DE2126156A1

DE2126156A1 - Gerät zur Rauhigkeitsprüfung

Info

Publication number: DE2126156A1
Application number: DE19712126156
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1971-05-26
Publication date: 1971-12-02
Also published as: FR2093772A5; GB1347972A; US3744304A

Description

DR₁-INaRICHARDGLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHyS. DR. WALTER MOLL

MÜNCHEN HAMBURG MÖNCHEN

8 MÖNCHEN 26 . 2 HAMBURG

POSTFACH 37 WAITZSTR. LIEBHERRSTR. 20 TEL. (0411) 89 22

TEL (0811) 22 6548

IHRZEICHEN IHRENACHRICHTVOM UNSERZEICHEN MÖNCHEN

A 95

BETRIFFT:

Myron Peter Rubert
Withington, Manchester, England

Gerät zur Rauhigkeitsprüfung

Die Erfindung· besieht sich auf die Rauhigkeitsprüfung beispielsweise einer bearbeiteten Oberfläche oder einer Schneidkante. Unter Rauhigkeii^saabei jede beliebige Verteilung oder auch örtliche Konzentration von Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche oder Kante zu verstehen.

Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zur Rauhigkeitsprüfung gekennzeichnet durch eine mit ihrem Ende im Winkel

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zu der zu prüfenden Oberfläche oder Kante einstellbare und mit dieser Winkelstellung aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung bewegbare Tastsonde, die derart nachgiebig ausgebildet ist, daß sie nachgiibt, wenn bei der Bewegung aus der Ruhe-in die Arbeitsstellung das auf der Oberfläche oder Kante aufsitzende Ende in einem kritische.. Winkel steht, der eine Punktion der Rauhigkeit der Oberfläche oder Kante ist, sowie durch Mittel zum Anzeigen des kritischen Winkels, bei dem die Sonde nachgibt.

Die Tastsonde kann die Form eines sich bei-n Kritischen Winkel durchknickenden flachen Blättchens haben, welches durch Federmittel in Rühesteilung belastet ist.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Sonde aus einer Druck- oder Zugfeder bestehen.

Ferner kann die Probe magnetische, pneumatische, hydraulische ader elektrische Mittel aufweisen, die das Wachgeben bewirken, wenn sich das Sondenende in dem kri- , tischen Winkel befindet.

Die Mittel zum Anzeigen des kritischen Winkels" können aus einem unter Schwerkraftwirkung stehenden Winkeimeßgerät bestehen. Beispielsweise kann ein Zeiger auf einer

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Skala vorgesehen sein, und bei einer Ausführungsform ist de:? Zeiger mit einem Gewicht verbunden, welches den Zeiger über die Skala bewegt, wenn die Sonde relativ zu der Oberfläche oder Kante winkelmäßig bewegt wird. Es können Einrichtungen vorgesehen sein, um die Bewegung des Zeigers im Vergleich zu der Winkelbewegung der Sonde ^u vex'größern. Beispielsweise kann zwischen dem Gewicht und dem Zeiger* eine übersetzende Getriebeverbindung vorgesehen sein.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Winkel- _:aeßeinrichtung aus einer Wasserwaage oder Libelle, die auch gekrümmt sein kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Instrument einen Zeiger auf, der relativ zu einer Halterung über eine Skala schwenkbar ist.

Vorzugsweise ist die Winkelanzeigeeinrichtung justierbar, so daß Abweichungen der Winkelneigung der zu prüfenden Oberfläche oder Kante von einer Bezugsgröße berücksichtigt werden können. Das Instrument kann so ausgebildet sein, daß es mit der Hand gehalten und betätigt wird, beispielsweise nach Art einer Pistole mit einem Betätigungsgriff oder Abzug zum Bewegen der Tastsonde aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung.

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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Instrument einen Elektromagneten und handbetätigte Kontakte aufweisen, die die Stromzufuhr zum Elektromagneten steuern, so daß der Elektromagnet wiederholt eingeschaltet werden kann, um die Tastsonde wiederholt in ihre vordere Stellung zu bewegen.

Praktisch kann die Bewegung der Tastsonde durch mechanische, elektrische, magnetische, pneumatische oder hydraulische Mittel erfolgen.

