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Gerät zum Anzeigen der Flugbedingungen, die für einen wirtschaftlichen
Flug eines strahlgetriebenen Flugzeuges erforderlich sind Die Erfindung betrifft
ein Steuergerät für Flugzeuge, das insbesondere dazu dient, den wirtschaftlichen
Betrieb von mit Strahltriebwerken ausgerüsteten Flugzeugen zu erleichtern.
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Zur Erzielung einer möglichst großen Flugweite müssen strahlgetriebene
Flugzeuge so schnell wie möglich auf ihre günstigste Höhe gebracht und dann in allmählichem
weiteren Anstieg geflogen werden. Dieses weitere Ansteigen soll derart, erfolgen,
daß eine bestimmte Änderung der Mchzahl M bzw. der Geschwindigkeit mit dem Verhältnis
Wlp des Flugzeuggewichtes W zum statischen Druck p aufrechterhalten wird.
Die Steiggeschwindigkeit hängt also von der Gewichtsverminderung des Flugzeuges
während des Fluges ab, die sich durch den Treibstoffverbrauch und gegebenenfalls
den Munitionsverbrauch und ähnliche Gründe ergibt. Bei Erreichen des Ziels soll
das Flugzeug dann schnell niedergehen.
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Wenn der Flug aus bestimmten Gründen in gleichbleibender Höhe durchgeführt
werden soll und das weitere Steigen daher nicht zulässig-ist, so kann die größtmögliche
Flugweite dadurch erzielt werden, daß die Machzahl entsprechend der während des
Fluges auftretenden Gewichtsverminderung geändert wird.
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Es ist bereits bekannt, daß zur Erzielung eines verbrauchsgünstigsten
Aufstiegs eines strahlgetriebenen
Flugzeuges eine spezifische Änderung
der Machzahl mit dem Verhältnis W/p erforderlich ist. In ähnlicher Weise kann auch
für viele andere Flugvorhaben bestimmt werden, wie die Machzahl, die Flughöhe, die
Triebwerksdrehzahl usw. in Abhängigkeit vom Flugzeuggewicht am besten ge= ändert
werden.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes, das dem Piloten
für ein bestimmtes Flugvorhaben die günstigsten Flugbedingungen angibt.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Gerät, das ein Machmeter mit einem beweglichen
Zeiger aufweist, das Machmeter mit einem Kontrollzeiger zur Anzeige der gewünschten
Stellung des Machmeterzeigers versehen sowiemiteiner Vorrichtung, die auf Änderungen
des Flugzeuggewichts und der Druckhöhe anspricht und entweder mit dem Kontrollzeiger
oder mit dem normalen Zeiger des Machmeters so verbunden ist, daß sie den einen
Zeiger relativ zu dem anderen entsprechend den Änderungen des Verhältnisses von
Flugzeuggewicht zu Druckhöhe bewegt.
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Gemäß der Erfindung kann das Gerät auch mit einem Höhenmesser mit
beweglichem Zeiger versehen sein, der einen Kontrollzeiger zur Anzeige der gewünschten
Stellung des Höhenmesserzeigers sowie eine Vorrichtung aufweist, die auf Änderungen
des Flugzeuggewichtes anspricht und entweder mit dem Kontrollzeiger oder mit dem
normalen Zeiger des Höhenmessers so gekuppelt ist, daß sie den einen Zeiger relativ
zu dem anderen entsprechend den Änderungen des Flugzeuggewichtes bewegt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert, und zwar zeigt Fig.
i eine schematische Vorderansicht des Gerätes mit den zugehörigen Rechnern, Fig.
2 einen Schnitt durch dieses Gerät und Fig. 3 'eine schematische Ansicht eines etwas
anders ausgebildeten Gerätes.
