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Pendelschlagwerk für Schlagbiege-
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und Schlagzugversuche Die Erfindung betrifft ein Pendelschlagwerk
für Schlagbiege- und Schlagzugversuche, mit im Rahmen vorgegebener Werte veränderbarem
potentiellem Arbeitsvermögen des Pendels und mit einer Einrichtung zur Messung der
von der Probe verbrauchten Schlagarbeit, bestehend aus einem sich mit dem Pendel
koaxial drehenden Markierungsring mit einer Winkelinkrementmarkierung und mindestens
einem feststehenden, auf die Winkelinkrementmarkierung ansprechenden und entsprechend
der Drehung des Pendels Winkelinkrementimpulse erzeugenden Lesegerät, sowie aus
einem Zähler zur digitalen Anzeige der verbrauchten Schlagarbeit.
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Bei einem aus der DT-OS 2 045 231 bekannten Pendelschlagwerk dieser
Art ist die Winkelinkrementmarkierung auf dem Markierungsring symmetrisch zur freihängenden
Nullstellung des Pendels angeordnet. Im Abschwung des Pendels aus der angehobenen
Ausgangsstellung wird durch die erste Hälfte der Winkelinkrementmarkierung der Zähler
vorwärtszählend auf einen der Fallhöhe des Pendels entsprechenden Wert gebracht.
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Der bis zur Nullstellung des Pendels erreichte Zählerstand wird im
anschließenden Aufschwung des Pendels rückwärtszählend durch die andere Hälfte der
Winkelinkrementmarkierung entsprechend der Steighöhe des Pendels nach dem Schlag
wieder verringert, so daß vom Zähler insgesamt ein Messwert proportional zur verbrauchten
Schlagarbeit angezeigt wird. - Ein aus der DT-OS 2 246 582 bekanntes anderes Pendelschlagwerk
der eingangs genannten Art besitzt eine sich über den Fallwinkel des Pendels erstreckende
Winkelinkrementmarkierung und zwei Lesegeräte, die einen Vor-RUckwärtszähler steuern.
Das erste Lesegerät erzeugt Winkelinkrementimpulse vom Beginn der Auslösung des
Pendels an bis zu dessen senkrechter Nullstellung. Diese Impulse gelangen verdoppelt
auf den Zähler und ergeben einen
Zählwert proportional der Fallhöhe
des Pendels.
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Danach liefert das zweite Lesegerät Winkelinkrementimpulse entsprechend
der Steighöhe des Pendels, und zwar sowohl während des Aufsteigens als auch des
Rückfallens des Pendels aus bzw. in seine senkrechte Nullstellung. Diese Impulse
werden rUckwärts gezählt, verringern also wieder den Zählerstand, so daß im Ergebnis
wiederum ein der verbrauchten Schlagarbeit proportionaler Wert angezeigt wird.
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Die Anzeige eines zur verbrauchten Schlagarbeit nur proportionalen
Zählwertes erfordert bei den bekannten Pendelschlagwerken eine umständliche und
zeitaufwendige Umrechnung des angezeigten Zählwertes auf den Absolutwert der Schlagarbeit.
Die dazu erforderlichen Umrechnungsfaktoren ändern sich bei Änderungen des potentiellen
Schlagvermögens des Pendels, wie sie durch Austausch von Pendeln verschiedener Pendelmasse
betriebsmäßig ohne weiteres möglich und in der Regel auch vorgesehen sind. Eine
unmittelbare bereichsrichtige und mit der Bereichsgröße leicht umstellbare Zähleranzeige
ist bei den bekannten Geräten nicht möglich. Hinzu kommt, daß die tatsächliche Fallhöhe
des Pendels durch die Zählung
der Winkelinkrementimpulse beim Abschwung
des Pendels zwar berücksichtigt, nicht aber separat festgehalten wird, und daß daher
keine einfache Möglichkeit besteht, die entsprechend dem Toleranzbereich der Ausgangslage
des Pendels von Versuch zu Versuch schwankenden Wert des potentiellen Arbeitsvermögens
des Pendels exakt zu bestimmen. Diese Ungenauigkeiten gehen als Fehler in die aus
der tatsächlichen Zähleranzeige errechneten Absolutwerte der verbrauchten Schlagarbeit
ein.