Das Gerät kann eine Halterung für die Probe und eine Schutzabdeckung aufweisen, die so angeordnet sind, daß bei Gebrauch die Halterung in geeigneter Weise gegen die Oberfläche oder Kante angesetzt und die Sonde wiederholt vorgeschoben und zurückgezogen wird, wobei man den Winkel ständig vergrößert, bis das Nachgeben eintritt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand' der Zeichnung dargestellt, die das erfindungsgemaße Gerät in der Seitenansicht in zwei verschiedenen MeßstelLingen an einer Oberfläche zeigt.

Das in den Zeichnungen dargestellte Gerät hat eine etwa pistolenähnliche Form mit einem vorstehenden Halterungsteil Io und einen im wesentlichen kreisförmigen Handgriffteil 11.

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Die obere Fläche des Halterurigsteils Io ist im wesentlichen flach und weist eine längs verlaufende Nut auf, in der eine, flache Sonde 1.- verschiebbar ist, Die Sonde hat die Form einer Blattfeder, beispielsweise aus Federstahlband /on etwa o,o2;5 mm Dicke. Die Spitze 13 des Federblättchens ist mit Diamanten oder Hartmetall besetzt. Zur Verbesserung der Genauigkeit kann die vordere Arbeitskante der Spitze mit einem allmählich zunehmenden Krümmungsradius ausgebildet sein., so daß eine flache Prüfoberfläche immer tangential zu der Spitze /erläuft, gleichgültig welchen Angriffswinkel die Tastsonde relativ zu der zu prüfenden Oberfläche hat. Für bestimmte Anwendungszwecke, wie z.B. die Prüfung von Schneidkanten, wie sie beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Rasierklingen oder chirugischen Messern vorkommen, kann eine vorgeformte Sondenspitze aus mäßig hartem Stahl, wie sie für normale Verwendungszwecke in Frage kommt, sich wegen der auftretenden hohen spezifischen Drücke als ungeeignet erweisen. In diesem Fall kann -eine keil- oder meißeiförmige Spitze aus natur- oder synthetischem Diamant oder einer ähnlichen Substanz an dem Federblättchen befestigt werden.

An dem inneren, d.h. dem Handgriffteil 11 näherliegenden Ende des Blättchens 12 sind in Abständen zwei öffnungen ausgebildet, durch die sich Schrauben 15 erstrecken, die das Blättchen an einem weiteren^ nicht dargestellten) flachen Teil befestigen, welches unter einer Abdeckplatte

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17 verschiebbar 1st, die rait Schrauben an der oberen. Fläche des Sondenträgers Io befestigt ist. Auf diese V/eise kann das Blättchen leicht entfernt und ausgetauscht werden.

Das innere Ende des flachen Teiles ist an dem einen Ende 2o eines Arms I9 befestigt, der bei 21 an dem Halterungsteil Io schwenkbar gelagert ist. Das andere Ende -r_- des Armes 19 ^erstreckt sich nach außen und bildet einen abzugförmigen Betätigungsgriff.

Ein Ende einer Feder 2p ist an dem Ende 2o des Ar.aes 19 befestigt. Das andere Ende der Feder ist am Gerät befestigt, so daß die Feder das Blättchen nach innen in eine Ruhe- oder Bezugslage zieht. In der Ruhelage ist das vordere oder äußere Ende Ij? des Sondenblättchens 12 zwischen dem Haiterungsteil Io und einer flachen Frontabdeckplatte 27 angeordnet, die mit Schrauben an der oberen Fläche des Halterungsteils befestigt ist. Hierbei ragt die Spitze des Blattchens nicht nach außen über-.-.die Spitzen des Halterungsteils und der Frontabdeckplatte hinaus. Durch diese Anordnung ist die Spitze des Blattchens vor Beschädigung geschützt, wenn das Gerät in der Tasche getragen wird oder auf der Werkbank liegt. Ein Deckel 26 aus durchsichtigem Kunststoff ist zwischen den beiden Abdeckplatten 17 und 24 mit Kleminsitz. !eingesetzt und bietet einen Hohlraum oberhalb des Blättchens, in den

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hinein sich das Blättchen ausbiegen oder ausknicken kann, wie bei 37 darges&lt.

