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Empfangsanordnung für ein Funkfeuer mit absatzweiser Schwenkung der
Richtcharakteristik Die Erfindung befaßt sich mit einer Empfangsanordnung für ein
Funkfeuer, insbesondere ist sie auf cin Anzeigegerät gerichtet, wie es bei Navaglobe-Funkfeuern
angewendet wird.
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Das Navaglobe-Funkfeuer besteht in der Hauptsache aus einem Sender
und drei normalerweise an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordneten Sendeantennen.
Diese Antennen werden nacheinander paarig erregt, so daß verschiedene Feldstärkeverteilungen
bzw. verschiedene Richtdiagrarnme nachein.-ander um das Funkfeuer herum auftreten.
Zu Beginn eines jeden Schaltzyklus wird ein Synchronisiersignal ungerichtet ausgesendet.
Der Navigationszyklus beim bisberigen Navaglobe-System benutzte einen ungerichtet
ausgestrahlten Synchronisierimpuls einmal pro Sekunde, der den Start der aufeinanderfolgenden
Umschaltung der drei Richtcharakteristiken festlegte.
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Diese Methode ist nunmehr dahingehend modifiziert worden, daß der
Synchronisierimpuls fortfällt und an seiner Stelle ein Ruheintervall gesendet wird,
um den Beginn des Navigationszyklus zu markieren, Die ausgestrahlten Signale können
in einem beweglichen Fahrzeug empfangen werden, wobei das Synchronisiersignal dazu
dient, die aufeinanderfolgenden Empfangsspannungen. zeitlich richtig zu verteilen
und aus ihnen den Azimut, bezogen auf den Stau. dort des Funkfeuers, zu bestimmen.
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Bei den bekannten Systemen wurden die empfangenen Signale verschiedenen
Wicklungen eines vektoriellen Verhältnismessers mit drei Wicklungen zugeführt. Die
Feststellung des standortes ist dabei von der Vektorsumme der in den drei Spulen
sich ausbildenden Spannungen abhängig. Die Methode hat verschiedene Nachteile; so
ist z. B. eine erhebliche Gleichstromleistung notwendig, um das magnetische Feld
zur Ablenkung des Zeigers im Verhältnismesser herzustellen. Diese Gleichstromleistung
wird durch Verstärkung aus den Empfangsspannungen gewonnen.
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Die Anzeigt ist außerdem von äußeren Magnetfeldern stark abhängig.
Bei Inbetriebnahme eines d.erartigen.
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Systems ist für jedenVerlältnismesser eine besondere, sehr langwierige
Eichung erforderlich. Da in den bekannten Empfangssystemen eine lineare Gleichrichtung
der Empfangsspannungen benutzt wird, ist ide Winkelbestimmung durch das auftretende
starke Rauschen mit Fehlern behaftet. Die Anzeige am Indikator ist damit sowohl
vom Winkelwert als auch von der Rauschspannung abhängig.
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Es sind auch Empfangsanordnungen und Anzeigesysgteme für Navaglobe-Funkfeuer
bekannt, bei denen in den Verhältnismessern zwar drei Wicklungen vorhanden sind,
jedoch jeweils nur zwei, nämlich die den stärksten Amplitudenwerten entsprechenden
Spannungen, zur Auswertung gelangen. Zusätzlich au den bereits beschriebenen Nachteilen
kommt bei diesem System noch ein weiterer hinzu. Liegt der Empfangsort in einem
Gebiet innerhalb eines Winkels von etwa 20°, gerechnet von der Verbindungslinie
zweier gerade in Betrieb befindlicher Antennen, so liefert das Empfangs- bzw. Anzeigesystem
überhaupt keine brauchbaren Werte.
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Die Empfangsanordnung gemäß der Erfindung für ein Navaglobe-Funkfeuer
vermeidet alle diese Nachteile durch Benutzung eines Gebers im zuge der besonders
ausgebildeten Empfangsanordnung. Der Geber arbeitet mit Wechselspannungen unter
Verwendung eines empfindlichen Nullidikators als Abweichungsanzeiger. Durch Verwendung
eines Gleichrichters mit quadratischer Kennlinie wird der durch das Rauschen auftretende
Fehler praktisch ausgeschaltet. Eine eingebaute Überwachungseinrichtung gestattet
unabhängig von der Messung die Überwachung des Synchronisierzustandes.
