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Elektrische Stei lvorri chtung, insbesondere zum Antrieb von
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Scheibenwischern an einem Kraftfahrzeug Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrische Stellvorrichtung, insbesondere zum Antrieb von Scheibenwischern
an einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Schleiffeder, an der ein Schleifkontakt
sitzt, mit einer Kontaktbahn, auf der der Schleifkontakt zur Signalgabe und/oder
zum Auslösen eines Schaltvorgangs aufliegt, und mit einem Stellelement, das eine
relative Bewegung zwischen der Kontaktbahn und dem Schleifkontakt herbeiführt.
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Aus der DE-PS 19 52 815 ist eine derartige elektrische Vorrichtung
bekannt. Sie wird dort zum Antrieb von Scheibenwischern an einem Kraftfahrzeug benutzt.
Das Stellelement, im vorliegenden Beispiel ein Elektromotor, treibt zugleich eine
Schaltscheibe an. Diese besitzt eine Leiterbahn, die sich über drei konzentrisch
zueinander liegende Kontaktbahnen erstreckt, auf denen drei Schleiffedern mit Schleifkontakten
entlangschleifen, wenn sich die Schaltscheibe dreht. Die Leiterbahn setzt sich aus
einem geschlossenen Ring, aus einem davon nach innen weisenden Ringsegment und einem
zweiten sich außen an den geschlossenen Ring anschließenden offenen Ring, dessen
Öffnung dem Ringsegment gegenüberliegt und einen größeren Winkelbereich umfaßt als
das Rlngsegment.
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Der Aufbau und die Form der Schleiffedern und Schleifkontakte ist
näher aus der DE-OS 26 58 746 ersichtlich. Jede Schleiffeder ist an ihrem hinteren
Ende mit einem Flachstecker verbunden und trägt an ihrem vorderen Ende einen Schleifkontakt,
der einen kreisrunden Querschnitt hat und dessen Stirnseite kugelförmig gewölbt
ist.
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Bei einer Scheibenwischeranlage dienen die Schaltscheibe und die Schleiffedern
mit den Schleifkontakten als Parkstellungsschalter für den die Schaltscheibe mitantreibenden
Elektromotor. Der Elektromotor bleibt, auch wenn der Betriebsschalter schon in seine
Aus-Stellung gebracht worden ist, über den äußeren Schleifkontakt, die Leiterbahn
und den mittleren Schleifkontakt mit dem Pluspol
einer Spannungsquelle
verbunden. In der Nähe der Parkstellung verläßt der äußere Schleifkontakt wegen
der Ringöffnung die Leiterbahn, so daß der Motorstromkreis unterbrochen wird. Dann
gleitet der innere Schleifkontakt, der an Masse liegt auf das Ringsegment auf, so
daß der Elektromotor in der Parkstellung elektrodynamisch abgebremst wird.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß die Parkstellung der Scheibenwischer
nicht immer dieselbe ist. Sie kann bei Jedem Abschalten der Wischer eine andere
sein und ändert sich auch mit der Betriebsdauer der elektrischen Stelivorrichtung.
Ersteres ist weitgehend dadurch bedingt, daß der Elektromotor wegen der von Abschaltung
zu Abschaltung unterschiedlichen Reibungsverhältnisse zwischen den Scheibenwischern
und der Scheibe auch jeweils unterschiedliche Drehzahlen aufweist, wenn er von der
Spannungsquelle getrennt und elektrodynamisch abgebremst wird. Um die Parkstellung
von den Reibungsverhältnissen unabhängig zu machen, ist schon vorgeschlagen worden,
den Abschaltpunkt in Abhängigkeit von einer Größe zu variieren, die die Reibungsverhältnisse
auf der Scheibe kennzeichnet. Unabhängig, ob die verschiedenen Geschwindigkeiten
des Elektromotors Im Moment der Abschaltung berücksichtigt werden oder nicht, läßt
sich jedoch weiterhin eine Änderung der Parkstellung mit der Lebensdauer der Steilvorrichtung
feststellen.
