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Am Boden verwendbares Fliegerschulungsgerät Ein modernes Fliegerausbildungsgerät
ist für gewöhnlich so konstruiert, daß Piloten im Instrumentenflug unterrichtet
werden können, und besteht in seiner komplizierteren Form aus einem Flugübungsgerät,
in welchem das Ansprechen der Flugzeuginstrumente auf die Einstellungen der Steuerung
und auf andere Bedingungen, die vom Ausbilder gestellt werden können, so getreu
wie möglich während der ganzen. Übung hindurch vorgetäuscht wird, einschließlich
Rollen, Starten. und Landen. In der Praxis wird der Pilot eines Flugzeuges auch
bewußt oder unbewußt von anderen Faktoren geleitet als von den Instrumentenablesungen.
Als Beispiel seien das Motorengeräusch und das Reifengeräusch erwähnt, wenn die
Räder den Boden berühren. Auch diese Geräusche sollten deshalb in. der Ausbildungsausrüstung
vorgetäuscht werden. Für eine realistisch sichtbare Darstellung dessen, was der
Pilot außerhalb seines Flugzeuges sehen würde, insbesondere während einer Landeübung,
ist es sehr wichtig, daß der Pilot eines Flugzeuges beispielsweise während des Anfliegens
eines Flugplatzes und Landens am meisten das verwendet, was er außerhalb des Flugzeuges
sehen kann.
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Zweck der Erfindung ist daher, einem Flugschüler eine sichtbare Darstellung
dessen zu geben, was er außerhalb eines wirklichen Flugzeuges sehen würde und diese
Darstellung in Übereinstimmung mit der angenommenen oder berechneten Bewegung des
Schülerflugzeuges abzuändern.
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Die Erfindung betrifft daher ein Flugiibungsgerät, welches dem Flugschüler
auf einem Bildschirm ein Blickfeld bietet, wie es von einem wirklichen Flugzeug
aus gesehen würde, wobei eine Fernsehkamera unmittelbar auf ein Objekt gerichtet
ist, um auf dem Bildschirm eines Empfängers ein entsprechendes imaginäres Bild des
Objektes zu erzeugen, und ferner dein Objekt winklige Bewegungen erteilt werden
als Funktion der angenommenen oder berechneten. Positionsveränderung des Flugzeuges
und wobei weiterhin das durch die Kamera gesehene und auf dem Bildschirm wiedergegebene
Objekt in seiner Darstellung in Übereinstimmung mit der Veränderung der angenommenen
oder berechneten Entfernung des Flugzeuges von dem Objekt abgeändert wird, wobei
das imaginäre Bild so auf dem Bildschirm gebracht ist, daß seine Rieht- und Höhenwinkel
vom Flugschüler gesehen den wirklichen Rieht- und Höhenwinkeln des Objektes entsprechen.
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Zu diesem Zweck ist ein beweglicher Projektor vorgesehen, der auf
dem Bildschirm eine verschiehbare Darstellung des Horizonts dadurch bewirkt, daß
mit Hilfe von Motoren winklige Bewegungen dieses Horizontprojektors in Übereinstimmung
mit der angenommenen oder berechneten Veränderung der Fluglage des Flugzeugs vorgenommen
werden, so daß sich der Horizont dem Flugschüler wirklichkeitsgetreu auf dem Bildschirm
darbietet. Die Kamera ist auf einer Leitspindel so montiert, daß die Drehung der
letzteren die Kamera nach dem Objekt hin- und von diesem wegbewegt.
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Das Objekt ist durch einen Motor um eine zu seiner Querebene senkrechte
Achse drehbar, um die Sicht der Kamera abzuändern. Außerdem ist das Objekt durch
einen Motor um eine zu seiner Querebene liegende Achse drehbar, die senkrecht zu
einer Linie liegt, welche die Kamera mit einem Nullpunkt auf dem Objekt verbindet.
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Der Empfänger weist eine Kathodenstrahlröhre auf, auf deren Oberfläche
das Bild wiedergegeben wird und die durch einen Motor um ihre Längsachse drehbar
ist. Zur Projektion des Horizonts weist der Horizontalprojektor einen durchscheinenden
Schirm auf, und es ist eine Lichtquelle vorgesehen, die ein Bild des Horizonts auf
dem Darstellungsschirm für den Flugschüler sichtbar macht. Der durchscheinende Schirm
ist in einem Rahmen derart montiert, da.ß er eine winklige Bewegung mit Bezug auf
den Rahmen ausführen kann und um eine durch die Lichtquelle gehende Achse drehbar
ist, wobei die besagte Bewegung die angenommene oder berechnete Stengungsbewegung
des Flugzeugs darstellt und der Rahmen um eine zweite Achse drehbar ist, die senkrecht
zur Achse liegt, so, daß eine winklige Bewegung des durchscheinenden Schirms verursacht
wird, die der angenommenen
oder berechneten Schräglagebewegung
des Flugzeugs entspricht.