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Die Empfangs anordnung für ein Navaglobe-Funkfeuer, bei dem sendeseitig
sowohl nacheinander in unstetiger, zyklischer Reihenfolge Signale mit Hilfe unterschiedlich
gerichteter Strahlungscharakteristiken als auch Synchronisiersignale abgestrahlt
werden und bei dem empfangssitig ein eine Unterscheidung der Synchronisiersignale
ermöglichender Empfänger, ein von Hand oder automatisch in Peilrichtung einstellbarer
Geber und ein als Abweichungsanzeiger dienen-
des Zeigerinstrument
mit Nullpunkt in der Mitte vorhanden sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Geber
einen Stator mit mehreren im Winkel gleichmäßig gegeneinander versetzten Spulen
deren Anzalol der Zahl der r Sen. decha. rakteristiken entspricht (Sekundärseite)
und einen Rotor mit nur einer Spule (Primärseite) enthält. dem die Empfangssignale
zugeführt werden, und daß von einer Unterscheicungseinichtung auf Grund der empfangenen
Signalfolge gesteuerte Hilfseinrichtungen, z. B. Relais, Spannungen. von den Sekundärspulen
des Gebers derart auswählenm, daß deren zeitliche Aufeinanderfolge mit der Aufeinanderfolge
der verschiedenen Richtstrahlungen übereinstimmt, daß die ausgewählten Spannungen.
über einen phasenabhängigen Gleichrichter und ein Speicherorgan dem Abweichungsanzeiger
derart zugeführt sind, daß dessen Anzeige dann Null ist, wenn die Rotorstellung
des Gebers mit dem Azimutwinkel des Empfängers im Hinblick auf das Funkfeuer übereinstimmt,
und daß ferner eine Überwachungscinrichtung zur Beobachtung und Ein. regelung des
Synchronisierzustandes vorbanden ist.
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An Hand von Zeichnungen soll im folgenden die Erfindung näher beschrieben
werden.
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Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eincs Navaglobe-Funkfeuers; Fig.
2 zeigt eine Darstellung der einzelnen Wellenformen; Fig. 3 zeigt ein Blockschema
eines Navaglobe-Empfänger mit dem Anzeigesystem gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt das gesamte Strahlungsdiagramm eines Navaglobe-Funkfeuers,
das mit Hilfe der Antenn. ell 1.
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2 und 3 erzeugt wird. Der Sender 4 enthält eine Hochfrequenzquelle
5 und deine Umschalteinrichtung 6. Diese Umschalteinrichtung 6 ist mit den Antennen
1, 2 und 3 verbunden so daß diese in zyklischer Reihenfelge nacheinander in vier
Schritten erregt werden.
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TVährend des ersten. Schrittes wird keine der Antennen während einer
viertel Periode erregt. Es entsteht somit ein Zeitintervall, das als Syndchronisiersignal
betrachtet werden kann (s. Fig. 2, Kurve A). Die Antennenpaare 1, 2; 2, 3 und 3,
1 werden dann in den drei nachfolgenden. Schritten nacheinander durch die Umschalteinrichtung
6 erregt für Zeitbereiche, die durch die Impulse 7. 8 und 9 der Fig. 2. Kurve A,
angedeutet sind. Bei Erregung der Antennetn 1 und 2, vorzugsweise konphas, entsteht
ein Strablungsdiagramm entsprechend der strichpunktierten Linie A der Fig. 1. Entsprechend
erzeugt eine Erregung der Antennen 2 und 3 das Strahlungsdiagramm B und der Antennen
3 und 1 das Strahlungsdiagramm C. An der Skala 10 der Fig. 1 ist ersichtlich, daß
während eines Umschaltzyklus ein Unterschied in den Amplitudenverhältnissen der
Diagramme A, B und C rund um das Funkfeuer herum auftritt. Als einzige Schwierigkeit
tritt dabei eine 180°-Mehrdeutigkeit auf. Diese Mehrdeutigkeit kann durch Feststellung
der geographischen Lage des Flugzeuges oder durch Peilung mit Hilfe zweier oder
mehrerer Funkfeuer ausgeschaltet werden.
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Das Indikatorsystem gemäß der Erfindung für ein Navaglobe-Funkfeuer
ist aus Fig. 3 ersichtlich. Ein Empfänger 11, vorzugsweise ein Überlagerungsempfänger
ohne Demodulator, der z. B. in das bewegliche Fahrzeug eingebaut werden kann oder
an. einem anderen Ort, dessen relative azimutale Lage zum Funkfeuer festgestellt
werden soll, empfängt über eine Antenne 12 die vom Funkfeuer nach Fig. 1 ausgestrahlte
Energie. Zweckmäßigerweise ist der Empfänger 11 abstimmbar, so daß er auf verschiedene
Stationen.
eingestellt werden kaum. Die Ausgangsspannung am Empfänger 11 ist eine zwischenfrequente
Welle, wie sie die Kurve B der Fig. 2 zeigt, verhältnismäßig niedriger Frequenz
in der Größenordnung von 1,5 kHz. die mit dem Schaltsignal (Kurve A. Fig. 2) moduliert
ist.