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Das anhand einer Scheibenwischeraniage aufgezeigte Problem, daß sich
die über einen durch die von einem Elektromotor angetriebene Schaltscheibe und die
Schleifkontakte gebildeten Positionsschalter gesteuerten Vorgänge mit der Betriebsdauer
verschieben, ist jedoch keineswegs auf Scheibenwischeranlagen beschränkt. Es tritt
immer dann auf, wenn eine elektrische Stellvorrichtung mit einem Stellelement, einer
Kontaktbahn und Schleifkontakten verwendet wird, z. B. bei der Einstellung von Scheinwerfern,
bei einer elektromotorischen Türverriegelung, bei der Verschiebung von Aktenkästen
oder bei Flüssigkeitsniveaugebern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Stellvorrichtung, die
die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, so weiterzuentwickeln,
daß die Konstanz der Kenndaten über die
gesamte Betriebsdauer der
Stelleinrichtung verbessert wird.
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Insbesondere soll sich jede Ruhestellung, die ein von der Stellvorrichtung
angetriebenes System einnehmen kann, vom Neuzustand bis zum Ende der Lebensdauer
nur wenig verschieben.
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Dies ist mit möglichst einfachen Mitteln zu erreichen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einer elektrischen Stellvorrichtung
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, dadurch, daß der Schleifkontakt
derart geformt Ist, daß die für die Signalgabe und/oder den Schaltvorgang entscheidende
Berührungsstelle mit der Kontaktbahn beim Verschleiß wenigstens annähernd eine feste
Lage beibehält.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß bei den auf
der Kontaktbahn aufliegenden Schleifkontakten die entscheidende Berührungsstelle
mit der Kontaktbahn von einer Lage, die sie im Neuzustand der Stellvorrichtung einnimmt,
mit zunehmendem Verschleiß an den äußeren Rand der Stirnfläche des Schleifkontakts
wandert, und zwar, wem man in die Richtung der Kontaktbahnbewegung unterhalb eines
Schleifkontakts schaut, an den vordersten oder hintersten Abschnitt des Randes,
je nachdem ob der Schleifkontakt auf die Leiterbahn aufgleitet oder sie verläßt.
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Wenn sich die Stelle an der Stirnfläche eines Schaltkontakts, die
als erste die Leiterbahn berührt oder als letzte die Leiterbahn verläßt, verschiebt,
so bedingt dies, daß sich der Punkt, an dem ein Schaltvorgang ausgelöst wird, und
damit z. B. auch die Steuerung eines Elektromotors, der die Kontaktbahn antreibt,
verändert. Die Steuerung bleibt erst dann über die weitere Lebensdauer der elektrischen
Stellvorrichtung konstant, wenn sich die besagte Berührungsstelle am Rand der Stirnfläche
eines Schleifkontakts befindet.
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Bei einer erfindungsgemäßen Stell vorrichtung ist nun dafür gesorgt,
daß die Stelle an der Stirnfläche eines Schleifkontakts, die als erste auf die Leiterbahn
aufläuft bzw. als letzte die Leiterbahn verläßt, vom Neuzustand bis zum Ende der
Lebensdauer eine wenigstens annähernd feste Lage beibehält. Damit wird die Steuerung
des Stellelements oder einer anderen elektrischen Einheit bedeutend verbessert,
da die Punkte, an denen
Steuersignale ausgelöst werden, weitgehend
fest bleiben. Dadurch ist auch sichergestellt, daß die Ruhestellungen eines von
der Vorrichtung angetriebenen Systems über die Lebensdauer der Vorrichtung nahezu
unverändert bleiben. Z. B. kann bei einer Scheibenwischeranlage der Toleranzwinkel
der Parkstellung um bis zu 60 % gegenüber herkömmlichen Anlagen eingeengt werden.
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Die Erfindung kann gemäß den Unteransprüchen in vorteilhafter Weise
weitergebildet werden. Nach Anspruch 3 besitzen die Schleifkontakte quer zur Richtung
der Bewegung zwischen Ihnen und der Kontaktbahn eine größere Ausdehnung als in Richtung
der Bewegung. Durch eine derartige Form ist der Bereich, innerhalb dessen die für
den Schaltvorgang entscheidende Berührungsstelle zwischen Schleifkontakt und Schaltscheibe
liegt, wegen der geringen Ausdehnung des Schleifkontakts In Richtung der relativen
Bewegung beträchtlich eingeschränkt. Dabei könnnen die Querschnittsfläche und das
Volumen genauso groß sein wie bei bekannten Schleifkontakten, so daß auch die Lebensdauer
gleich ist. Die Form wird dabei etwa dadurch erhalten, daß man anstelle eines runden
Drahtes einen gewalzten Draht zur Herstellung der Schleifkontakte verwendet.
