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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Auf dem Gebiet des Maschinenbaus sind Messvorrichtungen für Werkzeugmaschinen in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Durch derartige Messvorrichtungen in Werkzeugmaschinen lassen sich separate Vorrichtungen zur Prüfung von Maßhaltigkeiten an Werkstücken und an Bearbeitungswerkzeugen einsparen und entsprechende Prüfungen im Laufe einer Fertigung schneller und effizienter durchführen. In vielen Fällen weist die Messvorrichtung eine Erfassungseinrichtung und einen Messtaster auf, die als getrennte Komponenten ausgeführt sind. Dabei wird angestrebt, dass der Messtaster beweglich und kompakt ist, wodurch er sich auch an schwierigen Oberflächen, insbesondere in Hohlräumen eines Körpers, entlangführen lässt.
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Um den Messtaster möglichst ungehindert an Oberflächen eines Körpers entlangführen zu können, ist es zudem bekannt, Signale vom Messtaster kabellos, z. B. mittels Funkwellen, an die Erfassungseinrichtung zu übertragen. Allerdings ist eine kabellose Signalübertragung vergleichsweise störanfälliger. Um Unterbrechungen einer Signalübertragung zu vermeiden ist der Messtaster auf eine vergleichsweise hohe Sendeleistung eingestellt, die einen erhöhten Wartungsaufwand auslösen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, der eine insbesondere hinsichtlich der Wartbarkeit verbesserte Messvorrichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Messvorrichtung für eine Werkzeugmaschine aus, die einen Messtaster und eine Erfassungseinrichtung umfasst. Dabei sind der Messtaster und die Erfassungseinrichtung für eine kabellose Signalübertragung zumindest vom Messtaster an die Erfassungseinrichtung ausgebildet. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Messeinheit vorhanden ist, mit der ein Signalpegel eines empfangenen Signals messbar ist, und dass die Erfassungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Information an den Messtaster zu übermitteln, auf dessen Grundlage eine Veränderung eines Signalpegels, mit dem der Messtaster sendet, stattfindet.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Messtaster einen erheblichen Teil der Energie und gegebenenfalls sogar den größten Teil durch ein Aussenden von Signalen verbraucht. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit Hilfe der Messeinheit feststellbar ist, ob der Messtaster eine höhere Sendeleistung als zum Empfang erforderlich ist einsetzt. Der Messtaster ist vorteilhaft dazu ausgebildet, insbesondere selbsttätig den Signalpegel, mit dem der Messtaster sendet, zu verändern, wodurch der Messtaster vorteilhaft in der Lage ist, den Energieverbrauch an ein für eine zuverlässige Kommunikation erforderliches Maß anzupassen. Dabei ist die Erfassungseinrichtung vorteilhaft in eine solche Anpassung eingebunden.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Messeinheit in die Erfassungseinrichtung integriert ist. Dadurch belastet die Messeinheit nicht die Energieversorgung des Messtasters.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Messeinheit in dem Messtaster integriert ist. Auf diese Weise kann ein Messtaster selbständig, z. B. anhand von reflektierten vom Messtaster ausgesandten Signalen ein Signalpegel überwachen.
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Der Messtaster und die Erfassungseinheit sind vorzugsweise für eine kabellose Signalübertragung mit Infrarotlicht ausgebildet. Des Weiteren können der Messtaster und die Erfassungseinheit für eine kabellose Signalübertragung mit Funkwellen ausgebildet sein.
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Funkwellen bieten vorteilhaft eine geringere Abhängigkeit der Empfangsqualität vom Abstand und können auch über eine Übertragungsstrecke empfangen werden, die nicht durch eine gerade freie Strecke zwischen Sender und Empfänger verbunden sind.
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Demgegenüber bietet Infrarotlicht den Vorteil einer geringeren Störanfälligkeit sowie eines einfacheren Aufbaus von Sendern und Empfängern mit Hilfe von Halbleiterdioden und gegebenenfalls Transistoren. Vorzugsweise sind die Erfassungseinrichtung und der Messtaster für eine bidirektionale Kommunikation ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass eine Signalübertragung z. B. in beiden Richtungen zwischen Messtaster und Erfassungseinrichtung symmetrisch ausgebildet ist, wodurch sich die Empfangsqualität von Signalen an beiden Enden von Übertragungsstrecken überprüfen lassen.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Erfassungseinrichtung zur Übermittlung einer Information an dem Messtaster ausgebildet ist, mit der am Messtaster ein Signalpegel für eine nachfolgende Signalübertragung einstellbar ist. Als Information kann die Erfassungseinrichtung, beispielsweise einen Messwert, als digitales Datum übertragen werden. Gegebenenfalls kann die Erfassungseinrichtung auch unmittelbar einen Wert zur Änderung der Sendeleistung des Messtasters an diesen übertragen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Erfassungseinrichtung zur Übermittlung des gemessenen Signalpegels an dem Messtaster ausgebildet ist.
