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Echolotgerät Zu Tiefen- und Höhenmessungen benutzt man mit Vorteil
Echolotgeräte, bei denen die Laufzeit einer Schallwelle als Maß für den gesuchten
Abstand dient. Im wesentlichen handelt es sich bei diesen Geräten also um eine Zeitmessung
durch einen Kurzzeitme,sser.
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Zu Beginn der zu messenden Zeitspanne,'nämlich beim Aussenden des
Schallsignals, wird ein Triebwerk eingeschaltet und am Ende der Meßzeit, beim Eintreffen
des Schallechos wieder abgeschaltet. Der während dieser Zeitspanne erreichte Ausschlag
des drehbeweg lichen Teiles des Triebwerkes gibt bekanntlich ein Maß für die Größe
der zu messenden Zeitspanne. Die bisher benutzten Triebwerke der Kurzzeitmesser
sind im allgemeinen elektrischen Drehspulmeßgeräten nachgebildet.
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Der drehbewegliche Teil des betreffenden Meßwerkes wird also durch
eine Drehspule oder eine ähnliche Anordnung gebildet.
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Es sind auch Kurzzeitmesser bekanntgeworden, bei denen das Anzeigesystem
während der zu messenden Zeitspanne mit einem mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden
System, z. B. einem Synehronmotor, gekuppelt wird. Die nach Aufhebung der Kupplung
erreichte Zeigerstellung kann dann unmittelbar- als Maß für die zu messende Zeitspanne
benutzt werden.
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Diese Kurzzeitmesser waren jedoch so eingerichtet, daß das Anzeigeorgan
nach erfolgter Anzeige einer Messung in die Anfangsstellung zurückgeführt werden
mußte, damit das Gerät für einen neuen Meßvorgang aufnahmebereit war. In der Meßstellung
verharrte das Anzeigeorgan meist nur so lange, wie es die Ablesemöglichkeit erforderte,
um die Aufuahmebereitschaft für die nächste Messung nicht zu sehr hinauszuzögern.
Bei der Echolotung, und insbesondere bei ihrer Anwendung in der Luftfahrt, ist es
jedoch erwünscht, daß das Anzeigeorgan auf dem gerade angezeigten Meßwert so lange
verharrt, bis der Anzeigewert der folgenden Messung eintrifft, und dann sofort auf
diesen springt, so daß die Flughöhe dauernd abgelesen werden kann. Dies ist besonders
wichtig bei sogenannten automatischen Echolotgeräten, die z. B. in gleichen Zeiten
Meßimpulse aussenden und nach ihrer Rückkehr auswerten. Für derartige Zwecke bot
die Anwendung der bekannten Kurzzeitmesser, vor allem wegen der zur Rückführung
des Zeigers . benötigten Zeit, Schwierigkeiten, und man hat sich mit trägheitslosen
Zeigern, wie Glimmlampen u. dgl., beholfen.
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Die Äufgabe der Erfindung besteht nun darin, auch die bekannten Kurzzeitmesser
den
bei der Echolotung gestellten Forderungen anzupassen. Erfindungsgemäß wird dies
erreicht durch eine zwischen dem Synchrontriebwerk und dem Anzeigesystem liegende
Kupplungseinrichtung, die als einseitige -Kupplung, z. B. als Mitnehmer, ausgebildet
-ist, und eine das Anzeigeorgan während der Messung gegen VerstelIen sichernde Sperrvorrichtung,
die am Ende jedes Meßvorganges kurzzeitig aufgehoben wird, so daß bei Vornahme mehrerer
aufeinanderfolgender Zeitmessungen das Anzeigeorgan unmittelbar in die dem zuletzt
gemessenen Zeitraum entsprechende Stellung gelangt, ohne vorher in der Nullstellung
gewesen zu sein.
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Diese Anordnung ermöglicht es, fast die ganze Zeit zwischen zwei
aufeinanderfolgen den Meßvorgängen für die Ablesung auszu nutzen. Das Synchrontriebwerk
wird während der Anzeige in die Nullstellung zurückgeführt, so daß die für die Ablesung
verfügbare Zeit die Dauer der Impulsfolge nicht beeinflußt.
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Unter Synchrontriebwerk wird hier jeder elektrische Antrieb verstanden,
dessen Bewegungsmaß eindeutig von der Zahl der während der Dauer der Bewegung zugeleiteten
Impulse oder Wechseistromwellen abhängig ist. Der Ausdruck Synchrontriebwerk umfaßt
daher ebenso ein mit Gleichstromimpulsen gespeistes Schrittschaltwerk wie einen
Wechselstromsynchronmotor.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.