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Eine Maßnahme gemäß Anspruch 4 erleichtert es, die Schleifkontakte
an den Schleiffedern zu befestigen. Zweckmäßig ist es auch, die Schleifkontakte
nach Anspruch 5 bezüglich einer quer zur Richtung der relativen Bewegung zwischen
ihnen und der Kontaktbahn verlaufenden Mittelebene symmetrisch auszubilden. Nun
können sowohl die Schleifkontakte, deren Verlassen einer Leiterbahn als auch die
Schleifkontakte, deren Aufgleiten auf eine Leiterbahn ein Steuersignal ergibt, in
gleicher Weise an den Schleiffedern befestigt sein.
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Die Ansprüche 8, 9 und 10 enthalten Ausbildungen einer erfindungsgemäßen
elektrischen Stelivorrichtung, durch die verschleißbedingte Verschiebungen der Punkte,
an denen Steuersignale ausgelöst werden, noch weiter vermindert werden können. Dabei
wird eine Symmetrie bezüglich der quer verlaufenden Mittelebene aufgegeben, so daß
die Schleifkontakte, deren Verlassen einer Leiterbahn relevant ist, und die Schleifkontakte,
deren
Aufgleiten auf eine Leiterbahn wichtig ist, um 180 Grad gegeneinander gedreht an
den Schleiffedern befestigt sein sollten.
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Außerdem sollten die Leiterbahnen gemäß Anspruch 7 ausgebildet sein.
Dadurch ist sichergestellt, daß dann, wenn sich die Kontaktbahn in eine bestimmte
Richtung bewegt, ein und derselbe Schleifkontakt entweder nur, wenn er eine Leiterbahn
verläßt, oder nur, wem er auf eine Leiterbahn aufgleitet, ein Steuersignal gibt.
Würde ein Schleifkontakt in einer Bewegungsrichtung der Kontaktbahn, sowohl wenn
er eine Leiterbahn verläßt als auch wenn er auf eine Leiterbahn trifft, durch ihn
gesteuerte Vorgänge auslösen, so würden die Punkte, an denen die einen ausgelöst
werden, weitgehend fest bleiben, die Punkte, an denen die anderen ausgelöst werden,
sich jedoch stark verlagern.
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Gemäß den Ansprüchen 11 bis 14 kann die erfindunsgemäße elektrische
Stelivorrichtung besonders vorteilhaft als Antrieb für die Scheibenwischer eines
Kraftfahrzeuges verwendet werden. Es wird dabei eine weitgehende Unabhängigkeit
der Parkstellung vom Verschleiß der Schleifkontakte erreicht.
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Anhand der Zeichnungen, in deren Figuren Teile verschiedener Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, soll diese näher erläutert werden.
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Es zeigen Figur 1 eine Schaltanordnung für eine Scheibenwischeranlage
mit einer erfindunggemäßen elektrischen Stelivorrichtung, Figur 2 eine Schleiffeder
mit zu einer Mittelebene symmetrischem Schleifkontakt für eine Steilvorrichtung
nach der Erfindung, Figur 3 eine Ansicht der maßstäblich vergrößerten Schleiffeder
mit Schleifkontakt in Richtung des Pfeiles A aus Figur 2,
Figur
4 einen weiteren symmetrischen, an einer Schleiffeder elngenieteten Schleifkontakt
mit verbreitertem Fuß, Figur 5 zwei Schleiffedern mit unsymmetrischen Schleifkontakten,
Figur 6 zwei Schleiffedern mit unsymmetrischen Schleifkontakten, deren Stirnflächen
eben und zur Ebene einer Schaltscheibe geneigt sind und Figur 7 einen weiteren unsymmetrischen,
an eine Schleiffeder eingenieteten Schleifkontakt mit verbreitertem Fuß.