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Ein Gerät nach der Erfindung läßt sich verwenden, wenn der Flugschüler
sein Flugzeug in der Nähe eines Objektes von besonderem Interesse fliegt, wie z.
B. eines Start- und Landeplatzes oder des Decks eines Flugzeugträgers.
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Das Atrappenflugzeug mit den Kontrollorganen, welche jenen eines wirklichen
Flugzeugs entsprechen, und die Mittel für die Berechnung der Flugzeugbewegung beim
Ansprechen auf die Bewegung der Kontrollorgane bilden keinen Teil der vorliegenden
Erfindung und werden nicht im einzelnen beschrieben. Es wird jedoch angenommen,
daß elektrische Signale verfügbar sind, welche die Meßentfernung und die Steigungs-
und Schräglagewinkel des Flugzeugs bestimmen. Diese Signale können direkt festgesetzt
oder aus den Bewegungen der Flugkontrollorgane berechnet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein Gerät für die Erzeugung elektrischer Signale, welche
eine Ansicht eines Flugzeugträgers darstellen, wie er vom Piloten eines Flugzeuges
gesehen werden würde; Fig. 2, 4 und 7 sind diagrammatische Darstellungen., welche
die Arbeitsweise des Gerätes erläutern; Fig. 3 ist ein Aufriß des Tisches, auf welchem
das Modell montiert ist; Fig. 5 zeigt das Atrappenflugzeug, in welchem der Pilot
sitzt, und den Schirm, auf welchem das Bild projiziert wird; Fig. 6 zeigt ein Gerät,
um ein Bild des Flugzeugträgers zu projizieren; Fig. 8 stellt einen zweiten Projektor
dar, um auf dem Schirm eine Sicht des Horizonts zu zeigen. Das Modell des Landestreifens
oder des Flugzeugträgers oder eines anderen Zieles wird auf einem Tisch in. bestimmter
Richtung zur Kamera angeordnet, um die entsprechende Sicht zu bieten.. Die Kamera
zeichnet diese Sicht aus dem enstprechenden Bereich auf. Die Vorführeinheit reproduziert
die Sicht und ist dazu bestimmt, die Sicht auf dem Schirm darzustellen und sie hinsichtlich
der Richtung im wesentlichen richtig zu bestimmen. See und Himmel werden getrennt
projiziert und die Projektion so eingerichtet, daß sie sich mit den angenommenen
Flugzeugbewegungen mitbewegt.
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Eine übliche Fernsehkamera 9 ist auf einem Stab 10 montiert, welcher
anderenends ein Gegengewicht 11 trägt und von einem Ständer 12 gehalten wird. Die
Höhe und Richtung der Kamera sind derart, d.aß sie waagerecht liegend auf ein Modell
13 zeigt, das beispielsweise einen. Flugzeugträger darstellt, der in der Mitte einer
Tafeloberseite 14 liegt und schattiert ist, um die See darzustellen. Der Fuß des
Ständers 12 ist mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung versehen, durch welche
eine Spindel 15 so hindurchgeht, da.ß die Drehung der Leitspindel geradlinige Bewegungen
des Ständers entlang der Leitspindel verursacht. Die, Leitspindel wird durch einen.
Motor 16 gedreht, welchem elektrische Signale zugeführt werden, die die berechnete
Schrägentfernung (Meßen.tfe:rnung) R des Flugzeugs vom Flugzeugträger darstellen..
Der Ständer, der die Kamera trägt, wird so, entlang der Leitspindel bewegt, da.ß
die Entfernung der Kamera von dem Modell jederzeit während der Übung die berechnete
Schrägentfernung darstellt.
