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Anordnung zur automatischen Weitenmessung bei
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Skisprung
Titel der Erfindung Anordnung zur automatischen
Weitenmessung bei Skisprung Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur automatischen Weitenmessung bei Skisprung. Die Anordnung ist
für alle Skisprungschanzen anwendbar.
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Charakteristik der bekannten Lösungen Die beim Skisprung gesprungene
Weite ist die Entfernung von der vorderen Kante des Schanzentisches (Absprungort)
bis zum Aufsprungort. Letzterer wurde bisher an allen Schanzen visuell ermittelt,
d.h. von Kampfrichtern geschätzt, die an einer Seite des Aufsprunghanges postiert
sind. Ihr Abstand zueinander muß laut Reglement so bemessen sein, daß jeder Kampfrichter
einen Bereich von 3 m erfassen kann.
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Die Weite wird zu dem Zeitpunkt gemessen, zu dem beide Ski den Schnee
oder die Matte vollständig berühren, Anvisiert wird dabei die Skibindung oder bei
Telemark-Aufsprung die Mitte zwischen- beiden Skibindungen. Bei dieser visuellen
Bestimmung treten Meßfehler bis zu 4 m auf. Wesentliche Ursachen dafür liegen in
folgenden Tatsachen begründet: - Da die Landegeschwindigkeit der Skispringer etwa
100 km/h beträgt., kann das menschliche Auge auf Grund
seiner Trägheit
den genauen Aufsprungort nicht exakt ermitteln.
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- Die beim Springen oft unterschiedlichen Licht- und Wetterverhältnisse
beeinträchtigen eine reale Erfassung des Aufsprungortes.
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- Die Kampfrichter können die Skispringer absichtlich begünstigen
oder benachteiligen.
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Nachteilig wirkt sich ferner aus, daß für die visuelle Ermittlung
der gesprungenen Weiten ein hoher personeller Aufwand erforderlich ist. Das hat
zur Folge, daß im Training die gesprungenen Weiten in der Regel noch ungenauer ermittelt
werden, da oft nur wenige Kampfrichter zur Verfügung stehen.
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Neben der bis jetzt üblichen visuellen Methode sind einige Verfahren
bekannt geworden, die darauf orientiert sind, die Weitenmessung im Skisprung mit
höherer Genauigkeit und frei von Subjektivität durchführen zu können.
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Dazu gehören: - Strahlenschrankenmethoden - Ultraschall-Entfernungsmeßsysteme
(Echolotprinzip) - Laser-Schranken-Meßsystem mit Impulsaufnahme durch Induktionsschleife
- Laser-Infrarot-Meßsystem mit Vielfachsensoren entlang der Aufsprungbahn - Direktes
induktives Mäander-System mit Einfach-Signal gebern - Radar-ESM-System (ESM = Elektronische
Skisprungweitenmeßanlage) Diese Verfahren sollen im folgenden kurz beschrieben werden.
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Strahlenschrankenmethode Bei dieser Methode sind entlang der Aufsprungbahn
in bestimmten Abständen Strahlenschranken (auf optischem oder akustischem Prinzip)
mit einer Strahlrichtung rechtwinklig zur Sprungrichtung und in sehr geringer
Höhe
angebracht, die vom Springer beim Landen durchbrochen werden. Die ermittelte Weite
ist stark abhängig von der Landehaltung des Springers. Umvelteinflüsse wirken sich
sehr nachteilig auf die Zuverlässigkeit aus (Schneefall, Nebel, Gegenlicht, Vereisung,
Störschall). Der Wartungsaufwand ist sehr groß.
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Ultraschall-Entfernungsmeßsystem (Echolot-Prinzip) Der Aufsprungzeitpunkt
wird durch einen Geber signalisiert. Daraufhin wird die Entfernungsmessung ausgelöst.
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Ein praktischer Anwendungsfall ist nicht bekannt. Als nachteilig kann
die Dämpfung der Ultraschallwellen bei Schneefall und Nebel angesehen werden. Windgeräusche
können stören. Störschall stellt die Funktion völlig in Frage. Die Reflexionseigenschaften
der Sportbekleidung können sehr unterschiedlich sein. Jeder Springer muß einen Signalgeber
für die Signalisierung des Aufsprungzeitpunktes mit sich führen.