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Um mit einer Messeinheit im Messtaster die Qualität einer Signalübertragung zu überwachen, ist die Erfassungseinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet zum regelmäßigen Aussenden eines Referenzsignals mit einem vorgegebenen Signalpegel. Dabei kann die Erfassungseinrichtung das Referenzsignal mit einer Sendeleistung aussenden, die zuverlässig und ohne Ausfall vom Messtaster empfangbar ist. Zudem ermöglicht diese Ausführung der Erfindung eine schnelle Anpassung der Sendeleistung des Messtasters, dass hierbei die Messeinheit vorzugsweise im Messtaster integriert ist.
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Vorzugsweise ist eine Kontrollfunktion zur Bestimmung eines veränderten Signalpegels ausgebildet, durch die in einen geänderten Signalpegel des Messtasters zum Senden von Signalen ein Abstand zwischen dem Messtaster und der Erfassungseinrichtung eingerechnet ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine Kontrollfunktion zur Einstellung des Signalpegels des Messtasters, der ausgebildet ist, dass eine Lage der nächsten Messposition ausgewertet ist, um den Signalpegel des Messtasters zu ändern, bevor die nächste Messposition erreicht wird. Dadurch ist ein empfangbarer und angepasster Signalpegel erreichbar, auch in solchen Fällen, in denen der Messtaster gegebenenfalls ohne laufendes Senden von Signalen über eine größere Strecke hinweg bewegt wird. Insbesondere lassen sich dabei Situationen berücksichtigen, in denen der Messtaster in Bereiche eines Werkstücks vordringt, die eine Signalübertragung erschweren. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass eine Kontrollfunktion zur Bestimmung eines veränderten Signalpegels ausgebildet ist, durch die in einen geänderten Signalpegel des Messtasters zum Senden von Signalen ein Dämpfungskoeffizient, der Umgebungseinflüsse auf die Übertragungsstrecke zwischen dem Messtaster und Erfassungseinrichtung widerspiegelt, eingerechnet ist. Auch hierdurch lässt sich eine vergleichsweise zuverlässigere und energiesparende Signalübertragung gewährleisten.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Messtaster zur Anbringung an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Dadurch ist zusätzlicher Aufwand für einen Einsatz des Messtasters vorteilhaft vermeidbar.
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Vorzugsweise ist im Messtaster ein Energiespeicher, z. B. elektrochemischer Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie oder Akkumulator, untergebracht. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur eine Signalübertragung, sondern auch eine Energieversorgung vorteilhaft kabellos ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist die Erfassungseinrichtung eine Kommunikationsschnittstelle zur Verbindung mit einer Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine auf. Dadurch können der Erfassungseinrichtung, beispielsweise Informationen, z. B. Positionsdaten, für eine Anpassung der Sendeleistung zur Verfügung gestellt werden.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere Vorteile aufgeführt werden. Es zeigen:
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1 schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
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2 schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
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3 schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführung.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 mit einem Messtaster 2 und einer Erfassungseinrichtung 3.
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An einem Gehäuse 4 des Messtasters 2 ist ein Taststift 5 mit einer Tastspitze 6 angebracht. Der Taststift 5 ist derart am Gehäuse 4 gelagert, dass der Messstift 5 eine Messung und deren Übermittlung an die Erfassungseinrichtung 3 auslöst, wenn die Messspitze 6 eine Oberfläche (nicht gezeigt) eines Werkstücks (nicht gezeigt) oder eines Werkzeugs (nicht gezeigt) an einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) berührt.
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Das Gehäuse 4 des Messtasters 2 weist einen Montageabschnitt 7 auf, der beispielsweise an eine Werkzeugaufnahme (nicht gezeigt) einer Werkzeugmaschine angepasst ist. Dadurch kann der Messtaster 2 von einer Werkzeugmaschine z. B. mit gleicher Präzision an einem z. B. Werkstück entlang geführt werden wie z. B. ein Werkzeug der Werkzeugmaschine.
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Vorzugsweise ist der Messtaster 2 zum Betrieb mit einem elektrischen Energiespeicher (nicht gezeigt), wie z. B. einer Batterie oder z. B. einem Akkumulator, ausgebildet, der im Gehäuse 4 untergebracht ist.
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Für eine kabellose Signalübertragung an die Erfassungseinrichtung 3 sind am Gehäuse 4 mehrere Sendeelemente 8 und Empfangselemente 9 angebracht, die durch eine transparente Abdeckung 10 vor Umgebungseinflüssen, wie z. B. Verschutzungen, geschützt sind. Die Sendeelemente 8 und die Empfangselemente 9 sind vorzugsweise für eine bidirektionale Signalübertragung mit Infrarotlicht zur Erfassungseinrichtung 3 ausgebildet. Die Sende- und Empfangselemente 8 und 9 sind an mehreren verschiedenen Stellen am Gehäuse 4 angeordnet, um in verschiedenen Positionen eine Signalübertragung zu sicherzustellen.
