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Elektromagnetisches Schaltaggregat Das nachfolgend beschriebene elektromagnetische
Schaltaggregat löst z. B. die Aufgabe, wahlweise eine elektrische Verbindung eines
Leitungsweges einer Gruppe von Leitungswegen mit einem Leitungsweg einer anderen
Grüppe von Leitungswegen vorzunehmen. Bezeichnet man die erste Gruppe mit A, die
einzelnen Leitungswege dieser Gruppe mit a1, a2 . . ., ai ... an (bei
einem Vorhandensein von ia Leitungswegen in :dieser Gruppe), und die zweite Gruppe
mit B, die einzelnen Leitungswege der zweiten Gruppe mit bi, b2 .. ., bk
... b"1 (bei einem Vorhandensein von in Leitungswegen. in dieser Gruppe),
so lautet die Aufgabe: Verbinde ai mit bk, wobei unter ai bzw. bk ein Willkürlich
herausgegriffener Leitungsweg der iZ Leitungswege der Gruppe A bzw. ein willkürlich
herausgegriffener Leitungsweg der m Leitungswege der Gruppe B verstanden werden
soll. Derartige Schaltaufgaben können bei den verschiedensten elektrischen Aufgaben
eintreten; eine besondere Bedeutung besitzen sie jedoch innerhalb der Fernmeldetechnik.
So wird in Fernsprechnetzen der üblichen Schrittschaltsysteme die Leitungsgruppe
,der Teilnehmer, welcher z. B. .die A-Gruppe zugeordnet werden kann, mit einer Leitungsgruppe
von meist nur ein Zehntel ;der Leitungswege der Teilnehmer verbunden, dieser Leitungsgruppe
kann z. B. die. B-Gruppe zugeordnet werden, innerhalb welcher der Verbindungsaufbau
vorgenommen wird. Die Schaltaggregate, welche heute diese Verbindungen durchführen,
gehören in die Klasse der Wähler und werden je nach ihrer Schaltung als Vorwähler
oder Anrrufsuche.r bezeichnet. Sie unterscheiden sich grundsätzlich von :dem erfindungsgemäßen
Schaltaggregat. Dieses Schaltaggregat besitzt gegenüber den bisher bekannten Wählern
den
Vorteil` daß Gruppen von Wählern, z. B.. Vorwähler oder Anrufsucher,
durch ein neues Schaltaggregat ersetzt werden können, womit Platzverminderung und
Gewichtsherabsetzung verbunden ist.
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Das Schaltaggregat ist :dadurch gekennzeichnet, daßl es eine oder
mehrere Gruppen elektromagnetischer Steuerelemente mit diesen Steuerelementen zugeordneten
Kontakten und Gruppen elektromagnetisch , gesteuerter Schaltglieder mit diesen Schaltgliedern
zugeordneten Kontakten umfaßt. Es besitzt also zwei Gruppen von verschiedenen elektromechanischen
Elementen., von Steuerelementen und Schaltelementen, wobei jedes Element Kontakte
zugeordnet erhält; die Kontakte der Schaltelemente sind so aufgebaut, daß sie als
Gegenkontakte zu den Kontakten der Steuerelemente auftreten können., Wesentlich
ist.ferner, daß .die Steuerelemente mit den Schaltelementen so zusammenwirken können,
daß jede Kombination der Betätigung eines Steuerelementes und eines Schaltgliedes
die Verbindung und/oder Lösung # und/oder Umschaltung der diesem Steuerelement zugeordneten
Kontakte mit den den'Scbaltgliedern zugeordneten Gegenkontakten bewirkt. Diese zwei
Kontaktgruppen, von denen, die eine der Gruppe der Steuerelemente, die andere hingeboren
derGruppe .der Schaltelemente zugeordnet sind und die gegenseitig im Verhältnis
Kontakt - Gegenkontakt stehen, können nun mit Leitungswegen so verbunden werden,
-daß sowohl jedem Steuerelement wie jedem Schaltelement mindestens ein Kontakt und
mindestens ein mit diesem Kontakt verblinderer Leitungsweg zugeordnet ist, so daß
bei n Steuerelementen mindestens n Verbindungswege, die eingehende Leitungswege
genannt werden sollen, und bei m Schaltelementen mindestens m diesen Schaltelementen
zugeordnete und als ausgehenide Leitungswege bezeichnete Verbindungswege auftreten.
