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Set-zeranlage für Elektronenorzeln und Kirchenorzeln mit eletbti-
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scher Registratur mit sequentieller und direkter Speicherung sowie
Aufruf über numerische Adresseneingabe unter Einsatz integrierter OMOS - Speicher
Die Erfindung betrifft eine Setzeranlage, mit deren Hilfe bei einer elektronischen
Orgel oder eine Kirchenorgel mit elektrischer Registriereinrichtung eihe große Zahl
von Registerkombinationen unter einer Nummer (der sog. Kombinationsnummer) direkt
oder sequentiell abgespeichert bzw. aufgerufen werden kann.
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Zweck ist hierbei insbesondere, leichte Handhabbarkeit, große Anzahl
von Kombinationen, Wartungsfreundlichkeit, Verwendung handelsüblicher elektronischer
Bauteile und einfachste Logik zwischen den Bauteilgruppen zu vereinen. Eine numerische
Anzeige und Eingabe der Kombinationsnummer ist Voraussetzung für den schnellen Zugriff
auf die Kombinationen.
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Setzeranlagen als Weiterentwicklun;gen von Freien Kombinationen sind
schon lange bekannt. Während als Speichermedien aber ausschließlich elektrisch gesteuerte,
mechanische Relais eingesetzt werden, ist der Einsatz von integrierten Schaltungen
und CMOS-Bausteinen u.W. noch nicht erfolgt. Die deutsche Patentschrift P 2323781
dürfte u.W. der hier beschriebenen Erfindung am nächsten kommen. Allerdings lassen
die gezeigten Schaltpläne den Schluß zu, daß an integrierte Speicherelemente nicht
gedacht wurde, weil zum einen deren-innerer Aufbau lediglich vermutet werden kann
bzw. für diese andere Symbole verwendet werden und zum anderen die Menge an Kombinationen
in jedem Fall einen Aufruf per Knopfdruck unübersichtlicher gestalten wurde als
eine normale Orgelkonsole. Wo hingegen eine-solche Anlage realisiert wäre, entzieht
sich unserer Kenntnis.
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Realisierte Setzeranlagen lösen noch immer -die -Speicherprobleme
mit Hilft mechanisch anfälliger Relais,- sind zwar in der Wartung
und
der Störanfälligkeit befriedigen(1, wenn auch nicht optimal Die u.W. größte Anlage
in Deutschlanc-l befindet sich in der St.
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Lorenz-Kirche in Nürnberg. Auf Grund der Größe des Schaltschrankes
darf für die ca. 400 Kombinationen ebenfalls auf Relais geschlossen werden. Die
Speicherung von Registerkombinationen in großen Mengen ist ohne Einsatz integrierter
Speicher und numerischer Abspeicherung nicht möglich.
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Die derzeitige Realisierung von Setzeranlagen behindert einen Organisten
in der freien und freieston Gestaltung seiner Konzerts. Daß zwischen den Stücken
umregistriert werden muß, ist dabei noch wenig hinderlich. Behindernd ist jedoch,
daß auch während eines Stückes häufig die Klangfarbe gewechselt werden soll. In
manchen Fällen gelingt dies dem Organisten selber.
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Wenn eine größere Menge an Registern simultan ein- und/oder ausgeschaltet
werden soll, muß meist ein Registrant helfen.
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Aber auch dieser ist beim gleichzeitigen Umschalten von mehreren Registerwippen
überfordert, weil zum einen der Wunsch, Schalter zu betätigen, die mehr als eine
Handspanne entfernt voneinander liegen, auftauchen könnte; zum anderen sind Registerkonsolen
fast ausschließlich unter Hintanstellung jeglicher Ergonomie (und Voranstellung
der Symmetrie) in zwei Hälften (rechts und links vom Organisten) itnterteilt. Umfangreiche
Konzerte, die von einem anspruchsvollen Organisten gegeben werden, werden daher
manchmal von zwei Registranten begleitet.
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Um sich durch solche Aktivitäten nicht ablenken zu lassen, verzichtet
der Organist meist auf für ihn vom künstlerischen Standpunkt her wertvolle Registrierungsabläufe
und bescheidet sich mit dem Machbaren.
