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Vorrichtung zur SchaltungsauSbau für den Elektrotechnikunterricht
Die Erfindung betrifft eine Vorri¢htung zun Aufbau von Versuchsschaltanordnungen
für den Elektrotechnikunterricht unter Verwendung steckbarer Schaltelemente und
einer mit Steckbuchsen bestückten Platte, wobei die Steckbuchsen von vorn zugänglich
und teilweise untereinander leitend verbunden sind. Derartige Vorrichtungen sind
unter der Bezeichnung "Lehrplatten" in Ausbildungsstätten für fast alle Disziplinen
der Elektrotechnik bekannt. für jede Schaltung, die demonstriert werden soll, ist
gewöhnlich eine spezielle Platte vorhanden. Auf ihr sind die bei dem Versuch erforderlichen
speziellen Schaltelemente fest aufgebaut, wWhrend
die häufig vorko1merden
und auch bei anderen Versuchen verwendbaren Schaltelemente steckbar ausgebildet
sind.
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Es können jedoch aitch alle Schaltelemente steckbar sein.
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Die Steckbuchsen sind beschriftet, und ihre eingebauten elektrischen
Verbindungsleitungen werden durch auf der Plattenoberfläche aufgezeichnete Ve.bindungslinien
sinnfällig dargestellt.
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Ein solches Lenksystem ist verständlicherweise sehr aufwendig. Es
sind nicht nur die Kosten für die vielen, jeweils nur kurzzeitig verwendbaren Lehrplatten
aufzubringen, die Aufbewahrung der Platter beansprucht auch viel Platz.
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Aus didaktischer Sicht ergibt sich der-Einwand, daß es nicht günstig
ist, den Schülern die jeweilige Schaltung gleich fertig vorzustellen.
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Die Erfindung hat daher das Ziel, eine Vorrichtung zum Aufbau von
Versuchsschaltungen zu schaffen, die einerseits eine systenatische Herleitung oder
Entwicklung der Schaltung durch den Lehrer erlaubt und andererseits durch Mehrfachverwendung
der ,rbeitsplatte preisgünstiger ist, so daß jedem Schüler eine Platte zur Verfügung
gestellt werden kann, an der er selbst intensiv praktisch mitarbeitet.
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Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten
merkmalen erreicht. Wie bei den bekannten Schulplatten entspricht auch nach der
Erfindung die funktionsf,
-ln-ge Schaltanordnung genau dem sichtbaren
und gedanklich er£a2baren Schaltbild. Anstatt die einzelnen Schaltelemente durch
wild herumhängende flexible Leitungen miteinander zu verbinden, die notwendigerweise
dem Lernenden den gedanklichen Schritt von der Schaltanordnung zum Schaltbild erschweren,
weraen die leitenden Verbindungen praktisch ausschließlich durch die in der Platte
eingebauten regel-=naßig verteilten Leitungsstücke und durch die Verbindurgsstecker
hergestellt.
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Der aufbau der Schalt anordnung wird durch die auf die Platte auflegbaren
erfindungsgemäßen Deckblätter ermöglicht, die in mehrfacher Hinsicht von Bedeutung
sind. Zunächst werden DeckbläQter für den Lehre vorgeschlagen, die beispielsweise
aus einem auf einer festen Unterlage aufgezogenen Zeichenkarton bestehen, auf dem
das komplette Schaltbild aufgezeichnet und der sodann mit einer Klarsichtfolie überzogen
ist. Der Lehrer hat dadurch die Möglichkeit, bei der Entwicklung und Erklärung der
Schaltanordnung direkt in derselben mit Fett stift oder mit farbiger kreide zu zeichnen,
da sie Ja mit dem Schaltbild identisch ist.
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Auch die bei der Demonstration erhaltenen Meßwerte können gleich eingetraoen
werden. Nach Gebrauch kann der Lehrer die zusätzlichen Eintragungen von dem Deckblatt
wieder abwaschen, so daß es für die nächste übung wieder zur Verfügung steht. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt somit die Schultafel. Dar Unterricht wird dadurch
sehr anschaulich und durchsichtig.
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Das Schaltbild braucht aber auf dem Deckblatt nicht vollständig vorgegeben
zu sein, der Derer kann es auch noch se'bst ergvnzen. Ganz besonders reizvoll kann
es sein, eine matt durchscheinende Kunststoffolie als Deckblatt zu verwenden, durch
welche das darunter liegende Schaltbild leicht und für den Schüler zunächst nicht
sichtbar durchscheint. Der Bohrer kann dann die so vorgegebenen Linien Stück für
Stuck init der Kreide nachziehen. Unter Umständen genügt es aber auch, wenn einfach
die Oberfläche des Deckblattes ein Aufzeichnen und Wieder-abwischen erlaubt und
der Lehrer, insbesondere bei einfachen Schaltbildern, diese frei aufzeichnet unter
Verwendung der durch die Perforationen des Deckblattes bzw. durch die Buchsen der
Arbeitsplatte vorgegebenen Linien.