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Der eigentliche Kurzzeitmesser ist in Fig. I in einem Längsschnitt
und in Fig. 2 in Vorderansicht gezeigt. Fig. 3 veranschaulicht die zugehörige Schaltung,
wobei angenommen ist, daß es sich um eine Echoloteinrichtung hanzelt. In den Fig.
I und 2 ist innerhalb eines Gehäuses I bei 2 ein zweiphasiger Synchronmotor angeordnet.
Der drehbewegliche Teil des Synchronmotors 2 ist mit einem Sperrad 3 verbunden,
dem eine Sperrklinke 4 zugeordnet ist. Die Sperrklinke 4 kann durch den Elektromagneten
5 von dem Sperrad 3 abgehoben werden. Bei Lüftung der- Sperrklinke4 bewegt sich
der drehbewegliche Teil des Synchronmotors 2 unter der Wirkung einer Rückholfeder
6 in die Anfangsstellung zurück. Im gleichen Gehäuse I ist mit dem Synchronmotor
2 ein diesem zugeordnetes Folgezeigersystem untergebracht. Es umfaßt einen Zeiger
7 und ein mit ihm verbundenes Sperrad 8, dem eine Sperrkliuke 9 zugeordnet ist.
Die Sperrklinke g kann durch den Elektromagneten IO angehoben werden. Mit Hilfe
eines Mitnehmers II oder einer sonstigen einseitigen Kupplung ist der Folgezeiger
7 mit dem -drehbeweglichen Teil des Synchronmotors 2 gekuppelt. Hierbei ist noch
nachzuholen, daß das Sperrad 8 und die mit ihm zusammenwirkende Sperrklinke 9 nur
einseitig sperren, d. h. lediglich die Rückkehr des Zeigers 7 unter der Wirkung
der an ihm angreifenden Rückholfeder 12 verhindern, solange die Sperrklinkeg in
das Sperrad 8 eingreift. I3 ist eine dem Synchronmotor 2 zugeordnete elektromagnetische
Anwurfvofrichtung.
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Die Arbeitsweise des in Fig. I und 2 gezeigten Gerätes ist folgende.
Zu Beginn der zu messenden Zeitspanne wird der Synchronmotor 2 und gleichzeitig
auch die Anwurfvorrichtung 13 eingeschaltet. Der Synchronmotor 2 beginnt zu laufen.
Seine Drehgeschwindigkeit entspricht der Frequenz des zugeleiteten Wechselstromes.
Am Ende der zu messenden Zeitspanne wird der Synchronmotor ausgeschaltet. Der drehbew,egliche
Teil des Synchronmotors hat einen der verstrichenen Zeit entsprechenden Ausschlag
erreicht.
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In der erreichten Stellung wird er festgehaln durch das Sperrad 3
und die Sperrklinke 4.
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War der Ausschlag des Folgezeigers 7 kleiner als der am Ende der
zu messenden Zeitspanne erreichteAusschlag des -drehbeweglichen Teiles des Synchronmotors
2, so trifft der mit dem drehbeweglichen Teil des Synchronmotors verbundene Mitnehmerteil
auf den entsprechenden Mitnehmerteil II des Zeigers 7 und nimmt diesen mit, so daß
am Ende der Zeitspanne die genannten Teile die gleiche Stellung besitzen. War hingegen
der Ausschlag des Zeigers 7 größer als der bis zum Ende der zu messenden Zeitspanne
erreichte Ausschlag des Synchronmotors 2, so wird die gleiche Stellung des drehbeweglichen
Teiles des Synchronmotors 2 und des Folgezeigers 7 in folgender Weise erzielt: Nach
erreichtem Stillstand des Synchronmotors 2 am Ende der zu messenden Zeitspanne wird
zunächst der Elektromagnet 10 eingeschaltet. Dadurch wird der Folgezeiger 7 freigegeben,
und er sucht unter der Wirkung der Feder 12 in die Nullstellung zurückzukehren.
Auf dem Wege in die Nullstellung trifft er indes auf den Anschlag des drehbeweglichen
Teiles des Synchronmotors 2 und wird von diesem angehalten. Nach Abschaltung des
Elektromagneten 10 wird der Zeiger 7 in der erreichten Stellung gesperrt.
