DE2943301A1 - Messanordnung fuer den gang eines elektronischen zeitmessgeraetes - Google Patents

Description

der Firma Ebauches S.A., faubourg de l'Höpital, CH-2001 Neuchatel

betreffend:

"Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes"

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes, das auf ein Abfragesignal hin eine Welle aussendet, bestehend aus einer Impulsfolge, wobei die Meßanordnung Einrichtungen zum Erfassen dieser Welle, an die Erfassungseinrichtungen angeschlossene Berechnun-seinrichtungen zum Liefern eines Wertes für den Gang des Zeitmeßgerätes sowie eine Anzeigeeinrichtung für diesen Wert umfaßt.

Ein derartiges Zeitmeßgerät (Uhr) ist in einer am 24. November 1978 hinterlegten schweizerischen Patentanmeldung beschrieben.

Elektronische Meßanordnungen für den Gang einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige sind bekannt, wobei die Uhr einen Schrittmotor aufweist, das magnetische Steuerfeld der Motorwicklung erfaßt wird, und in genauer Weise die Zeit gemessen werden kann, die zwischen zwei Antriebsimpulsen verstreicht. Diese Anordnungen liefern die gewünschte Messung, wenn die Uhr mit einem Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis ausgestattet ist, eignet sich jedoch nicht für die Messung des Ganges einer Uhr mit einem Frequenzteiler, dessen Teilungsverhältnis einstellbar ist, also gerade solche Uhren, wie sie in der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung beschrieben werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben.

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DieLösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den beanspruchten Lösungsmerkmalen.

Die beigefügte Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 1.

Zur Vereinfachung der Beschreibung werden in ihrem Text die nachfolgenden Abkürzungen verwendet:

Il -1 Il

Logikpegel 0 oder 1: "0" bzw. "1

Flip-Flop D: FF

monostabiler Multivibrator: MONO

Vorwärts/Rückwärts-Zähler: CPT

Verriegelungsdekoder (Latch
Decoder Driver): LDD

Rücksetzung auf Null (Reset):RAZ

Eingang (Ausgang) Xa der

Komponente X: Eingang 4Ausgang) Xa

Ferner soll unter der Bezeichnung "Quarz-Sekunde" eine Zeitdauer verstanden werden gleich einer Sekunde der wirklichen Zeit, multipliziert mit dem Quotienten der Nennfrequenz und der tatsächlichen Frequenz der Quarz-Schwingungen in der betrachteten Uhr.

Eine elektronische Meßanordnung gemäß der Erfindung ist schematisch in Fig, I dargestellt.

Ein Aufnehmer 1, der beispielsweise von einer Spulenwicklung auf einem Joch aus Material hoher magnetischer Permeabilität besteht» ist an die Eingänge 2a und 2b eines Puisformverstärkers angeschlossen. Der Ausgang 2c des letzteren ist mit den Steuereingängen 3a und 4a der MONO 3 bzw. 4 verbunden.

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Der Ausgang 3Q ist einerseits mit dem Steuereingang 5a eines wiederauslösbaren MONO 5 verbunden und andererseits mit dem Takteingang 6CK eines FF6. Der Ausgang 3Q ist mit dem Eingang 7a eines UND-Gatters 7 verbunden, dessen anderer Eingang 7b am Ausgang 6Q liegt. Der letztere ist außerdem mit dem Eingang 6D verbunden.

Der Ausgang 5Q liegt am Eingang 6RAZ von FF6.

Der Ausgang 8a eines Präzisionsoszillators 8 ist mit dem Eingang 9a eines UND-Gatters 9 verbunden, dessen anderer Eingang 9b am Ausgang 6Q liegt.

Der Eingang 10a eines UND-Gatters 10 ist mit dem Ausgang 6Q verbunden; der andere Eingang 10b liegt am Ausgang 4Q.

Die Ausgänge 9c und 10c sind mit den Eingängen 11a bzw. 11b eines ODER-Gatters 11 verbunden.