Bei Gebrauch des Gerätes wird die Spitze 28 des Haltei'un^steils Io gegen eine horizontale Oberfläche angesetzt, de^en itauhigkeit geprüft werden soll, wie z.B. die Oberfläche 29. Dann wird der Abzug 22 betätigt, um das Blättchen 12 gegen die Kraft der Feder 2j; nach außen zu bewegen, so daö die Spitze Ip des Blättchens in Berührung «nit der Oberfläche gebracht wird, wie in der strichpunktierten Zeichnung angegeben. Der Abzug 22 wird dann wiederholt betätigt, um das Blättchen vorwärts zu schieben, während der Winkel zwischen der zu prüfenden Oberfläche und dem Blättchen fortlaufend vergrößert wird, inde.n man das Instrument beispielsweise aus der strichpunktiert gezeichneten in die voll ausgezogen gezeichnete tiaie Lage bewegt, beispielsweise um jeweils ein 1° oder 2° zwischen den Betätigungen des Abzuges. Es wird dann eine Winkellage erreicht, bei der sich das Blättchen durchbiegt oder durchknickt, wie bei 27 angedeutet. Hierdux'ch wird angezeigt, daß die Vorwärtsoder Auswärtsbewegung des Blättchens durch die Rauhigkeit der Oberfläche gehindert wird. Die Hubstrecke des Blättchens wird so klein wie möglich gehalten. Bei extrem glatten Oberflächen kann der Winkel zwischen der Ober- . fläche und dem Blättchen 9°°.erreichen, bevor das Blatt* chen ausknickt. Bei rauheren Oberflächen kann der Winkel 2o° oder weniger betragen.

Das Gerät umfaßt auch Mittel zum quantitativen Abschätzen der Rauhigkeit. Der Handgriff ist hohl ausgebildet mit einem umlaufenden Rand ~j>l. Eine Winkelanzeigeeinrichtung 32 ist mit Klemmsitz in den Rand eingesetzt. Das Anzeigegerät hat eine kreisförmige Rückwand, eine Umfangswand und eine kreisförmige Frontwand. Eine Spindel erstreckt sich axial zur Rückwand und kann in Lagern* die an der Rückwand angeordnet sind, rotieren. Außerhalb der Frontwand ist ein Zeiger angeordnet, der sich mit der Spindel drehen kann und über eine Skala 46 der Außenfläche der Frontwand 35 läuft. An dem Zeiger ist ein Gewicht befestigt, so daß sich der Zeiger über die Skala bewegt, wenn der Einstellwinkel des Gerätes vergrößert wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei horizontalem Blättchen 12 der Zeiger auf der Skala Null anzeigt. Wenn das Gerät relativ zu der zu prüfenden Oberfläche winkelmäßig bewegt wird, bleibt das Gewicht lotrecht und wirkt derart auf den Zeiger ein, daß dieser gedreht wird und sich über die Skala bewegt« Die Anzeigevorrichtung kann auch eine Vergrößerungseinrichtung aufweisen, so daß die Winkelbewegung des Zeigers beispielsweise dreimal so groß ist wie die des Gerätes. Eine Vergrößerungseinrichtung kann beispielsweise aus einer Getriebe- bzw. Zahnradverbindung zwischen dem Gewicht und dem Zeiger bestehen.

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Das Gerät liefert im wesentlichen eine Anzeige des ai'ithinetischen Mittelwertes der Abweichung der Oberfläche von einer Mittellinie (CLA) aufgrund der Abweichungen, und dies ist in erster Linie dann nützlich, wenn die Oberflächen-Unregelmäßigkeiten hauptsächlich von irregulärer Art und Verteilung sind, wie z.B. bei einer geschliffenen Oberfläche, im Unterschied zu Oberflächen, bei denen die Abweichungen im wesentlichen gleichmäßig sind, wie bei gedrehten oder gefrästen Oberflächen.

Die Skala kann so kalibriert sein, daß sie direkt die Anzeige eines Rauhigkeitsparameters ergibt, beispielsweise CLA oder RA (arithmetischer Mittelwert der Tiefen der Oberflächenfehler) oder die N-Gruppen entsprechend der ISO-Empfehlung, oder⁷ als Komparator /erwendet werden kann.

Das biegsame Blättchen nimmt Kräfte auf und gibt nach oder knickt, wenn die Spitze die Planken der Oberflächenfehler in einem Winkel von 9°° oder weniger berührt. Das Durchknicken resultiert von der Reibung zwischen der Spitze des Blättchens und der Oberfläche. Das Gerät wertet die durchschnittliche Plankenneigung der Oberflächenfehler aus, welohe den Hauptbeitrag zum Reibungskoeffizienten darstellt. Die Skala kann jedoch direkt in ^mRa kalibriert werden, denn bei

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unregelmäßigen Oberflächen ohne vorherrschende Abstände zwischen den Unregelmäßigkeiten (z.B. geschliffene, gehonte, geläppte, handgefeilte, mit Sandpapier bis etwa 4,5 μπΰ^ geschmirgelte, fein gefräste Oberflächen) ist der Reibungskoeffizient nahezu proportional zu dem Ra-Wert. Dies ist jedoch nicht der Fall bei Oberflächen mit regelmäßigen Abständen zwischen den Oberflächenfehlern (z.B. grob gedrehte Oberflächen). Bei solchen regelmäßigen Oberflächen ergibt die Skalenablesung einen Vergleich zwischen den Oberflächen, jedoch nicht einen exakten Ra-Wert.

