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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung befaßt
sich mit der Ausbildung von Lautsprechern, insbesondere mit der
Ausbildung von Antriebsystemen für
derartige Lautsprecher, sowie mit der gegenseitigen Zuordnung derartiger
Lautsprecher.
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Gemäß dem Stand
der Technik ist es bekannt, Antriebssysteme von Lautsprechern so
auszubilden, daß ein
Dauermagnet mit sogenannten Joch- oder Rückschlußteilen verbunden wird, wobei
an den Jochteilen ein Ringspalt belassen wird, in welchen später die
mit der Lautsprechermembran verbundene Schwingspule eintaucht. Eine
solche Anordnung, welche einen axial zur Längsachse des Magnetsystems
magnetisierten Dauermagneten aufweist, ist beispielsweise in DE-A-4113017
gezeigt. Magnetsysteme mit zwei Dauermagneten zeigen die Schriften
DE-A-4234069 und DE-A-4225156.
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Hierneben
sind Magnetsysteme bekannt, welche radial zur Längsachse des Magnetsystems magnetisierte
Dauermagnete aufweisen. Diese Dauermagnete sind entweder einstückig ausgebildet oder
bestehen aus einer Aneinanderreihung von Dauermagnetsegmenten. Solche
Anordnungen sind beispielsweise aus WO 93/03586 bekannt. Auch bei diesen
Anordnungen sind Rückschlußteile vorhanden,
welche den von den Dauermagneten bereitgestellten Magnetfluß führen, so
daß dem
Ringspalt eine ausreichende Induktion zur Verfügung gestellt wird.
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Ein
Lautsprecher mit zwei radial magnetisierten Dauermagneten, jedoch
ohne Rückschlusselemente
ist aus der
US 4327257 bekannt.
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Als
nachteilig wird bei diesen Systemen bzw. Lautsprechern sowohl die
aufwendige Fertigung als auch das hohe Gewicht und das große Volumen empfunden.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Magnetsystem
zu schaffen, welches die Nachteile gemäß dem Stand der Technik vermeidet.
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Darstellung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch einen mit Lautsprecher den Merkmalen von Anspruch
1 oder 10 gelöst.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2-9
entnehmbar.
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Grundlegende
Idee der vorliegenden Erfindung ist es den von einem radialmagnetisierten
Dauermagneten abgegebenen Streufluß zum Antrieb einer Schwingspule
zu nutzen. Dadurch wird es möglich,
die Aufnahmeteile für
den Dauermagneten aus einem para- oder diamagnetischen Werkstoff
zu bilden. Dies hat zur Folge, daß eine erhebliche Platz- und
Gewichtsreduzierung erreicht wird, da die geometrischen Vorgaben
für die
Rückschlußteile,
welche nach dem Stand der Technik zur Leitung des Magnetfluß innerhalb
dieser Teile beachtet werden müssen, nach
der Erfindung unbeachtlich sind. Auch wird nach der Erfindung die
Herstellung von Magnetsystemen stark vereinfacht, da Arbeitsschritte,
welche zum Verbinden der sonst üblichen
Rückschlußteile gemäß dem Stand
der Technik notwendig sind, entfallen. Vielmehr bildet das erfindungsgemäße Aufnahmeteil
nur noch den rückwärtigen Abschluß des Lautsprechers
beziehungsweise eine Tragkonstruktion für den Dauermagneten und die übrigen Komponenten
des Lautsprechers.
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Da
ein Konuslautsprecher üblicherweise
einen Lautsprecherkorb aufweist, welcher mit dem Magnetsystem verbunden
ist, lassen sich, da das Aufnahmeteil gemäß der Erfindung keine Funktion
in Bezug auf den Magnetfluß hat
und mit Rücksicht
auf die Nutzung des Streuflusses auch nicht haben sollte, einstückige Einheiten
aus Aufnahmeteil und Lautsprecherkorb sehr preisgünstig herstellen.