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Die Anordnung gemäß Figur 1 besitzt eine elektrische Stellvorrichtung
10, einen Betriebsschalter 11, eine Spannungsquelle 12 und mehrere elektrische Leitungen,
die Stelivorrichtung, Betriebsschalter und Spannungsquelle miteinander verbinden.
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Zur Stelivorrichtung 10 gehören ein Elektromotor 13, von dem eine
Kohlebürste 14 mit Masse 15 verbunden ist, und eine vom Elektromotor 13 über ein
nicht dargestelltes Getriebe angetriebene Schaltscheibe 16, die identisch mit einem
Schneckenrad sein kann, das mit einer auf einer verlängerten Motorwelle ausgebildeten
Schnecke kämmt. Die Schaltscheibe 16'trägt eine Leiterbahn 17, die aus einem geschlossenen
Ring 18, einem von diesem Ring zum Zentrum der Scheibe 16 zeigenden Ringsegment
19, das sich über einen Winkelbereich von etwa 20 Grad erstreckt, und aus einem
sich außen an den geschlossenen Ring anschließenden offenen Ring 20 besteht, dessen
öffnung 21 dem Ringsegment 19 gegenüberliegt und einen Winkelbereich von etwa 70
Grad umfaßt.
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Auf der Schaltscheibe 16 liegen drei in Figur 1 nicht eingezeichnete,
an den Schleiffedern 25, 26 und 27 befestigte Schleifkontakte auf. Dabei schleift
der von der Schleiffeder 25 getragene Kontakt auf dem offenen Ring 20 und der ijffnung
219 der von der Schleiffeder 26 getragene Kontakt auf dem geschlossenen Ring 18
und der von der Schleiffeder 27 getragene Kontakt auf dem Ringsegment 19 und dem
sich daran in Umfangsrichtunganschließenden Schaltscheibenabschnitt 28.
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Die Schleiffeder 25 ist über eine Leitung 29 mit dem Pluspol 30 der
Spannungsquelle 12, die Schleiffeder 26 über eine Leitung 31 mit einem Festkontakt
32 im Betrlebsschalter 11 und die Schleiffeder 27 mit Masse 13 verbunden. Die zweite
Kohle 33 des Eleletromotors 13 steht über eine Leitung 34 mit einem Festkontakt
35 des Betriebsschalters 11 in Verbindung. Ein weiterer Festkontakt 36 ist über
eine Leitung 37 an den Pluspol 30 der Spannungsquelle 12 angeschlossen. Mit der
I Handhabe 38 des Betriebschalters 11 kann eine Kontaktbrücke 39 zwischen zwei Schaltstellungen
verstellt werden. Dabei verbindet sie In der Aus-Stellung den Festkontakt 32 mit
dem Festkontakt 35 und in der Ein-Stellung den Festkontakt 36 mit dem Festkontakt
35.
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In der Ein-Stellung der Kontaktbrücke 39 wird der Bürste 33 des Elektromotors
über die Leitung 37, den Festkontakt 36, die Kontaktbrücke 39, den Festkontakt 35
und die Leitung 34 positives Potential zugeführt Der Elektromotor dreht sich also
und mit ihm die Schaltscheibe 16. Wird nun der Betriebsschalter 11 in die Aus-Stellung
gebracht, so bleibt die Bürste 33 über die Leitung 34, den Festkontakt 35, die Kontaktbrücke
35, den Festkontakt 32, die Leitung 31, die Schleiffeder 26 mit ihrem Schleifkontakt,
die Leiterbahn 17, die Schleiffeder 25 mit ihrem Schleifkontakt und die Leitung
29 an den Pluspol 30 der Spannungsquelle 12 angeschlossen. Der Elektromotor 13 und
die Schaltscheibe 16 drehen sich also weiter. Schließlich überstreicht der Schleifkontakt
der Feder 27 die eine Grenze zwischen dem Ring 20 und der Öffnung 21 und verläßt
zuletzt die Leiterbahn 17 ganz. Jetzt ist der Elektromotor 13 von der Spannungsquelle
12 getrennt und vermindert schon etwas seine Drehgeschwindigkeit. Nach kurzer Zelt
jedoch gerät der Schleifkontakt der Feder 27 auf das Ringsegment 19 der Leiterbahn
17. Beide Kohlebürsten 14 und 33 liegen nun an Masse, und der Elektromotor wird
elektrodynamisch abgebremst. Da sich die Öffnung 21 über einen größeren Winkelbereich
erstreckt als das Ringsegment 19 Ist sichergestellt, daß der Schleifkontakt der
Feder 27 erst dann auf das Segment 19 aufgleitet wenn der Schleifkontakt der Feder
25 die Leiterbahn vollständig verlassen hat, daß also kein Kurzschluß entsteht.