Der Umschaltkontakt 12c eines Umschalters 12 ist mit dem Eingang 4RAZ von MONO 4 verbunden. Die Eingangsklemme 12a dieses Umschalters ist mit der negativen Klemme (Null Volt) einer hier nicht dargestellten Stromversorgungsquelle verbunden, während die Eingangsklemme 12b an deren positiver Klemme (+ V) liegt.

Der Ausgang 7c ist einerseits mit dem Vorwähleingang 15 PR eines FF 15 verbunden und andererseits mit den Eingängen 16 RAZ und 18 RAZ von 3 Vorwärts-Rückwärts-Zählern 16, 17 bzw. 18, sowie mit den Verriegelungseingängen 19LE, 20LE, 21LE und 22LE von vier Verriegelungsdekodern 19, 20, 21 bzw. 22. Der Ausgang 11c ist mit dem Takteingang 16CK verbunden.

Der Ausgang 15Q liegt am Eingang 15D, und der Ausgang 15Q liegt an den Steuereingängen für die Zählrichtung 16UD, 17UD, und 18UD sowie am Eingang 22D. Die Ubertragungsausgänge 16CO und 17CO sind mit den Takteingängen 17CK bzw. 18CK verbunden.

Die binären Ausgänge 16a bis 16d sind einerseits mit den

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entsprechenden BCD-Eingängen 19a bis 1 9d verbunden und andererseits mit entsprechenden Eingängen 23a bis 23d eines NICHT-ODER-Gatters 2 3.

Die Binärausgänge 17a bis 17d sind einerseits mit den jeweiligen BCD-Eingängen 20a bis 2Od verbunden und andererseits mit zugeordneten Eingängen 24a bis 24d eines NICHT-ODER-Gatters 24.

Die Binärausgänge 18a bis 18d sind einerseits mit den jeweiligen BCD-Eingängen 21a bis 21d und andererseits mit zugeordneten Eingängen 25a bis 25d eines NICHT-ODER-Gatters 25 verbunden.

Die Ausgänge 23e, 24e une 25e liegen an den Eingängen 26a, 26b bzw. 26c eines UND-Gatters 26. Der Ausgang 26d des letzteren liegt am Takteingang 15CK.

Die sieben Steuerausgänge 19e sind mit den sieben Segmenten einer Anzeigestelle 27 für die Zehnteleinheiten verbunden. Die sieben Steuerausgänge 2Oe sind mit den entsprechenden sieben Segmenten einer Anzeigestelle 28 für die Einheiten verbunden. Die sieben Steuerausgänge 21e sind mit den entsprechenden sieben Segmenten einer Anzeigestelle 29 für die Zehnereinheiten verbunden. Die Steuerausgänge 22e sind mit den entsprechenden Segmenten einer Anzeigestelle 30 für die Vorzeichen "-" oder "+" verbunden.

Die Funktionsweise der Meßanordnung gemäß Fig, 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Signaldiagramm gemäß Fig. 2 beschrieben, -and ζτα Beginn soll der Fall betrachtet werden, daß der Gang einer Uhr mit Sperrung gemessen wird, wie sie beispielsweis in der Fig. 1 der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung dargestellt ist.

Bei einer solchen Uhr wird die Einstellung der Frequenz des Ausgangssignals vom Teiler realisiert durch periodische Unterdrückung oder Sperrung einer bestimmten Anzahl N von Impulsen am Eingang einer oder mehrerer Stufen des Teilers. Der Einstellkreis wird derart ausgebildet, daß eine Einheit dieser 2ahl N

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mindestens näherungsweise einer Korrektur des Gangs der Uhr um 0,1 s/Tag entspricht.

Eine solche Anordnung wird verwendet in Uhren, deren Oszillator mit einer reellen Frequenz arbeitet, die höher ist als seine Nennfrequenz.