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Als
geeignete Werkstoffe zur Ausbildung von Aufnahmeteilen bzw. Einheiten
aus Aufnahmeteil und Lautsprecherkorb bieten sich Kunststoffe, Metalle
und Metallegierungen an. Besonders vorteilhaft ist es, zur Ausbildung
von Aufnahmeteilen im vorstehenden Sinn Metall zu verwenden, da
diese Werkstoffe gleichzeitig für
eine gute Wärmeabfuhr
im Bereich des Antriebsystems des Lautsprechers sorgen.
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Eine
besonders effektive Nutzung des von dem Dauermagneten abgegebenen
Streuflusses ist dann gegeben, wenn das Magnetsystem erfindungsgemäß ausgebildet
ist. In diesem Fall wird der von dem Dauermagneten abgegebene Streufluß von beiden
Spulen zum Antrieb einer Membran ausgenutzt.
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Zur
Erhöhung
des zum Membranantrieb notwendigen Streuflusses können auch
zwei oder mehrere Dauermagneten mit gegenseitigem Achsialabstand
in Richtung zur Längsachse
des Magnetsystems angeordnet werden. Bei einer solchen Ausbildung kann
jeder dieser Dauermagneten an seiner inneren Mantelseite und/oder äußeren Mantelseite
von einer Schwingspule umgeben sein. Sollen zusätzliche Schwingspulen zum Antrieb
beispielsweise einer Membran eingesetzt werden, ist es notwendig
diese Schwingspulen starr miteinander zu verbinden. Auch kann das
erfindungsgemäße Magnetsystem
so modifiziert werden, daß beispielsweise
alle an einer inneren Mantelfläche
des Dauermagneten angeordneten Spulen zum Antrieb einer Membran
und an alle der anderen Mantelfläche
angeordneten Spulen zum Antrieb einer anderen Membran genutzt werden.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Lautsprechers gemäß Anspruch
9 oder 10. Ist der jeweilige Schwingspulenträger etwa rohrförmig ausgebildet
und ist das erste Ende dieses Schwingspulenträgers mit einer ersten Membran
und das zweite Ende dieses Schwingspulenträgers mit einer zweiten Membran
verbunden und sind die beiden Membranen, ihre Aufhängungen,
etc. völlig
identisch ausgebildet, kann eine solche Anordnung als Dipolstrahler
eingesetzt werden, um beispielsweise ein Diffusschallfeld für eine Dolby-Surround
Wiedergabe zu erzeugen. Derartige Diffusschallfelder werden gemäß dem Stand
der Technik dadurch erzeugt, daß zwei
völlig
gleichartige aber invers miteinander verpolte Lautsprecher mit separaten
Volumina verwendet werden. Mit solchen Anordnungen sind aber nur dann
die gewünschten
Effekte erzielbar, wenn die beiden Lautsprecher einen bis auf 1-2
db identischen Wiedergabefrequenzgang aufweisen. Werden diese Bedingungen
nicht eingehalten, wird das jeweilige Schallereignis als von vorn
bzw. als von hinten kommend wahrgenommen. Wie leicht einzusehen
ist, kann die Identität
im Wiedergabefrequenzgang nur durch erheblichen Aufwand in der Produktion
sicher gestellt werden. Wird jedoch die Anordnung zur Erzeugung
eines Diffusschallfeldes gemäß Anspruch
4 oder 10 ausgebildet, werden Abweichungen, welche beispielsweise
durch produktionsbedingte Membranunterschiede bzw. nicht vermeidbare
Herstellungsunterschiede beim Zusammenbau der Lautsprecher hervorgerufen
werden, dadurch ausgeglichen bzw. gemittelt, daß die herstellungsbedingten
Abweichungen aller Membranen, etc. durch eine mechanische Kopplung
beider Membranen in jedem Betriebszustand wirksam sind.
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Kurze Darstellung der
Figuren
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Es
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen bekannten Lautsprecher;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Dauermagneten;
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3 eine
erfindungsgemäße Weiterbildung der
Anordnung gemäß 1;
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4 eine
andere erfindungsgemäße Weiterbildung
der Anordnung gemäß 1
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5 einen
Schnitt durch eine Dauermagnetanordnung; und
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6 eine
andere erfindungsgemäße Weiterbildung
gemäß der Anordnung
gemäß 1.