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Aus der DT-PS 925 626 ist eine Einrichtung zur Umschaltung von Kraft-
und Dehnungszählbereichen an Prüfmaschinen bekannt, bei der durch eine antreibende
Welle ein Kontaktsystem betätigt wird, das beim Umlauf der Welle elektrische Impulse
auslöst. Die Zahl der Impulse Je Umlauf läßt sich stufenweise verändern, und zwar
dadurch, daß das Kontaktsystem aus mehreren einzelnen Kontakteinrichtungen besteht,
die wahlweise eingeschaltet werden können. Jede Kontakteinrichtung liefert bei einem
Umlauf eine bestimmte Zahl von Impulsen, und die Impulszahlen der verschiedenen
Kontakteinrichtungen verhalten sich wie die gewünschten Bereiche. Die Kontakteinrichtungen
liegen
alle an einem gemeinsamen Zuführungskontakt, jedoch besitzt jede einen eigenen Abnahmekontakt.
Durch die antreibende Welle werden sämtliche Kontakteinrichtungen, d. h. das ganze
Kontaktsystem, gleichzeitig betätigt; die Umschaltung geschieht lediglich durch
das Auswählen einer bestimmten Kontakteinrichtung mittels eines Wahlschalters. -
Wollte man eine derartige Einrichtung sinngemäß auf ein Pendelschlagwerk der eingangs
genannten Art zum Zwecke einer bereichsrichtigen Zähleranzeige übertragen, so müßten
für jeden Bereich ein eigener Markierungsring und eigene Lesegeräte vorgesehen werden,
und die Winkelinkrementmarkierungen der verschiedenen Markierungsringe wären entsprechend
den gewünschten Bereichen unterschiedlich zu teilen.
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Das würde im Ergebnis zu komplizierten und sehr aufwendigen Geräten
führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eh Pendelschlagwerk der
eingangs genannten Art mit einer auf verschiedene Bereiche des potentiellen Pendelarbeitsvermögens
leicht umstellbaren und in Jedem Bereich bereichsrichtigen Zähleranzeige auszustatten,
eo daß der Zähler in allen Bereichen unmittelbar die in einer geeigneten
Arbeitseinheit
(Joule) ausgedrückte verbrauchte Schlagenergie anzeigt.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Zähler
verschiedene, den möglichen Werten des Pendelarbeitsvermögens ventsprechende Zählbereichswerte
zugeordnet sind, daß in diesen Zählbereichswerten die der Ausgangsfallhöhe des Pendels
entsprechende Zahl von Winkelinkrementimpulsen als ein gemeinsamer Teiler enthalten
ist, und daß ein Zählimpulsgeber vorgesehen ist, der für jeden Winkelinkrementimpuls
so viele Zählimpulse für den Zähler erzeugt, wie der Teiler im Jeweils geltenden
Zählbereichswert enthalten ist0 Die Zählbereichswerte sind Zahlen, die numerisch
gleich dem in der Arbeitseinhelt ausgedrückten Wert des für den jeweiligen Bereich
geltenden potentiellen Pendelarbeitsvermögens sind. Der Zählimpulsgeber vervielfacht
die Winkelinkrementimpulse in jedem Bereich so, daß die der Ausgangsfallhöhe entsprechende
Anzahl der Winkelinkrementimpulse eine numerisch mit dem Zählbersichswert dbereinstimmende
Anzahl von Zählimpulsen ergibt. Im Ergebnis
ist in jedem Bereich
jede im Zähler angezeigte Zahl unmittelbar als Arbeitswert in der gewählten Arbeitseinheit
ablesbar. Eine wegen ihres besonders einfachen Schaltungsaufbaus bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Zählimpulse wesentlich
höher als die der Winkelinkrementimpulse ist, und daß dem Zählimpulsgeber ein die
Zählimpulse zählender Steuerzähler zugeordnet ist, der den durch jeden Winkelinkrementimpuls
ausgelösten ZählimpulsgebBr ab- und sich selbst zurückstellt, wenn die dem geltenden
Zählbereichswert entsprechende Zahl der Zählimpulse je Winkelinkrementimpuls erreicht
ist. Durch die höhere Frequenz der Zählimpulse sind die entsprechend dem jeweiligen
Impulsverhältnis von jedem Winkelinkrementimpuls ausgelösten Zählimpulse bereits
verarbeitet, ehe der nächste Winkelinkrementimpuls folgt. Es bedarf daher keiner
aufwendigen Impuls speicher und es genügt für die Impulsvervielfachung ein einfacher
Steuerzähler. Dieser ist vorzugsweise ein Rückwärtszähler, dessen Zählanfangswert
auf die dem geltenden Zählbereichswert entsprechende Zahl der Zählimpulse Je Winkelinkrementimpuls
einstellbar ist und der bei Erreichen des Nullwertes den Zählimpulsgeber ab- und
sich selbst auf den eingestellten Zählanfangswert zurückstellt.