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Das in Fig. i und :2 dargestellte Gerät weist einen normalen Höhenmesser
io und ein normales Machmeter i i auf. Beide Instrumente sind nebeneinander auf
einem Instrumentenbrett 12 angeordnet. Sie sind dem Fachmann bekannt und brauchen
daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß
der Höhenmesser einen Zeiger ioa aufweist, der die Höhe auf einer runden Skala lob
angibt, und das Machmeter einen Zeiger Zia, der die jeweilige Machzahl auf einer
runden Skala iib anzeigt. Beide Zeiger drehen sich mit steigenden Werten im Uhrzeigersinn.
Die beiden Instrumente sind über die Leitung 13 mit einem nicht dargestellten Meßgerät
zur Aufnahme des statischen Druckes verbunden und das Machmeter außerdem über die
Leitung 14 mit einem nicht dargestellten Pitotrohr, das den von der Flugzeuggeschwindigkeit
abhängenden dynamischen Druck aufnimmt. Der Begriff »Höhe« bedeutet im folgenden
daher die »Druckhöhe« und nicht die absolute Höhe in Meter.
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Vor der Skala lob des Höhenmessers befindet sich eine transparente
Scheibe 15, die in einem drehbar gelagerten Ring 16_ gefaßt ist. Der Ring 16 ist
von einem ringförmigen Gehäuse 17 umgeben, das mit seinem hinteren Flansch 17a am
Instrumentenbrett 12 befestigt ist und den Ring 16 nach vorn durch einen Flansch
17b abdeckt. Der Ring ist auf seiner Rückseite mit einer Kegelverzahnung versehen
und steht mit frei drehbaren Kegelrädern 18 und einem angetriebenen Kegelrad ig
im- Eingriff. Gegen den Gehäuseflansch 17b ist der Ring über Rollen 2o abgestützt.
Auf der Scheibe 15 ist ein Kontrollzeiger 21 vorgesehen, der sich zusammen mit der
Scheibe konzentrisch zu dem Zeiger ioa des Höhenmessers dreht und ebenfalls in bezug
auf die Skala lob abzulesen ist. Auf dem äußeren Flansch 17b des Gehäuses 17 ist
eine weitere Ringskala 22 angebracht, in bezug auf die der Zeiger 21 ebenfalls abgelesen
werden kann. Diese Skala ist in Kilogramm unterteilt und zeigt das Gewicht des Flugzeuges
an. Sie ist im Vergleich zur Skala lob des Höhenmessers so unterteilt, daß das Verhältnis
des von dem Zeiger 21 auf der Skala 22 angegebenen Flugzeuggewichtes zu der gleichzeitig
von dem Zeiger 2i auf der Skala lob angegebenen @Iöhe, d. h. also zum statischen
Druck, immer konstant ist und dem maximalen Wert von Wlp entspricht, wie er durch
die Verdichtungs- und Schwingungsverhältnisse gegeben ist, die beispielsweise durch
aerodynamische Berechnungen oder praktische Flugversuche bestimmt werden können.
Wie Fig. i erkennen läßt, nimmt die Gewichtsgröße. auf der Skala 22 in Richtung
der Uhrzeigerdrehung, d. h.-mit zunehmender Höhe, ab. Aus dem von der Royal Aeronautical
Society of England herausgegebenen Leistungsblatt Nr. RJ i/o ist ersichtlich, daß
das Verhältnis Flugzeuggewicht zu Höhe, d. h. der W/p-Parameter, für alle Flugzeuge
verwendet werden kann.
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Ein elektronisch arbeitender Rechner 23 ist neben dem Höhenmesser
io angeordnet und mit dem Ring 16 über das angetriebene Kegelrad ig verbunden. Der
Kontrollzeiger 2i wird daher durch den Rechner eingestellt. Der Rechner 23 ist elektrisch
mit einem Brennstoffmengenmesser 2q. verbunden, von dem er Impulse erhält, die dem
Brennstoffverbrauch der Triebwerke entsprechen. Zusätzlich ist der Rechner elektrisch
mit anderen Meß- oder Zählvorrichtungen verbunden, die zusammen mit 25 bezeichnet
sind. Sie geben Impulse, die dem Verbrauch von Munition, z. B. dem Auslösen
von Bomben u. dgl., entsprechen. Dadurch dreht der Rechner den Zeiger 2i im Uhrzeigersinn
in Abhängigkeit von der Gewichtsabnahme des Flugzeuges.