Zur Messung des Gangs einer solchen Uhr muß der Umschalter 12 in Position 12b-12c gebracht werden. Das Potential der positiven Klemme der Versorgungsspannung entsprechend dem Logikpegel "1" wird demgemäß an den Eingang 4RAZ gelegt, so daß derMONO 4 arbeiten kann.

Der Aufnehmer 1 empfängt das magnetische Signal ausgehend von dem Streumagnetfeld der Schrittmotorwicklung der Uhr (hier nicht dargestellt), welche auf ein Anfragesignal anspricht zum Erzeugen eines Meßsignals, das Impulszüge umfaßt. Das Signal wird in ein Spannungssignal umgeformt und verstärkt und geformt durch den Verstärker 2. Das Signal 2 c vom Ausgang des letzteren ist in Fig. 2 dargestellt und ist analog dem Meßsignal, ausgehend von dem Magnetfeld der Uhr. Dieses Signal 2c besteht aus periodischen Impulszügen. Die Periode dieser Impulszüge ist gleich einer Quarz-Sekunde, und die Zahl der Impulse in jedem Impulszug ist gleich der Zahl N, die oben definiert wurde.

Die erste positive Flanke jedes Impulszuges von Signal 2c löst den MONO 3 aus, der an seinem Ausgang 3Q einen Impuls mit einer Dauer von beispielsweise 600 mS liefert. Die positive Flanke jedes Impulses von Signal 2c löst außerdem den MONO4 aus, dessen Eingang 4RAZ inaktifiert ist durch das Signal "1", geliefert vom Umschalter 12, und der an seinem Ausgang 4Q einen Impuls mit einer Breite von beispielsweise 2mS liefert für jeden Impuls des Meßsignals.

Der Ausgang 5Q fällt von "1" auf "0" bei der positiven Flanke des ersten Impulses des am Ausgang 3Q erscheinenden Signals und bleibt auf "0", während beispielsweise 1,5 s, d.h. während einer Zeit, die länger ist als eine Quarz-Sekunde.

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Vor dem ersten Impuls des Signals 2c, lieft der Ausgang 7c auf "1" infolge der Tatsache, daß die Signale 3Q und 6Q beide auf "1" liegen. Daraus folgt, daß die Ausgänge der Zähler CPT 16 bis 18 auf "0" liegen und der Ausgang 15Q des FF 15 auf "1" Sobald das Signal 3Q auf "0" fällt, fällt auch der Ausgang 7c auf "0". Infolgedessen gelangt der Ausgang 7c auf "1" immer dann, wenn die Signale 3Q und 6Q gleichzeitig auf "1" liegen.

Der FF6 reagiert nicht auf den ersten Impuls des Signals 3Q wegen der Tatsache, daß das Signal 5Q noch auf "1" liegt, wenn die positive Flanke des Signals 3Q seinen Takteingang 6CK erreicht, und sein Ausgang 6Q bleibt demgemäß auf "0". Vom zweiten Impuls des Signals 3Q ab jedoch kippt der FF 6 bei jeder positiven Flanke dieses Signals. Sein Ausgang 6Q nimmt demgemäß alternierend die Zustände "1" und "0" an, jeweils während einer Quarz-Sekunde.

Immer dann, wenn der Ausgang 6Q auf "1" liegte läßt das Gatter 9 das Signal mit der Frequenz 864 kHz durch, das vom Ausgang des Quarz-Oszillators 8 kommt. Es erscheint demgemäß am Ausgang 9c eine bestimmte Anzahl von Impulsen mit dieser Frequenz während jeder Periode des Meßsignals.

Klarstellend ist anzumerken, daß die Frequenz von 864 kHz eine Anzahl von Impulsen pro Sekunde liefert, identisch der Zahl von Zehntelsekunden während eines Tages. Die Differenz zwischen dieser Zahl S64,000 und der Zahl der Im-ulse, die von dem Gatter 9 während einer Quarz-Sekunde übertragen wird, ist demgemäß gleich dem Gang der gemessenen Uhr, ausgedrückt in Zehntelsekunden pro Tag, ohne Berücksichtigung jedoch der Korrektur, die an dem Teilungsverhältnis ihres Frequenzteilers vorgenommen wird. Wenn demgemäß das Gatter 9 863.993 Impulse während einer Quarz-Sekunde durchläßt, bedeutet dies, daß die Uhr ma 7/10 Sekunden pro Tag vorgeht, solange ihr Frequenzteiler mit dem nominellen Teilungsverhältnis arbeitet.