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Der Ausgang des Empfängers gelangt zum Vorverstärker 13. Ein Teil
der Ausgangsspannung des Vorverstärkers 13 ist über eine automatische Verstärkungsregelung
14 zur Konstanthaltung des Verstärkungsfaktors zum Empfänger 11 zurückgeführt. Dieser
Regelkreis arbeitet mit einer sehr großen Zeitkonstante, um das Amplitrudenverhältnis
der drei Navaglobe-Signale während eines Umschaltzyklus nicht zu verzerren. Ein
weiterer Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers 13 gelangt zum Demodulator 17
und einem 4-Hz-Filter 18. Dieses Filter siebt aus der empfangenen Energie eine 4-Hz-Komponente
aus und liefert eine Sinuswelle gemäß Kurve 1f der Fig. 2. Diese Sinuswelle von
4 Hz wird nach einer Impulsumformung dazu benutzt, den Zeitzyklus des Verteilers
21 fein. zu regeln.
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Ein dritter Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers 13 wird nach
Einweggleichrichtung im Gleichrichter 15 zu einem Kreis 16 geführt, der eine Grobsynchronisierung
und eine Endlagenanzeige bewirkt.
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Der Kreis 16 gestattet die Feststellung des Zeitintervalls, währenddessen
keine Strahlung erfolgt (Ruheintervall). Dieses Ruheintervall wird als Synchronisiersignal
benutzt. Ein Ausgang des Kreises 16 wird dem Endlagenanzeiger 37 zugeführt, ein
anderer Ausgang steuert den Multivibrator 36, der seinerseits die normalerweise
geöffnete Torstufe 20 tastet. Die hinter dem Filter 18 auftretende Sinuswelle von
4 IIz gc langt nach Impulsumformung im Kreise 19 durch die torstufe 20 zum Verteiler
21.
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Der von den vier Teilausgängen des Vorverstärkers 13 noch verbleibende
Ausgang wird einem mechanischen oder elektrischen Zerhacker 22 zugeführt, der das
empfangene Signal im Rhythmus von 230 Hz zerhakt. Das zerhackte Signal gelangt sodann
an ein Glied 23 mit quadratischer Kennlime. In diesem Glied wird die l-,5-kHz-Komponente
unterdrückt, und das verbleibende 230-Hz-Signal, das mit dem Umschaltzyklus moduliert
ist, gelangt auf den. Rotor 27 des Gebers 28. Die in. den Statorwicklungen. des
Gebers 28 induzierten Spannungen werden mit den Kontakten der drei Relais 24, 25
und 26 verbunden. Der Ausgang des Verteilers 21 steuert die Relais 24, 25 und 26
der art, daß die von jedem Antennenpaar ausgestrablte und im Empfänger aufgenommene
Energie je einem der Relais zugeführt wird, die dabei nacheinander in Betrieb gesetzt
werden. Durch diese WIaßnahme gec langt die Energie der drei einzelnen Statorwicklungen
in zeitlicher Reihenfolge nacheinander über einen jeweils geschlossenen. Relaiskontakt
zu einem Gleichrichter 29 und weiter zu einem Speicherkreis 30.
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Dieser Kreis 30 dient dazu, die Energie während der Schaltperioden
der Relais 24 bis 26 jeweils bis zum Eintreffen der Energie des folgenden. Zvklus
zu speichern. Die Spannung des Speicherkreises 30 bringt nach Verstärkung im Verstärker
31 ein Anzeigegerät 32 zum Ansprechen. Dieses Anzeigegerät 32 dient als Links-Rechts-Anzeiger.
Der Indikator 33 besitzt einen Knopf 34, durch dessen Drehung auf einen gewünschten
Azimutwinkel, der an einer Skala 35 abzulesen. ist, sowohl ein Zeiger als auch der
Rotor des Gebers 28 einstellbar sind. Wenn die Stellung des Rotors den relativen
Amplituden. der empfangenen, Navaglobe-Signale entspricht, ist die Ausgangsspannung
des Verstärkers
31 Null und. das Links-Rechts-Anzeigegerät 32 zeigt
die Nullstellung an.
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Fig. 2 zeigt die im Empfänger auftretenden verschiedenen Wellenformen.