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Laser-Schranken-MeBsystem mit Impulsaufnahme durch Induktionsschleife
(Falun/ Schweden 1974) Entlang der Aufsprungbahn sind in definierten Abständen Laser-Infrarot-Schranken
mit einer Strahlrichtung rechtwinklig zur Sprungrichtung und in sehr geringer Höhe
über der Schneefläche installiert, die vom Springer bei der Landung durchbrochen
werden. Ein elektromagnetischer Signalimpuls, durch einen geeigneten Geber beim
Aufschlagen eines Skis erzeugt, wird in einer, den gesamten Aufsprungbereich umfassenden,
Induktionsschleife empfangen und startet einen Zeitmesser. Die Zeit, die bis zum
Durchbrechen der nächsten Laser-Schranke vergeht, wird registriert. Daraufhin wird
auch die Zeit ermittelt, die bis zum Durchbrechen einer weiteren Laser-Schranke
vergeht.
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Da der Abstand der Laser-Schranken bekannt ist, kann unter der Voraussetzung,
daß die Geschwindigkeit sich nicht verändert und die Körperhältung beibehalten wird,
der Auf sprungort rechnerisch ermittelt werden.
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Nachteilig sind die Fehlereinflüsse durch Änderung der Geschwindigkeit
und der Körperhaltung sowie die Wartung und das Nach- und Einjustieren der Laser-Schranken
bei unterschiedlichen Schneehöhen. Ein weiterer großer Nachteil liegt auch bei diesem
Verfahren in der Notwendigkeit, daß jeder Springer einen aufwendigen Signalgeber
mit sich führen muß. Beabsichtigte Störungen von außen sind leicht möglich.
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Laser-Infrarot-eßsyst mit Vielfachsensoren entlang der Aufsprungbahn
Am Schuh des Springers ist ein Infrarot-Laser-Sender angebracht, der im Augenblick
des Aufsprunges einen Impuls von etwa 3 10 s s Länge nach einer Seite hin rechtwinklig
zur Sprungrichtung aussendet. Dieser Strahl gelangt zu den seitlich an der Aufsprungbahn
in etwa 1 m Höhe angebrachten und längs der Bahn verlaufenden Sensorschienen und
beeinflußt dort - je nach seiner Strahlbreite - eine Reihe von Infrarot-Sensoren.
Eine elektronische Schaltung stellt danach die Mitte des betroffenen Bereiches fest
und gibt die Sprungweite an.
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Auch diesem System haftet eine Reihe von Nachteilen an: - Nachjustieren
der Sensorschienen bei Änderungen der Schneehöhe - Die Sensorschienen sind der Witterung
voll ausgesetzt - Auf dem Ski oder Schuh muß ein kleines Gerät angebracht werden,
das den Laser-Impuls erzeugt. Bei jedem Springer sind Kabelverbindungen zwischen
Batterieteil, Auslösekontakt und Laser-Impuls-Sender notwendig.
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Direktes induktives Mäander-System mit Einfach-Signalgeber Dieses
Verfahren ist auf Schanzen noch nicht erprobt worden. Ein Kontakt am Schuh schaltet
eine Induktivität zum Zeitpunkt des Aufsprunges kurz. Am Aufsprunghang wird eine
mäanderförmig quer zur Bahn hin- und herl auf ende Kabelschleife verlegt und mit
etwa 70 Hz gespeist.
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Zwischen zwei nebeneinander vcrlaufenden Leitern befinden sich in
der Mitte einfache Leiterdrähte, die im nicht gestörten Zustand stromlos sind. Wird
das Gleichgewicht beim Aufsprung durch das Einschalten der Induktivität gestört,
baut sich in den Mittelleitern ein Signal auf. Eine elektronische Schaltung ermittelt
dann den Aufsprungort. Problematisch erscheint, eine so große Anzahl von Meßleitern
(Mitteldraht) über längere Zeit bei allen möglichen Umwelteinflüssen stromlos zu
halten.
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Ein Kontakt und eine Spule sind vom Springer mitzuführen.