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An dem Rechner ist ein Drehknopf 26 vorgesehen, durch den der Rechner
zu Beginn des Fluges entsprechend den Abflugdaten des Flugzeuges von Hand eingestellt
und der Antrieb des Ringes 16 durch den Rechner gegebenenfalls unterbrochen werden
kann. Einzelheiten hiervon sind nicht dargestellt; da sie nicht zur Erfindung gehören.
Der Fachmann weiß, daß die gewünschte Steuerung auf verschiedene Weise erfolgen
kann. Zum Beispiel kann eine Drehbewegung des Drehknopfes 26 eine Drehung des Ringes
16 bewirken und dabei einen Reibungsantrieb des Rechners überholen, während eine
axiale Bewegung des Knopfes diesenReibungsantrieb
ausrückt, so
daß der Kontrollzeiger in seiner ursprünglich eingestellten Stellung verbleibt.
In gleicher Weise sind Einzelheiten über die Meßeinrichtungen 2q. und 25 sowie über
den Rechner 23 nicht dargestellt, da sie nicht zur Erfindung gehören und von sehr
verschiedener Bauart sein können.
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Auch bei dem Machmeter i i ist vor der Skala i ib eine transparente
Scheibe 28 mit einem Kontrollzeiger 27 vorgesehen. Die Scheibe ist in einem drehbar
gelagerten Ring 29 gehalten. Das Ganze ist ebenfalls mit einem Gehäuse
30 umkleidet, und auf dem vorderen Flansch dieses Gehäuses ist eine Ringskala
3 i vorgesehen, die in Einheiten des Verhältniswertes Wlp unterteilt ist und in
bezug auf den Zeiger 27 abgelesen wird. Das Gewicht W des Flugzeuges wird dabei
in Kilogramm und die Druckhöhe p in kgjcm2 gemessen. Der Zeiger 27 wird durch einen
Rechner 32 bewegt, um den jeweils für das Flugzeug geltenden Wert von Wlp anzuzeigen,
und für jeden Wert von Wlp, den der Zeiger 27 auf der Skala 31 angibt, zeigt der
gleiche Zeiger auf der Skala iib eine entsprechende Machzahl an. Wenn dieses Anzeigegerät
dazu benutzt werden soll, dem Piloten die Flugbedingungen anzugeben, die notwendig
sind, um die größtmögliche Reichweite zu erzielen, dann ist die Skala 31 so auf
die Skala i ib abgestimmt, daß für jeden Wert Wlp, der durch den Zeiger
27 auf der Skala 31. angezeigt wird, die zur Erzielung der größten
Reichweite erforderliche 1aachzahl auf der Skala i ib angegeben ist. Soll das Anzeigegerät
dagegen die Linderung der Machzahl bei dem jeweils bestehenden Wert von Wlp angeben,
die zur Erzielung der günstigsten Steigverhältnisse erforderlich ist, so ist die
Skala 31 entsprechend anders unterteilt. Es ist also ohne weiteres möglich, verschiedene
Skalen 31 vorzusehen, die unterschiedliche Verhältniswerte Wlp zu 117 in bezug auf
die Skala i ib angeben und die je nach der in Frage kommenden Flugart eingesetzt
werden. So können auf dem vorderen Flansch des Gehäuses 30 mehrere Skalen
31 angeordnet sein. Durch Betätigung eines Knopfes, der die gewünschte Skala auswählt
und der natürlich gleichzeitig auch den Rechner 32 entsprechend umstellt, kann dann
das Instrument wahlweise für die Anzeige der günstigsten Bedingungen für das Steigen
auf die Reiseflughöhe, für die größte Reichweite in Reiseflughöhe. für die längste
Flugdauer, für den Reiseflug mit einem abgestellten Triebwerk usw. verwendet werden.