Die am Ausgang des Empfängers 11 entstehende 1,5-kHz-Spannung ist mit dem Navaglobe-Umschaltzyklus
molduliert. Kurve 13 zeigt diese Wellenform. An den Ausgängen des Vorverstärkers
13 1c, 2c, 3c tritt also dieses Signal auf. Der ausgang 1c gelangt über den Zerhacker
22 an das Glied 23 mit quadratischer Kennlinie. Der Ausgang 2 c gelangt auf den
Gleichrichter 15, der den l,5-kHz-Träger und höhere Harmonische unterdrückt. Die
Ausgangskurvenform dieses Gleichrichters entspricht der Kurve C der Fig. 2. Der
Ausgang 3c wird durch einen Einweggleichrichter 17 gleichgerichtet und hat nach
Gleichrichtung die Form der Kurve D. Dieser Kurvenzug gelangt auf das Filter 18,
das eine hohe Güte besitzt und für 4 Hz ausgelegt ist. Auf Grund dieser hohen Güte
wird eine 4-Hz-Sinusschwingung ausgesiebt, die dem Zeitpunkt des »Ruheintervalls«
entspricht. Die auftretende Schwingung zeigt Kurve E.
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Diese Schwingung wird dem Kreis 19 zugeführt. der eine Impulsformung
vornimmt. Der Arbeitspunkt des Kreises 19 ist so gewählt, daß die 4-Hz-Sinnsschwingung
diesen von einem leitenden Zustand in einen nichtleitenden Zustand steuert. Das
Ergebnis ist eine Impulsreihe von vier Impulsen pro Sekunde. Diese Impulse durchlaufen
die normalerweise geöffnete Torstufe 20 und betätigen den Verteiler 21. Der Verteiler
21 ist ein Stufenschalter, in dem vier einzelne Kreise nacheinander kurzzeitig.
geschlossen werden. Der Schaltrhythmus stimmt dabei mit den die Torschaltung 20
durchlaufenden, aus der 4-Hz-Sinusschwingung abgeleiteten Impulsen überein. Drei
der im Verteiler 21 abwechselnd schließenden Kreise sind mit den entsprechenden
Relais 24, 25 und 26 verbunden. Die den Relais zugehörigen. Kontakte schließen also
kurzzeitig nacheinander im Rhythmus der drei empfangenen Na, va. globe-Richtd. iagramme,
deren Azimutwinkel durch das Amplitudenverhältnis festgelegt ist.
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Der vierte Kreis im Verteiler 21 schließt ebenfalls einmal während
jedes Umschaltzyklus. Er wird. zur Überprüfung des Synchronismus ausgenutzt und.
ermöglicht eine Grobkorrektur des Synchronisiersignals.
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Der zu Relais 24 gehörende Kontakt schließt immer dann, wenn ein Signal
vom ersten Richtdiagramm, das durch die Antennen 1 und 2 erzeugt wird, empfangen
wird, das ist also nach dem Auftreten des Ruheintervalls (s. Kurve B der Fig. 2j.
In diesem Augenblick gelangt die empfangene Energie zur Ro¢olrwicklung 27 des Gebers
28. In gleicher Weise schließt der dem Relais 25 zugehörige Kontakt dann, wenn.
die zweite Richtstrahlung empfangen wird, und weiter schließt beim Empfang der dritten
Richtstrahlung der zum Relais 26 gehörige Kontakt. Die richtige Aufeinanderfolge
der einzelnen Anschaltungen würde unter Zuhilfenahme nur der Steuerung durch die
von der 4-Hz-Sinusschwingung abgeleiteten, Impulse nicht möglich sein, da diese
Impulse untereinander keinen Unterschied aufweisen. Aus diesem Grunde wird der Ausgang
des Einweggleichrichters 15, der einen Verlauf nach Kurve C der Fig. 2 hat, in den
Verteiler 21 zur Überprüfung des Synchronismus eingeführt. Wenn der Schaltzeitpun,
dieses zur Überprüfung dienenden Kreises im Verteiler 21, der ebenfalls von den
im Impulsformer 19 aus der 4-Hz-Sinusschwingung abgeleiteten Impulsen gesteuert
wird, mit dem Ruheintervall des empfangenen Navaglobe-Signals über einstimmt, befindet
sich das System im gewünschten Zustand der Synchronisierung. In diesem Falle durch
läuft
kein Signal die Überprüfungseinheit im Verteiler 21. Der Kreis 16 zeigt damit am
Indikator 37 an, daß Grobsynchronisierung besteht und die Anlage funktionsbereit
ist; der Multivibrator 36 erzeugt keine Ausgangsspannung. Wenn andererseits die
Grobsynchronisierung nicht besteht # das ist meistens der Fall bleim Ein, schalten
des Empfängers -- spricht die Überprüungseinheit des Verteilers 21 an, d. h. sie
arbeitet während eines Zeitraumes. zu dem eines der drei empfangenen Signale zum
Rotor 27 des Gebers 28 gelangt. Zur gleichen Zeit gelangt dasselbe Signal über den
Gleichrichter 15 in Form eines Impulses an die Überwachungseinrichtung für die Grobsynchronisierung
16. Diese Überwachungseinrichtung kann jetzt arbeiten und veranlaßt den Indikator
37, den Zustand des Nichtsynchronismus anzuzeigen. Der Multivibrator 36 erzeugt
in diesem Falle einen Impuls solcher Größe und Polarität, daß die Torstufe 20, auf
die dieser Multivibratorimpuls gelangt, während eines Zeitintervalls einer viertel
Sekunde gesperrt ist. Als Ergebnis fällt heim Verteiler. 21 ein Schritt aus. d.