In der Praxis führt man eine Anzahl von Ablesungen durch, und^bwar an verschiedenen Stellen innerhalb eines Oberflächenbereiches, und bildet einen Mittelwert. Beispielsweise können zehn Ablesungen vorgenommen werden.

Die Skala wird kalibriert unter Verwendung einer als Eichnormal dienenden Oberfläche, deren Rauhigkeit exakt gemessen wurde, beispielsweise mit einem elektronischen Rauhigkeitsmeßgerat mit einer Prüfspitze.

Um Beschädigungen der Anzeigevorrichtung zu verhindern, kann die Anzeigevorrichtung mit Mitteln zum Verhindern von Schwingbewegungen des Gewichtes versehen

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Die Vorrichtung kann auch an Oberflächen verwendet v/erden, die nicht horizontal, beispielsweise lotrecht verlaufen, "and die Oberfläche kann auch nach unten gerichtet sein. In diesem Fall kann die Anzeigevorrichtung innerhalb des Randes ;32 gedreht werden, um den Nullpunkt der Skala in eine Stellung zu bringen, die der Neigung der Oberfläche gegenüber der Horizontalen entspricht.

Es können auch andere Mittel vorgesehen sein, um eine Anzeige oder Messung des Winkels durchzuführen, bei dem das Blättchen bei Betätigung des Abzugs beginnt sich durehzuknieken. Beispielsweise kann eine Halterung für das Prüfobjekt vorgesehen sein, an der eine Bogenskala nach Art eines Goniometers befestigt ist. An der Halterung ist ein Zeiger schwenkbar gelagert, und das Gerät ist mit dea Zeiger verbunden, so daß bei einer winkel- ::iäj3igen Bewegung des Gerätes relativ zu der Prüfoberfläche der Zeiger sich über die Skala bewegt, um eine Anzeige des Winkels zwischen dem Blättchen und der Oberfläche zu liefern.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Handgriff so ausgebildet, daß er eine gekrümmte Wasserwaage oder Libelle aufnimmt, die einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius hat. Bei einer Drehung des Gerätes. erfolgt eine winkelmäßige Bewegung der Luftblase in

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der Libelle. Eine Bogenskala ist der Libelle zugeordnet, um die gewünschte Ablesung zu ermöglichen.

Bei einer weiteren Ausführungsform hat die Tastsonde nicht die Form einer Blattfeder, wie oben beschrieben, sondern das Arbeitsende in Form eines Blättchens ist mit einer Kompressionsfeder verbunden, die die Sonde in die Ruhestellung drückt. Die Kompressionsfeder ist so ausgebildet, dai3 beim Erreichen des kritischen Winkels und beim Ausfahren der Sonde der durch die Rauhigkeit verursachte Widerstand ausreicht, um das Ausfahren der Sonde zu verhindern, so daß die Kompressionsfeder nachgibt. Der Kompressionsfeder kann ein Mechanismus zugeordnet sein, der das Auftretende Nachgeben anzeigt und eine Messung des kritischen Winkels und damit der Oberflächenrauhigkeit ergibt. Bei einer einfachen Anordnung kann ein Zeiger vorgesehen sein, der mit der Kompressionsfeder verbunden ist und sich mit dieser bewegt. Bei einer anderen Aus führungs f ο r;n kann die Feder aus magnetischem Material sein und bei ihrer Bewegung eine Stromänderung mit einer Spule verursachen und dadurch ein Signal erzeugen.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das blättchenförmige Ende an einer Zugfeder befestigt.

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'/eitere Abänderungen sind möglich. So kann das üUittohonför,Tiige Ende der Sonde mit einer pneumatischen, aa-mo^ischen oder hydraulischen Einrichtung verbunden sein, die eine Anzeige oder ein Signal ergibt, wenn der kritische Winkel erreicht wix'd. Das blättcheaformige ^nde kann auch >nit einem Luftkissen ve round en sein, dessen Druck zur Erzexigung eines Signals ausgenutzt wird, oder das blättchenförmige Ende kann sich in eineiii Magnetfeld bewegen, welches in Abhängigkeit von dieser Bewegung die gewünschte Anzeige ergibt. Auch kann der durchknickende Teil des Blättchens einen Kontakt berühren, wodurch ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird, der ein sieht- oder hörbares Signal erzeugt.