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Ständige Xndertrngen von Registerkombinationen, kaum mit Sekunden
Abstand aufeinander folgend erfordert ganz besonders die romantische OrgelmusikX
Diese "Rcgistercrescenditt und tI-decrescenditt sind zwingend notwendig. Sie wurden
und werden im wesentlichen durch die sog. Walze realisiert. Diese ist ein mit den
Füßen durch eine Art Gehbewegung vor- und rückwärts zu bewegender Drehkontaktschalter.
Dabei wird eine festgelegte Kombination von Rotistern nacheinander iind seriell
ein - bzw. ausgeschaltet. Jede Stellung der Walze entspricht einer bestimmten Kombination,
und die nächste Stellung entspricht dann derselben Kombination vermehrt um vorher
noch ausgeschaltete Register.
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Der Nachteil dieser Anordnung besteht in der festen Programmierung
dieser Serie, die dem Organisten kaum die Mbglichkeit gibt, eine Serie nach eigenem
Gusto zu gestalten. Sio wird in fast allen Fällen einmalig vom Orgelbauer festgelegt.
Manche Versuche, auch dem Organisten die Möglichkeit zu geben, eine Serie selbst
zu programmieren, müssen als fehlgeschlagen gelten: zum einen ist dies meist eine
sehr umständliche Prozedur; zum anderen liegt dann wieder eine bestimmte Serie fest,
die als einzige für ein Konzert benutzbar ist. Die Walze ist für anspruchsvolle
Organisten unbefriedigend. Viele Orgeln besitzen gar keine Walze.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Registerkonsole abzubilden
und Kombinationen eingeschalteter Register, welche durch Leuchten entsprechender
Kontrollampen repräsentiert sind, anzuzeigen. Eine Kombination soll unter einer
anzuzeigenden Zahl abgespeichert, bzw. durch Eingabe dieser Zahl (Zehnerblock) aufgerufen
werden können. Alternativ soll möglich sein, daß nach der n.ten Kombination per
Knopfdruck die n+1.te Kombination ertönt. Die Realisierung soll mit Hilfe handelsüblicher
elektronischer Standardbausteine erfolgen.
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Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß integrierte GMOS-Memories
mit integrierten Decodern und Kontrollogik als Speichermedien eingesetzt werden.
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Ein Memorybaustein übernimmt dabei die Speicherung für diejenige Anzahl
Orgelregister (und Spielhilfon), die der Anzahl der Bits der kleinsten adressierbaren
Einheit entspricht (meist 8; ein Byte). Ein "Satz" von solchen n Bausteinen vermag
dann entsprechend viele Register zu behandeln (meist 8n Register). Sollten mehr
Kombinationen erwünscht sein, als im Memorybaustein adressierbare Einheiten vorhanden
sind, dann werden entsprechend mehrere "Satze'l solcher Bausteine eingesetzt und
deren Adressen wiederum durch die Chip-select-Eingänge gesteuert.
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Die Adressen entsprechen den Kombinationen. Sie werden in elektronischen
Registern repräsentiert und numerisch angezeigt.
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Ein Zchntnrbloek bzw. eine Additionschaltung können die Registerinhalte
in jeder Form manipulieren, die im praktischen Einsatz benötigt wird.
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Jedes Orgelregister wird durch einen geeigneten Flipflop (FF)
repräsentiert.
Der FF muß einerseits zllm Ausprobieren der Klangfarbe durch Registerschalter beliebig
ein- und ausgeschaltet werden können. Zum anderen muß er die Information -aus den
Memories unbedingt aufnehmen bzw. in diese abgespeichert bekommen können.
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Die FF steuern ihrerseits Relais und, diese wiederum - falls die benötigte
Leistung bestimmte Werte übersteigt - weitere, entsprechend höher dimensionierte.
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Die Relais können entweder die Registerstromkreise (z.B. Magnete für
die Schleifen)- selbst überbrücken oder aber die Registerschalter an der Orgelkonsole.
