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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die beim Kugelstrahlen
die Intensität
während
der Durchführung
des Kugelstrahlens bestimmen kann, und bezieht sich ferner auf ein
Ersatzteil bzw. eine Austauscheinheit für die Vorrichtung.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Üblicherweise
wird der Grad, mit dem das Kugelstrahlen ausgeführt wird, mit Hilfe eines Verfahrens
zur Bestimmung der mittleren Intensität des Aufprallstoßes von
Strahlmittelkörnern
oder mit Hilfe eines Verfahrens zur Bestimmung der Intensität des Aufprallstoßes gemessen.
Bei dem Verfahren zur Bestimmung bzw. zur Beobachtung der mittleren
Intensität
des Aufprallstoßes
von Strahlmittelkörnern
biegt sich ein Abschnitt einer dünnen
Stahlplatte zurück, während die
Strahlmittelkörnern
bzw. Projektile aufprallen und es wird dann die Höhe der Durch-
bzw. Abbiegung (die Höhe
des Bogens) mit Hilfe eines Messgeräts bestimmt. Bei dem Verfahren
zur Bestimmung der Intensität
des Aufprallstoßes
von Strahlmittelkörnern
werden die Strahlmittelkörner
auf ein Stück
dünnen
Stahlblechs geschleudert worauf ein Bild der in der Stahlplatte
durch die Strahlmittelkörner
erzeugten Vertiefungen aufgenommen wird, um die Tiefe oder Fläche der
Vertiefungen zu bestimmen.
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Da
jedoch die Stahlplatten bei beiden Verfahren nach der Durchführung des
Kugelstrahlens zur Beobachtung herausgenommen werden, stehen sie während der
Durchführung
des Kugelstrahlens nicht zur Verfügung, während dessen die Strahlmittelkörner beobachtet
werden, so dass das Kugelstrahlen unter optimalen Bedingungen durchgeführt wird,
obwohl sie zur Vorherbestimmung der optimalen Bedingungen für das Kugelstrahlen
geeignet sind.
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Der
Anmelder hat folglich eine Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität des Kugelstrahlens
offenbart, die in der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 456 520 A1 beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst ein
Bauteil zum Fortleiten des Aufprallstoßes, das als ein Körper oder
als miteinander verbundene Körper
eines Kugelstrahlaufprallabschnitts zur Erzeugung einer elastischen
Welle beim Aufprall eines Strahlmittelkorns und eines Fortleitungsabschnitts
zum Fortleiten der erzeugten elastischen Welle aufgebaut ist, ein äußeres Gehäuse mit
U-förmigen Querschnitt,
das das Bauteil zum Fortleiten des Aufprallstoßes überbrückt und mit dem es verbunden
ist, einem mit dem Bauteil zum Fortleiten des Aufprallstoßes verbundenen
Messwandler zur Aufnahme der sich ausbreitenden elastischen Welle,
zu deren Umwandlung in ein Hochfrequenzsignal und zu deren Ausgabe,
und einer Messschaltung mit einem Zählschaltkreis, der mit dem
Messwandler zur Bestimmung der Anzahl erzeugter Einzelwellen der Hochfrequenzsignale
verbunden sind, und einen Schaltkreises zur Bestimmung eines Spitzenwerts
für die
Bestimmung der Spitzenwerte der Einzelwellen der Hochfrequenzsignale.
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Diese
Vorrichtung ist jedoch groß und
ist in einzelnen Fällen
schwer zu handhaben. Fernerhin ist deren Transportfähigkeit
und Arbeitseffizienz gering.
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Da
ferner das seit neuem übliche
Kugelstrahlen mit feinen Strahlmittelkörnern (z.B. mit einem Durchmesser
von 20–150 μm) eine große Anzahl
von Strahlmittelkörnern
verwendet, kann die zuvor erläuterte
Vorrichtung die Signale jeder Kollision als einer Einzelwelle nicht
verarbeiten. Daher unterbleibt die Messung der Intensität beim Kugelstrahlen.