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Zum anderen können aber auch für die Schüler Deckblätter zur Verfügung
gerste lot werden, insbesondere, wenn jeder Schüler über eine erfindungsgemäße Vorrichtung
verfügt, was anzustreben ist. Hier sind dann die Schaltbilder auf einfaches Papier
gedruckt und für den Schüler zum Verbleib bestimmt. Der Schüler kann daher alle
notwendigen Erläuterungen und ggfs. auch Meßprotokolle direkt im Schaltbild eintragen.
Die Schüler können so die Tätigkeiten des Bohrers an einer ihnen verbleibenden Unterlage
selbst nachvollziehen Hierdurch ist eine neue und äußerst interessante Möglichkeit
gegeben, Theorie und Praxis im Unterricht miteinander zu verbinden.
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Was die Anordnung der Steckbuchsen auf der Arbeitsplatte angeht, wird
als besonders zweckmäßiges topographisches Muster ein rechtwinkliges Kreuz mit gleicher
Balkenlänge vorgeschlagen, wobei an jedem Balkenende und auf jedem Halbbalken in
gleichem Abstand vom Balkenschnittpunkt eine Steckbuchse angeordnet und die beiden
Steckbuchsen jedes Ealbbalkens miteinander leitend verbunden sind.
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Diese Kreuzmuster werden in Balkenrichtung fluchtend mit gleichen
Abständen aneinandergereiht, so daß sie ein tuadratnetz ergeben. Vorzugsweise werden
die Abstande benacabarter Endbuchsen verschiedener Kreuzmuster und die Abstände
der beiden inneren Buchsen jedes Halbbalkens gleichgroß gemacht. Es können jedoch
auch die Abstände benachbarter Endbuchsen verschiedener Kreuzmuster und die Abstände
der inneren Buchsen je zweier zueinander senkrechter EalbbKlken gleich sein. Im
letzteren Falle kann man die einfachen Verbindungsstecker zugleich auch für Eckverbindungen
verwenden.
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Um dieses Quadratmuster an den Rändern zu ergänzen und dadurch den
auf einer Arbeitsplatte verfügbaren Raum bestmöglich auszunutzen, wird weiter vorgeschlagen,
daß T-förmige Muster mit drei untereinander leitend verbundenen Steckbuchsen vorgesehen
sind, wobei der Querbalken die Länge eines Kreuzbalkens der Kreuzmuster hat. Diese
T-förmigen Muster schließen sich mit den Längsbalken fluchtend an die nach außen
stehenden Balkenenden des Quadratnetzes
in einem Abstand an, der
gleich dem Abstand der benachbarten Endbuchsen der Ereuzmuster ist.
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Neben den an sich bekannten Eurzschlußsteckern zur Verbindung zweier
Steckbuchsen, die auch bei der Erfindung Verwendung finden, werden spezielle Verbindungsstecker
mit vier Stiften vorgesehen, von denen je zwei kreuzweise oder parallel miteinander
verbunden sind. Ferner sind Verbindungsstecker mit drei oder vier Steckerstiften
zweckmäßig, wobei drei oder alle vier Stifte miteinander verbunden sind. Zusätzlich
können die Verbindungsstecker eine von oben zuängliche und mit mindestens einem
Steckerstift leitend verbundene Steckbuchse tragen. Alle diese Stecker können so
ausgebildet sein, daß sie in die benachbarten Endbuchsen von zwei einander gegenüberstehenden
Kreuzmusterpaaren oder in die inneren Steckbuchsen eines Ereuzmusters passen. Im
ersteren Falle ergibt sich ein verhältnismäßig großer Stecker mit rechteckiger Anordnung
der Stifte und im letzteren Falle ein kleinerer Stecker mit quadratischer Stiftanordnung.
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Wenn spezielle Eckverbindungsstecker vorgesehen sind zum Verbinden
der Steckbuchsen zweier zueinander senkrechter Leitungszüge, so ist es für den optischen
Gesamteindruck uno die leichte Erfa£barkeit der Leitungsfuhrung von Vorteil, wenn
der volle rechte Wiiicel des abknickenden Leitungszuges auf den Etkverbindungsstecker
aufgezeichnet ist.