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Das Radar-ESM-System Das Radar-ESM-System verwendet zur genauen Bestimmung
des Aufsprungzeitpunktes einen Signalgeber, einen Druckschalter und einen Radarreflektor
als Ausrüstung am Springer. Zwei CW-Radargeräte messen im unteren Berei?; der Schanze
die Entfernung. Sie sind rechts und links der Flugbahn etwa 10 m hoch in der Höhe
des Schanzentisches installiert. Ein weiteres Radargerät, direkt am Schanzentisch
montiert, miSt die Weite im oberen Bereich.
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Als Hauptnachteile sind anzuführen: - die aufwendige Ausrüstung jedes
Springers - die hohen Kosten - der hohe Wartungsaufwand der Springerausrüstungen.
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Die Informationen zu diesen Verfahren stammen aus der Broschüre: K.
Kreiselmeyer, M. Bolkart, K. H. Schmall Elektronische Sprungweitenmessung Voraussetzung
- Stand - Ausblick Verlag W. Steinbrück Baden-Baden (1976)*
Den
oben beschriebenen Varianten der automatischen Weitenmessung haften zusammenfassend
folgende Nachteile an: - Der Springer führt am vki oder an oich selbst eine Ausrüstung
mit, die ein relativ großes Gewicht hat, die zu warten ist und den Sportler behindert.
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- Die Verfahren zeigen mehr oder weniger starke Störanfälligkeit gegenüber
Umwelteinflüssen und Manipulationen von außen.
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- Die Anlagen sind in der Anschaffung zu kostenaufwendig.
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Ziel der Erfindung Der Gegenstand der Erfindung ist es, eine Anordnung
zur automatischen Weitenmessung im Skisprung zu schaffen, welche funktionstüchtig,
nahezu wartungsfrei, frei von Subjektivität, unempfindlich für Umwelteinflüsse und
preisgünstig ist.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Die vorgeschlagene Anordnung zeigt
ein völlig neues Herangehen an die zu lösende Aufgabe. Bisherigen Varianten lag
die Tatsache zu Grunde, daß sich der Skispringer in einem extrem flachen Winkel
der Ebene des Aufsprunghanges nähert. Zur Bestimmung des Aufsprungortes war es daher
notwendig, im Moment des Aufsprungs ein zeitlich begrenztes Signal zu erzeugen,
welches von einem Empfänger aufgenommen und in geeigneter Weise ausgewertet wurde.
Die erforderlichen Signal stärken bedingten zu gewichtige, vom Springer mitzuführende
Geber. Die Bestrebungen gingen demzufolge dahin, die Empfindlichkeit der Empfangsanlagen
zu erhöhen oder neue, günstigere Ubertragungsprinzipien zu finden. Dabei wurde nicht
erkannt, daß sich unter Ausnutzung der Besonderheiten der Skiflugtechnik völlig
neue Möglichkeiten für Anordnungen zur
automatischen Weitenmessung
bei Skisprung ergeben.
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Die vorgeschlagene Anordnung beruht darauf, daß die gesamte Fläche
des Aufsprungbereiches der Sprungschanzenanlage mit an sich bekannten Meßinduktionsschleifen
(Empfangsantenne) belegt wird. Diese werden unter dem Schnee oder dem Mattenbelag
zweckmäßigerweise im Abstand von 0,5 m rechtwinklig zur im Normalfall vorgesehenen
Flugrichtung des Skispringers verlegt. Jeder .5eßinduktionsschleife ist ein geeigneter
Signalverstärker nachgeschaltet. Auf dem Sprungski wird vor der Skibindung ein bereits
bekannter kleiner, stabförmig ausgebildeter Dauermagnet angebracht. Der Sportler
bestimmt den Ski, auf dem der Dauermagnet befestigt werden soll.
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Mit Beendigung des Landevorganges des Skispringers ist der Abstand
des auf dem Ski angebrachten Dauermagneten zu den Meßinduktionsschleifen so gering
geworden, daß in diesen jeweils ein elektrisches Signal induziert wird. Diese Signale
werden über die dazugehörigen Verstärker durch Signalleitungen einer Zentraleinheit
zugeführt. Die Verstärker sind in unmittelbarar ähe der Ausgänge der Meßinduktionsschleifen
angebracht.
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In der Zentraleinheit steht jedem Signal ein Speicherplatz zur Verfügung.
