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Vorrichtung zur Messung kleiner Biegewinkel
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur messung kleinPr Biegewinkel,
mit einem Spiegel, der einfallendes Leicht reflektiert und dessen Orientierung sich
mit der Biegung des zu vermessenden Objektes ändert.
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Es sind viele Vorrichtungen zur Messung kleiner Biegewinkel bekannt.
Einige dieser Vorrichtungen messen die Durchbiegung über die Dehnung des Abstandes
zweier Punkte oder zweier Vorsprünge an dem zu vermessenden Gegenstand; diese Vorrichtungen
liefern jedoch keine besonders genauen Meßergebnisse. Andere Vorrichtungen erfordern
Laserl-cht, und sind schon wegen dieses erforderlichen Lasers sehr außendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung kleiner
Biegewinkel zu schaffen, welche nur einen geringen Kostenaufwand erfordert, auch
iiber längere Zeiten hin zuverlässig arbeitet und sehr genaue Winkelmeßwete liefert.
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Diese Aufgabe ist gemäß de Erfindung gelöst durch zwei punktförmige,
alternativ aufleuchtende Lichtquellen, die an verschiedenen Stellen m ßrennweiten-Ahstand
und im selden n rad allen Abstand von der Achse einer gemeinsamen Sammellinse angeordnet
sind, welche die von den Lichtquellen kommenden Strahlenbündel parallel und etwa
senkrecht auf den Reflektionsspiegel ausrichtet, und durch einen in der Achseraden
der Sammellinse anveordneten Detektor, welcher bei Orientierung des Reflexionsspiegels
in seiner Normallage von beiden Lichtquellen gleichviel Licht empfängt, und welcher
bei Verdrehung des Reflexionsspiegels aus seiner Mormallage von beiden Lichtquellen
unterschiedlich viel Licht empfängt.
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Der Detektor empfängt sowohl Umgebundlicht, als auch Licht von den
beiden Lichtquellen. Da das Umgebundlicht jeweils gleich stark ist, unabhängig davon,
welche der beiden alternativ leuchtenden Lichtquelle gerade leuchtet, kann dieser
Anteil des Umgebungslichtes leicht von beiden Lichtwerten abgezogen werden.
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l)a die beiden Lichtquellen außerhalb der Achse der gemeinsamen Sammellinse
angeordnet sind, fällt das von ihnen ausgehende Leicht nicht genau senkrecht auf
den Reflexionsspieel, welcher in seiner Normallage senkrecht zur Achse dieer gemeinsamen
Sammellinse angeordnet ist. Auf den Detektor wird deshalb stets auch ein Anteil
des Lichtes der
Lichtquellen entfallen, und zwar auch dann, wenn
der Spiegel sich in seiner normalen Orientierung befindet. D beide Lichtquellen
im selben radialen Abstand von der Achse der gemeinsamen Sammellinse angeordnet
sind wird auch dieser Lichtanteil der beiden Lichtquellen jeweils glech groß sein,
so daß auch dieser Lichtanteil von dem Lichtwert, welcher den Biegewinkel angeben
wird, abgezogen werden kann.
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Umgebungslicht und dieses in Normallstellung auffallende Licht der
beiden Lichtquellen ergeben zusammen den Nullwert.
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Verbiegt sich das zu vermessende Objekt, 0 wird auch die Orientierung
des starr mit ihm verbundenen Reflexionssplegels verändert. Damit wandert sich zwangsläufig
die gesamte Geometrie der AnordnlIng, und der Detektor wird von der ein nen Lichtquelle
mehr Licht empfangen als on der anderen Lichtquelle. Dieser Unterschied ist ein
Maß für die Biegung des zu vermessenden Objekts.
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7weckmäßigerwei se ist eine elektronische chaltunasanordnung vorgesehen,
welche aus der beim Detektor ankommenden unterschiedlichen Lichtmenge der beiden
Lichtquellen den Biegungswinkel errechnet und anzeigt.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Reflexionsspiegel
und dem Detektor eine Blende angeordnet. Diese Blende kann so angeordnet sein, daß
in der Normalstellung des Reflexlonsspiegels nur sehr wenig und jeweils ein gleich
großer Lichtanteil von den beiden Lichtquellen
auffällt.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der gemeinsamen
Sammellinse und dem Detektor eine Abbildungslinse vorgesehen. Diese Abbildungslinse
ermöglicht es, jedoch gewünschter Bedingung, die Lichtquellen scharf oder unscharf
auf dem Detektor abzubilder.