Der Einfachheit halber wird das Gerät im folgenden so beschrieben, als ob es, wie
auch in der Zeichnung"dargestellt, nur eine Skala 31 aufweist, die im Verhältnis
zur Skala i il, so gewählt ist, daß sie das günstigste Verhältnis von Wlp
zu 11I für die größte Reichweite angibt. Der beste Wert von Wlp, wie er durch
Verdichtungs- und Schwingungsverhältnisse gegeben ist, wird auf der Skala 31 angegeben
und stellt die obere Grenze des Flugraumes dar.
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Der Ring 29 und damit der Zeiger 27 sind gleichachsig zu dem Zeiger
i i" des Machmeters i i angeordnet und durch den neben dem Machmeter befindlichen
Rechner 32 drehbar. Dieser Rechner ist, wie der Rechner 23, mit dem Brennstoffmengenmesser
24 und mit den anderen Meß- oder Zählvorrichtungen 25 elektrisch verbunden. Außerdem
ist er aber noch über die Leitung 13 mit dem bereits erwähnten Gerät zur Bestimmung
des statischen Druckes verbunden. Der Rechner wird also sowohl durch die auftretende
Gewichtsabnahme des Flugzeuges als auch durch den jeweils herrschenden statischen
Druck beeinflußt, und die Verstellung des Zeigers 27 über der Skala 11
b erfolgt in Abhängigkeit .von Änderungen des Verhältnisses WIp. Daher bewegt sich
der Zeiger immer dann, -,vvenn das Flugzeug so geflogen wird, daß sich der Wert
WIp ändert, und zeigt auf der Skala i ib diejenige Machzahl an, mit der das Flugzeug
geflogen werden sollte, damit die größte Reichweite für den bestehenden Wert Wlp
erzielt wird. Wie Fig. i erkennen läßt, dreht sich der Zeiger 27 mit steigender
Machzahl im Uhrzeigersinn, wenn der Wert W/p abnimmt. Aus dem Leistungsblatt Nr.
RJ 1/3 der Royal Aeronautical Society of England ist ersichtlich, daß bei Änderung
des W/p-Wertes, die Machzahl, mit der ein Flugzeug geflogen werden muß, damit es
die größte Reichweite erzielt, je nach dem Flugzeugtyp verschieden ist. Daher müssen
die Charakteristik des Rechners und das Verhältnis der Skala 31 zur Slcala i ib
entsprechend den aerodynamischen Daten oder den Versuchsergebnissen, die mit einem
gleichen Flugzeug durchgeführt wurden, gewählt werden.
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Der Rechner 32 ist mit einem Knopf 33 versehen, mit denn der Zeiger
27. von Hand auf den richtigen Anfangswert eingestellt werden kann.