Auch für das v/lederholte Bewegen der Sonde gibt es andere Möglichkeiten. Beispielsweise kann anstatt eines Handabzuges eine elektrische, magnetische oder hydraulische bzw. pneumatische Einrichtung mit Handbetätigung vorgesehen sein, um die gewünschte Bewegung d-;r Sonde zu bewirken. Dies kommt insbesondere dann in $ca.r,e_t wenn das Gerät nicht in der Hand gehalten wird, sondern an einem Ständer oder ortsfest eingebaut iat und von Hand betätigt wird. So kann das Gerät boispiii.UiUf.-ise an einer Halterung befestigt und an der Hai te π im·: aus einer Bo: ugslage heraus höhen/ersteilbar ;;■ in, wob<;i die Halterung eine ortsfeste Au finge fläche l'ü.- (!(.-π Prüfling aufweisen kann. Jas Gfefür; wi^d πLt

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ausgewählter Winkelstellung des Blättchens auf die Prüf oberfläche aufgesetzt; und dann betätigt. Wenn das Blättchen nicht nachgibt, wird der Winkel geändert und die Betätigung wiederholt usw.

In diesem Fall kann das Blättchen den beweglichen. Teil eines Elektromagneten bilden, der mit einem /on der Halterung entfernt angeordneten Handschalter eingeschaltet werden kann.

Bei allen beschriebenen Ausführungsforrnen ist die Winkelmeßvorrichtung S3hwe rkraf tabhängig, und der Endtt-Il des Blättchens wird nur* mit einer ausgewählten Winkeleinstellung auf die Oberfläche zu und /on ihr weg bewege. Die V/inkelmeßvorrichtung kann auch eine bewegliche, winkelanzeigende Quecksilbersäule aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

1. Gerät zur Rauhigkeitsprüfung, gekennzeichnet durch eine mit ihrem Ende im Winkel zu der zu prüfenden Oberfläche oder Kante einstellbare und mit dieser Winkelstellung aus einer Ruhelage in eine Arbeitslage bewegbare Tastsonde (12), die derart nachgiebig angeordnet ist, daß sie nachgibt, wenn bei der Bewegung aus der Ruhe-in die Arbeitslage das auf der Ooerflache (29) oder Kante aufsitzende Ende (IjJ) in einem kritischen Winkel steht, der¹ eine Funktion der Rauhigkeit der Oberfläche oder Kante ist, sowie durch Mittel (32) zum Anzeigen des kritischen Winkels, bei dein die Sonde nachgibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus einer flachen Blattfeder (12) besteht, die sich bei dem kritischen Winkel durchbiegt oder ede** durchknickt (27) und durch Federmittel (o)in die Ruhestellung belastet ist.

j>. ' Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anzeigen des kritischen Winkels aus einem schwerkraftabhängigen Winücelrneßgerät 02) bestehen.

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4. Gerät nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelmeßgerät einen über eine Skala (45) bewegbaren Zeiger 06) aufweist.

5. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergrößern der Bewegung des Zeigers (356) gegenüber der Winkelbewegung der Sonde (12).

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch g ek e η η ζ e i c h η .e t, daß die Vergrößerungseinrichtung aus einem Übersetzungsgetriebe besteht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 35 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmeßvorrichtung aus einer Wasserwaage oder Libelle besteht.

8. Gerät nach Anspruch 7.» dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Wasserwaage oder Libelle gekrümmt ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 35 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger 06) mit einem Gewicht verbunden ist, welches den Zeiger über die Skala dreht, wenn die Sojide relativ zu der Oberfläche oder Kante winkelmäßig bewegt wird*

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Ιο. Gerät nach einem 6.ev Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (12) in einer Halterung (lo) verschiebbar angeordnet und durch eine Abdeckung (17, 24, 26) geschützt ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß es als von Hand zu haltendes und zu betätigendes Gerät ausgebildet ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Handgriff (11) aufweist.

l'-j. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung 02) zum Anzeigen des kritischen Winkels in dem Handgriff (11) untergebracht ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß es eine pistolenähnliche Form aufweist mit einem Handgriff (22) zum Bewegen der Sonde (12) aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung.

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