Aufgrund dieses Problems hat der Anmelder in der japanischen Patentanmeldung
JP 2000-94330 A
eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen
beschrieben, die feines Strahlmittel einsetzt. Bei diesen bekannten
Vorrichtungen zur Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen neigt
das Ausgangssignal dazu, sich zu verändern oder durch jeweilige
Veränderungen
der Temperatur beeinflusst zu werden. Deren Wartung nimmt viel Zeit
in Anspruch. Als ein Ergebnis ehrgeiziger Untersuchungen dieser
Probleme haben die Erfinder die vorliegende Erfindung gemacht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme gemacht.
Ihr Zweck ist es, eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung
der Menge und der Intensität
des Strahlmittels während
des Kugelstrahlens, das tragbar ist und effektiv arbeitet, zu schaffen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine Austauscheinheit bzw.
ein Ersatzteil für
die Vorrichtung zu schaffen, für
die die ursprüngliche
Einstellung und Wartung leicht möglich
sind.
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Zur
Erzielung des genannten Zwecks ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen
durch Bestimmung der Menge des Strahlenmittels, das auf die Vorrichtung
aufgeprallt ist, oder der Intensität des aufprallenden Strahlmittels
oder beider, umfassend:
- – ein kastenförmiges Gehäuse mit
einer Öffnung in
einem oberen Teil davon;
- – ein
unterhalb des oberen Teils des Gehäuses angeordnetes nachgiebiges
Teil;
- – ein
Stützteil 4,
das nachgiebig innerhalb des Gehäuses
zwischen dem nachgiebigen Teil und einer innerhalb des Gehäuses befestigten
ersten Schraubenfeder abgestützt
ist, bei dem das Stützteil
einen unteren Abschnitt und einen hohlen oberen Abschnitt aufweist,
von denen der hohle, obere Abschnitt eine darin befestigte zweite
Schraubenfeder und einen an der zweiten Schraubenfeder befestigten
mittleren Stützabschnitt
aufweist, und bei dem die erste Schraubenfeder durch eine große Last
verformbar ist und die zweite Schraubenfeder durch eine im Verhältnis zur
ersten Schraubenfeder geringere Last verformbar ist;
- – einen
Körper
zum Fortleiten des Aufprallstoßes, der
in dem hohlen, oberen Abschnitt des Stützteils befestigt ist, wobei
der Körper
zum Fortleiten des Aufprallstoßes
durch das nachgiebige Teil hindurch reicht, um die Öffnung am
oberen Teil des kastenförmigen
Gehäuses
abzuschließen,
und wobei der Körper
zum Fortleiten des Aufprallstoßes
beim Aufprallen einer Kugel auf dem nachgiebigen Teil eine elastische
Welle erzeugt und fortleitet;
- – einen
Messwandler zur Aufnahme der von dem Körper zum Fortleiten des Aufprallstoßes fortgeleiteten
elastischen Welle und zum Umwandeln der elastischen Welle in ein
Hochfrequenzsignal, der in dem hohlen oberen Abschnitt angeordnet und
nachgiebig von der zweiten Schraubenfeder über den mittleren Stützabschnitt
so aufgenommen ist, dass eine obere Seite des Messwandlers eine
untere Seite des Körpers
zum Fortleiten des Aufprallstoßes
berührt;
und
- – ein
durch das Stützteil
hindurchreichendes Kabel, dessen eines Ende mit dem Messwandler verbunden
ist und dessen anderes Ende an eine Messschaltung angeschlossen
ist;
- – bei
der die obere Seite des Messwandlers die untere Seite des Körpers zum
Fortleiten des Aufprallstoßes
direkt berührt,
ohne dass auf den Kontaktflächen
ein Klebstoff verwendet ist, und
- – bei
der die Kontaktflächen
der oberen Seite des Messwandlers und der unteren Seite des Körpers zum
Fortleiten des Aufprallstoßes,
die einander berühren,
eine mittlere Rauhigkeit von 3 μm
oder weniger aufweisen.