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Er besitzt also jetzt einen Ausschlag, der dem Ausschlag des drehbeweglichen
Teiles des Synchronmotors 2 entspricht. Kurz darauf wird kurzzeitig der - Elektromagnet
5 einem schaltet. Dieser hebt die Sperrklinke 4 von dem Sperrad 3 ab. Der drehbewegliche
Teil des Synchronmotors 2 kehrt unter der Wirkung der Feder 6 in die Nullstellung
zurück, während der Zeiger 7 in seiner Ausschlagstellung verbleibt. Damit ist das
Gerät wieder bereit für die nächste Messung.
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Die zugehörige Schaltung zeigt Fig. 3. In dieser - ist, wie schon
oben erwähnt, der besseren Veranschaulichung wegen und auch mit Rücksicht auf die
hauptsächlichste Anwendung des neuen Gerätes angenommen, daß es sich um eine Echoloteinrichtung
handelt. In Fig. 3 sind auch die Wicklungen des in Fig. I und 2 gezeigten Gerätes
innerhalb des mit I bezeichneten Rechteckes angedeutet.
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Durch die strichpunktierten Linien sind die Verbindungen dieser Wicklungen
mit der in Fig. 3 gezeigten Steuerschaltung veranschaulicht. 20 ist das Aufnahmegerät
für den Meßimpuls. Handelt es sich um eine akustische Echoloteinrichturig, so ist
das Gerät 20 ein Mikrophon oder sonstiges Schallaufnahmegerät. Das Gerät 20 ist
mit Hilfe eines Ubertragers 21 an den Gitterkreis einer Verstärkerröhre 22 angeschlossen.
In den Anodenkreis der Röhre 22 ist mittels eines Ubertragers 23 das Gitter einer
zweiten Verstärkerröhre 24 gelegt. In dem Anodenkreis des Rohres 24 liegt ein Übertrager
25. Dieser speist sekundärseitig in Reihe mit einer von der Batterie B gelieferten
Gegenspannung den Gitterkreis eines Ionensteuers 26. ImAnodenkreis des Ionensteuerers
26 liegen in zwei getrennten Kreisen die Wicklungen E1 und E2 des Auslöserelais
E. In jedem Teil der beiden Kreise der Wicklungen E1 und E2 liegt die Parallelschaltung
eines Kondensators und eines Ohmschen Widerstandes 27 und 28, sowie die Kontaktlamelle
u des Umschaltrelais U. Der Kontaktlamelle u sind zwei Gegenkontakte und ua zugeordnet.
Über die Wicklung E2 des Relais E ist außer dem obenerwähnten Erregerkreis (Ano&enkreis)
ein zweiter Erregerkreis 29 geführt, in dem ebenfalls die Parallelschaltung eines
Kondensators 30 und eines Ohmschen Widerstandes 3;I liegt.
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Dieser Kreis kann über einen Schalter 32 eingeschaltet werden. Er
dient dazu, zu Beginn einer Lotung eine bestimmte Anfangs stellung der Kontaktlamellen
des Relais E herbeizuführen. Durch das Relais E wird ein Relais Rt gesteuert, das
seinerseits ein Relais R2 steuert. Weiterhin wird durch das Relais E der Generator
für den zur Speisung des Synchronmotors benutzten Wechselstrom ein-bzw. ausgeschaltet.
Dieser Generator kann beliebiger Art sein, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist er als Relaiswechselrich--ter F ausgebildet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
umfaßt der Wechselrichter ein Relais mit zwei Erregerwicklungen F, und F2 und einer
dritten WicklungF3, die lediglich dazu dient, die Kontaktlamelletw des Relais in
eine bestimmte Anfangsstellung vor Beginn einer Messung zu bringen. Zu diesem Zweck,
wird die Erregerwicklung F2 am Ende einer Messung kurzzeitig in der unten noch näher
angegebenen Weise eingeschaltet. Parallel zu den beiden Wicklungen P1 und F2 des
Wechselrichters F liegt ein Kondensator 33.
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Außerdem liegen in der darggstellten, Schaltung die Wicklungen 2a
und 2b des - Synchronmotors 2 parallel zu den Wicklungen P1 und F2 Es ist leicht
ersichtlich, daß bei Einschaltung des Wechselrichters F über die Kontaktlamelle
e des Relais E und den Gegenkontakt ea die Kontalçtlamell,e fw des Wechselrichters
F in einem Rhythmus hin und her bewegt wird, der bedingt ist durch die Induktivität
der Wicklungen 2a und 2b und die Kapazität des Kondensators 33 usw. Im gleichen
Rhythmus werden wechselweise die an die Schaltung des Relais F angeschlossenen Wicklungens,
und 2o gespeist.
