
werden. Da die Breite des Hebemechanismus für einen Kanal gering ist, eig net sich diese Konstruktion für eine
Mehrkanalanordnung.
Weiterhin kann das Detektorelement für Reparatur- und Inspektionszwecke
sowie zur Verhinderung einer Beschädigung
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des Detektorelements infolge anomaler Betriebsbedingungen genügend weit aus der betrieblichen bzw, am Werkstoff angreifenden Stellung herausverlagert werden.
Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben
ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen und
der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden.
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Vorrichtung, bei welcher ein Ultraschall-Fehlerdetektorelement
an einem Schuh montiert ist, der seinerseits über ein Vxerlenker-Gestänge mit einem Haltearm verbunden ist.
Das Vierlenker-Gestänge besteht aus zwei Paaren von praktisch parallelen Lenkern, die quer zum Schuh derart auf
Abstand angeordnet sind, daß der Schuh in eine Werkstoff— Berührungsst8llung und aus dieser heraus verlagert werden
kann, während seine Berührungsfläche parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Werkstoffs verbleibt. Einer
der Lenker bildet einen Arm eines Winkelhebels, dessen anderer Arm mit dem Kolben eines doppelt wirkenden Zylinders
verbunden ist, so daß der Schuh bei Bewegung des Kolbens angehoben und gesenkt wird.
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Claims (1)
- Pa te η tans ρ r ü c h eHalte- und Nachführvorrichtung für einen Ultraschall-Fehlerdetektor, gekennzeichnet durch einen Haltearm (22) zur Halterung der Vorrichtung, ein am Werkstoff (2) angreifendes Glied (6), ein an diesem Glied montiertes Detektorelement (5) zur Feststellung von Werkstoff-Fehlern, ein Vierlenker-Gestänge (A, B, C, D) mit zwei praktisch parallelen Lenkern, die quer zu dem am Werkstoff angreifenden Glied auf Abstand * angeordnet sind und am einen Ende schwenkbar mit diesem Glied und am anderen Ende schwenkbar am Haltearm angebracht sind, wobei mindestens ein Lenker des Vier— lenker-Gestänges einen Arm eines Winkelhebels (7) bildet, dessen Schwenkpunkt eine der Schwenkverbindungen mit dem Haltearm darstellt und dessen anderer Arm davon absteht, einer doppelt wirkenden Zylinder (13) mit einem einen abstehenden Arm (9) aufweisenden und zum Ausfahren und Einfahren ^s abstehenden Arms auf Differenzdruck ansprechenden Kolben und eine zwischen den abstehenden Arm und das entfernte Ende des anderen Arms des Winkelhebels eingefügte Verbindungseinrichtung, um das am Werkstoff angreifende Glied beim Aus— und { Einfahren des abstehenden Arms in eine und aus einer Werkstoff-Berührungsstellung zu verlagern»2.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Arm des Winkelhebels (7) an dem vom Schwenkpunkt entfernten Ende mit einer eine Schwenkbewegung und eine begrenzte Linearbewegung des am Werkstoff angreifenden Glieds (6) zulassenden Stift-Schlitz-Verbindung (23) mit diesem Glied verbunden ist..- 12 -109826/08965· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein elastisch nachgebendes Mittel (10) zur Ermöglichung einer begrenzten Bewegung des am Werkstoff angreifenden Glieds (6) aufweist».4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf das Vorhandensein des zu untersuchenden Werkstoffs ansprechender Schalter zur Betätigung eines Ventils (20) vorgesehen ist, welches den an den doppelt wirkenden Zylinder (15) angelegten Druck regelt.5· Halte- und Nachführvorrichtung für einen Ultraschall— Fehlerdetektor, insesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4-, gekennzeichnet durch einen Hai— tearm zur Halterung der Vorrichtung, einen tragenden, an dem zu untersuchenden Werkstoff angreifenden Schuh, ein am Schuh montiertes Detektorelement zur Feststellung von Fehlern in dem zu untersuchenden Werkstoff, zwei Winkelhebel, die jeweils zwei Arme und einen Schwenkpunkt an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Armen aufweisen, zwei Lenkerglieder, wobei das abgewandte Ende des ersten Arms jedes Winkelhebels an gegenüberliegenden Seiten des Schuhs schwenkbar mit diesem verbunden und der Schwenkpunkt schwenkbar mit dem Haltearm verbunden ist und wobei die Lenkerglieder am einen Ende mit Abstand vom abgewandten Ende des ersten Arms schwenkbar an gegenüberliegenden Seiten des Schuhs und am anderen Ende schwenkbar am Haltearm angebracht sind, so daß der erste Arm und das Lenker— glied an jeder Seite praktisch parallel zueinander liegen, einen doppelt wirkenden Zylinder mit einem einen abstehenden Arm aufweisenden und zum Aus— und Einfahren des abstehenden Arms auf Differenzdruck ansprechenden- 13 ~109826/0896Kolben und eine den abstehenden Arm mit den abgewandten Enden der zweiten Arme der Winkelhebel verbindende Einrichtung zur Verlagerung des Schuhs in und außer Eingriff mit dem zu untersuchenden Werkstoff in Abhängigkeit vom Aus— und Einfahren des abstehenden Arms,6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die den abstehenden Arm mit den abgewandten Enden der zweiten Arme verbindende Einrichtung eine Federaufweist, die eine Bewegung der Winkelhebel in Ab— 'hängigkeit von Bewegungen des Schuhs zuläßt, wenn der zu untersuchende Werkstoff in Berührung mit dem Schuh unter diesem durchläuft.7e Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des einen Lenkerglieds mit dem Schuh eine Stift-Schlitz-Verbindung aufweist, die eine Schwenkbewegung und eine begrenzte Linearbewegung des Schuhs im Bereich der Verbindung unter einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Werkstoffs zuläßt o.109826/0896Leerseite
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