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Die Tafeloberseite 14 ist um zwei gegenseitig senkrecht zueinander
angeordnete Achsen drehbar. Die eine Achse steht senkrecht zur Tafeloberfläche und
geht durch deren Mittelpunkt. Die Drehung der Tafel um diese Achse ermöglicht, daß
die Sicht des Schiffes, die der Kamera geboten wird, eingestellt werden kann in
Übereinstimmung mit dem Wert des Winkels A (Fig. 2), der von der horizontalen die
Bodenposition des Flugzeugs mit dem Schiffsmittelpunkt verbindenden Linie 0-X und
der Längsschiffsachse gebildet wird. Der Wert des Winkels A wird gegeben, indem
man den Steuerkurs a@ des Schiffes von der Peilung F aus der Position des Flugzeugs
abzieht; die letztere wird aus der Position des Flugzeugträgers mit Bezug auf das
Flugzeug berechnet und 180,° hinzugefügt: A = F - a -I- 180°. Die Drehung
der Tafeloberseite 14 wird durch einen Motor 17 (Fig. 3) bewirkt, welchem elektrische
Signale zugeführt werden, die den Winkel A darstellen. Die Tafeloberseite 14 ist
lose drehbar auf einer Stütze 18 angeordnet und wird durch einen Motor 17 über ein
Zahnrad 19 derart gedreht, daß bei horizontaler Tafeloberseite 14 der Winkel zwischen
Längsschiffsachse des Modells 13 und einer die Kamera mit dem Modell verbindenden
Linie immer gleich denn Winkel A ist.
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Die andere Achse dar Tafeloberseite 14, um die sich diese drehen kann,
geht durch den Durchmesser des Tafeloberteiles, der jeweils senkrecht zur Bereichsspindel
15 verläuft. Eine Drehung der Tafeloberseite um diese Achse verursacht, daß die
Sicht auf das Schiff, die der Kamera dargeboten wird, in Übereinstimmung mit dem
Wert des Winkels B (s. Fig. 4) nachgestellt wird. Der Pilot eines Flugzeugs, das
sich an irgendeinem Punkt auf der Linie 0-Y in der vertikalen Ebene X O Y
befindet, würde denselben Anblick des Schiffes haben. Der Wert des Winkels B ist
aus der Gleichung
zu ersehen, wobei h die Höhe des Flugzeugs und R die Schrägentfernung (Meßentfernung)
des Flugzeugs vom Flugzeugträger darstellt.
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Die Drehung der Tafeloberseite 14 um einen Winkel B um die besagte
diametrische Achse wird durch einen. Motor 20 bewirkt, welchem ebenfalls elektrische
Signale zugeführt werden, die den Winkel B darstellen-Der Motor 20 dreht über das
Getriebe 21 einen Rahmen 22, der schwenkbar in den Stützen 23 und 24 gelagert ist
und auf welchem die Stütze 18 für das Tafeloberteil 14 befestigt ist und somit die
oben beschriebenen Mittel zum Drehen der Tafel um die senkrecht zum Tafelmittelpunkt
liegende Achse. Die Tafeloberseite 14 liegt in Linie mit dem Mittelpunkt der Stützpunkte
des Rahmens 22. Eine Drehung des Motors 20 verursacht, daß sich die Tafeloberseite
um den Durchmesser dreht, der zu diesem Zeitpunkt mit den besagten Stützpunkten
in Linie liegt, d. h. die Tafeloberfläche wird gegen die Kamera oder von der Kamera
9 wegkippen und dabei sicherstellen, daß das Modell der Kamera immer in der richtigen
Höhe dargeboten wird, die durch den Winkel B bestimmt ist.
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Das so weit beschriebene Gerät erzeugt, wenn ihm Signale zugeführt
werden, die die Schrägentfernung und die Winkel A und B darstellen,
in der Kamera Bildsignale, «-elche die Ansicht des Flugzeugträgers darstellen:,
die sich einem Piloten bieten würde, der in einer entsprechenden Position zu dem
Flugzeugträger fliegt. Diese Bildsignale werden dazu verwendet, um
den
Bildprojektionsapparat zu steuern, dessen Projektion auf einem Schirm für den. Piloten
des Übungsgerätes erfolgt.
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Fig. 5 zeigt die Kanzel eines Attrappenflugzeugs 25, zwei Bildwerfer
26 und 27, die ummittelbar über dem Pilotensitz montiert sind, und den Schirm 28.
Der zweite Projektor 27, welcher eine allgemeine Sicht über den ganzen Schirm verschafft,
wird später beschrieben.
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Der Projektor 26 wird diagrammatisch in Fig. 6 gezeigt. Er umfaßt
eine Kathodenstrahlröhre 29, deren Gitter die Bildsignale aus der Kamera 9 zugeführt
werden und sieht Abtastspannungen vor, die mit denen der Kamera 9 synchron laufen,
so daß eine Ansicht des Modells erscheint, wie sie durch eine Kamera, auf der Röhrenfläche
zu sehen sein würde. Dies Bild wird von einer Linse 30 auf den Schirm 28 projiziert
(Fig. 5).