Der erste Fall dürfte insbesondere dann eintreten, wenn durch Garantiebedingungen
der Orgelbaufirma Manipulationen an der Orgel eine gewisse Grenze nicht überschreiten
dürfen. In diesem Fall muß die Firma einen Mehrpolstecker installieren, den die
Erfindung bedient. Der zweite Fall tritt bei Elektronenorgeln und solchen Pfeifenorgeln
ein, bei denen Manipulationen ohne Beeinträchtigung von Garantiebedingungen möglich
sind. Hier wird der Registerschalter durch das Relais überbrückt. Für mechanische
Registrierwerke ist das Verfahren ohne Umbauten nicht einsetzbar.
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Die oben beschriebene Logik und die eigentliche Konsole werden zweckmäßigerweise
getrennt. Letztere kann mobil gestaltet werden.
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Eine gerade eingestellte Registerkombination soll direkt (durch Eingabe
eines numerischen Wertes über einen Zehnerblock) oder sequentiell (automatisch durch
einfaches Hochzählen nach Betätigung eines Druckschalters) aufgerufen oder abgespeichert
werden.
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Im Ko-nert wird ersteres eintreten, dahor muß dieser entsprechende
in allen möglichen Formen (an der Konsole, als Handschalter, am Spieltisch an den
Manualen und als Piston) angeboten werden.
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Ein Akkumulator versorgt die CMOS-Memories mit Strom, damit bei Energieausfall
die Information nicht verlorengeht.
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Die Erfindung böte eine Violahl von Verteilen: - Die Wartung ist leicht,
da nur wenige verschiedene Bauteilgruppen verwendet werden.
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Der Einbau belastet den Einsatz der Orgel kaum, da über einen Mehrpolschalter
dies kurzfristig geschieht.
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- Zwischen den Orgelstücken gibt es keine zeitraubenden (und mit Lampenfiebbr
fehlerträchtige) Umregistrierungen zwischen den Stücken.
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- Bei- hoher Speicherkapazität ist die Anlage erheblich billiger als
Relaissteuerungen.
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- Routinemäßig benötigte Kombinationen (.B. für Gottesdienste) können
permanent gespeichert, aber auch jederzeit modifiziert werden.
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- Besseres Abhören und Korrigieren von Klangfarben durch den Organisten
ist möglich, da die Konsole für einen besseren Raum eindruck weiter weg vom Spieltisch
aufgestellt werden kann.
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- Eine Vielzahl von verschiedenen Registercrescendi und -decrescendi
können gespeichert und sequentiell aufgerufen werden.
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Dies entspricht einer boqüem freiprogrammierbaren Walze.
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Orgeln, die gar keine Walze haben,werden dadurch zusätzlich bereichert.
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- Keine Aktivitäten eines oder zweier Registranten stören die Konzentration
des Organisten. Ein Registrant betätigt lediglich den Handschalter.
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- Bessere Ergonomie wird durch kompakte Bauweise gewährleistet.
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- Die Registerkonsöle kann auf Wunsch problemlos durch die Setzerkonsole
ersetzt werden. Der Funktionsumfang wird lediglich erweitert.
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- Es ist denkbar, daß die Erfindung die herkömmliche Orgelkonsole
ersetzt und in neue Orgeln von vornherein eingebaut wird.
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Ausführungsbeispiel a)Aufbau der Konsole (s. Abbildung 1 als Beispiel
anhand einer hypothetischen Orgel mit 2 Manualen, Pedal, 30 Registern und 7 Spielhilfen)
Die Konsole enthält folgende Elemente: - Hauptschalter 11 Druckschalter (12) mit
integrierten Kontrollämpchen (-zweckmäßigerweise LEDs re , für jedes Register eine
Einheit; zweckmäßigerweise ist jede Schalter Lampen-Einheit beschriftet (Lfd.-Registornummer,
Bezeichnung, Fußzahl).
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Bei Betätigung des Schalters wechselt das Lämpchen e seinen Zustand
und entsprechend das Register.
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und und S treten auch für Spielhilfen, Koppeln, Tremulanten usf.
auf.