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Eine weitere Vereinfachung ist im Rahmen der Erfindung dadurch möglich,
daß die Winkelinkrementmarkierung nur nach dem Schlag und im Aufschwung des Pendels
über das ihr zugeordnete Lesegerät Winkelinkrementimpulse entsprechend der Steighöhe
des Pendels erzeugt, und daß der die verbrauchte Schlagarbeit anzeigende Zähler
ein Rückwärtszähler ist, dessen Zählanfangswert auf den geltenden Zählbereichswert
einstellbar ist. Dann erübrigt sich eine Impulszählung sowohl beim Abschwung des
Pendels aus der Ausgangslage im ersten Viertel der Pendelschwingung als auch beim
Rückfall des Pendels im dritten Schwingungsviertel. Letzteres ist besonders dann
vorteilhaft, wenn die Probe im Schlagversuch nicht vollständig abgeschlagen wird
und dadurch in Fallbahn des Pendels nach dem ersten Erreichen der Steighöhe versperrt
ist.
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Die Berücksichtigung von Winkelinkrementimpulsen in diesem Bereich
würde den Meßwert fälschen. Um im übrigen sicher zu stellen, daß das Pendel vor
Beginn des Schlagversuches exakt seine Ausgangsstellung in der vorgeschriebenen
Ausgangshöhe einnimmt, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Markierungsring
mit zusätzlichen Steuermarkierungen versehen, die bei in der richtigen Ausgangslage
stehendem Pendel ein Signal
für die Freigabe des Schlagversuches
auslösen.
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Die Bereichsumstellung kann einfach und schnell erfolgen, wenn im
Rahmen der Erfindung ein die Zählbereichswerte und die ihnen zugeordneten Impulsverhältniswerte
zwischen Zähl- und Winkelinkrementimpulsen enthaltender Festwertspeicher vorgesehen
ist, und mittels eines Meßbereichswählers die Zähler aus dem Festwertspeicher auf
die dem gewählten Meßbereich entsprechenden Speicherwerte einstellbar sind. Die
Zählbereichswerte und die Impulsverhältniswerte sind im Festwertspeicher entsprechend
den möglichen Bereichen programmiert und können am Meßbereichwähler vom Benutzer
über Drucktasten ausgewählt werden, wonach die Einstellung der Zähler entsprechend
den gewählten Werten automatisch erfolgt.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen in der Pendelachse
geführten Vertikalschnitt
durch ein Pendelschlagwerk nach der
Erfindung bei frei herabhängendem Pendel, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II -
II durch das Pendelschlagwerk nach Fig. 1 mit in die Ausgangslage angehobenem Pendel,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Markierungsträger des Pendelschlagwerkes nach den
Fig. 1 und 2, entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Pendellage, Fig. 4 ein Blockschaltbild
zur Erläuterung der Impulsverarbeitung und Meßwertbildung bei einem Pendelschlagwerk
nach den Fig. 1 bis 3.