Sobald demgegenüber der Ausgang SQ auf "1" liegt, erscheint das Signal 4Q am Ausgang 10c_f welches von Impulsen gebildet wird, deren Zahl gleich ist der Zahl, die im Speicherkreis für

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die Teilungsverhältniseinstellung des Teilers der betrachteten Uhr enthalten ist.

Der Ausgang 11c liefert ein Signal entsprechend dem Ergebnis der logischen Addition der Signale, die an den Ausgängen 9c und 10c stehen. Dieses Signal, das an den Takteingang 16CK angelegt wird, besteht demgemäß aus einem Impulszug mit der Frequenz von 864 kHz mit einer Dauer von einer Quarz-Sekunde, gefolgt von einer Zahl von Impulsen identisch mit der Zahl von Impulsen, die unterdrückt werden aus den Impulsen, welche von dem Oszillator während eines Teilungszyklus bei dem normalen Betrieb der Uhr abgegeben werden. Dieses Signal enthält demgemäß die Information bezüglich des Ganges der Uhr in der Form 864000 (1 -£) + N Impulse in jeder Periode des Signals

16 CK, wobei^der Frequenzfehler des Quarzes der gemessenen Uhr ist relativ zur Nennfrequenz und N die Zahl der unterdrückten Impulse ist innerhalb eines Teilungszyklus dieser Uhr.

Die Gatter 23 bis 26 und der FF 15 bilden einen Steuerkreis für die Zählrichtung der Zähler CPT 16 bis 18.

In dem Augenblick, wo die positive Flanke des ersten Impulses von Signal 16CK erscheint, fällt das Signal, das vom Ausgang 7c an den Eingang RAZ der CPT 16 bis 18 geliefert wird von "1" auf "0", und das Steuersignal für die Zählrichtung 15Q derselben CPT liegt bei "1"; der CPT 16 zählt demgemäß bei jedem Impuls um eineEinheit aufwärts. Bei der neunten positiven Impulsflanke fällt der Ausgang 16CO von "1" auf "0", und beim zehnten Impuls gelangt er wieder von "0" auf "1", womit der Zähler CPT

17 um eine Einheit aufwärts geschaltet wird. Entsprechendes gilt für die folgenden Impulse: Nach je 10 einlaufenden Impulsen am Eingang des CPT erscheint ein Impuls an seinem Ausgang. Die CPT 17 und 18 arbeiten ebenso wie der CPT 16 mit Ausnahme der Tatsache, daß der Ausgang des CPT 18 nicht verwendet wird.

Die Zustände der Ausgänge 16a bis 16d, 17a bis 17d und 18a bis 18d repräsentieren demgemäß dauernd die Zahl der empfangenen Impulse amEingang 16CK (solange die Eingänge 16 UD, 17 UD und UD auf "1" liegen). Diese Zahl ist eine dezimal kodierte Binärzahl (BCD), d.h. daß den 2us±and der Ausgänge 16a bis 16d, 17a

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bis 17d und 18a bis 18d in Binärform jeweils die Ziffer der Einheiten, Zehner und Hunderter dieser Zahl wiedergibt, welche demgemäß zwischen 000 und 999 variieren kann.

Sobald der Eingang 16CK den tausendsten Impuls empfängt, gelangen sämtliche Binärausgänge der drei CPT von "1001" auf "0000", d.h. von 9 auf 0 in Dezimalform. In diesem Augenblick liegen die Ausgänge 23e, 24e und 25e sämtlich auf "1", und der Ausgang des Gatters 26 liefert einen Impuls an den Takteingang des FF15, der kippt und damit die Eingänge 16UD bis 18UD von "1" auf "0" umschaltet.