Bezeichnet man insbesondere die Gesamtgruppe sämtlicher Leitungswege, die den Steuerelementen
zugeordnet sind; mit A; die Gesamtgruppe .der Leitungswege, zugeordnet den Schaltelementen,
mit B, so ist das beschriebene Aggregat in dem Sonderfall, daß je ein einziger Verbindungsweg
einem Steuerelement und einem Schaltelement zugeordnet ist, zümLösender Schaltaufgabe:
»Verbinde den Verbindungsweg al mit ,dem Verbindungsweg bk« geeignet. Es muß hierzu
die Betätigung des Steuerelementes, gehörend zum Verbindungsweg (eingehender, Leitungsweg)
ai, kombiniert werden, mit der Betätigung des Schaltelementes, gehörend zum Veribindungsw
eg (ausgehender Leitungsweg) bk,- wodurch in diesem Sonderfall eine Verbindung zwischen
al und bk über die zugehörigen Kontakte und Gegenkontakte hergestellt wird.
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Sind mehr als ein Verbindungsweg pro Steuerelement bzw. pro Schaltelement
vorhanden, so werden auch mehr als: ein Kontaktpaar durch einen Schaltvorgaug des
Aggregates betätigt; diese Betätigung muß nicht immer -in einem Schluß Kontakt-Gegenkontakt
bestehen, es kann ebenso auch eine Verbindung gelöst oder von. einer Verbindungsader
auf eine andere Verbindungsader umgeschaltet werden.
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In,der Telefonpraxis spielen Schaltaggregate mit 3e drei eingehenden
Leitungswegen pro Steuerelement, die mit je .drei ausgehenden Leitungswegen pro
Schaltelement beliebig und wahlweise verbunden werden können, eine besonders wichtige
Rolle.
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Die bisher beschriebene Möglichkeit, Kontakte einer Steuergruppe in
beliebiger Weise mit Kontakten einer Schaltgruppe schaltungsmäßig zu kombinieren,
ist nicht die einzige: Man kann vielmehr .nach der vqrliegenden Erfindung das Schaltaggregat
so ausbilden; daß., wie bisher, jedem Steuerelement mindestens ein Kontakt und ein
zugehöriger Leitungsweg zugeordnet ist. Gleichzeitig jedoch kann man erreichen,
daß diesen Steuerelementen auch die ausgehenden Leitungswege und, deren Endkontakte,
die als Gegenkontakte wirksam werden, zugeordnet sind. Es sind auf diese Weise jedem
Steuerelement mindestens ein eingehender und mindestens ein ausgehender Leitungsweg
zugehörig. Nun kann man auch sämtliche ausgehenden Leitungswege und ihre Kontakte
sämtlichen Schaltgliedern gemeinsam zuordnen, derart, däß jede Kombination der Betätigung
eines Steuerelementes und eines Schaltgliedes: die Verbindung,. Lösung und/oder
Umschaltung, der dem Steuerelement zugeordneten eingehenden und ausgehenden elektrischen
Wege über die Betätigung der entsprechenden Kontakte und Gegenkontakte bewirkt.