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Vorteilhafte
weitere Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
2 bis 6 angegeben.
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Zur
Erzielung des angegebenen weiteren Zwecks umfasst das Ersatzteil
zur Verwendung in der zuvor angegebenen Vorrichtung das hohle Stützteil einschließlich der
zweiten Schraubenfeder, den Messwandler und den Körper zum
Fortleiten des Aufprallstoßes.
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Aufgrund
dieser Ausbildung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
die Menge und die mittlere Aufprallintensität des Strahlmittels während der
Durchführung
des Kugelstrahlens ohne Beeinflussung durch die Temperatur bestimmt
werden. Ferner hat die Vorrichtung Vorteile in Bezug auf die Transportierbarkeit
und die Arbeitseffizienz.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass der Grund für die Veränderung des Ausgangssignals der
bekannten Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen,
insbesondere bei der Verwendung von feinem Strahlmittel, darin liegt,
dass ein Klebemittel zwischen den Kontaktflächen des Körpers zum Fortleiten des Aufprallstoßes und
dem Messwandler eingesetzt wird. Zur Vermeidung jeglichen Effekts
der Temperatur haben sie folglich den Oberflächenkontakt bei Verwendung
eines nachgiebigen Stützkörpers gewählt. Der
Grund, dass die Wartung viel Zeit in Anspruch nimmt, liegt darin,
dass es während
der Wartung Probleme, wie das Lösen der
Kontaktflächen
aufgrund der zwischen ihnen verwendeten Klebstoffe, gibt.
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Ferner
wird es aufgrund der Austauscheinheit bzw. des Ersatzteils gemäß der Erfindung
leichter sein, die Vorrichtung zu warten, da die Wartung lediglich
das Testen des Ersatzteils nötig
macht.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Blockschaltbild einer Messschaltung, die in der in 1 dargestellten
Vorrichtung eingesetzt wird.
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3 ist
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem mittleren
Ausgangssignal und dem Aufprallimpuls.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Mit
Bezug auf die Erfindung bezeichnet Strahlmittelkörner Projektile jeder Größe und jeden Materials,
die zum Kugelstrahlen verwendet werden können. Ein kastenförmiges Gehäuse bezeichnet
ein Gehäuse
mit einem Hohlraum darin. Es kann von jeder kastenförmigen Gestalt
sein, wie z.B. eine quadratische oder polygonale Säule, eine
zylindrische Säule
oder ein Parallelepiped. Ferner ist die Öffnung des Gehäuses vorzugsweise
rund um die Bearbei tung zu erleichtern, wenn auch jede andere Formgebung
möglich
ist. Wenn die Größe der Öffnung sich im
Bereich von 20 bis 100 mm im Durchmesser bewegt, so ist dies eine
besonders geeignete Größe zur Bestimmung
der teilweisen Kugelstrahlfähigkeit.
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Der
Grund für
das nachgiebige Abstützen des
Stützteils,
des Körpers
zum Fortleiten des Aufprallstoßes
und des Messwandlers durch das nachgiebige Teil und die erste und
zweite Schraubenfeder besteht darin, elastische Wellen, die gerade
durch die Kollision des Strahlmittels mit dem Körper zum Fortleiten des Aufprallstoßes erzeugt
worden sind, fortzuleiten. Wenn die erste Schraubenfeder eine durch
eine große
Last deformierbare Schraubenfeder ist und wenn die zweite Schraubenfeder
eine Schraubenfeder ist, die durch eine im Vergleich hierzu geringe
Last verformbar ist, so hat dies den Vorteil, dass eine stabile
Messung durchführbar
ist.
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Das
Stützteil
oder hohle Stützteil
bezeichnet ein Teil, das den den Stoß fortleitenden Körper oder den
Messwandler oder beide abstützt.