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Um die größtmögliche Reichweite zu erzielen, muß der Pilot vor dem
Start den Kontrollzeiger 21 zur Skala 22 so einstellen, daß der angezeigte Wert
dem Bruttogewicht des Flugzeuges entspricht, und weiterhin den Zeiger 27 zur Skala
31 so, daß er auf dieser Skala den Wert Wlp anzeigt, der durch Division des ursprünglichen
Bruttogewichts durch den am Startplatz herrschenden Luftdruck erhalten wird. Diese
Einstellungen werden mittels der Knöpfe ,26 und 33 durchgeführt. Er muß dann starten
und so schnell wie möglich auf Reiseflughöhe gehen. Ist genügend Leistung vorhanden,
um den maximalen Grenzwert von Wlp zu erreichen, so wird die Reiseflughöhe durch
diesen maximalen Wert, wie er durch den Zeiger 21 angegeben wird, bestimmt. Hat
der Pilot die Reiseflughöhe erreicht, so muß er das Flugzeug so fliegen, daß der
Höhenmesserzeiger ioa mit dem Kontrollzeiger 21 und der Machmeterzeiger i i" mit
dem Kontrollzeiger 27 übereinstimmt. Mit zunehmendem Brennstoffverbrauch steigt
das Flugzeug dann ständig langsam weiter. Bei Flugzeugen mit geringem Verhältnis
von Schub zu Flugzeuggewicht wird der maximale Grenzwert Wlp nicht oder erst nach
längerem Reiseflug erreicht. Um auch in diesen Fällen die größtmögliche Reichweite
zu erzielen, wird das Flugzeug auf die Reiseflughöhe gebracht, die der geringeren,
Steigfähigkeit des Flugzeugs entspricht, und dann mit der für diese Höhe günstigsten
Triebwerksdrehzahl weitergeflogen, wobei der Zeiger i i,' des Machmeters mit dein
Kontrollzeiger 27 in
Deckung gehalten wird. Übersteigt die optimale
Drehzahl des Triebwerks die vom Hersteller angegebene höchste Drehzahl für Dauerbetrieb,
so stellt der Pilot die Drosselklappe so ein, daß diese Drehzahl erhalten wird.
Mit der durch den Brennstoffverbrauch entstehenden Gewichtsverminderung des Flugzeugs
ergibt sich dann ebenfalls ein ständiges Steigen. Ob- nun unter oder bei dem maximalen
Wert von Wlp geflogen wurde, bei Erreichen des Bestimmungsortes ist das Flugzeug
so schnell wie möglich zum Landen zu bringen.
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Ein anderer Flugplan muß befolgt werden, wenn der Flug bei konstanter
Flughöhe durchgeführt werden soll. Dann gibt der Kontrollzeiger 27 selbsttätig die
Machzahl an, bei der der geringste Brennstoffverbrauch erzielt wird. Der Pilot muß
dabei den Machmeterzeiger i i" ständig mit dem Kontrollzeiger 27 in Deckung halten,
wobei die Triebwerksdrehzahl mit zunehmenden Brennstoffverbrauch vermindert wird.
Um die Anzeige der gewünschten konstanten Flughöhe zu erhalten, löst der -Pilot
mittels des Knopfes 26 die Verbindung .zwischen dem Rechner 23 und dem Ring 16 und
stellt diesen Ring und damit den Kontrollzeiger 21 auf den gewünschten Höhenwert
auf der Skala iob ein. Bei Erreichen des Bestimmungsortes muß das Flugzeug wieder
so schnell, wie es die Umstände ermöglichen, zum Landen gebracht werden.
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Das Flugzeug kann erfindungsgemäß durch eine weitere Ausgestaltung
des Gerätes vollkommen automatisch geflogen werden. Dabei wild die Winkelabweichung
zwischen den Kontrollzeigern 21 und 27 und den Instrumentenzeigern ioa bzw. iia
elektrisch oder auf andere Weise gemessen: Die Meßergebnisse werden auf ein selbsttätiges
Steuerungssystem übertragen, das das Triebwerk und die Steuerorgane des Flugzeugs
beeinflußt.
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Die bisher verwendeten Steuerverfahren benötigen genaue Messungen
der Außenlufttemperatur. Solche Messungen werden aber immer schwieriger, je schneller
das Flugzeug fliegt. Durch Verwendung des beschriebenen Gerätes gemäß der Erfindung,
bei der unmittelbar auf die jeweils vorhandene Machzahl bezug genommen ist und weniger
auf die angezeigte Geschwindigkeit, wird die Auffenlufttemperatur nicht benötigt,
so daß die beschriebenen' Schwierigkeiten umgangen werden.