Der wesentliche Unterschied ist also, daß es für eine Schaltfunktion gleichgültig
ist, welches der Schaltelemente in Tätigkeit tritt. Die Differenzierung .der einzelnen
verschiedenen Schaltfünktioneri wird nur durch die Wahl der Steuerelemente, nicht
der Schältelernente, erzielt. Derartige Aggregate können Relaisgruppen voll ersetzen,
allerdings mit der Einschränkung, daß niemals mehr Steuerelemente zur gleichen Zeit
in Funktion sind, als Schaltelemente vorhanden sind. Hat man z. B: ein Aggregat
mit hundert Steuerelementen, doch fünf Schaltelementen., so ersetzt dasselbe eine
Relaisgruppe mit hundert Relais, von denen aber zur .gleichen Zeit nicht mehr als
fünf eingeschaltet wer-den dürfen., Die Trennung von Steuer- und Schaltfunktion
hat hier nur den Zweck, mit geringen elektrischen Kräften für die Steuerung auszukommen,
während der Schaltvorgang mit der Überwindung der beträchtlichen Kontaktdrücke durch
die in geringer Zahl vorhandenen Schaltelemente durchgeführt wird, Die zuerst beschriebene
Form des Schaltaggregates ist zu wesentlich differenzierteren Schaltvorgängen fähig
als die zweite. Bei. n Steuerelementen und m Schaltelementen gibt es n," elektrisch
verschiedenartige Schaltoperationen, im zweiten Fall (Ersatz von Relaisgrüppen)
jedoch nur m ' elektrisch verschiedene Schaltoperationen. Im folgenden sollen :drei
verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben werden.
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Abb: r a bis r e zeigt ein Schaltaggregat mit sechzehn Steuerelementen,
vier Schaltelementen,
sechzehn den Steuereleinenten zugeordneten
eingehenden Leitungswegen und vier den Schaltelementen zugeordneten ausgehenden
Leitungswegen.
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Abb.2a bis 2c zeigt ein. Schaltaggregat derselben Eigenschaften wie
nach Abb. i a bis i e, doch anderer Konstruktion.
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Abb. 3 a bis 3 c zeigt ein Schaltaggregat mit der Funktion eines Relaisersatzes
mit sechzehn Steuerelementen und vier Schaltelementen, entsprechend einer Relaisgruppe
mit sechzehn Relais, von denen niemals mehr als vier beliebig ausgewählte gleichzeitig
eingeschaltet werden können.
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Abb. i a zeigt die Anordnung der magnetischen Steuerelemente im Schaltaggregat
in Ansicht von oben. Zwischen zwei Halteplatten i, von denen nur die obere sichtbar
ist, sind Solenoi@dspulen2 eingespannt. Innerhalb jeder Solenoidspule befindet sich
ein Solenoidkern 3 (s. Abb. i c, i d und i e), der am unteren Ende einen Halter
4. mit Träger 5 federnd angebracht enthält. Der Träger 5 trägt einen Kontaktzwischenkörper
6. Wird eine Solenoidspule 2 unter Strom gesetzt, so wirkt auf den Solenoidkern.3
eine magnetische Kraft, die ihn gegen die Schwerkraft oder gegen die Kraft einer
Feder nach oben und in die Spule hineinzuziehen versucht.
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In ,den Abb. i b, i c, i d und i e ist ferner die Anordnung der Schaltelemente
gezeigt. Den Kontakt vermittelt ein Gitterschlitten 7 aus leitendem Material, dem
ein ausgehender Leitungsweg 8 zugeordnet ist. Im Beispielsfall sind fünf solcher
Gitterschlitten übereinander angeordnet zu denken. In der Ruhestellung wird jeder
Schlitten durch eine kräftige Feder 9 gegen Anschläge i o und i i gezogen. Die Gitterstege
1a der Gitterschlitten 7 stehen Kontakten mit langer Kontaktfläche 13 gegenüber,
die den Steuerelementen zugeordnet sind und welche ,die eingehenden elektrischen
Wege 14 repräsentieren. Durch die Anschläge io und i i wird ein Berühren der Kontakte
13 mit den als Gegenkontakten wirkenden Gitterstegen 12 verhindert.
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Durch magnetische oder sonstige Kräfte, welche den Gitterschlitten
7 als Schaltelemente zugeordnet sind, kann erreicht werden, daß ein Gitterschlitten
7 (Schaltelement) gegen die Kraft der Feder 9 in Richtung des Pfeiles 15 gezogen
wird.