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Wege zum Ausführen der
Erfindung
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Die
Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
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In 1 ist
ein bekannter Lautsprecher (10) im Schnitt gezeigt. Dieser
Lautsprecher (10) wird im wesentlichen von einem Aufnahmeteil
(11), einem Dauermagneten (12) und einer Membran
(13 ) gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmeteil
(11) aus einem Lautsprecherkorb (11a) und einem
Dorn (11b) gebildet. Als Werkstoff für die Teile (11a und 11b)
wurde Polycarbonat verwendet. Eine Beschränkung auf diesen Werkstoff
ist damit nicht verbunden. Vielmehr können in einem andern – nicht
dargestellten Beispiel – auch
andere Kunststoffe – wie
z.B. ABS – oder
Metalle – beispielsweise
Aluminium- also Werkstoffe verwendet werden, sofern diese Werkstoffe
para- oder diamagnetische Eigenschaften aufweisen. Dabei ist wesentlich,
daß zumindest
der Dorn (11b), also das Teil, welches unmittelbar mit
dem Dauermagneten (12) in körperlicher Verbindung steht,
aus einem para- oder diamagnetischen Werkstoff gebildet ist, um
durch den direkten Kontakt das vom Dauermagneten (12) ausgehende Feld
nicht zu schwächen.
Auch werden Kombinationen von der Erfindung nicht ausgeschlossen,
welche einen Dorn (11b) aus einem paramagnetischen bzw. diamagnetischen
Werkstoff und einen Lautsprecherkorb (11a) aus einem ferro-magnetischen
Werkstoff aufweisen.
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Wie
leicht einzusehen ist, stellen aber Kombinationen der Teile (11a, 11b)
aus paramagnetischen oder diamagnetischen Werkstoffen die vorteilhafteste
Ausbildung dar. Abgesehen von der neutralen Wirkung solcher Kombinationen
auf das Sreufeld des Dauermagneten (12), sind solche Kombinationen
auch in der Herstellung sehr preisgünstig. Letzteres gilt insbesondere
dann, wenn das Aufnahmeteil (11) einstöckig ausgebildet ist. Eine
solche einstückige
Ausbildung eines Aufnahmeteils (11) ist in 4 gezeigt.
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Der
in 1 gezeigte Dorn (11b) ist kreisrund ausgebildet,
wobei das dem Korb (11a) abgewandte Ende des Dorns (11b )
gegenüber
dem Korb (11a) nahen Ende einen kleineren Durchmesser aufweist.
Diese Ausbildung des Dorns (11b) dient zur formschlüssigen Aufnahme
des kreisringförmigen ausgebildeten
Dauermagneten (12). Nur der Vollständigkeit halber sei darauf
hingewiesen, daß der Dorn
(11b) nicht notwendig den Innendurchmesser des Dauermagneten
(12) ganz oder teilweise ausfüllen muß. Eine Ausbildung, bei welcher
der Dorn (11b) den Innendurchmesser des Dauermagneten (12) nicht
vollständig
ausfüllt,
ist in 4 gezeigt.
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In
den gemäß 1 gezeigten
Korb (11a) ist eine konische Membran (13) eingesetzt.
Das obere Ende der Membran (13) ist mittels einer Sicke
(14) mit dem Korb (11a) verbunden. Das untere
Ende der Membran (13) weist einen Schwingspulenträger (15) auf,
der in den von den Membran (13) ummantelten Raum ragt.
Um den Außenmantel
des Schwingspulenträgers
(15) ist die Schwingspule (16) gewickelt. Wenngleich
diese Anordnung der Schwingspule (16) auf dem Außenmantel
des Schwingspulenträgers (15)
vom Herstellungsstandpunkt vorteilhaft ist, kann es zur besseren
Nutzung des Streuflusses notwendig sein, die Schwingspule (16)
am Innenmantel des Schwingspulenträgers (16) zu plazieren
(letzteres ist in 1 nicht gezeigt).
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Ferner
ist eine Zentriermembran (17) vorhanden, welche mit dem
Korb (11a) und der Membran (13) verbunden ist
und welche die Schwingspule (16) zentrisch zur Längsachse
des Magnetsystems bzw. des Lautsprechers (10) hält.