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Im vorstehenden ist nur das Grundsätzliche der Erfindung an Hand normaler
Flugzeuginstrumente beschrieben worden. Eine wesentlich augenfälligere Ausgestaltung
des Gerätes ergibt sich bei einer Bauart, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, bei
der die Instrumente in einem Schaubild 34 vereinigt sind.. Hier ist das Bild 35
eines Flugzeuges an einem nicht dargestellten Kardansy stem aufgehängt, so daß es
jede Bewegung auf der Schaubildfläche ausführen kann. Das Bild ist mit einem Zeigerpunkt
A versehen, der auf dem Schnittpunkt einer waagerechten und einer lotrechten Linie
des Bildes' liegt, die das Bild in vier Sektoren unterteilen. Die Schaubildfläche,
auf der das Flugzeugbild bewegt wird, ist ebenfalls mit einer waagerechten Linie
2i' und einer lotrechten Linie 27' versehen, die sich im Punkt C schneiden und das
Schaubild in vier Sektoren unterteilen. Benachbarte Quadranten sind sowohl auf dem
Flugzeugbild als auch auf der Schaubildfläche durch kontrastierende Farben unterschieden,
um das Ablesen des Instruments zu erleichtern. Die horizontale Linie 2i' entspricht
dem Kontrollzeiger 21 des vorher beschriebenen Gerätes. Sie stellt daher die Flughöhe
dar, in der das Flugzeug geflogen werden soll. Die vertikale Linie 27' entspricht
-dem Kontrollzeiger 27 des vorher beschriebenen Gerätes und gibt die »kontrollierende«
Machzahl an. Vertikale Bewegungen des Zeigerpunktes A entsprechen den Bewegungen
des Höhenmesserzeigers ioa und seitliche Bewegungen des Zeigerpunktes A den Bewegungen
des Machmeterzeigers i i": Die Linien 21' und 27' sind aber abweichend von den .beweglichen
Kontrollzeigern 21 und 27 feststehend, so daß das ursprüngliche Einstellen entsprechend
dem Verstellen durch die Knöpfe 26 und 33 hier durch Verstellen des Zeigerpunktes
A geschehen muß. Vertikales Verstellen erfolgt durch den Knopf 26' und horizontales
Verstellen durch den Knopf 33', wobei die Gewichtsskala 22' und die W/p-Skala 3
i', die den Skalen 22 und 31 des vorher beschriebenen Gerätes entsprechen, um die
Knöpfe 26' und 33' herum angeordnet sind. Der Knopf 22 ist außerdem noch mit einer
Höhenskala iob' versehen, die benutzt wird, wenn das Gerät für einen Flug bei konstanter
Flughöhe eingestellt werden soll. Da die Linien 2i' .und 27' feststehen, ändern
nicht dargestellte Rechner, die den Rechnern 23 und 32 entsprechen, die Stellung
des Flugzeugbildes zum Schaubild mit eintretenden Änderungen des Flugzeuggewichtes
und des statischen Druckes.
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Der Pilot führt vor dem Start die erforderlichen Einstellungen an
den Skalen ioJ, 22' .und 31' aus, fliegt dann zur Erzielung der größtmöglichen Reichweite
das Flugzeug so, daß der Zeigerpunkt A mit dem Schnittpunkt C der Linien 21' und
27' übereinstimmt. Bewegt sich der Zeigerpunkt A. über die Linie 21', so fliegt
er zu hoch, und umgekehrt. Befindet sich der Zeigerpunkt A links von der Linie 27',
wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, so .bedeutet das, daß die Machzahl zu hoch ist,
und umgekehrt.
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Man erkennt, daß das Ablesen dieses Gerätes wesentlich einfacher ist
als bei dein Zweiskalengerät gemäß Fig. i und 2. Weitere Einzelheiten des Gerätes
brauchen aber nicht beschrieben zu werden, weil die in Frage kommenden Kombinationen
von Instrumenten und kinematischenUmkehrungen dem Fachmann geläufig sind.
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Es versteht sich daher, daß die dargestellten Geräte nur bevorzugte
Beispiele für die Erfindung sind und daß verschiedene Änderungen in der Form, Größe
und Anordnung der Teile durchgeführt werden können, ohne daß dadurch der Rahmen
der Erfindung verlassen zu werden. braucht.