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Die Kathodenstrahlröhre 29 ist auf einer Plattform 31 montiert, welche
mit zwei Ständern 32 und 33 versehen ist, in denen Wellen 34 und 35 in Linie mit
denn horizontalen Durchmesser der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre befestigt sind.
Diese Wellen, sind in den Stützen 36 und 37 schwenkbar. Die Welle 35 wird durch
den Kegelradantriel> 38 von einem Motor 39, der an der Stütze 37 montiert ist, gedreht.
Elektrische Signale, die den Winkel 01 (Fig. 7) darstellen., werden der Motoreinheit
39 zugeführt. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Winkel 01 von der Visierlinie
vom Flugzeug zum Schiff und der Längsschiffsa.chse des Flugzeugs gebildet wird.
Der Winkel 01 bestimmt also einen Kegel um die Verlängerung der Längsachse des Flugzeugs,
auf dessen Oberfläche sich das Schiff an irgendeiner Stelle befindet.
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Die Plattform 31 und die Kathodenstrahlröhre 29 werden von dem Motor
39 um die Achsen der Wellen 34 und 35 gedreht, bis sie eine winklige Stellung erreichen,
die dem Winkel 01 entspricht. Der Winkel 01 kann aus der Formel »cos 01 = cos 0
cos r cos B - sin B sin 0« berechnet werden, wobei O den Steigungswinkel
des Flugzeugs, r die relative Peilung der Flugzeuglängsachse mit Bezug auf die Längsachse
des Schiffes und B den Tiefenwinkel des Schiffes aus der Flugzeugposition, mit Bezug
auf die Horizontale, wie oben. bestimmt, bedeutet.
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Die Stützen 36 und 37 sind an einen Gestell 40 am hinteren Ende der
Einheit befestigt. Dieser Rahmen 40 ist auf einer Welle 41 montiert, welche von
einem Motor 42 gedreht wird. Der Motor 42 wird von elektrischen Signalen gesteuert,
welche einen Winkel (Fig. 7) darstellen. Dies ist der Winkel zwischen zwei Ebenen,
welche die Längsachse des Flugzeugs enthalten, Eine von diesen Ebenen ist eine Bezugsebene,
die mit Bezug auf das Flugzeug festliegt, in diesem Falle die Querebene des Flugzeugs.
Die andere Ebene enthält die Visierlinie. So bestimmt der Winkel 01 eine Linie auf
dem durch den Winkel 01 bestimmten Kegel. Diese Linie ist die Visierlinie.
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Die winklige Stellung des Rahmens und des darauf um die Achse der
Welle 41 (deren Verlängerung durch den Mittelpunkt der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre
geht) montierten Apparates ist jederzeit gleich dem Winkel 01.
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Der Winkel 01 kann aus folgender Beziehung berechnet werden.: wobei
0 den Querneigungs- oder Schräglagewinkel des Flugzeugs darstellt und 02 sich aus
folgender Gleichung ergibt:
Auf diese Weise bewegen die Motoren 39 und 42, welche in Übereinstimmung mit den
Winkeln 01 bzw. 01 gesteuert werden, die Kathodenstrahlröhre in eine winklige Stellung,
die jener der Visierlinie mit Bezug auf die Längsachse des Flugzeugs entspricht.
Die Linse 30 bewegt sich mit der Plattform 31.
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Der beschriebene Projektor projiziert deshalb ein Bild des Schiffes
derart auf den Schirm, daß der Pilot des Scheinflugzeugs das Bild in derselben Stellung
in seinem Blickfeld sieht, wie das Schiff im Gesichtsfeld des Piloten eines richtigen
Flugzeugs auf Grund der Position, Fluglage und Steuerkurses aussehen würde. Es ist
nun notwendig, das Bild des Schiffes (während es in derselben Position auf dem Schirm
gehalten wird) zu drehen, um den Richtungswechsel des Schiffsbildes, um die Visierlinie
herum auf Grund des Wechsels von Fluglage und Steuerkurs des Flugzeugs zu berichtigen.
Dies wird durch einen auf die Plattform 31 montierten Motor 43 bewirkt, welchem
Signale zugeführt werden" die einen Winkel d darstellen. Der Motor dreht die Abtastspulen
44 der Kathodenstrahlröhre um die Längsachse der Röhre in, einem entsprechenden
Winkel.