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Numerische Anzeige 14 (in Abbildung 1 vierstellig, zweckmäßigerweise
LEDs oder LCDs). Diese Anzeige repräsentiert die
Nummer der aktuellen
Registerkombination und damit gleichzeitig die entsprechende Kombination leuchtender
Lämpchen 13 , wenn deren Funktionszustend durch die Druckschalter 12 noch nicht
verändert wurde.
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- Numerische Anzeige 15 (Aufbau wie 14 ). Diese Anzeige repräsentiert
die Nummer der nächsten Kombination, unter der die durch S repräsentierte abgespeichert
bzw. welche aufgerufen werden kann. Die Anzeige kann auf zwei Arten geändert werden:
Durch Eingabe über den Zehnerblock 3 oder durch Abspeichern bzw. Aufruhen der hier
angezeigten Nummer (wobei sie in 14 übertragen wird). Der Inhalt von e wird dabei
um 1 erhöht.
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Auf die letzte Kombination (max. Speichernummer) folgt automatisch
die erste (zweckmäßig ist 0).
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Die Resettaste 20 im Zehnerblock setzt die Anzeige in auf 0 Zum Arbeiten
mit der Anlag-e dienen folgende Funktionsschalter: - "Wechsel" 16 Die Betätigung
dieses Funktionsschalters wechselt den Zustand "Speichern" und "Aufrufen", aktiviert
einen der Funktionsschalter (17) und (18) und desaktiviert den anderen. Welcher
der beiden Schalter gerade aktiv ist, wird durch das im Schalter integrierte Kontrollämpchen
(gleiche Baugruppewie 12 und 13 ) angezeigt.
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- "Aufrufen" 17. Wenn das Kontrollämpehen dieses Schalters ausgeschaltet
ist, ist er funktionslos. Im anderen Falle wird der Inhalt von 15 in 14 übertragen
und in e um 1 erhöht bzw. auf O gesetzt, wenn die maximale Speichernummer erreicht
ist. Die jetzt in 14 numerisch angezeigte Kombination setzt die entsprechenden Lämpchen
13 und schaltet die Orgeiregister entsprechend. Die Kombination kann durch die Schalter
12 geändert werden, ohne daß die abgespeicherte Information verlorengeht.
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- "Speichern" 18 . Es gilt daß in "Aufrufen" Gesagte mit dem Unterschied,
daß die durch S dargestellte Kombination abgespeichert wird. Nach dem Vorgang zeigt
14 die Nummer der gerade abgespeicherten Kombination.
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(Die Funktionsschalter O und 18 werden getrennt vorgesehen, weil sonst
leicht durch Vergessen der Betätigung des Schalters unangenehme Fehler auftreten
können)
b) Logischer Aufbau (s. Abbildung 2) Heute käufliche Speicherbausteine
sind meist byteorientiert.
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Dadurch lassen sich pro Baustein maximal 8 Register (und Spielhilfen,
Tremulanten, Koppeln usw.) bedienen. In den meisten Orgeln wird diese Zahl überschritten
und nicht durch 8 teilbar sein, so daß sie entsprechend aufgerundet und daraus die
Anzahl der Speichere] emonte ermittelt werden kann. Im obigen Beispiel wären dies
(30 Register und 7 Spielhilfen) 37; aufg<rundet auf 40 ergäbe dies 5 Speicherbaust£.in)
init 3 Roserven für eine evtl. Erweiterung der Orgel. Besonders preiswerte Speicher
sind z.Zt. solche mit 2048 Bytes- (2 KB), und dies wäre dann auch die Anzahl der
maximal abspeicherbaren Kombinationen.
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Nach Bedarf können die Speicherbausteine jedoch zusätzlich über den
Chip-select-Eingang gesteuert und kann so ein Vielfaches von 2048 Kombinationen
erzielt werden.
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Sollte auf dem Markt ein preiswerter Datenwortspeicher (meist Vielfache
von 8 Bits pro adressierbare Einheit) angeboten werden, der ebenfälls über nennenswerte
Kapazität verfügt, kann in bestimmten Einzelfällen (nämlich wenn die Anzahl der
Orgelregister nahe an ein Vielfaches der Bitanzahl solcher Speicher herankommt)
der Einsatz solcher Chips preiswerter sein.