Von diesem Zeitpunkt an bewirkt jeder am Eingang 16CK ankommende Impuls nicht mehr eine Aufwärtszählung, sondern eine Abwärtszählung der CPT 16 bis 18. Sobald der Eingang 16CK den 2.000sten Impuls empfangen hat, gelangen die Binärausgänge der CPT von "0001" auf "0000" und ein Impuls am Eingang 15CK läßt erneut den FF 15 kippen, was wiederum den Zustand "1" an den Eingängen 16UD bis 18UD herbeiführt, und die CPT beginnen erneut vorwärts zu zählen, womit sich der Vorgang wiederholt.

So werden durch alle geradzahligen Impulstausender (von 0 bis 999, von 2000 bis 2999 etc.) die CPT 16 bis 18 von den an dem Eingang 16CK ankommenden Impulsen vorwärts gezählt, und von allen ungeradzahligen Impxilstausendern <von 1.000 bis 1,999* von 3.000 bis 3.999 etc.) rückwärts gezählt.

Die LDD 19, 20 und 21 empfangen die Information des Zählstandes der Zähler 16, 17 und 18 an ihren Eingängen 19a bis 19d, 20a bis 2Od bzw. 21a bis 21d.

Diese Information wird von den LDD gespeichert, sobald ihre Eingänge LE von "0" auf "1 " gelangen. Die Kodierkreise transformieren die gespeicherte Information derart, daß Anzeigeelemente 2? bis 29, die an den Ausgängen 19e bis 21e angeschlossen sind, angesteuert werden, Der LDD 22 steuert das Anzeigeelement 30 für die Vorzeichen "-" bzw. "+". Wenn sein Eingang 22D auf "0" liegt, zeigt das Element 30 das Zeichen "+", und wenn sein Eingang auf "1" liegt, wird das Zeichen "-" angezeigt.

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Wenn der Ausgang 6Q wieder auf "0" fällt am Ende einer Quarzsekunde/ die kürzer ist als eine wirkliche Sekunde, weil ja die reelle Frequenz des Oszillators der Uhr höher liegt als ihre Nennfrequenz, hat der Eingang 16CK beispielsweise 863.991 Impulse empfangen. In diesem Augenblick ist der Inhalt der Zähler "009", weil im Bereich von 863.000 bis 864.000 der Ausgang 15Q von FF15 bei "0" liegt, und werden die Zähler abwärts gezählt.

Der Eingang CK16 empfängt danach die Impulse, die in einem Impulszug des Signals enthalten sind, d.h. im vorliegenden Beispiel fünf Impulse, was den Zählstand der CPT auf "004" bringt. Sobald der Ausgang 7c dann auf "1" gelangt, gelangen auch die Eingänge 19LE bis 22LE sowie 16RAZ bis 18RAZ ebenfalls auf "1", was zunächst die Speicherung des Zustands der Ausgänge der CPT 16 bis 18 in den LDD19 bis 21 bewirkt, und infolgedessen die Anzeige des Zählstandes dieser Zähler durch die Anzeigeelementen 27 bis 29, sowie unmittelbar danach die Rücksetzung auf "0" der Ausgänge der CPT 16 bis 18. Der Eingang 22D steht auf "0", und das Anzeigeelement 30 zeigt das Zeichen +. In diesem Beispiel läßt sich demgemäß ein Vorgehen von 4/10 Sekunde pro Tag für die gemessene Uhr ablesen.

Wenn der Eingang 16CK beispielsweise eine Gesamtzahl von 864.005 Impulsen während eines Zählzyklus empfangen hätte, so hätte die Anzeige "-005" angezeigt, was ein Nachgehen von 5/10 Sekunde pro Tag bei der gemessenen Uhr bedeuten würde.