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Außerdem kann
der Dorn (11b), der Dauermagnet (12) und die Schwingspule
(16) mittels einer Staubschutzkalotte (18) abgedeckt
sein. Diese Staubschutzkalotte (18) hat bei herkömmlichen
Lautsprechern (10) die Aufgabe, den schmalen Ringspalt vor
Partikelansammlungen zu schützen.
Diese Aufgabe hat auch die bei dem erfindungsgemäßen System verwendete Staubschutzkalotte
(18), wenngleich bei den erfindungsgemäßen Systemen, welche den Streufluß ausnutzen,
die Abstände
zwischen der Schwingspule (16) und dem Dauermagneten (12) nicht
so kritisch sind, so daß,
wenn die Staubschutzkalotte nicht vorhanden ist, die sich ansammelnden Partikel
eher von untergeordneter Bedeutung sind.
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Wie
schon mehrfach angedeutet, erfolgt der Antrieb der stromdurchflossenen
Schwingspule (16) im Streufeld, welches von einem radialmagnetisierten
Dauermagneten (12) erzeugt wird. Daher liegt im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 der
Nordpol (N) an der äußeren Mantelfläche (19)
und der Südpol
(S) an der inneren Mantelfläche
(20) des Dauermagneten (12).
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Wie
leicht einzusehen ist, ist die Induktion von radialmagnetisierten
Dauermagneten (12) entlang der Mantelflächen 19/20 konstant,
so daß sich die
Schwingspule (16) über
ihren gesamten Auslenkungsweg in einem homogenen Magnetfeld bewegt, was
letztlich zu einem sehr linearen Betrieb des Lautsprechers (10)
führt.
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Auch
ist die Ausbildung von Dauermagneten (12) nicht auf die
einstückige
Kreisringform beschränkt.
Mit 2 ist ein Dauermagnet (12) gezeigt, welcher
achteckig ausgebildet ist und aus einer Aneinanderreihung von Dauermagnetsegmenten
(12a-h) besteht. Jedes dieser Segmente (12a-h)
ist ebenfalls radial magnetisiert wie am Segment (12a)
angedeutet. Die Verwendung von Dauermagneten (12) in Segmentbauweise
hat den Vorteil, daß Plattenmaterial
verwendet werden kann, welches gegenüber kreisringförmig ausgebildeten
Dauermagneten (12) leichter magnetisiert werden kann. Die
in 2 gezeigte Achteckform des Dauermagneten (12)
ist nur beispielhaft.
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In
einem andern – nicht
dargestellten Ausführungsbeispiel-
kann der Dauermagnet (12) auch quaderförmig durch die Aneinanderreihung
von bloß 4
Segmenten gebildet sein.
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In 3 ist
ein Lautsprecher (10) gezeigt, der abweichend von der Ausbildung
gemäß 1 über zwei
Schwingspulenträger
(15 und 15')
verfügt. Diese
beiden Schwingspulenträger
(15, 15')
sind mittels einer Kreisringscheibe (21) mit gegenseitigem Abstand
verbunden. Außerdem
ist jeder der beiden Schwingspulenträger (15, 15') mit einer
Schwingspule (16, 16') versehen.
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Der
Dorn (11b) ist an seinem dem Korb (11a) abgewandten
Ende mit einer Scheibe (22) versehen, welche ebenfalls
aus einem para- oder diamagnetischen Werkstoff gebildet ist. Die
Unterseite (23) der Scheibe (22) ist mit einem
radialmagnetisierten Dauermagneten (12) in Kreisringform
verbunden. Nur der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, daß die Scheibe (22)
auch aus einem ferro-magnetischen Werkstoff gebildet sein kann,
wenngleich eine solche Materialauswahl zu einem etwas schlechteren
Wirkungsgrad führt.
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Da
der Innendurchmesser des kreisringförmigen Dauermagneten (12)
größer ist
als der Außendurchmesser
des Dorns (11b) und beide Teile zueinander koaxial aufgebaut
sind, wird ein "Luftspalt" (24) gebildet.