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Bei der erfindungsgemäßen Stelivorrichtung sind nun die Schleifkontakte
der Federn 25 und 27 so gestaltet, daß sich die Stelle, mit der der Kontakt der
Feder 25, wenn er die Grenze zwischen der Leiterbahn 17 und der Öffnung 21 überstreicht,
zuletzt die Leiterbahn 17 berührt, während der Lebensdauer der Antriebseinheit allenfalls
geringfügig ändert. Dasselbe gilt beim Schleifkontakt der Feder 27 für die Stelle,
mit der dieser Schleifkontakt zuerst das Segment 19 berührt. Damit wird eine weitgehend
konstante Parkstellung des Elektromotors und der Scheibenwischer erreicht.
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Schleiffedern und Schleifkontakte von erfindungsgemäßen Antriebseinheiten
sind näher in den Figuren 2 bis 7 dargestellt.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen dabei eine Ausführung mit einem an einer
Feder 45 befestigten Schleifkontakt 46, der quer zur Schleiffeder 45 bzw. quer zur
Richtung der Bewegung zwischen ihm und einer Schaltscheibe eine größere Ausdehnung
besitzt als in Längsrichtung der Feder bzw. in Richtung der Bewegung zwischen ihm
und der Schaltscheibe. Der Schleifkontakt 46 hat also eine längliche Form. Bei gleichem
Volumen und gleicher Querschnittsfläche ist die Ausdehnung des Schaltkontakts in
Längsrichtung der Schleiffeder 45 damit geringer als bei einem bekannten, im Querschnitt
kreisrunden Schleifkontakt. Damit wird auch die Strecke, um die sich die oben erhärten
Berührungsstellen verlagern können, geringer. Der Schleifkontakt 46 kann aus gewalztem
Draht gefertigt sein.
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Der Schleifkontakt 46 aus den Figuren 2 und 3 ist symmetrisch bezüglich
der Mittelebene 47, und seine Stirnfläche 48 ist nach außen gewölbt. Damit wird
die Strecke, um die sich die Berührungsstellen verlagern können, auf die Hälfte
der Ausdehnung des Schleifkontakts 46 in Längsrichtung der Schleiffeder 45 beschränkt.
Die Symmetrie erlaubt es, den dargestellten Schleifkontakt sowohl an der Schleiffeder
25 als auch an der Schleiffeder 27 aus Figur 1 zu verwenden.
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Die Strecke, um die sich die fraglichen Berührungsstellen höchstens
verlagern können, sind dann für beide Federn gleich.
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Ein in den Figuren 2 und 3 dargestellter Schleifkontakt kann auch
dann benutzt werden, wenn er in ein und derselben Drehrichtung der
Schaltscheibe
sowohl beim Verlassen einer Leiterbahn als auch beim Aufgleiten auf eine Leiterbahn
relevante Schaltvorgänge ausführt.
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Dabei wird dann nicht die weitgehende Konstanz der einen Berührungsstelle,
etwa der, mit der der Kontakt eine Leiterbahn zuletzt verläßt, auf Kosten der Konstanz
der anderen Berührungsstelle, also der, mit der er eine Leiterbahn zuerst beaufschlagt,
erreicht.
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Die Figur 4 zeigt einen Schleifkontakt 49 an einer Schleiffeder 45,
der wie der Schleifkontakt 46 aus den Figuren 2 und 3 eine symmetrische Form besitzt
und in Blickrichtung länglich ausgebildet ist. Von seiner Stirnfläche 50 aus verbreitert
er sich langsam nach hinten und läuft schließlich in einen breiten Fuß 51 aus, so
daß er trotz der über weite Bereiche geringen Ausdehnung in Längsrichtung der Feder
45 gut an dieser befestigt werden kann.