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Das in der Zeichnung dargestellte Pendelschlagwerk besteht zunächst
aus dem Gestell 1, der Schabotte 2 und einem im Übergang von der Schabotte zum Gestell
befindlichen Auf-und Widerlager 3 für die Schlagproben. Im Gestell 1 ist in Lagern
4 auswecheelbar das Pendel 6 gelagert, das aus einer Pendelstange 7 und dem Hammer
8 besteht. Die Drehachse 5 des Pendels 6 ist fest mit der Pendelstange 7 verbunden,
nimmt
also an der Drehung des Pendels teil. Diese Drehachse 5 ist am einen Ende aus dem
Drehlager 4 herausgeführt und trägt dort unverdrehbar einen Markierungsträger 9,
der im Ausführungsbeispiel als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist.
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Dieser Markierungsträger 9 trägt einerseits einen Markierungsring
11 mit einer Winkelinkrementmarkierung 12 und Steüermarkierungen 22 in Form begrenzter
Felder, ferner in einer zum Markierungsring 11 konzentrischen inneren Kreisbahn
13 (in der Zeichnung gestrichelt dargestellt) Winkelmarkierungen 14, die im Ausführungsbeispiel
Winkelauslenkungen des Pendels 6 aus seiner freihängenden Vertikallage um 10, O
900 und 1600 kennzeichnen.
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Bei der Drehung des Pendels 6 läuft der Markierungsring 11 an einem
auf die Winkelinkrementmarkierung 12 ansprechenden feststehenden Lesegerät 15 vorbei.
Die durch die vorbeilaufenden Winkelinkrementmarken im Lesegerät 15 erzeugten Impulse
werden in einer noch zu beschreibenden beispielsweise auf einer Platine 16 montierten
elektronischen Schaltung datenmäßiglverarbeitet. Das Ergebnis
wird
digital in einer durch ein Fenster 17 sichtbaren Zählanzeige 10 angezeigt. Die Anzeige
entspricht unmittelbar der im Schlagversuch verbrauchten Schlagarbeit des Pendels
6, ausgedrückt in einer geeigneten Energieeinheit, wie beispielsweise Joule.
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Die Steuermarkierungen 22 erzeugen bei ihrem Vorbeilauf an den Lesegeräten
15 und 23 ebenfalls elektrische Impulse, wobei das Lesegerät 22 derart angeordnet
ist, daß in den Lesegeräten 15 und 23 gleichzeitig Impulse erscheinen, wenn sich
das Pendel 6 exakt in seiner in Fig. 2 dargestellten angehobenen Ausgangslage befindet.
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Diese Impulskoinzidenz kann zur Erzeugung eines den Schlagversuch
freigebenden Signales in optischer, akustischer und/oder anderer geeigneter Form
dienen.
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Dazu sind in Fig. 4 ein Koinzidenzglied 24 und eine Signallampe 25
vorgesehen.
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Im Bereich der die Winkelmarkierungen 14 enthaltenden Kreisbahn 13
ist ein gegenüber dem Markierungsträger 9 feststehender Zeiger 18 in Form einer
Ablesemarke angeordnet, um bestimmte Winkelstellungen des Pendels 6 einstellen und
überwachen zu können. Die Winkelmarke 1600 gibt beispielsweise denJenigen Winkel
an, um den das Pendel
aus seiner vertikal hängenden Lage vor Ausführung
des Schlagversuches angehoben wird, und der daher die Fallhöhe des Pendels und damit
in Verbindung mit der Pendelmasse sein potentielles Arbeitsvermögen bestimmt.
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Weitere wichtige Winkelstellungen des Pendels 6 sind durch die Wlnkelmarken
9 und gegeben. Diese Winkelstellungen des Pendels werden benötigt, um die sog.
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reduzierte Pendellänge des Schlagwerkes zu berechnen, die eine Gerätekonstante
darstellt. Sie ist gleich dem Abstand des Schwingungsmittelpunktes des Pendels von
seiner Drehachse. Sie wird aus der Schwingungszeit des Pendels errechnet, wobei
die Auslenkung des Pendels während der Schwingungen nicht größer als 'O sein und
der Schwingungsausschlag während der Zeitmessung nicht unter 10 abklingen darf.