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Ganz allgemein wird man den genannten Verbindungsste,ckern als Griff
ein Gehäuse mit einer ebenen Deckfläche geben, auf der die eingebaute elektrische
Leitungsverbindung gut sichtbar aufgezeichnet ist, Außer bei den Verbindungssteckern
empfiehlt sich-die Anwendung derselben Steckerstiftanordnung auch bei den zugehörigen
Schaltelementen, insbesondere bei den Vierpolen.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung im Hinblick auf das
Verknüpfen von theoretischem und praktischem Unterricht wird vorgeschlaoen, daß
die mit Steckbuchsen bestückte Arbeitsplatte auf der Oberseite eines flachen Puitgehäuses
eingebaut und von Ablagefächern oder Geräteeinschüben, die jedoch nicht über die
Arbeitsplatte herausragen, umgeben ist. In-diesem Pultgehäuse können nicht nur die
Schaltelemente selbst, sondern auch das für eine Menge von Versuchen notwendige
Neßzubehör untergebracht werden. Da Schüler, die ein solches Pult mit vielen Einzelteilen
und Geräten vor sich haben, bei rein theoretischem Unterbricht leicht abgelenkt
werden, empfiehlt es sich, einen als Schreibunterlage dienenden Deckel für das gesamte
Pultgenäuse vorzusehen, den man in einem Aufbewahrungsfach an der Pilltunterseite
während der praktischen Vbungen verschwinden lassen kann, A?tiit einen solchen Pultgehäuse
wird nicht nur das häufig ungelöste Problem der Aufbewahrung des Ubungsmaterials
gelöst, sondern ot auch eine grundsätzliche und wesentlich
bedeutungsvollere
Organisationsfrage. Im selben Lehrsaal.
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können nun sowohl die Neß- und Schaltübungen als auch der rein theoretische
Unterbricht abgehalten werden, ohne die Schüler wahrend des letzteren der Gefahr
der Ablenkung auszusetzen. Der Lehre ist damit nicht mehr auf die Zuteilung eines
La-oorraumes angewiesen und kann, was außerordentlich wichtig ist, die praktischen
Scnaltübungen zu den Zeitpunkt durchführen, an dem es ihm pädagogisch sinn voll
erscheint.-Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches den wesentlichen Vorteil
gegenüber bekannten Behrsystemen deutlich werden läßt, wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zelt: Fig. 1 eine räumliche Darstellung
eines Bruchstücks der erfindungsgemäßen Arbeitsplatte, Fig. 2 eine Draufsicht auf
die komplette Arbeitsplatte in kleinerem Maßstab, Fig. 3 einen eil eines erfindungsgemäßen
gelochten Decbiattes mit einem handschriftlich aufgezeichneten Schaitbild, Fig.
4 einen Teil eines für den Schüler bestimmten Deckblattes, auf dem das Schaltbild
aufgedruckt und das nur, soweit notwendi-, gelocht ist,
Fig. 5
eine räumliche Ansicht der bestückten Arbeitsplatte gemäß dem in den Figuren 3 und
4 dargestellten Schaltbild, Figuren 6 bis 10 räumliche Darstellungen von verschiedenen
Verbindungssteckern, Figuren 11 bis 13 schematische Darstellutgen von vierpoligen
Schaltelementen, die für die erfindungsgefäße Arbeitsplatte bestimmt sind, Fig.
14 eine Draufsicht und Fig. 15 eine Seitenansicht eines Pultgehäuses, in das die
erfindungsgemäße Arbeitsplatte zweckmäßig eingebaut ist.
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In den Figuren 1 und 2 ist die Arbeitsplatte, welche aus einem für
solche Zwecke üblichen Isolierwerkstoff wie rertinax oder dergl. besteht, mit 1
bezeichnet. In diese Arbeitsplatte sind Steckbuchsen eingesetzt, deren ringförmige
Köpfe sichtbar sind. Sie sind in kreuzförmigen und X-förmigen Mustern angeordnet.
Beispielsweise sitzen vier Buchsen 2 bis 5 auf dem Längsbalken und vier Buchsen
6 bis 9 auf dem Querbalken eines Kreuzmusters. Die beiden Buchsen jedes Halbbalkens
sind jeweils leitend miteinander verbunden, üas durch auf der Platte aufgezeichnete
dicke Verbindungslinien 10 bis 13- sinnfällig dargestellt ist.
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Nur zum Zwecke der Erklärung ist in Fig. 1 die Kreuzform durch gestrichelte
Linien 14 vervollständigt. Die Buchsen
15 bis 17 des T-flusters
sind alle drei miteinander leitend verbunden. Dies ist durch einen aufgezeichneten
Län'sbalk,en 18 und einen Querbalken 19 angedeutet mit einem Punkt als Verbindungssymbol.