Eine logische elektronische Schaltung ermittelt durch Abfragen der Speicher den
Speicherplatz, dem zuerst ein Signal zugeführt wurde. Jeder Meßinduktionsschleife
und somit jedem Speicherplatz ist eine bestimmte Weite, ausgehend von der Absprungkante
des Schanzentisches, zugeordnet. Da die Meßinduktionsschleifen in einem Raster von
0,5 m ausgelegt sind, kann auf 0,5 m genau gemessen werden. Die so ermittelte Sprungweite
läßt sich sofort durch Ziffernanzeigeeinheiten anzeigen und mit Hilfe von geeigneten
Druckern ausdrucken. Das beschriebene Verfahren ist bis zu einer maximalen Schneehöhe
von 0,8 m anwendbar.
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Unterschiedliche Schneellohen machen es erfordorl 1 cli, daß sich
der Verstärkungsgrad der Ifeßinduktionsschleifenverstärker variieren bzw. optimal
einstellen läßt.
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Damit wird u.a. verhindert, daß in mehreren Meßinduktionsschleifen
zur gleichen Zeit Signale induziert werden. Analysen der Aufsprungtechnik ergaben,
daß der Springer zunächst mit der hinteren Skikante aufsetzt, und danach erst mit
der Spitze, was eine hohe Relativgeschwindigkeit der Skispitze zur Folge hat. Es
ist deshalb anzustreben, daß der Dauermagnet möglichst weit vor der Bindung auf
dem Sprungski angebracht wird, da sich auf diese Weise der Abstand zwischen Dauermagnet
und Meßinduktionsschleifen unmittelbar vor dem Beenden der Flugphase schneller verringern
kann. Die geringe Masse des Dauermagneten -von ca. 12 g wirkt sich diesbezüglich
nicht nachteilig aus.
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Der optimalen Einstellung (manuell oder automatisch) des Verstärkungsgrades
der Meßinduktionsschleifenverstärker und der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit
des größten Teils der Weitenmeßanlage dient eine Nontrollinduktionsschleife (Sendeantenne).
Diese befindet sich am Rande desAufsprunghanges der Sprungschanzenanlage auf dem
Schnee oder dem Mattenbelag etwa rechtwinklig zu den Meßinduktionsschleifen. Sie
wird mit elektrischen Signalen gespeist, die ihrerseits in den Meßinduktionsschleifen
Signale induzieren, welche den durch die Dauermagnete hervorgerufenen Signalen ähnlich
sind. Während des Kontrollvorganges wird die Verstärkung so lange in definierten
Schritten verändert, bis die verstärkten Signale der Meßinduktionsschleifen einer
Norm-Anplitude entsprechen. Die so ermittelten Verstärkungsgrade werden bis zur
nächsten Uberprüfung beibehalten.
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Als Vorteile der beschriebenen Erfindung sind zu nennen - einfacher
Aufbau der gesamten Weitenmeßanlage - hohe Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der
gesprungenen Weiten
- Zuverlässigkeit im Betrieb - geringer Wartungsaufwand
- geringe Störanfälligkeit gegen Umvelteinfltisse und Manipulationen von außen -
geringes Gewicht der Vorrichtung am Springer - relativ niedrige Anachaffungs- und
Installationskosten.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. Hierzu wird in Figur 1 der Aufsprungbereich einer Sprungschanze
mit automatischer Weitenmeßanordnung und in Figur 2 der Sprungski mit darauf befestigtem
Dauermagnet sowie ein Dauermagnet im Detail dargestellt.
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Ausführungsbeispiel: Figur 1 zeigt Aufsprunghang (1) und Schanzentisch
(2) einer Sprungschanze. Im Aufsprungbereich sind an den Stellen x1, x2 ... xn die
Meßinduktionsschleifen (3) ausgelegt, die über Meßinduktionsschleifenverstärker
(5) mit einer Zentraleinheit, bestehend aus Logik, Drucker und Anzeige, verbunden
sind. Die über einen Leistungsverstärker (6) gespeiste Kontrollinduktionsschleife
(4) überdeckt sämtliche Meßinduktionsschleifen.