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Die Lichtquellen können einander diametral gegenüber der Achsgarden
der gemeinsamen Sammellinse angeordnet sein.
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Diese Ausbildungsform der Erfindung liefert besonders genaue Werte
fLir Biegewinkel, in deren Ebene die durch dle beiden Lichtquellen und durch die
Sammellinsenachse gebildete Gerade fällt.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung können zwiehen jeder
der Lichtquellen und der gemeinsamen Sarnmell ine jeweils ein Umlenkspiegel angeordnet
sein. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht es, die Lichtquellen tn einem
größeren Abstand von der Achse der gemeinsamen Sammellinse anzuordnen. Diese Ausführungsform
der Erfindung bietet dariber hinaus den anderen Vorteil, daß die Umlenkspiegel,
welche das Licht der Lichtquellen auf die gemeinsame Sammellinse lenken, gleichzeitig
als eine Blende für das von dem Spiegel auf den Detektor fallende Licht aus bildet
sei.l können.
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iach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen jeder
Lichtquelle und der gemeinsanen Sammellinse ein Graukeil angeordnet. Diese Weiterbildung
der Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß eine besonders genaue Änderung
der Orientierung des Reflexionsspiegels gemessen werden kann. Aufgrund der Gradationsänderung
des Grauspiegels ist es möglich, den bei Verdrehung des Reflexionsspiegels
auftretenden
Unterschied der Licnthelligkeitswerte der beiden Lichtquellen streng proportional
zur Verdrehung des Spiegels oder aber auch überproportional auszubilden. Auf diese
Weise ist es auch möglich, gerade in den Winkeländerungsbereichen, die besonders
genaue erfaßt werden müssen, einen überproportionalen LIchthelligkeitswertunterschied
entstehen zu lasser so daß dieser Winkelbereich besonders genau ausgemessen werden
kann.
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liach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Anordnung
zur Regelung der Helligkeit der Lichtquellen vorgesehen. Auch diese Weiterbildung
dient zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und insbesondere auch zur Erhaltung den Meßgenauigkeit
über längere Zeiträume. Die Anordnung zur Regelung der Helligkeit der Lichtquellen
umfaßt zweckmäßigerweise einen weiteren Detektor, welcher von beiden Lichtquellen
Licht empfängt. Diese Lichtquellen können jeweils über eine Linse auf diesem Regeldetektor
abgebildet werden.
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Zweckmäßigerweise ist dieser Regeldetektor mit einer Komparatorschaltung
verbunden, welche die Versorgungsspannung der schwacher leuchtenden Lichtquelle
erhöht.
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nie Lichtquellen selher können Leuchtdioden sein. Die mit der Zeit
auftretende Änderungen der Helligkeit der Leuchtdioden wird durch die genannte Regelanordnung
wieder ausgeglichen, so daß die rTeßgenauigkeit der Vorrichtung auch über größere
Zeiträume hinweg erhalten bleibt.
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Die gesamte Anordnung kann in einem Rohr angeordnet sein, welches
einen Dehnungs- und Biegeabschnitt umfaßt. Dieser Dehnungs- und Biegeabschnitt kann
z.B. ein Balg sein. Vor-
@eihafterweise ist das die Meßanordnung
enthaltende Rohr hermetisch abgeschlossen. In diesem Schutzrohr kann darüber hinaus
ein Schutzgas enthalten sein. Diese Weiterbildungen der Erfindung schließen eine
Verringerung der Meßgenauigkeit durch Staub oder andere Verschmutzungen vollständig
aus.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Vorrichtung zum Messen von Biegungen von Achten von Flugzeugrädern ausgebildet.
Aus der Durchbiegung Dieser Flugzeugradachsen kann dann sehr een.u das Gewicht der
Flugzeuge selber bestimmt werden, was bislang nicht t der gewünschten Genauigkeit
möglich war. Zu diesem Zwec kann die erfindungsgämaße Vorrichtung in einer Flugzeugradachse
angeordnet -ein. Besonders genaue Meßwerte für das Gewicht des Flugzeugs erhält
man selbstverständlich dann, enn in er FlugzeulTachse oder an jeder Flugzeugachse
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung kleiner Bieewinkel angeordnet ist.