Dle Kreuzmuster sind zu einem tuadratnetz aneinandergereiht und oben und unten mit
den T-Mu8tern ergänzt. Der Abstand benachbarter und nicht miteinander verbundener
Steckbuchsen ist in Längs- und querrichtung jeweils bleich und beträgt 19 am.
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Im folgenden soll anhand eines einfachen Schaltungsbeispiels gezeigt
werden, wie mit Hilfe dieser Platte eine funktionsfätiIe Schaltanordnung aufgebaut
werden kann.
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Die Demonstration beginnt damit, daß der Lehren ein Deckblatt gemäß
Fig. 3 auf die Arbeitsplatte auflegt. Auf diesem ist ein Schaltbild aufgedruckt
unter Verwendung der durch die Buchsen der ArEeitsplatte vorgegebene Linien. Zweipolige
Schaltelemente wie z.B. Widerstände und ein Konaensator sind an solchen Stellen
eingezeichnet, wo sich auf der Arbeitsplatte zwei nicht miteinander verbundene Buchsen
befinden. Dreipolige Schaltelemente wie z,B. ein Transistor oder ein Umschalter
sind dort eingezeichnet, wo sich auf der Arbeitsplatte die inneren Buchsen eines
Ereuzmusters befinden. In dem Deckblatt nach Fig. 3 sind nur insoweit Löcher ausge@tanzt,
als Buchsen in dem aufgedruckten Leitungszug liegen. Diese sind also durch das aufgelegte
Deckblatt für Steckerstifte zugänglich.
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Der Lehrer kann aber auch ein unbedrucktes Deckblatt gemäß Fig. 4
verwenden, das Löcher fur alle vorhandenen.
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Buchsen auSweist. Auf diesem Deckblatt kann der Lehrer die Schaltung,
wie aus Fig. 4 ersichtlich, von Eand einzeichnen. Er kann -das Schaltbild so vor
den Schülern systematisch entstehen lassen, was didaktisch vorteilhaft ist. Um den
Lehrer in die Lage zu versetzen, stets zu einem identisch gleichen Schaltbild zu
kommen, empfiehlt es sich, ein durchscheinendes Deckblatt, das gemäß Fig. 4 gelocht
ist, auf ein Deckblatt nach Fig. 3 aufzulegen.
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Das schwach durchscheinende Schaltbild braucht dann nur mit Kreide
oder Wachsstift nachgezogen zu: werden.
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Auf die BrkläWung des Schaltbildes folgt die Bestückung.
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Hierzu wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Zunächst werden die Schaltelemente,
also ein Transistor 20, ein Kondensator 21, ein handbetätigter Umschalter 22 und
drei Widerstände 23 bis 25 in die betreffenden Buchsen eingesteckt. Der Transistor
und der Umschalter haben je drei Steckerstifte.
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Sodann wird die Schaltung mit einfachen Verbindungssteckern, die beispielsweise
mit 26 bezeichnet sind, und mit T-Verbindungssteckern 27 vervollständigt. Diese
Schaltanordnung kann dann ohne weiteres in Betrieb genommen werden. Nach der Dr-wionstration
erhält jeder Schüler ein Deckblatt gens Fig. 3 ausgehändigt, wonach er die Bestückung
an seiner eigenen Arbeitsplatte nachvollzieht. Meßprotokolle oder
sonstige
Bemerkungen kann er auf dem Deckblatt einzeichnen, welches ihm als Wiederholungsunterlage
verbleibt. Der Lehrer kann nach der Demonstration seine Eintragungen vom abwaschbaren
Deckblatt wieder entfernen.
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Die Schaltelemente haben flache Gehäuse, deren Farbe möglichst dem
Farbton des Deckblatts angepaßt sein sollte, um wenig aufzufallen. Auf der Deckfläche
der Gehäuse sind die genormten Symbole der im Gehäuse enthaltenen Schaltelemente
in einer C-röße'aufgezeichnet, die mit der Linienführung des Deckblattes nach Fig.
3 zusammenstimmt.
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Dadurch geht das Schaltbild auch während der praktischen Ubungen nicht
verloren. Außerdem kann die Bestückung schnell und fehlerfrei erfolgen.
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Auch die in den Figuren 6 bis 10 dargestellten verschiedenen Verbindungsstecker
sind entsrechend diesem Grundprinzip der Aufrechterhaltung des Schaltbildes ausgebildet.