Jegliches Material kann hierfür
eingesetzt werden. Wenn der den Aufprallstoß fortleitende Körper aus
einem superharten Material, Keramik, einem wärmebehandelten Metall (z.B.
Werkzeugstahl, Hochgeschwindigkeitsstahl, und Gesenk- bzw. Matrizenstahl)
oder nicht wärmebehandeltem
Nicht-Eisenwerkstoff (z.B. einer Legierung aus Aluminium) gefertigt
ist, ist es gegen Abrieb resistent und würde eine längere Lebensdauer haben. Der
Messwandler kann von jeder beliebigen Bauart sein, solange er schnell
aufeinander folgend elastische Wellen in sehr kurzen Zeitabständen (z.B. von
5 ms) in elektrische Signale wandeln kann. Es kann ein piezoelektrisches
Element wie beispielsweise ein AE Sensor, ein Kristall oder Lithiumsulfat
sein. Ein elektrostriktives Element wie beispielsweise Bariumtitanat
oder ein Zirkonbleititanat, ein Hochfrequenzwandlerelement, das
durch Niederschlag gebildet ist, oder dergleichen.
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Der
Ausdruck "durch
das Stützteil
hindurchreichendes Kabel" bedeutet,
dass der Messschaltkreis, der mit dem Kabel verbunden ist, sich
außerhalb
des Stützteils
befindet. Der Messschaltkreis kann ein beliebiger der verschiedenen
Schaltkreise sein, die später
beschrieben werden. Der Grund, weshalb die Kontaktflächen des
Messwandlers und des Körpers
zum Fortleiten des Aufprallstoßes
einander ohne Zuhilfenahme eines Klebemittels kontaktieren, bezweckt
einen Einfluss der Temperatur soweit wie möglich auszuschalten. Wenn die
Kontaktflächen eine
mittlere Rauhigkeit von 3 μm
oder weniger haben, pflanzen sich die erzeugten elastischen Wellen gut
fort. Wenn die mittlere Rauhigkeit der Kontaktflächen größer als 3 μm wäre, könnten gute Kontaktflächen für eine gute
Fortleitung nicht gebildet und stabile Messungen nicht erzielt werden.
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Indem
man die Größe der Vorrichtung
so ausführt,
dass sie tragbar ist, bewirkt man, dass die Arbeitseffizienz gut
wird. Wenn das Gehäuse
aus Stahl, einem Verbundmetall, Keramikwerkstoff oder einem Verbundwerkstoff
aus Kunststoff gefertigt wird, würden
der Messwandler und das Kabel vor dem Strahlmittel geschützt sein.
Der Werkstoff des Gehäuses
kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, solange er gegen die
Impulse des Strahlmittels widerstandsfähig ist. Wenn das Gehäuse aus
einem der oben angegebenen Werkstoffe gefertigt ist, ist es für die Bearbeitung
und für
seine Verfügbarkeit
auf dem Markt vorteilhaft.
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Die
Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
In 1 hat die Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen
ein Gehäuse 1,
das mit einer Öffnung
in einem oberen Teil versehen ist. Ein nachgiebiges Teil 2,
das z.B. eine Gummifeder oder ein Schwingungsisolator aus Gummi
ist, ist unterhalb des oberen Teils des Gehäuses 1 vorgesehen,
während
eine erste Schraubenfeder 3 im unteren Teil des Gehäuses 1 angebracht
ist. Ein hohles Stützteil 4 ist nachgiebig
in dem Gehäuse
zwischen dem nachgiebigen Teil 2 und der ersten Schraubenfeder 3 abgestützt. Ein
Körper 5 zum
Fortleiten des Aufprallstoßes ist
durch das Stützteil 4 und
das nachgiebige Teil 2 derart gehalten, dass die Teile 5 und 2 die Öffnung verschließen. Das
Gehäuse
ist derart aufgebaut, dass ein Teil von ihm von dem übrigen Teil
getrennt werden kann.