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Io, ist die Erregerwicklung des ELektromagneten I0, und Sa ist die
Erregerwicklung des Elektromagneten 5. Mit 13a ist die Erregerwicklung der Anwurfeinrichtung
I3 bezeichnet. Die Schaltung dieser Wicklungen läßt sich ohne weiteres aus Fig.
3 entnehmen.
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Die Wirkungsweise ist folgende. Derlonensteuerer 26 spricht jeweils
an, wenn die vom Übertrager 25 gelieferte Spannung die Gegenspannung der Batterie
B um einen bestimmten Betrag übersteigt. Die Gegenspannung der BatterieB ist so
gewählt, daß die Ansprechgrenze des Ionensteuerers 26 etwas oberhalb des zu erwartenden
Störpegels liegt. Wird demnach von dem Meßimpulsaufnahmegerät 20 ein Impuls aufgenommen,
dessen Stärke die des Störpegels übersteigt, so führt die in dem Gerät 20 erzeugte
Spannung nach Verstärkung in den Röhren 22 und 24 zur Zündung des lonenrohres 26.
Der Anodenstrom des Ionenrohres 26 fließt nun je nach der Stellung der Kontaktlamelle
X über die Wicklung Ei oder E2. Um zu verhindern, daß nach Zündung des Rohres 26
der Anodenstrom längere Zeit aufrechterhalten bleibt, ist die Parallelschaltung
des Kondensators 27 und des Widerstandes 28 in den Anodenstromkreis eingefügt. Der
Widerstand 28 ist so groß bemessen, daß der über ihn verlaufende Strom zur Aufrechterhaltung
der Entladung im Rohr 26 nicht hinreicht. D,er Kondensator 27 bietet zunächst dem
Anodenstrom keinen nennenswerten Widerstand. Der Kondensator 27 lädt sich indes
sehr schnell auf und verriegelt damit den Anodenstromkreis. Infolgedessen wird fast
unmittelbar nach der Zündung des Rohres 26 und nach dem Ansprechen des Relais E
der Anodenstrom wieder unterbrochen. Der Parallelwiderstand 28 dient zur selbsttätigen
Entladung des Kondensators 27. Kurz zusammengefaßt, dient also die Parallelschaltung
des Kondensators 27 und des Widerstandes 28 zur selbsttätigen
Unterbrechüng
der Entladung im Ionenrohr 26 nach erfolgtem Ansprechen des Relais E.
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Einem ähnlichen Zweck dient die Parallelschaltung des Widerstandes
3I und des Kondensators 30 im Kreise 29, d. h. durch sie wird erreicht, daß auch
bei längerer Schließung des Schalters 32 das Relais E nur kurzzeitig erregt wird.
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Bei der Aussendung des Meß impuls es trifft ein Teil desselben auf
direktem Wege auf das Aufnahmegerät 20 und führt in der beschriebenen Weise zur
Zündung des Ionenrohres 26.
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Da zu Beginn die Kontaktlamelle a an dem Gegenkontakt zr anliegt,
wird dieWicklungEt kurzzeitig erregt, und infolgedessen wird die Kontaktlamelle
e des Relais E an den Gegenkontakt ea angelegt. Dadurch wird der Wechsel richter
F eingeschaltet und beginnt in der oben angegebenen Weise zu arbeiten. Der Synchronmotor
2 setzt sich in Lauf, da gleichzeitilg auch die Anwurfeinrichtung I3 über die Wicklung
I3Q erregt wird.
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Mit der Einschaltung des Wechselrichters F wird auch das Relais R,
an Spannung gelegt. Dieses Relais besitzt Anzug- und Abfallverzögerung. Es spricht
also erst einige Zeit nach Anschaltung an und schließt dabei über seinen Kontakt
rfta den Erregerkreis des Relais R2, welches ebenfalls Anzug- und Abfallverzögerung
besitzt. Nach dem Ansprechen des Relais R2 wird der Erregerkreis des Umschaltrelais
U an Spannung gelegt. Dieses schaltet seine Kontaktlamelle X von dem Kontakt zr
um auf den Kontakt ua. Die Anzugsverzögerungen der beiden Relais R1 und R2 sind
größer als die Dauer des einzelnen Meßimpulses. Infolgedessen erfolgt die durch
den direkt aufgenommenen Meßimpuls eingeleitete zmd erst nach dem Ansprechen des
Relais R2 durch das Relais U bewirkte Umschaltung der Kontaktlamelle u auf die Erregerwicklung
E2 des Relais E erst nach Ablauf des direkt aufgenommenen Meßimpulses. Dadurch wird
verhindert, daß etwa von dem direkt aufgenommenen Anteil des Meßimpulses das Relais
E über die Wicklung, erregt wird.