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In den Figuren 6 bis 9 sind jeweils die vier inneren Buchsen eines
Kreuzmusters dargestellt, in welche die vier verschiedenen Vorbi-.dungsstecker passen
müssen.
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Gemäß Fig. 6 sind die vier Steckerstifte dieses Verbindungssteckers
kreuzweise leitend verbunden, was durch ein aufgezeichnetes Beitungskreuz ohne Verbindungspunkt
angedeutet ist. Gemaß Fig. 7 sind alle vier Steckerstifte miteinander verbunden,
wobei zweckmäßigerweis'e der Verbindungspunkt
im Symbol eine ebenfalls
mit den Steckerstiften verbundene Steckbuchse ist. Das gleiche gilt für den Verbindungsstecker
nach Fig. 8, der nur drei miteinander verbundene Stifte hat. Die Steckbuchse erlaubt
es, beispielsweise-zu heizzwecken in die fertig bestückte Schaltanordnung eiazugreifen.
Ein Eckverbindungsstecker gemäß Fig. 9 hat nur zwei Stifte, deren Abstand jedoch
dem Abstand der inneren Buchsen zweier zueinander senkrechter Halbbalken entspricht,
also beispielsweise dem Abstand der Buchsen 4 und 8 gemaß Fig. 1. Der heitungs2ug
ist rechtwinklig aufgezeichnet, so daß durch Einstecken dieses Eckverbindungssteckers
die Haibbalken 11 und '13 bis zum Schnittpunkt verlängert werden.
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Fig. 10 endlich zeigt einen Verbindungssteck,er, der in die benachbarten
Endbuchsen von zwei einander gegenüberstehenden Kreuzmusterpaaren paßt, also beispielsweise
in die Buchsen 15 und 9 sowie ihre Nachbarbuchsen 15' und 9' nach Fig. 1.
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Der Steckergriff hat eine Rechteckform, und durch zwei Verbindungslinien
28 ist angedeutet, daß die Steckerstifto überkreuz miteinander leitend verbunden
sind.
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Auch Schaltelemente können mit dieser Steckerstiftanordnung nach Fig.
10 und mit eincm ähnlichen rechteckigen Gehäuse versehen sein. Beispiele dafür in
schematischer Form geben die Figuren 11 und 13. Eine Masche des quadratischen Buchsennetzes
ist hier durch gestrichelte Linien 29
schematisch dar«estellt Auf
dem Bauelement 30 ist ein !Pransformatorsymbol aufgezeichnet, wobei die Primäranschlüsse
und die Sekundäranschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind. Der Transformator
ist in die linken und rechten mittleren Buchsen der Quadratmasche eingesteckt. Ein
ähnliches Schaltelement 31 beinhaltet gemäß Fig. 13 innen Operationsverstärker.
Dieser ist in aie oberen und unteren mittleren Buchsen einer solchen Masche eingesteckt.
Fig. 12 zeigt ein vierpoliges Schaltelement 32, bei welchem die Steckerstiftanordnung
nach den Figuren 6 und 7 verwendet ist. Da es sich um einen Transistor handelt,
bleibt allerdings im Beispiel ein Steckerstift frei. Solche Schaltelemente können
an den Ecken der Quadratnetze plaziert werden.
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Aus einer Draufsicht nach Fig. 14 und einer Seitenansicht nach Fig.
15 ist endlich ein flaches pultförmiges Gehäuse zu erkennen, in dessen Mittelfeld
die Arbeitsplatte 1 mit entsprechender leichter Schräglage eingebaut ist. An der
niederen Vorderseite ist ein langes schmales Fach 33 vorgesehen, welches z.B. zur
Aufnahme von Verbindungsleitungen dienen kann. Andere Fächer, die beispielsweise
mit 3+ llnd 35 bezeichnet sind, lagern sich an den übrigen Seiten um die Arbeitsplatte.
Ihre Tiefe ergibt sich aus der Seiten ansicht nach Fig. 15. Alle diese Fächer sind
vorzugsweise nach oben geöffnet. Sie können Bauteile, MeXinstrumente
oder
dergl. weiteres Zubehör enthalten. Die Seitenansicht nach Fig. 15 zeigt, wie unter
dem pultförmigen Gehäuse, das auf kleinen Füßen 36 steht, ein Deckel 37 aufgeräuint
werden kann, der während des theoretischen Unterrichtes als Schreibunterlage dient
und das Gehäuse vollkommen schließt. Dadurch wird verhindert, daß die Schüler durch
die vor ihnen liegenden Versuchseinrichtungen abgelenkt werden. Außerdem braucht
man die Versuchseinrichtungen zum Schreiben nicht von den Tischen zu räumen.
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Patentansprüche