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A:bb. i c, i .d und i e zeigen nun den Ablauf eines Schaltvorganges
im beschriebenen Aggregat. In der ersten Phase wird einer der Gitterschlitten 7,
im angeführten Beispiel insgesamt fünf Gitterschlitten, in Richtung 15 gezogen,
bis seine Gitterstege 12 die Stellung 16 (Abb. i d) einnehmen. Damit ist dieses
Schaltelement schaltbereit. In .der nächsten Phase wird eine der sechzehn Solenoidspulen
2 unter Strom gesetzt und idadurch der zugehörende Solenoidkern 3 so lange in die
Spule 2 hineingezogen, bis, sein Träger 5 gegen den Gittersteg in Stellung 16 des
schaltvorbereiteten Schaltelementes stößt. In der dritten, nun folgenden Schaltphase
geht der Gitterschlitten 7 wieder unter Wirkung der Feder 9 .in Ruhestellung, ein
Gitter-Steg in Stellung 16 erfaßt den. Kontaktzwischenkörper 6 und drückt ihn unter
Deformation des federnden ' Halters 4 gegen die Kontaktfläche 13
(Abb. ie).
Durch diesen Schaltvorgang ist ein Stromweg geschaffen. worden von einem der sechzehn
den Steuerelementen zugeordneten Kontakte 13 zu einem der Gitterschlitten 7 über
einen zugehörigen Gittersteg 12 bzw. dem ihm zugeordneten ausgehenden Leitungsweg
B.
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Diese Anordnung läßt noch verschiedenste Abänderungen zu. So kann
an Stelle des federnden Halters 4 ein fester Halter 30 (Abb. 3 a, 3 b, 3 c) verwendet
und der Träger 5 (3 i in Abb. 3 a, 3 b, 3 c) über eine Spiralfeder 32 federnd befestigt
-,verden.
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Ebenso ist es möglich, an einem Solenoidkern mehrere Kontaktzwischenkörper
6 zu befestigen und so mehradrige Verbindungswege aufzubauen. Auch Ruhe- und Umschaltvorgänge
sind bei geeigneter Anordnung der Kontakte. und Gitterschlitten. darstellbar.
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In etwas anderer Weisse ist in der Ausführungsform nach" Abb. 2 a
bis 2 c das gleiche grundsätzliche Schaltproblem gelöst. Die Abb. 2 a, 2b, :2C sind
mit den analogen Abb. i c, i d, i e zu vergleichen. Die Solenoidspulen: 17 sind
wieder in ähnlichen nicht gezeichneten Halteplatten wie i befestigt zudenken, :die
Solenoidkerne i8 entsprechen den Solenoidkernen 3 in Abb. i a bis i e. An den Solenoidkernen
18 sind Träger i9 befestigt, an welchen so viele elastische Mittel 2o, z. B. Blattfedern,
mit daran befestigten Kontaktzwischenkörpern21 angebracht sind, als .die Schaltelementengruppe
Schaltelemente aufweist. Jedem einzelnen Schaltelement ist wieder analog, wie bei
Abb. 11),
ein Gitterschlitten mit Gitterstegen 22 zugeordnet, der z. B. über
eine zu 9 (Abb. i b) analoge Feder und einen zu 15 (Abb. i b) analogen Antrieb
bewegt werden kann. Während aber die Gitterschlitten nach Abb. i c bis i e so eng
übereinanderliegen, als es ihre gegenseitige Isolation und die Träger 5 gestatten,
sind die Gitterschlitten in Abb. 2 a bis 2 c in den Abständen der einzelnen Federn
20 übereinander angeordnet. Gegenüber dem mit dem Solenoidkern 18 beweglichen Träger
i9 steht ein weiterer, aber vollkommen starrer Träger 23, welcher ebenfalls Kontaktfedern
24 mit Endkontakten 25 trägt, die in ähnlicher Weise wie die Kontaktfedern 2o angeordnet
sind. Jedem Steuerelement ist mindestens ein Träger 23 zugeordnet. Die einzelnen:
Kontaktfedern 24 eines Trägers 23 sind im allgemeinen elektrisch miteinander sowie
mit einem eingehenden Leitungsweg verbunden. Die ausgehenden Leitungswege sind wie
in der Ausführungsform nach Abb. i a bis i e mit den einzelnen Gitterschlitten verbunden
zu denken.