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Der eine Abschnitt des Schutzrohrs der Neßvorrichtung kann tarr mit
einer Passung verbunden sein, die an einem Ende des Achsrohrs fest eingepaßt ist,
während der andere Abschnitt-des Schutzrohrs starr mit einer Passung verbunden st,
welche an dem anderen Ende der Flugzeugachse fest eingepaßt ist.
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Im Normalzustand ist die Meßvorrichtung so ausgerichtet, daß beide
Lichtquellen sich im radial gleichen Abstand von der AchEgeraden durch die gemeinsame
Sammellinse befindet.
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Wenn aufgrund der Belastung des Flugzeugs die Flugzeugachse durchgebogen
wird, werden die zuvor parallel zueinander ausgerichteten Passungen aus ihrer Lage
verdreht, so daß
sie einen Winkel zueinander bilden. Dieser Winkel
wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr genau gemessen und bildet einen
genauen Wert für das Gewicht des Flugzeugs.
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Die Passungen selber können Kreisscheiben sein, welche Durchbrüche
zur Durchführung vcn Kabeln etc. aufweisen.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Kontaktdruck
der Passungen in dem Achsrohr ferend und von Temperatur und Achsverformung unabhängig
ausgebildet. Die Passungen sind an den Kontaktstellen nach einer anderen Weiterbildung
der Erfindung mit weichem Metall beschichtet, welches sich unter dem Einpreßdruck
in das Kristallgefüge der Achse und der Passung eindrückt und eine Kaltverschweißung
ergibt; für diesen Zweck eignet sich zum Beispiel geglühtes Kupfer, welches durch
diesen Zweck eignet sich zum Beispiel geglühtes Kupfer, welches durch die Verformung
eine größere Härte erhält. Diese Ausführungsform bringt eine besonders vIte Verbindung
zwischen Passung und Achsrohr und damit eine erhöhte Meßgenauigkeit.
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Ebenso kann die Meßeinrichtung an vorhandenen Augen an der Flugzeugachse
oder dem Fahrgestellträger montiert werden und die Durchbiegung in Abhängigkeit
vom Flugzeuggewicht messen.
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Zusammenfassend wird nochmals auf die vielen Vorteile der Erfindung
hingewiesen: Sie liefert sehr genaue Absolutmessungen. Sie weist keine bewegten
Keile auf, sondern lediglich Festkörperbauteile. Als Bezugsgerade verwendet sie
einen masse- und trägheitslosen Lichtstrahl. Sie weist keine durch Reibung bedingte
Hysterese auf. Sie ist vibrationsunempfindlich tind erlaubt auch während des Flugs
eine problemlose Überprüfung der Nullpunktseinstellung der Gewichtsmessung und gegebenenfalls
eine Nacheichung. Sie ist ohne Änderung der Achsenkonstruktion der Flugzeugachsen
anwendbar.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Fig.1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer 'n einer Flugzeugachse angesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und Fig. 3 einen Schnitt durch eine in einer Flugzeugachse eingesetzten Vorrichtung,
und Fig. 4 eine der Figur 1 änliche Darstellung, bei welcher ein Komparatordetektor
zur Regellung der helligkeit der Lichtquellen rr. Bereich zwischen dem Reflexionsspiegel
und einem eßdete'.tor angeordnet ist.
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In Fig. 1 sieht man am linken Endbereich einen Spiegel 12, und in
einem rn Abstand vor diesem Spiegel 12 sieht man e ne Sammellinse 14, welche parallel
zu dem Spiegel 12 ausgerichtet ist. De Sammellinse 14 empfängt Lichtbündel, welche
von zwei Lichtquellen 16 und 16' ausgehen und über zwei Umlenkspiegel 18 und 18'
auf die Sammellinse 14 gerichtet ind. Hinter den Umlenkspiegeln 18 und 18' befindet
sich vor einer kleinen Abb ldungslinse 21 eine Blende 20. hinter der Abbildungslinse
21 befindet sich ein Detektor 22.