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Der Markierungsträger 9 und die Lesegeräte 15 und 23 einschließlich
der elektronischen Schaltungsteile sind durch eine Schutzhaube 19 abgedeckt, die
an einer mit dem Gestell 1 festverbundenen Platte 20 gehalten ist. In der Schutzhaube
19 befindet sich ein Fenster 21 durch das hindurch die Winkelmarkierungen 14 auf
dem Markierungsträger 9 sichtbar sind. An oder in dem Fenster 21 ist der Zeiger
18 angebracht,
so daß die Koinzidenz der verschiedenen Winkelmarkierungen
14 mit der Ablesemarke 18 jederzeit geprüft werden kann. Im einzelnen besitzt das
Fenster 21 zwei sich in Bezug auf den Markierungsträger 9 gegenüber liegende Öffnungen,
nämlich eine Eintrittsöffnung 21a und eine Austrittsöffnung 21b.
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Der Markierungsträger 9 selbst besteht aus einem optisch transparenten
Werkstoff. Es besteht daher die Möglichkeit, mit Hilfe eines die beiden Öffnungen
21a, 21b des Fensters 21 und den transparenten Markierungsträger 9 durchdringenden
Lichtstrahles die Koinzidenz bestimmter Winkelmarkierungen 14 mit der Ablesemarke
18 automatisch festzustellen bzw. zu prüfen.
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Im einzelnen besitzt das Lesegerät 15 zwei in Fig. 4 bei 14a, 14b
angedeutete Leseköpfe, die auf je eine eigene Markierungsreihe 12a, 12b der Winkelinkrementmarkierung
12 ansprechen. Die Marken der Markierungsreihen 12a und 12b sind in Umfangsrichtung
des Markierungsträgers 9 geringfügig gegeneinander versetzt. Je nach Drehsinn des
Markierungsträgers 9 sind daher die den Reihen 12a und 12b entsprechenden Impulse
der Leseköpfe
14a, 14b zeitlich gegeneinander versetzt. Aus dieser
Impulsversetzung wird in einem Schaltglied 26 die Drehrichtung des Markierungsträgers
9 ermittelt und die Impulsverarbeitung nur ausgeführt, während das Pendel von seiner
senkrechten Null-Lage im ersten Durchschwung aufsteigt. Das Schaltglied 26 ergibt
dann während dieser Schwingungsphase des Pendels für jede Doppelmarke der Ringe
12a, 12b einen Winkelinkrementimpuls ab. Jeder dieser Winkelinkrementimpulse startet
Jeweils aufs Neue einen Zählimpulsgeber 27, dessen Impulsfrequenz wesentlich höher
als die Frequenz der Winkelinkrementimpulse ist. Die im Ausgang 30 des Zählimpulsgebers
erscheinenden Zählimpulse werden in einem Steuerzähler 28 und einem den Meßwert
ermittelnden Zähler 29 gezählt. Beide Zähler 28, 29 sind im Ausführungsbeispiel
Rückwärtszähler, die von einem eingegebenen Zählanfangswert ausgehend rückwärtszählen,
also die Anzahl der empfangenen Zählimpulse vom Zählanfangswert abziehen. Erreicht
der Steuerzähler 28 auf diese Weise den Wert Null, 8o stoppt er den Zählimpulsgeber
27 und stellt sich selbst auf den ursprünglichen Zählanfangswert zurück. Wegen der
hohen Frequenz des Zählimpulsgebers 27 erfolgt die Impulszählung im Steuerzähler
28, seine eigene Rückstellung und das Stillsetzen des Zählimpulsgebers
27
so schnell, daß der Zählimpulsgeber 27 und der Steuerzähler 28 nach Jedem auslösenden
Winkelinkrementimpuls längst zur erneuten Auslösung vorbereitet sind, wenn der nächste
Winkelinkrementimpuls im Einng des Steuerimpulsgebers 27 erscheint.
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Im Ergebnis empfängt der Meßwert zähler 29 für jeden Winkelinkrementimpuls
so viele Zählimpulse, wie der Zählanfangswert im Steuerzähler 28 angibt.