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Der Ablauf einer Schaltoperation geht folgend vonstatten: Irgendeiner
der Gitterschlitten mit Gitterstegen 22 wird in der ersten Phase der Schaltoperation
in Stellung 26 (Abb. 2b) gebracht. Hierauf wird irgendeine der Solenoidspulen 17
durch,den Strom durchflossen., der Solenoidkern 18 hineingezogen, bis der Träger
19 gegen einen festen Anschlag 27 stößt. Hierauf geht der Gitterschlitten
mit
seinen; Gitterstegen aus der Lage 26 wieder in die Ruhelage zurück und schließt
über Vermittlung eines. Köntaktzwischenkörpers 2:r einen Verbindungsweg über einen
Kontakt 25, Kontaktfeder 24 zu dem eingehenden Leitungsweg, der dem in Funktion
:getretenen Steuerelement zugeordnet ist. Es ist damit die gleiche Schaltoperation
erreicht, wie in einer Anordnung nach Abb. i .a bis i e.
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Anordnungen nach Abb. 2 a bis 2 c erfordern einen höheren Aufwand
als Anordnungen nach Abb. r a bis i e, besitzen jedoch den Vorteil, :daß die Solenoidkernwege
für alle Schaltglieder gleich und kleiner sind als in Anordnungen nach Abb. i a
bis i e.
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Die beschriebenen Schaltaggregate sind vorzüglichgeeignet für automatische
Telefonanlagen und können direkt zum Aufbau vorn Fernsprechverbindungen Anwendung
finden. Baut man ein Aggregat nach Abb. i a bis- i e mit hundert Steuerelementen
sowie zehn Schaltelementen; geeignet zum Herstellen von dreiadrigen Verbindungen
(a-, b-, c-Ader) auf, so lassen sich diese Aggregate unmittelbar in iöoer-Ämter
mit io°/o- Ausnutzbarkeit einsetzen;. Will z. B. der Teilnehmer ca57 mit dem Teilnehmer
a31 in Verbindung treten, so ist ein Schaltvorgang erforderlich; welcher einen geraden
freien Gitterschlitten in einer Schaltoperation die Steuerelemente a57 und a31 gleichzeitig
zuordnet, womit .der Verbindungsaufbau vollzogen ist. Die gesamte Schaltoperation
zerfällt also. in die Teile: i. Anreiz der Steuerspule des rufenden Teilnehmers
a57 (z. B. erzielt durch Abheben lies Telefonhörers vom Teilnehmerapparat) ; 2.
Freiwahl eines freien Verbindungsweges (Schaltgliedes) ; 3. Auswahl des Teilnehmers
a31 durch geeignete, durch den Nummerngeber des Apparates % gesteuerte Wahlvorrichtungen.
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Es kann nun entweder :der Schaltaufbau so eingerichtet sein, daß sämtliche
Schaltvorgänge erst vorbereitet werden und erst am Schluß in einer Operation die
doppelte Schaltung gleichzeitig erfolgt, oder es kann zunächst in einer ersten Schaltoperation
der Teilnehmer ä57 an einen der zehn freien Verbindungswege geschaltet werden, über.