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Das Relais 22 bereitet außerdem bei r22a einen Stromkreis vor für
die Erregerwicklung des des Elektromagneten 10 (s. Fig. I).
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Trifft der vom Boden reflektierte Anteil des Meßimpulses an dem Aufnahmegerät
22 ein, so hat das wiederum eine Zündung des Ionenrohres 26 zur Folge, und es wird
das Relais E über die Wicklung E2 erregt. Infolgedessen wird die Kontaktlamelle
e des Relais E von seinem Gegenkontakt e, umgeschaltet auf seinenGegenko,ntakter.
DerWechselrichter F und damit auch der Motor 2 bleiben stehen. Kurz darauf fällt
entsprechend seiner Abfallverzögerung das Relais ru ab.
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-Es schließt bei hier den Erregerkreis für die Erregerwicklung Io,
des Elektromagneten 10.
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Dieser hebt die Klinke 9 von dem Sperrad 8 ab, worauf der Folgezeiger
7 unter der Wirküng der Feder 12 sich gegen den Mitnehmer des drehbeweglichen Teiles
des Synchronmotors 2 bewegt, sofern die betreffenden Teile nicht schon miteinander
in Anlage standen. Der Zeiger 7 zeigt daraufhin die Stellung des drehbeweglichen
Teiles des Synchronmotors und damit die Laufzeit des Meßimpulses und demgemäß die
Höhe des Fahrenges über Grund an. Kurz darauf fällt entsprechend seiner Abfallverzögerung
das Relais R2 ab. Dadurch wird der Stromkreis für den Elektromagneten 10 sei r22
wieder unterbrochen und dafür bei r2ar der Erregerkreis für den Elektromagneten
5 geschlossen. Die Klinke g kommt daher wieder in Eingriff mit dem Sperrad 8. Gleichzeitig
wird über den Elektromagneten die Klinke 4 vom Sperrad 3 abgehoben. Der drehbewegliche
Teil des Synchronmotors 2 kehrt in die Ausgangsstellung zurück. Mit dem Abfall des
Relais R2 fällt auch das Relais U ab, das daraufhin seine Kontaktlamelle X wieder
gegen den Kontakt ur anlegt. Auch hier überbrücken die Abfallverzögerungen der beiden
Relais Rt und R2 zusammen die Dauer des Meßimpulses, wodurch aus den oben schon
angegebenen Gründen eine erneute Einschaltung der Einrichtung über das Relais E
durch den gleichen Impuls verhindert wird.
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Mit dem Abfallen des Relais R2 wird weiterhin der Stromkreis über
die Erregerwicklung Fs des Wechselrichters F geschlossen.
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Das hat zur Folge, daß die Kontaktlamelle fw des Frequenzrelais P-
in eine bestimmte Ausgangsstellung gebraucht wird, so daß das Frequenzrelais F stets
mit einer bestimmten Ausgangsphase zu laufen beginnt.
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Dem drehbeweglichen Teil des Synchronmotors 2 kann ein Kontakt 34
zugeordnet werden, der jeweils in der Nullstellung des drehbeweglichen Teiles des
Synchronmotors 2 geschlossen gehalten wird. Dieser Kontakt liegt im Kreise der Auslösevorrichtung
für den einzelnen Meßimpuls, so daß also ein neuer Meßimpuls erst ausgesandt werden
kann, wenn der drehbewegliche Teil des Synchronmotors 2 die Nullstellung erreicht
hat.
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Es ist klar, daß die dargestellte Ausführung nach verschiedenen Richtungen
geändert werden kann. So besteht z. B. die Möglichkeit, statt des dargestellten
Wechselrichters irgendeine andere Wechselstromquelle zu benutzen, z. B. eine Blinkschaltung,
einen Röhren- oder Maschinengenerator oder ein etwa zur Verfügung stehendes Wechselstromnetz
hinreichend konstanter Frequenz. Im Falle der obenerwähnten Verwendung eines Schrittschaltwerkes
als Synchrontriebwerk kann an
die Stelle der Wechselstromquelle
ein Impulserzeuger treten, der z. B. im einfachtsten Falle aus mit konstanter Geschwindigkeit
ang,etriebenene Nockenscheiben und von diesen betätigten Kontakten bestehen, kann.