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Die Erfassungseinrichtung 3 ist zur Anbringung an der Werkzeugmaschine (nicht gezeigt), insbesondere an einer festen Stelle, vorgesehen. Beispielsweise kann ein Gehäuse 11 der Erfassungseinrichtung 3 mit zwei Schrauben 12 an der Werkzeugmaschine befestigt werden. Das Gehäuse 11 weist ein vorzugsweise transparent abgedecktes Fenster 11a auf. In dem Fenster 11a sind ein Empfangselement 15 und ein Sendeelement 14 angeordnet. Mit einem Kabel 13 lässt sich die Erfasssungseinrichtung 3 für eine Energieversorgung sowie zum Austausch von Signalen und Daten an z. B. die Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) anschließen.
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Ein Signal, das vom Messtaster 2 an die Erfassungseinrichtung 3 gesandt wird, ist auf einem Übertragungsweg S Einflüssen ausgesetzt, durch die der Signalpegel des Signals beim Empfang gegenüber jenem des Aussendens verringert ist. Auf einen am Empfangselement 15 empfangbaren Signalpegel nehmen z. B. ein veränderlicher Abstand der Übertragungsstrecke S zwischen dem Messtaster 2 und der Erfassungeinrichtung 3 oder z. B. Hindernisse, die eine kürzeste, gerade Übertragungsstrecke blockieren.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Eine Elektronikeinheit 16 des Messtasters 2 umfasst eine Sendeeinheit 17 und eine Empfangseinheit 18. Die Sendeelemente 8 sind an die Sendeeinheit 17 angeschlossen und durch diese für eine Signalübertragung ansteuerbar. An die Empfangseinheit 18 sind die Empfangselemente 9 angeschlossen, mit denen am Messtaster 2 Signale von der Erfassungseinrichtung 3 empfangbar sind. Alle Teile der Elektronikeinheit 16, einschließlich der Sende und Empfangselemente 8 und 9, können von einer Batterie bzw. von einem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt sein.
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Die Erfassungseinrichtung 3 weist eine eigene Elektronikeinheit 20 auf, die ein Empfangsmodul 21 und ein Sendemodul 22 umfasst. Das Empfangselement 15 der Erfassungseinrichtung 3 ist an das Empfangsmodul 21 und das Sendeelement 14 an das Sendemodul 22 angeschlossen. Die Erfassungseinrichtung weist zusätzlich eine Messeinheit 23 auf. Die Messeinheit 23 ist derart an das Empfangsmodul 21 angeschlossen, dass Signalpegel von Signalen, die am Empfangselement 15 empfangen werden, mit der Messeinheit 23 bestimmbar sind.
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Die Messeinheit 23 kann zum Vergleich eines Signalpegels eines empfangenen Signalpegels mit einem vorgegebenen unteren Grenzwert des Signalpegels ausgebildet sein. Insbesondere kann die Messeinheit 23 z. B. durch Berechnung der Differenz zwischen dem unteren Grenzwert und einem gemessenen Signalpegel einen Korrekturwert, z. B. einen Änderungswert oder z. B. einen Zielwert, bestimmen, der sich mit dem Sendemodul 22 an den Messtaster 2 übertragen lässt. Der Korrekturwert ist am Messtaster 2 durch das Empfangselement 9 und die Empfangseinheit 18 empfangbar. Die Elektronikeinheit 16, insbesondere die Sendeeinheit 17, ist dazu ausgebildet, die Sendeleistung gemäß dem empfangenen Korrekturwert anzupassen und insbesondere zu erhöhen, wodurch sich eine Übertragung nachfolgender Messsignale sicherstellen lässt.
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Des Weiteren kann die Messeinheit 23 dazu ausgebildet sein, ein Überschreiten eines oberen Grenzwertes für empfangene Signale zu bestimmen und einen entsprechenden Korrekturwert für eine Verringerung der Sendeleistung am Messtaster 2 zu ermitteln. Durch Übermittlung eines Korrekturwerts zur Senkung der Sendeleistung ist der Energieverbrauch im Messtaster 2 verringerbar, wodurch ein Austauschen oder Aufladen eines Energiespeichers (nicht gezeigt) des Messtasters vergleichsweise seltener erforderlich ist.