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Der
Körper 5 zum
Fortleiten des Aufprallstoßes
hat ein Teil, auf den das Strahlmittel S aufprallt und das elastische
Wellen erzeugt, und einen anderen Teil der die erzeugten elastischen
Wellen fortleitet. Auf dem hohlen Stützteil 4 ist eine
zweite Schraubenfeder 6 über einen mittleren Abschnitt 4C derart abgestützt, dass
die Oberfläche
des Messwandlers 7 die Unterseite des Körpers 5 zum Fortleiten
des Aufprallstoßes
berührt.
Der Messwandler empfängt
die elastischen Wellen, wandelt sie in Hochfrequenzsignale und gibt
die Signale aus. Der Messwandler 7 ist mit einem Messschaltkreis,
der in 2 dargestellt ist, über ein Kabel 8 verbunden,
das durch das hohle Stützteil 4 hindurch
reicht. Der Körper 5 zum
Fortleiten des Aufprallstoßes
ist aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibbeiwerk hergestellt und
seine obere und untere Seite sind poliert. Ferner hat die obere Seite
des Messwandlers 7 eine Rauhigkeit von 3 μm oder weniger.
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Als
nächstes
wird nun der in 2 dargestellte Messschaltkreis
beschrieben. Das ferne Ende des Kabels 8 ist über einen
Verstärker 11 mit
einer Ausleseschaltung 10 zum Auslesen der Ausgangssignalwerte
der Hochfrequenzsignale verbunden. Die Ausleseschaltung 10 liest
die Ausgangswerte je Zeitintervall T1, z.B. 200 μs, aus und ein mit der Ausleseschaltung 10 verbundene
Speicherschaltung 12 speichert die von der Schaltung 10 je
Zeitintervall T1 ausgegebenen Ausgangswerte. Eine Rechenschaltung 13 liest
die in der Speicherschaltung gespeicherten Ausgangswerte je Zeitintervall
T2, z.B. 0,2 s, aus und berechnet ein mittleres Ausgangssignal aus den
ausgelesenen Ausgangssignalen. Die mittleren Ausgangssignale je
Zeitintervall T2 werden in einer Speicherschaltung 14 gespeichert,
die mit der Rechenschaltung 13 zur Berechnung des mittleren
Ausgangssignals verbunden ist.
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Das
Verfahren zur Berechnung des mittleren Ausgangssignals ordnet alle
Ausgangssignale in absteigender Folge der Größe nach, löscht einige erste (große) Ausgangssignale,
wählt einige
erste Ausgangssignale aus den verbleibenden Ausgangssignalen, (Ausgangssignalwerten)
und berechnet dann den Wert des mittleren Ausgangssignals, der ausgewählten Ausgangssignale.
Es kann jedoch auch ein anderes Verfahren eingesetzt werden. Es
berechnet den mittleren Wert der Ausgangssignale aus allen Ausgangssignalen
und wählt
als das mittlere Ausgangssignal einen Ausgangssignalwert, der am
häufigsten
auftritt oder wählt
als das mittlere Ausgangssignal den Mittelpunkt der Schwerkraft
der Fläche
der Häufigkeitsverteilung
der Ausgangssignale.
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Das
ferne Ende des Kabels 8 ist ebenfalls über einen Verstärker 11 mit
einem Schaltkreis 15 zur Frequenzanalyse verbunden, die
die Frequenz der Hochfrequenzsignale analysiert. Die Schaltung 15 zur
Frequenzanalyse liest die Frequenz je Zeitintervall T1 aus und eine
Speicherschaltung 16 speichert die Werte der Frequenz je
Zeitintervall T1. Eine Rechenschaltung 17 für die mittlere
Frequenz, die mit der Speicherschaltung 16 verbunden ist,
liest die Werte für
die Frequenz je Zeitintervall T2 aus ihr aus und berechnet den Wert
der mittleren Frequenz aus den Werten. Dieser Wert für die mittlere
Frequenz je Zeitintervall T2 wird in einer Speicherschaltung 18 gespeichert,
die mit der Rechenschaltung 17 für die mittlere Frequenz verbunden
ist.