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Die Meßinduktionsschleifen bestehen aus einer Windung, die sich über
die ganze notwendige Aufsprungbreite erstreckt. Hin- und Rückleitung verlaufen parallel
und besitzen einen Abstand von 0,20 m. Die Schleifen werden quer zur Aufsprungbahn
mit der Schleifenebene parallel zur Schneeoberfläche ausgelegt. Zweckmäßigerweise
bestehen die Meßinduktionsschleifen aus isolierter Litze ausreichender mechanischer
Festigkeit. Um Unfallgefahren vorzubeugen, ist es erforderlich, die Meßinduktionsschleifen
bei Mattenspringen unter den Mattenbelägen zu verlegen, bei Schneespringen unter
dem Schnee bzw. falls ein Netz vorhanden ist, sie in dessen Maschen zu befestigen.
Die Verlegung der Meßinduktionsschleifen muß
auf jeden Fall so
erfolgen, dal3 der Skispringer nicht zusätzlichen Gefahren ausgesetzt wird.
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Es ist darauf zu achten, daß die Hin- und Rückleitungen der Meßinduktionsschleifen
stets den jeweils entsprechenden Verstärkereingängen zugeordnet sind. Die Signalleitungen
von den Meßinduktionsschleifen zu den Verstärkern, wie auch die von den Verstärkern
zur Zentraleinheit, sind abgeschirmte Leitungen.
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Der Verstärker besitzt einen symmetrischen Eingang. Er zeichnet sich
durch folgende Eigenschaften aus: - hohe Gleichtaktunterdrückung - Durchlaßbereich
von 20 Hz ... 40 Hz - 50 Hz-Sperrfilter - automatische optimale Verstärkungseinstellung
im Bereich 1 # 103 ... 150 # 103 - Schwellwertschalter Die Signale der einzelnen
Meßstellen werden über Standard-Interface-Eingangsschaltungen den Speichern der
Zentraleinheit zugeführt. Von dort werden sie parallel in ein Schieberegister übernommen
und anschließend seriell ausgegeben. Die Anza] der Schiebetakte, die nötig sind,
um den ersten besetzten Speicherplatz an den Ausgang zu schieben, ist ein Maß für
die gesprungene Weite. Es werden die entsprechenden Schiebetakte in einem Zähler
gezählt, welcher mit einer Zahl voreingestellt ist, die mit der ersten mit Meßinduktionsschleifen
besetzten Weite identisch ist.
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Da der Dauermagnet vor der Skibindung angebracht ist, muß das Sprungweitenergebnis
noch um diesen Abstand elektronisch verringert werden. Danach wird das Ergebnis
in einer Ziffernanzeigeeinheit dargestellt und mit Hilfe eines Druckers ausgedruckt.
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Die Kontrollinduktionsschleifu besteht ebenfalls aus einer Windung
und ist mit isolierter Litze ausgeführt.
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Sie wird mit Hilfe eines Kunststoffolienbandes auf einem
konstanten
Abstand von 0,20 m gehalten. Sie ist Im unbenutzten Zustand wegen ihrer notwendigen
Lange (über alle Meßinduktionsschleifen hinweg) auf einer Trommel aufgewickelt.
Die Kontrollinduktionsschleife wird vor dem Sprunglauf zur Überprüfung der Weitenmeßanlage
und zur Optimierung der Verstärkungsgrade der Meßinduktionsschleifenverstärker auf
dem Schnee oder der Matte ausgerollt. Sie wird aus einem Generator mit einer sinusförmigen
Spannung im Frequenzbereich von 20 Hz ... 40 Hz bei einem Strom von ca. 3 A gespeist.
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In Figur 2 wird die Anordnung des Dauermagneten auf dem Ski dargestellt.
Es wird vorgeschlagen, den Dauermagneten mit Hilfe einer Flanschhülse oder einer
Guminlummantelung aufzukleben oder aufzuschrauben. Der Dauermagnet hat mit Hülse
ein Gewicht von ca. 12 g und die Abmessungen von 8 mm # x 15 mm. Die magnetische
Polarität muß bei der Montage stets die gleiche Richtung haben.
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Erläuterungen zu den Figuren Figur 1 Aufsprungbereich einer Sprungschanze
mit automatischer Weitenmeßanordnung 1 = Aufsprunghang 2 = Schanzentisch 3 = Meßinduktionsschleifen
x1, x2, x3...xn 4 = Kontrollinduktionsschleife 5 = Meßinduktionsschleifenverstärker
6 = Leistungsverstärker Figur 2 Sprungski mit darauf befestigtem Dauermagnet und
Dauermagnet im Detail