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Der Winkel d kann aus der folgenden Beziehung berechnet werden: cos
d=-sinrsinBcos0. Formeln, die den oben gegebenen ähneln., könnten abgeleitet werden,
um die erforderlichen Bewegungen eines Projektionssystems zu beschreiben,, in welchem
das Querneigungsdrehgestell vom Steigungsdrehgestell getragen wird.
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Der zweite, in Fig. 8 erläuterte Projektor gibt denn Piloten eine
Horizontsicht. Ein halbzylindrischer Transparentschirm 45 ist in seiner unteren
Hälfte verdunkelt, um die See darzustellen., seine obere Hälfte ist klar gelassen,
um auf diese Weise denn Himmel darzustellen. Im Mittelpunkt der Drehung dieses halbzylindrischen
Schirmes befindet sich eine Lichtquelle 46, welche das Bild von See und Himmel,
das auf dem Transparentschirm 45 dargestellt ist, auf den großen halbzylindrischen
Schirm vor dem Piloten wirft. Der Schirm 45 und die Lichtquelle 46 werden schwenkbar
an zwei Punkten 48 und 49 (die sich in Linie mit der Lichtquelle befinden) auf ein
Gestell 47 montiert. Einen Motor 50, der in denn Gestell 47 montiert ist, werden
Signale zugeführt, welche den Steigungswinkel des Flugzeugs darstellen. Der Motor
dreht den Schirm 45 mittels eines Rädergetriebes 51 um eine Achse, welche durch
die Punkte 48 und 49 geht. Der Schirm 45 erhält auf diese Weise einen Steigungswinkel,
der dem des Flugzeugs entspricht.
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Der Rahmen 47 ist auf einer Welle 52 montiert, deren Achse durch die
Lichtquelle 46 geht und die von einem Motor 53 getrieben wird, welchem elektrische
Signale zugeführt werden, die den Querneigungs- oder Schräglagewinkel des Flugzeugs
darstellen. Der Schirm 45 bekommt so einen Schräglagewinkel, der dein des Flugzeugs
entspricht.
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Der Blick auf die See und den Himmel, welcher auf den großen Schirm
projiziert wird, entspricht deshalb jenem, der vom Piloten eines wirklichen Flugzeugs
entsprechend der Fluglage gesehen werden würde, und der Anblick des Flugzeugträgers
ist diesem allgemeinen Hintergrund überlagert. Obgleich
der Motor
16 und die Bereichsleitspindel 15 gezeigt worden sind, um die Größe des projizierten
Schiffsbildes in Übereinstimmung mit der Schrägentfernung (Meßentfernung) des Flugzeugs
vom Schiff abzuändern, könnnte es möglich sein., daß die Kamera, mit Bezug auf das
Modell fest steht und diel Größe des Darstellungsrasters oder des Kameraabtastrasters
in Übereinstimmung mit der Schrägentfernung abgeändert wird. Alternativ würde es
möglich sein, eine Linse für veränderliche Brennweite und Bildgröße zu verwenden,
die automatisch in Übereinstimmung mit der Schrägentfernung nachgestellt wird.
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Wenn gewünscht, kömite das Schiffsmodell eine relative Bewegung mit
Bezug auf die Plattenoberseite 14 erhalten, um z. B. Steigungs- und Schräglagebewegung
eines wirklichen Schiffes vorzutäuschen.
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Für gewisse Zwecke würde es genügen., ein flaches Bild des Flugzeugträgers
zu verwenden an Stelle eines Modells. Außerdem würde es für manche Zwecke möglich
sein, die Vortäuschung gewisser Sichten der Flugzeugbewegung wegzulassen. Zum Beispiel
könnte angenommen werden, daß der Schräglagewinkel des Flugzeugs im wesentlichen
während der Endstufen eines Anflugs gleich Null ist.
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Das Berechnen der verschiedenen Winkel kann durch Verwendung entsprechender
normaler Rechenhilfsmittel ausgeführt werden, z. B. kann ein Poten.tiometer mit
kurvenförmiger Kennlinie verwendet werden, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen,
die sich als eine Funktion (d. h. als Sinus oder dessen reziproker Wert) der Entfernung
von dessen. Kontakthebel verändert, und ein Produkt von zwei Veränderlichen kann
erhalten werden, indem man einem Potentiometer eine Spannung zuführt, welche die
erste variable Größe repräsentiert und den Kontakthebel des Potentiometers in Übereinstimmung
mit dem Wert der zweiten Variablen einstellt. Die Zusammenzählung der Spannungen
kann vollzogen werden, indem man parallele Eingangsleitungsnetze verwendet.