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Das
Verfahren zur Berechnung des Wertes der mittleren Frequenz bestimmt
als Wert der mittleren Frequenz einen Frequenzwert, der am häufigsten austritt.
Es können
auch andere Verfahren eingesetzt werden. Ein solches berechnet den
Wert der mittleren Frequenz aus allen Frequenzwerten, wählt als Wert
der mittleren Frequenz den Schwerkraftmittelpunkt der Fläche der
Frequenzverteilung der Frequenzwerte oder berechnet den Wert der
mittleren Frequenz auf die gleiche Weise wie für die oben beschriebene Berechnung
des Werts des mittleren Ausgangssignals erläutert.
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Die
Daten über
den mittleren Signalwert je Zeitintervall T2, der in der Speicherschaltung 14 abgelegt
ist, und den Wert der mittleren Frequenz je Zeitintervall T2, der
in der Speicherschaltung 18 gespeichert ist, werden an
eine Ausgangskorrekturschaltung 19 geleitet, die mit beiden
Speicherschaltungen 14 und 18 verbunden ist. Die
Ausgangskorrekturschaltung 19 korrigiert jeden mittleren
Ausgangswert durch einen entsprechenden mittleren Frequenzwert und
sendet die Daten des korrigierten Ausgangswerts an einen Rechner 20.
Bei dieser Korrektur waren die Ausgangseigenschaften des Messwandlers 7 bezüglich der
Frequenz vorher in der Ausgangskorrekturschaltung 19 gespeichert
und durch Verwendung der Ausgangseigenschaften wurde der mittlere
Ausgangswert korrigiert.
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Die
Beziehung zwischen dem mittleren Ausgangssignal, das auf die zuvor
beschriebene Weise erhalten wurde, und des Impulses der Strahlmittelkollision
ist in 3 dargestellt. Hieraus ergibt sich, dass eine
charakteristische Gleichung erhalten wird, die die Abhängigkeit
zwischen dem Impuls der Strahlmittelkollision und dem mittleren
Ausgangssignal wiedergibt. Es wurde gefunden, dass gleiche Messergebnisse
selbst dann erzielt werden, wenn die Schaltungen 15, 16, 17, 18 und 19 fortgelassen werden,
also das mittlere Ausgangssignal je Zeitintervall T2 nicht korrigiert
wird und die Daten über
dieses unmittelbar an den Rechner 20 weitergeleitet werden.
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Die
zwischen dem ersten und dem dritten nachgiebigen Teil angeordneten
Bauteile, nämlich das
hohle Stützteil 4 einschließlich der
zweiten Schraubenfeder 6 des Messwandlers 7 und
des Körpers 5 zum
Fortleiten des Aufprallstoßes
sind zu einem Ersatzteil zusammen gefasst. Dieses Ersatzteil erlaubt
eine leichte Wartung der Vorrichtung, da nur die ursprüngliche
Einstellung, der Austausch und die Wartung des Ersatzteils erforderlich
sind. Da hohle Stützteil 4 ist
derart aufgebaut, wie es in 1 dargestellt
ist, nämlich
durch einen unteren Abschnitt 4A und einen oberen Abschnitt 4B,
zwischen denen sich die zweite Schraubenfeder 6 nachgiebig
abgestützt befindet.
Diese Konstruktion bildet die Austauscheinheit bzw. das Ersatzteil. Üblicherweise
werden die Einzelteile getestet und zusammengebaut und die zusammengebauten
Bauteile werden als Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität beim Kugelstrahlen wiederum
getestet. Auf diese Weise wird viel Zeit verbraucht.
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Die
oben erläuterte
Ausführungsform
ist nur beispielhaft. Dem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist
klar, dass verschiedene Abänderungen und
Modifikationen gemacht werden können.
Solche Abänderungen
und Modifikationen sollen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung,
wie sie in den beigefügten
Patentansprüchen
umschrieben ist umfasst sein.