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Die Lichtquellen 16 und 16' sind diametral gegenüber der Achsgeraden
der Saumellinse 14 angeordnet, und zwar im gleichen Abstand von dieser Geraden.
Die von den beiden Lichtquellen
16 und 16' ausgehenden Strahlenbündel
werden durch die Sammellinse 14 etwa parallel gerichtet und fallen auf den Spiegel
12. In seiner normalen Lage, welche durch die ausgezogene Linie 12 dargestellt ist,
wird von dem Licht jeder Lichtquelle 16 und 16' ein gleich großer Anteil von dem
Reflexionsspiegel 12 zwischen die beiden Umlerkspiegel 18 und 18' hindurch auf die
Linse 21 geworfen und gelangt von dort auf den Detektor 22.
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Da beide Lichtquellen jeweils alternativ aufleuchten, empfängt der
Detektor 22 immer abwechselnd Licht von der Lichtquelle 16 und dann von der Lichtquelle
16'. Beide Lichtmengen sind dem Umgebungslichtanteil überlagert, so daß letzterer
ohne Schwierigkeiten abgezogen werden kann. In der dargestellten Anordnung des Reflexionsspiegels
12, erscheinen beide Lichtquellen 16 und 16' bei dem Detektor 7 mit gleicher Helligkeit.
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Per Reflexionsspiegel 12 ist starr mit einem Objekt 1. verbunden,
dessen Biegung gemessen werden soll. Bei einer Biegung des Objektes ändert sich
auch die Orientierung des Reflexionsspiegels 12. Dieser wird um den Winkel delta
verdreht, was durch gestrichelte Linien in Figur 1 angedeutet ist. Bei einer solchen
Verdrehung empfängt der Reflektor 24 von einer Lichtquelle mehr Licht als von der
anderen.
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Dieser Unterschied der Helligkeit der beIden Lichtqueffllen 16 und
16' kann von dem Detektor 22 sehr genau erfaßt werden. Dieser Unterschied bildet
ein höchst genaues Maß für die Änderung der Orientierung des Reflexionsspiegels
12.
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Mit einer nachgeordneten elektronischen Schaltung, welche .n den Figuren
nicht dargestellt sondern nur in Fig. 3 bei 57 angedeutet ist, wird aus diesem Lichthelligkeitsunterscl
ied
sehr genau die Biegung des Objekt:; ausgerech@et.
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Durch strichpunktierte Linien sind in Figur 1 symbolisch zwei Graukeile
26 und 26' dargestellt. Diese Graukeile ermöglichen eine erwünschte Änderung der
Lichtintensität innerhalb des Strahlenbündels, welche von den Lichtquellen 16 und
16' ausgehen. Auf diese Weise ist es möglich. die Lichthelligkeitsunterschiede,
wie sie bei dem Detektor 22 entstehen, proportional zur Änderung des Biegewinkels
oder auch überproportional oder in einem anderen gewünschten terhhltnis erscheinen
zu lassen.
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Die Lichtquellen 16 und 16' im Ausführungsbeispiel der Fiur 1 können
Leuchtdioden sein. Solche LED ändern mit der Zc;t ihre Leuchtintensität. Aus diesem
Grund ist eine Regeschaltung zur Regelung der Leuchthelligkeit der beiden Lichtquellen
16 und 16' vorgesehen. Zu diesen Zweck werden die Lichtquellen 16 und 16' über Sammellinsen
30 und 20' und über Umlenkspiegel 32 bzw. 32' auf enen Regeldetektor 33 abgebildet.
Dieser Regeldetektor 33 ist mit einer Vomperatorschaltung verbunden, nicht dargestellt,
welche dann, wenn die von den Lichtquellen 16 bzw. 16' ankommenden Lichtmengen unterschiedlich
sind, die Versorgungsspannung der schwächeren Lichtquelle erhöht bzw. die der stärkeren
Lichtquelle erniedrigt, so daß beide Lichtquellen wieder gleich hell leuchten.
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Dieser Regeldetektor ist im Ausführungsbeispiel hinter dem Detektor
22 angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß dieser Regeldetektor 33 auch
an irgend einer anderen
Stelle angeordnet sein kann, vgl. Fig.
4; entscheidend ist lediglich, daß er Licht von beiden Lichtquellen 16 und 16' unter
gleichen Pedingungen zugeführt erhält, so daß er tatsächlich genaue Messungen der
Leuchthelligkeitsunterschiede dieser beiden Lichtquellen liefert.