In diesen "Luftspalt" (24) taucht
der mit der Spule (16) verbunden Schwingspulenträger (15)
ein, während
die am Schwingspulenträger
(15') angeordnete
Schwingspule (16')
die äußere Mantelfläche (19)
des Dauermagneten (12) mit Abstand umrandet. Da die beiden
Spulen (16, 16')
gleichen Wickelsinn aufweisen und somit die Stromlaufrichtung in
beiden Spulen (16, 16') gleich ist, wird im Gegensatz
zur Ausbildung gemäß 1 bei
der Ausbildung gemäß 3 der
Streufluß erheblich
besser zum Antrieb der Membran (13) ausgenutzt. Letztere
Verhältnisse
sind auch bei Spulen (16, 16') mit gegenläufigem Wickelsinn erziehlbar,
wenn die beiden Spulen (16, 16') zueinander invers mit einer Tonsignalquelle
(nicht dargestellt) verpolt sind.
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Nur
der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, daß bei der Herstellung von beispielsweise
in 1 und 3 gezeigten Lautsprechern (10) ohne
große
Umstellungen die Vorrichtungen verwendet werden können, die
auch zur Herstellung von Anordnungen gemäß DE-A-4113017 verwendet werden.
Insbesondere können
auch bei den erfindungsgemäßen Anordnungen
die zum Ausrichten und Befestigen der Membran (13) im Korb
(11a) üblicherweise
verwendeten Zentrierhülsen,
welche zur Herstellung von Lautsprechern (10) zwischen
dem Polkern {Dorn (11b) und Dauermagnet (12)}
und dem Schwingspulenträger
(15) eingesetzt werden, verwendet werden.
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Die
Ausbildung gemäß 3 mit
den beiden Schwingspulen (16, 16') ist aber nicht auf den Antrieb von
nur einer Membran (13) beschränkt. Vielmehr kann der Streufluß des radialmagnetisierten
Dauermagneten (12) auch zum Antrieb von unterschiedlichen
Membranen (13, 13')
verwendet werden. Derartige Verhältnisse
sind in 4 gezeigt. Dabei ist abweichend
zur Darstellung gemäß der 1 der
Dauermagnetring (12) auf den Dorn (11b) aufgesetzt. Zwischen
der inneren Mantelfläche
(20) des radial magnetisierten Dauermagnetrings (12)
und dem Dorn (11b) besteht ein "Luftspalt" (24), in welchen ein Schwingspulenträger (15') der mit einer
Schwingspule (16')
umwickelt ist, eintaucht. Das obere Ende des Schwingspulenträgers (15') ist mit einer
kalottenförmig
ausgebildeten Membran (13')
versehen. Der äußere Rand
der kalottenförmigen
Membran (13')
ist mit dem oberen Ende des Dauermagneten (12) verbunden.
Wird diese Schwingspule (16')
mit einem Tonsignal einer Tonsignalquelle beaufschlagt, so kann
die Membran (13')
beispielsweise zur Abstrahlung von hochfrequenten Tonsignalen genutzt
werden, während
die Membran (13) die Abstrahlung von beispielsweise mittelfrequenten
Tonsignalen dient. Um eine Gleichphasigkeit der von den beiden Membranen
(13, 13')
abgestrahlten Teiltonfrequenzen zu erreichen, sollten beide Schwingspulen
(16, 16')
in diesem Ausführungsbeispiel
invers mit der Tonsignalquelle verpolt sein, wenn beide Spulen (16, 16') beispielsweise
aus fertigungstechnischen Gründen gleichen
Wickelsinn haben.
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5 zeigt
eine gegenüber 1 modifizierte
Dorn-Dauermagnet-Kombination. Hierbei sind zwei Dauermagneten (12, 12') mit gegenseitigem axialen
Abstand am Dorn (11b) vorgesehen. Jeder dieser Dauermagneten
(12, 12')
ist radial magnetisiert, wobei gleiche Pole der beiden Dauermagneten (12, 12') in die gleiche
Richtung weisen. Den äußern Mantelflächen (19)
der beiden Dauermagnete (12, 12') ist ein Schwingspulenträger (16)
nebengeordnet, an welchem ebenfalls mit gegenseitigem axialem Abstand
zwei Schwingspulen (16,16') befestigt sind. Eine solche Anordnung
ist dann zu wählen,
wenn der Streufluß nur
eines Dauermagneten (12) allein nicht zum Antrieb einer
Membran (13) ausreicht. Sollen die beiden Spulen (16, 16') zum Antrieb
nur einer Membran (13) genutzt werden, muß die Stromlaufrichtung in
beiden Schwingspulen (16, 16') gleichsinnig sein.