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In Abbildung 2 dienen 2K byteorientierte Speicher als Medium für 8n
(n=1,2,3....) Orgelregister plus Reserve (reihenweise geordnet) für 2048m (m=1,2,3....)
Kombinationen eingeschalteter Orgelregister (untereinander geordnet).
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Die Adressen dieser Speicherplätze werden im Adreßregister "Aktuelle
Kombinationen" (D gehalten. Die Low-order-Bits (im Beispiel O - 10) gehen direkt
in die Adressanschlüsse aller Speicherelemente 8 über den Adresseingangsbus (11
Bit parallel). Evtl. vorhandene High-order-Bits (im Beispiel 11 - ) gehen über einen
Adreßdecoder 8 23 an die Chip-select-Anschlüsse, falls eine größere Zahl Kombinationsspeicherungen
gewünscht wird, als Adressanschlüsse an den Speicherbausteinen vorhanden sind. Dadurch
kann jedn Speichereinheit und damit jede Menge an Kombinationen angesprochen werden.
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Der Inhalt dna Adreßregisters 22 wird direkt über einen Binärdezimal-Wandler
8 auf die Anzeige "Aktuelle Kombination" ( 14 in Abbildung 1) übertragen und angezeigt.
Das Register "Nächste Kombination" 26 hat die gleiche Mächtigkeit wie das
Adreßregister
22 vermehrt um einer Overflow-Bit. Durch die Funktionen "Speichern" bzw. "Aufrufen"
wird sein Inhalt in das Adressregister 22 übertragen und nachträglich um 1 erhöht
oder - beim Setzen des Overflow-Bits und damit Überschreiten des Adreßraumes - auf
0 gesetzt. Die Reset-Taste 27 ( in Abbildung 1) im Zehnerblock ( 19 in Abbildung
1) hat denselben zuletzt beschriebenen Effekt. Der Inhalt von 26 wird ebenfalls
durch einen Binär-dezimal-Wandler auf die Anzeige "Nächste Kombination" 29 ( 15
in Abbildung 1) übertragen. Die Reset-Taste 27 setzt auch 31 auf 0.
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Eine Zohnerblocktastatur 30 ( 19 in Abbildung 1) wirkt auf das Schiebeeregister
31, ein Dezimalregister, dessen Inhalt nach jedem Tastendruck durch einen Dezimal-binär-Wandler
32 in 26 übertragen wird. Die Datenleitungen der Speicherbausteine 21 sind mit den
Flipflops 3 , von denen ein jeder einem Orgelregister entspricht, verbunden. Dies
können æ.B. J/K-Flipflop mit Set/Reset-Eingang sein. Dr Q-Ausgang eines solchen
steuert direkt die Kontrollampe 34 ( S in Abbildung 1) und jeweils ein Relais 35,
welches ggf. seinerseits bei großem Leistungsbedarf ein geeignetes, höher bolastbares
Relais anspreehen kann. Hier wird der Schleifenstromkreis bzw. der Orgelregisterschalter
überbrückt. Dersolbe Ausgang wirkt über ein AND-Gatter - mit dem entsprechenden
Schreibimpuls - auf die Memory 1/0 - Leitung (Datenschreibbus) des Speicherbausteins
21 . Der Taster 36 ( 12 in Abbildung 1) invortiert den FF.
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Die 1/0 - Leitung des Speicherbausteins wird für das Lesen (Datenlesebus)
einmal direkt, zum anderen negiert (in Abbildung 2 nur einfach gezeichnet) auf jeweils
ein AND-Gatter geführt; diese Gatter nehmen zusätzlich den Lesetakt auf. Die so
entstehenden Lesetakte wirken direkt auf den SET/RESET-Eingang des Flipflop.
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Der Ablauf wird durch geeignete Taktimpulse gesteuert. Die physikalischen
Schaltungen sind praxisüblich.