h. die Phase der vier Zeitpunkte pro Sekunde, in. denen der Verteiler 21 geschlossen,
wird, ändert sich relativ zu der Phase der vier vom Impulsformer 19 gelieferten
Impulse. Diese Phasenverschiebung bringt den Verteiler 21 wieder in den notwendigen.
Syncbroiiismus mit dem Navaglobe-Umschaltzyklus. Es ist möglich, daß eine derartige
Verschiebung zwei-oder mchrmals auftreten muß, um den erforderlichen Gleichlauf
wieder herzustellen.
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Die verstßrkte Zwischenfrequenz am Ausgang des Vorrverstärkers 13
wird mit einer Frequenz von annähernd 230 Hz durch dez Zerhacker 22 zerhackt. Sie
wird danach einem Glied 23 mit quadratisch, er Kennlinie zugeführt, in dem die in.
der zerhacken Rechteckwelle enthaltenen Harmonischen höherer Ordnung unterdrückt
werden. Das entstehen de Signal wird mit einer Gleichspa, n, n. ung, die die Vorspannung
des al Bolopmeter ausgebildeten quadratischen Gliedes bildet, zusammengesetzt. Es
entsteht dabei eine Spannungskomponente von 230 Hz geringer Amplitude, deren Wert
dem Amplitudenquadrat des Eingangssignals proportional ist. Ein anschließendes Filter
unterdrückt die 1,5-kHz-Komponente. Die Spannung hinter dem Filter gelangt an den
Rotor des Gebers 28 im Anzeigegerät für den Azimutwinkel. Die in den. drei Statorwicklungen,
des Gebers induzierte Spannung wird über die entsprechenden, durch den Verteiler
21 gesteuerten Kontakte der Relais 24, 25 und 26 an den Gleichrichter 29 geführt.
Dieser Gleichrichter 29 ist mit dem Zerhacker 22 auf mechanischem Wege synchronisiert.
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Durch diese Maßnahme werden die Signale synchron gleichgerichtet,
so daß eine durch den Geber 28 hervorgerufene Phasenumkehr als Ausgangs spannung
mit umgekehrter Polarität am Gleichrichter 29 in Erscheinung tritt. Das ist wichtig
zur Aufrechterhaltung des richtigen, durch den Geber verursachten Vorzeichens der
Ausgangsspannung. Wenn der an der Skala 35 des Richtungswählers 33 eingestellte
Wert mit dem Azimutwinkel übereinstimmt, heben sich die positiven und negativen
Amplituden der gleichgerichteten Signale gegeneinander auf. so daß dem Spicherkreis
30 keine Spannung zugeführt wird. Stimmt der Azimutwert nicht mit dem am Richtungswähler
33 eingestellten, Wert überein, so entsteht im Speicherkreis 30 entweder eine positive
oder negative Spannung. Diese Spannung wird durch den Verteiler 21 während jedes
Zeitintervalls der Synchronisierzeichen einmal in jeder Sekunde an den, Verstärker
31 gelegt Dessen Ausgang gelangt dann auf das Meßgerät 32.
das als
Abweichungsindikator dient. Für eine automatische Winkelanzeige kann der Ausgang
des Verstärkers 31 als Fehlerspannung benutzt werden, die einem Regelsystem zugeführt
wird. Der Motor dieses Regelsystems ist dabei mit dem Rotor des Gebers verhunden
und dreht diesen Geber damit automatisch in einem solchen Kichtungssinne ein, daß
das Signal am Gleichrichter 29 Null wird.
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Die Erfindung wurde zwar an Hand eines speziellen Ausführungsheispieles
erklärt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung des Wesens und der Anwendungbarkeit
der Erfindung dar.