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Die Messvorrichtung 1 gemäß der eben beschriebenen Ausführung ist eine insbesondere laufende Überwachung und Anpassung der Sendeleistung des Messtasters 2 vorwiegend in der Erfassungseinheit ausgebildet. Ein erhöhter Energieverbrauch, der durch zusätzliche Elektronikkomponente entstehen kann, lässt sich an der Erfassungseinrichtung 3 vergleichsweise leicht ausgleichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Signalpegel der Signalübertragung zumindest zeitweise begrenzt ist, wodurch eine Einsatzumgebung der Messvorrichtung 1 weniger von einer Signalübertragung beeinträchtigt ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 ist in 3 gezeigt. Die Messvorrichtung 1 kann mechanisch wie in 1 gezeigt aufgebaut sein.
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Der Messtaster 2 ist mit einer Elektronikeinheit 16 ausgestattet, die eine Sendeeinheit 17 und eine Empfangseinheit 18 umfasst. Die Sendeeinheit 17 ist zur Ansteuerung von Sendeelementen 8 insbesondere zur Übermittlung von Messsignalen vorgesehen. An der Empfangseinheit 18 sind ein oder mehrere Empfangselemente 9 angeschlossen.
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Die Elektronikeinheit 16 des Messtasters 2 umfasst zudem eine Messeinheit 23, die zur Messung des Signalpegels von Signalen ausgebildet ist, die die Empfangseinheit 18 empfängt.
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Die Elektronikeinheit 20 der Erfassungseinrichtung 3 weist ein Empfangsmodul 21, insbesondere zum Empfang von Messsignalen bzw. Messdaten, und ein Sendemodul 22 auf. Mit dem Sendemodul 22 lässt sich ein Referenzsignal mit konstantem Signalpegel regelmäßig aussenden. Vorzugsweise ist der Signalpegel des Referenzsignals an der Elektronikeinheit 20 derart einstellbar, dass das Referenzsignal am Messtaster 2 in allen vorgesehenen Messpositionen, die im Rahmen einer Prüfung eines Werkstücks (nicht gezeigt) oder eines Werkzeugs (nicht gezeigt) vorgesehen sein können, empfangbar ist. Die Sendeeinheit 22 und das Sendeelement 14 lassen sich dabei z. B. von der Werkzeugmaschine mit der zum Senden erforderlichen elektrischen Leistung versorgen, ohne einer Einschränkung durch z. B. eine begrenzte Speicherkapazität einer z. B. Batterie zu unterliegen.
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Mit der Messeinheit 23 ist am Messtaster 2 ein Signalpegel bzw. eine Änderung des Signalpegels der Referenzsignale bestimmbar, die die Erfassungseinrichtung 3 aussenden kann. Die Elektronikeinheit 16 ist dazu ausgebildet, den gemessenen Signalpegel empfangener Referenzsignale während eines Messvorgangs regelmäßig auszuwerten. Hierfür kann die Elektronikeinheit 16 für einen Vergleich eines gemessenen Signalpegels z. B. mit einem vorgebbaren Sollwert ausgebildet sein. Außerdem kann mit der Elektronikeinheit 16 kontrollierbar sein, ob ein gemessener Signalpegel eines empfangenen Referenzsignals innerhalb vorgegebener Grenzwerte der Signalleistung liegt. Durch einen entsprechenden Vergleich bzw. eine entsprechende Kontrolle lassen sich Änderungswerte für eine Sendeleistung mit z. B. der Elektronikeinheit 16 bestimmen, um gegebenenfalls Anpassungen des Signalpegels der Sendeeinheit 17 für eine zuverlässige und Energie sparende Übertragung von Messsignalen an die Erfassungseinheit 3 vorzunehmen. Insbesondere kann die Eelektronikeinheit 16 eine Schaltung (nicht gezeigt) zur Regelung oder Steuerung umfassen, die die Sendeleistung z. B. der Sendeeinheit 17 an einen von der Messeinheit gemessenen Signalpegel regelmäßig, insbesondere fortlaufend, anpasst. Eine Anpassung der Sendeleistung des Messtasters 2 ist dadurch vorteilhaft nicht mehr vom Empfang von Signalen an der Erfassungseinrichtung 3 abhängig. Daher kann beispielsweise eine überschüssige Leistungsreserve zur Absicherung von Signalübertragungen des Messtasters 2 verringert oder gänzlich vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung
- 2
- Messtaster
- 3
- Erfassungseinrichtung
- 4
- Gehäuse
- 5
- Taststift
- 6
- Tastspitze
- 7
- Montageabschnitt
- 8
- Sendeelement
- 9
- Empfangselement
- 10
- Transparente Abdeckung
- 11
- Gehäuse
- 11a
- Fenster
- 12
- Schraube
- 13
- Kabel
- 14
- Sendeelement
- 15
- Empfangselement
- 16
- Elektronikeinheit
- 17
- Sendeeinheit
- 18
- Empfangseinheit
- 20
- Elektronikeinheit
- 21
- Sendemodul
- 22
- Empfangsmodul
- 23
- Messeinheit