Für die Messung des Ganges einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige, die einen Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis aufweist, wird der Umschalter 12 in Position 12a - 12c umgelegt. Der Eingang 4RAZ des MONO 4 ist dann ständig auf "0", und damit liegen auch die Ausgänge 4Q und 10c ständig auf "0". Infolgedessen empfängt der Eingang 16CK des Zählers 16 ausschließlich das Signal 9c der Fig. 2. Das an die Eingänge des Verstärkers 2 gelangende Signal wird bei solchen Uhren im allgemeinen von alternierend positiven und negativen Impulsen gebildet, die voneinander um eine Sekunde im Abstand liegen, und der Verstärker wird so angesteuert, daß er nur positive Impulse liefert, indem die negativen Impulse dieses Impulspaares in positive Impulse umgesetzt werden. 030022/0578

- 10 -

- γ-

Die CPT 16 bis 18 zählen die Impulse der Frequenz 864 kHz während der Dauer, welche zwei Impulse des Signals 2c trennen, d.h. während einer Quarz-Sekunde.

Wenn der Oszillator 8 genau 864.000 Impulse während einer Quarz-Sekunde liefert, zeigen die Anzeigeelemente einen Viert Null an, d.h. daß die Gangabweichung der Uhr Null beträgt.

Wenn die Quarz-Sekunde von der durch den Oszillator 8 definierten Sekunde abweicht, werden die Anzeigeelemente den Wert und das Vorzeichen der Gangabweichung der Uhr relativ zur Zeitbasis der Meßanordnung anzeigen.

Die oben beschriebene Anordnung kann selbstverständlich auch für die Gangmessung von Uhren verwendet werden, die mit einer abweichenden Einrichtung zur Übertragung des Meßsignals ausgestattet sind. Es genügt dann, den induktiven Aufnehmer 1 durch einen an die Art des Meßsignals angepaßten Aufnehmer zu ersetzen, und wenn das letztere z.B. ein akustisches Signal ist, das von einem Weckwerk übertragen wird, so wird der Aufnehmer 1 durch ein Mikrophon ersetzt. Der Verstärker 2 ist natürlich an den verwendeten Aufnehmer anzupassen.

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Claims (6)

1. Paten tansprüche

   /1.) Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes, das auf Abfragesignal hin eine aus Impulszügen bestehende Welle aussendet, während die Meßanordnung eine Einrichtung zum Erfassen dieser Welle, eine an die Erfassungseinrichtung angeschlossene Recheneinrichtung zum Liefern einer repräsentativen Größe für den Gang des Zeitmeßgerätes sowie eine Anzeigeeinrichtung für diese repräsentative Größe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung Schaltkreise umfaßt zum Erzeugen einer ersten Impulszahl, die repräsentativ ist für die Periode der Impulszüge, Schaltkreise zum Erzeugen einer zweiten Impulszahl, die repräsentativ ist für den Inhalt der Impulszüge, sowie Schaltkreise zum Kombinieren der ersten und zweiten Impulszahlen und zum Erzeugen der repräsentativen Größe.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zum Erzeugen der ersten Impulszahl einen Schaltkreis zum Erzeugen eines ersten Signals, dessen Dauer reprästentativ ist für die Periode der Impulszüge, einen Oszillatorschaltkreis zum Erzeugen eines zweiten Signals mit einer Bezugsfrequenz, sowie einen Schaltkreis zum Kombinieren der ersten und zweiten Signale umfassen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zum Erzeugen der zweiten Impulszahl Schaltkreise zum Dekodieren des Inhalts der Impulszüge umfassen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnerschaltkreise einen Vorwärts-Rückwärtszähler (16, 17, 18) umfassen, der an die Kombinationsschaltkreise ange-

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   schlossen ist, sowie einen Steuerschaltkreis umfassen, der an dem Zähler angeschlossen ist zum Ändern von dessen Zählrichtung in Abhängigkeit von bestimmten Zuständen seiner Ausgänge.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein induktiver Aufnehmer ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein akustisch-elektrischer Wandler ist.

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