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In Fig. 2 sieht man eine schematische Darstellung eine@ erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welche in einer Achse 40 eines Flugzeugrades angeordnet ist. An einem
Ende des Achsabschnittes ist eine Passung 42 mit federnde. Pressitz in der Flugzeugachse
40 eingepaßt. Mit dieser Passung 42 ist starr der Meßkopf der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verbunden, welcher die Lichtquellen 16 und 16' und den Detektor 2? und
auch die gemeinsame Sammellinse 14 umfaßt. Arr: atideren Ende des Achsabschnitts
40 ist ebenfalls mit ferderndem Pre.sitz eine Passung 44 elngepaßt, mit welcher
der Spiegel 12 starr verbunden ist.
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In dieser Figur 2 ist die Flugzeugachse 40 stark durchgebogen dargestellt.
In dem betrachteten Abstand ist ihre untere Mantellinie um den Betrag Delta L verlängert,
während die obere Mantellinie um Delta L verkürzt ist. Aufgrund dieser Durchbiegung
der Achse 40 ändert sich dr r Winkel zwischen Meßkopf und Spiegel 12. Dieser dinkel
wtrf von der erfindungsgemaßen Vorrichtung sehr genau gemessen. Diese Winkelabweichung
von der normalen Lage ist ein höchst genaues Naß ftir das Gewicht des Flugzeugs.
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In der Fig. 3 ist nochmals ein etwas detaillierterer Schnitt durch
einen Flugzeugachsenabschnitt 40 dargestellt.
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Am linken Ende dieses Achsabschnitts 40 ist eine Passung 42 mit federndem
Kontaktsitz eingepaßt. Diese Passun- weist
einen Durchbruch 48
zur Durchführung von kabeln und dergleichen auf. Mit der Passung 42 ist starr e.n
Rohrabschnitt 52 verbunden, welcher über einen Dehnungs- und Biegebalg 54 rnit einem
weiteren Rohrabschnitt 56 verbunden ist. In dieser Rohranordnung 52, 54 und 56,
welche hermetisch abgesclossen ist, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung untergebracht.
In dem linken Rohrabschnitt befindet sich der Meßkopf 43, in welchem schematisch
die Lichtquellen 16,16', die Umlenkspiegel 18,18' und der Detektor 22 angedeute
sind Durch den Kasten 57 ist die Auswertelektronik angedeutet.
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Im rechten Rohrabschnitt 52 befindet sich der Spiegel 12, welcher
mit federndem Kontaktsitz in der Passung 44 eingepaßt ist.
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Die Passungen 42 und 44 sind an den Kontaktstellen 62 bzw.
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Es mit geglühten Kupfer beschichtet, welches sich unter dem Einpreßdruck
in das Kristallgefüge der Achse 40 und der Passungen 42 bzw. 44 eindrückt und eine
Kaltverschweissung ergibt.
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In der Fig. 3 sind ferner Spannkegel 66 dargestellt, welche einen
festen Sitz der Passungen 42 und 44 in dem Achsrohr 40 gewährleisten. Am rechten
Ende der Fig. 3 sieht man ein Gasfüllröhrchen 68, über welches ein Schutzgas in
cii hermetisch abgeschlossene Schutzrohrvorrichtung 52, 54, 56 eingeführt werden
kann. Am linken Ende der Figur sind elektrische Anschlüsse 69 schematisch angedeutet.
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Die Figur 4 ist der Figur 1 ähnlich, und gleiche Bauteile sind auch
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es eriibrigt
sich deshalb,
die gesamte Figur 4 zu beschreiben.
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Der wesentliche Unterschied der Figur 4 liegt darin, daß der Komparator-Detektor
33', welcher die Helligkeit der beiden Lichtquellen mit und miteinander vercleicht,
bei dieser Ausführungsform der Erfindung zwischendem Reflexionsspiegel und dem Meßdetektor
22 im Bereich der Achse der gemeinsamen Sammellinse 14 angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel
soll veranschaulichen, daß dieser Romr.arator-Detektor 33 bzw. 33' an irgend einer
geigneten Stelle angeordnet sein kann.
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L e e r s e i t e