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Durch
die den Schwingspulenträger
(15) schneidenden doppelpunktierten Strichlinien ist angedeutet,
daß die
in 5 gezeigte Anordnung auch zum Antrieb von verschiedenen
Membranen (13 ) genutzt werden kann, wenn die beiden Schwingspulen (16, 16') nicht auf
einem gemeinsamen Schwingspulenträger (15) angeordnet
sind, sondern eigenständige
Schwingspulenträger
(15'') aufweisen.
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Auch
ist nicht notwendig, daß der
Dorn (11b) gemäß 5 vollständig den
Innendurchmesser der beiden Dauemagneten (12, 12') ausfüllt. Vielmehr kann
der in 5 gezeigte Dorn (11b) auch entsprechend
den in 3 und 4 gezeigten Ausführungen
modifiziert ausgebildet werden.
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Vollständigkeits
halber sei angeführt,
daß eine
im Zusammenhang mit den 1 und 5 gezeigte
Dorn-Dauermagnet-Kombination sehr vorteilhaft dadurch ausgebildet
werden kann, daß der
oder die Dauermagnete (12, 12') in ein Spritzwerkzeug eingelegt
werden, so daß die
Verbindung der Dauermagnete (12; 12') zeitgleich mit dem Ausbilden
des Dorns (11b) bzw. der aus Dorn (11b) und Korb
(11a) bestehenden Aufnahme (11) erfolgen kann.
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In 6 ist
ein Dipolstrahler (10')
gezeigt, der rechts und links der doppelpunktierten Strichlinie jeweils
einen Lautsprecher (10'') zeigt.
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Jeder
dieser Lautsprecher (10'') entspricht im
wesentlichen einem in DE-A-4113017 (1) gezeigten
Lautsprecher. Abweichend hierzu ist jedoch in 6 das
Magnetsystem ausgebildet. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß es durch
einen radial magnetisierten Dauermagneten (12) gebildet
wird. Da das erste Ende (25) des Schwingspulenträgers (15)
ist mit einer Membran (13) und das zweite Ende (25') des Schwingspulenträgers (15)
ist mit einer anderen Membran (13') verbunden. Wird nun die mit dem
Schwingspulenträger
(15) verbundene Schwingspule (16) mit einem Tonsignal
beaufschlagt, bewegt sich die Schwingspule (16) und mit
ihr über den
Schwingspulenträger
(15) jede der beiden Membranen (13, 13') in Pfeilrichtung.
Dies bedeutet, daß an
der Membran (13')
eine Luftkompremierung stattfindet, während an der Membran (13)
eine Luftverdünnung
die Folge ist. Da aber beide Membranen (13, 13') über den
gemeinsamen Schwingspulenträger
(15) gekoppelt sind wirken sich beispielsweise die an der
Membran (13')
vorhandenen und den freien Hub dieser Membran (13') beeinträchtigenden
Widerstände
auch auf den Hub der Membran (13) aus, so daß diese
ein zur Membran (13')
identisches Hubverhalten erhält.
Dies hatte zur Folge, daß beide Membranen
(13, 13')
identische Widergabefrequenzen abgeben, was zur Erzeugung eines
Diffusschallfeldes von erheblicher Bedeutung ist. Abschließend sei
darauf hingewiesen, daß in
einem anderen – nicht dargestellten – Ausführungsbeispiel
bei einer Anordnung gemäß 6 auch
die in 5 gezeigten Dauermagnetringen (12, 12') eingesetzt
werden können. Auch
kann eine Anordnung gemäß 6 so
modifiziert werden, daß entsprechend 4 die
beiden in 6 gezeigten Membranen (13, 13') von zwei jeweils
mit seitlichem Abstand zur inneren und äußeren Mantelfläche (19, 20)
des Dauermagneten (12) angeordneten Schwingspulen (16, 16') angetrieben
werden.