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Die Strecke, um die sich die Berührungspunkte verlagern können, wird
weiter verkleinert, wenn man Schleifkontakte 60, 61, 62, 63 gemäß Figur 5 oder Figur
6 unsymmetrisch ausbildet. Bei einer Antriebseinheit aus Figur 1 sollten dann jedoch
die Schleifkontakte für die Feder 25 und 27 um 180 Grad gegeneinander gedreht an
den Federn befestigt sein.
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Bei dem Schleifkontakt 60 befindet sich der Scheitel 64 der gewölbten
Stirnfläche 65 näher an der Längsseite 66, die beim Schleifkontakt 60, dessen Verlassen
der Leiterbahn jeweils einen relevanten Schaltvorgang darstellt, die hintere Längsseite
ist.
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Beim Schleifkontakt 61 befindet sich der Scheitel 64 der gewölbten
Stirnfläche 65 näher an der vorderen Längsseite 67, da sein Aufgleiten auf die Leiterbahn
ein relevanter Schaltvorgang ist. Bei den Schleifkontakten 60 und 61 können sich
die Berührungsstellen allenfalls vom Scheitel 64 bis zu den Längsseiten 66 bzw.
67 verlagern.
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Die Stirnflächen 68 der Schleifkontakte 62 und 63 aus Figur 6 liegen
in einer zur gestrichelt angedeuteten Ebene 69 einer Schaltscheibe geneigten Ebene.
Dabei ist die jeweilige Ebene derart geneigt, daß beim Schleifkontakt 62 die hinterste
Stelle 70 und beim Schleifkontakt 63 die vorderste Stelle 71 die Schaltscheibe berührt.
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Bei den Schleifkontakten 62 und 63 ist die Strecke, um die sich die
fraglichen Berührungsstellen verlagern können, also praktisch null.
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Die Schleifkontakte 60 bis 63 können an den Schleiffedern 25 und 27
verwendet werden, da für die Steuerung des Elektromotors durch den Positionsschalter
allein entscheidend ist, daß der an der Schleiffeder 25 befestigte Schleifkontakt
die Leiterbahn 17 verläßt und der Schleifkontakt an der Feder 27 auf das Ringsegment
19 gerät.
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Das Aufschleifen der Feder 25 auf die Leiterbahn 17 und das Verlassen
der Leiterbahn 17 durch die Feder 27 bleiben ohne Einfluß, da der Positionsschalter
in der Ein-Stellung des Betriebsschalters 11 vom Elektromotor 13 getrennt ist. Die
Form des an der Feder 26 befestigten Schleifkontakts kann beliebig gewählt werden,
da dieser die Leiterbahn 17 nie verläßt.
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Bei Schleifkontakten, die eine Form gemäß den Figuren 5 oder 6 haben,
bestehen die durch die Erfindung erreichbaren Verbesserungen unabhängig davon, ob
die Kontakte einen kreisrunden oder länglichen Querschnitt besitzen.
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Die Figur 7 zeigt einen Schleifkontakt 80, der ähnlich wie der aus
Figur 4 zur einfachen Befestigung an einer Schleiffeder 45 einen verbreiterten Fuß
51 aufweist, jedoch unsymmetrisch ausgebildet ist.
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Es möge darauf hingewiesen werden, daß bei einem elektrodynamisch
gebremsten Elektromotor die Konstanz der Ruhestellung auch schon dadurch verbessert
werden kann, daß allein die Kurzschlußfeder, bei den gezeigten Ausführungen also
die Schleiffeder 27, einen erfindungsgemdßen Schleifkontakt trägt.
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Sollten sich bei einer anderen erfindungsgemäßen Stellvorrichtung
Elektromotor und Schaltscheibe in zwei entgegengesetzte Richtungen drehen können,
so werden Schleifkontakte gemäß den Figuren 5 und 6 vorteilhaft nur dann verwendet,
wenn durch einen bestimmten Schleifkontakt ein relevanter Schaltvorgang in der einen
Drehrichtung der Schaltscheibe nur dann, wenn er eine Leiterbahn verläßt, und in
der anderen Drehrichtung der Schaltscheibe nur dann bewirkt wird, wenn er auf eine
Leiterbahn aufgleitet.
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