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Der Zählanfangswert des MeBwertzählers 29 wird gleich dem Zählbereichswert
gesetzt, der dem jeweiligen Bereich des Pendelarbeitsvermögens entspricht. Sind
beispielsweise Pendel 6 mit einem potentiellen Arbeitsvermögen von 0,5 Joule, 1
Joule, 2 Joule und 4 Joule verfügbar und soll eine vierstellige Anzeige des Meßwertes
möglich sein, so betragen die entsprechenden Zählbereichswerte 500, 1.000, 2.000und
4.000 (ohne Berücksichtigung des Festkommas). Auf diese Werte kann somit der Zählanfangswert
des Zählers 29 eingestellt werden, was in Fig. 4 durch Eintragen der entsprechenden
Ziffer in dem den Zähler 29 darstellenden Block angedeutet ist. Der größte gemeinsame
Teiler dieser vier
Werte ist die Zahl 500. Dieser Teiler ist den
Zählbereichswerten 1-, 2-, 4- und 8- mal enthalten. Für den Meßbereich 0,5 Joule
ist daher der Zählanfangswert des Steuerzählers 28 auf 1, für den Meßbereich 1 Joule
auf 2, für den Meßbereich 2 Joule auf 4, und für den Meßbereich 4 Joule auf 8 einstellbar.
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Das bedeutet, daß der Zählimpulsgeber 27 für jeden Winkelinkrementimpuls
im ersten Fall nur einen, im zweiten Fall zwei, im dritten Fall vier, und im vierten
Fall acht Impulse erzeugt, ehe er vom Steuerzähler 28 über die Verbindung 31 wieder
gestoppt wird. Die den geltenden Bereichen zugeordneten Zählanfangswerte für die
Zähler 28, 29 können durch Knopfdruck an einem Bereichwähler 32 gesetzt werden,
wozu sie in einem Festwertspeicher 33 bereitgehalten werden. Die Anzeige des Meßwertzählers
erfolgt (einschließlich des Festkommas) in einer Anzeigeeinheit 10. Unter den beschriebenen
Verhältnissen ergibt der Meßbereich 1 Joule auch eine Anzeige der verbrauchten Schlagenergie
in Prozent des tatsächlichen Pendelarbeitsvermögens. Wird daher nur eine prozentuale,
keine absolute Meßwertanzeige verlangt, so kann dieser Meßbereich ohne Rücksicht
auf die tatsächliche Größe des Pendelarbeitsverm.ögens gewählt werden.
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Im Ergebnis ergibt sich folgende Funktionsweise: Die Winkelinkrementmarkierung
12 liefert über den maximalen Drehwinkel (1600) des Pendels 6 fünfhundert Winkelinkrementimpulse.
Die Zählung dieser Impulse beginnt in der senkrechten Lage des Pendels und endet
bei der ersten Umkehr des Pendels nach Erreichen der Steighöhe. Durch jeden dieser
Winkelinkrementimpulse wird derZählimpulsgeber 27 freigegeben. Dieser steuert die
Rückwärtszähler 28, 29, die zuvor auf ihre Zählanfangswerte durch entsprechende
Wahl des Bereiches am Bereichwähler 32 gesetzt worden sind. Mit Jedem Winkelinkrementimpuls
wird der Meßwertzähler 29 um so viel Zähleinheiten verringert, wie der Anfangswert
am Steuerzähler 28 beträgt. Der dazu vom Zähler 28 jedesmal durchzuführende Zähl-,
Setz-und Stoppvorgang ist wegen der hohen Frequenz des Zählimpulsgebers 27 mit Sicherheit
abgeschlossen, bevor ein neuer Winkelinkrementimpuls erscheint. Durch Wahl des Meßbereiches
4 Joule wird beispielsweise der Zähler 29 auf den Zählanfangswert 4.ovo, der Zähler
28 auf den Zählanfangswert 8 gesetzt, so daß mit jedem Winkelinkrementimpuls im
Zähler 29 acht Zähleinheiten ausgehend vom Anfangswert 4.000 abgezogen werden.
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Das in der Koinzidenzeinheit 24 erzeugte Freigabesignal kann auch
dazu dienen, die beschriebene Zählschaltung in Bereitschaft zu setzen. Der Zählvorgang
und die Meßwertbildung können dann verhindert werden, wenn das Pendel nicht exakt
seine Ausgangslage angenommen hatte.