diesen. eine Bezeichnung rdürch kleine Drehwähler oder Wählerrelais der Steuerspule
a31 vorgenommen werden und nachher in einer zweiten Schalt-Operation an -den gleichen
Verbindungsweg a31 zugeschaltet werden. Der technische Vorteil einer solchen Anordnung
ist vor allem der, daß sowohl die VärwähIer oder Anrufsucher als auch die Leitungswähler
(insgesamt in einem iöoer-Amt etwa zwanzig Heddrehwähler): samt ihren Vielfachfeldern
-durch ein einziges, nach Abb. i a bis i e oder 2 a bis, :2 c aufgebautes Schaltaggregat
sowie den zur Bezeichnung der gerufenen , Teilnehmer nötigen und in geringer Zahl
vorkommenden Bezeichnungswähler oder Wählerrelais ersetzt werden: Die Anordnung
nach Abb. 3 a bis 3 c ist konstruktiv sehr ähnlich der Anordnung nach Abb. i a bis
i e, sie( -dient jedoch. zu vollkommen anderen Schaltungen, .da sie gestattet; Relaisgruppen
zu ersetzen. Die Abb. 3a, 3b, 3 c entsprechen den Abb. i ci:d, z e. Die Sölenoidspulen
28 werden wieder gruppenweise: durch Halteplattem (Abb. 19,) gehalten und tragen
Soleno :dkerne 29, an denen Halter 3o befestigt sind mit Trägernr 31, wobei gegen
die schwachen Spiralfedern 32 eine seitliche Bewegung der Träger 31 mit den
daran befestigten Zwischenkörpern 33 möglich ist. Die Zwischenkörper 33 sind in
@dieser Konstruktion jedoch keine kontaktvermittelnden Körper, wie die Zwischenkörper
6 (Abb. i c bis i e),, sie können daher auch aus Isoliermaterial bestehen. Ebenso
ist auch den Gitterschlitten der Schaltelemente, die vollkommen analog wie in Abb.
i a bis i e mechanisch angeordnet sind, keine elektrische Schaltfunktion zugeordnet,
sie können daher ebenfalls aus Isoliermaterial bestehen. An die Stelle der Kontakte
mit langer Kontaktflache 13 (Abb. =b bis i e) treten Kontaktsätze 34., die wie Relaisköntaktsätze
aufgebaut sind.
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Eine Schaltoperation in diesem Aggregat läuft wie folgt ab: Zunächst
geht ein freier Gitterschlitten (Schaltelement), analog wie in Abb. i d, aus :der
Ruhestellung heraus. Allerdings ist es hier vollkommen gleichgültig, welcher Gitterschlitten
hier in Funktion tritt, er darf nur nicht bereits durch eine vorhergehende Schaltoperation
besetzt sein. Hierauf wird die entsprechende Solenoidsteuerspüle 28 unter Strom
gesetzt, der Solenoidkern 29 wird so lange in die Solenoidspule 28 hineingezogen,
bis, der Träger 31 gegen den einen der Gitterstege 35 stößt, der sich gerade in
Position 36 (Abb. 3b) befindet. Beim Rückgang nimmt dieser Gittersteg den
Zwischenkörper 33 mit; der die Betätigung des dahinter befindlichen Kontaktsatzes'
3d. vermittelt (Abb. 3c).
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Derartige Aggregate sind besonders dann wertvoll, wenn Gruppen von;
Relais ersetzt werden sollen, aus :denen nur wenige, aber beliebige Relais gleichzeitig
in Funktion seien können.
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Wie aus :den Abb. i bis 3 hervorgeht, sind die beschriebenen Ausführungsformen
sämtlich selbstarretierend, d. h. es genügt eine einzige Schält-Operation,
rum, unabhängig von der Länge des Schaltimpulses; die Schaltung beliebig lang wirken
zu lassen. Um eine Schaltung wieder rückgängig zu machen, ist erforderlich"daß die
Schaltoperation wiederholt wird, doch ohne Erregung der Steuerspule Wie aus Iden
Abb. i Abis 3 zu ersehen ist, fällt dann der Solenoidkern mit Halter, Träger und
Zwischenkörper in dem Augenblick in die Ruhestellung zurück, in welchem rderGitters,chlitten
seine Schaltstellung erreicht hat.