CH652860A5 - Elektromagnetisches polarisiertes relais mit eingebettetem eisenkreis. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches polarisiertes Relais, dessen Eisenkreis mit Ausnahme des Ankers in einen Block eingebettet ist und einen Kern mit Wicklungsspule und Polflächen aufweist sowie einen Permanentmagneten, während der Anker mit den Polflächen zusammenwirkt.

Relais mit Eisenkreis, der in ein Isoliermaterial eingeformt ist, sind bekannt. Bei diesen Relais befindet sich der bewegliche Anker in einem Hohlraum, der in den Block eingeformt ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Relais dieser Art zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Kern und ein Permanentmagnet in einen Block eingebettet sind, in welchem sich Öffnungen zu Polflächen hin befinden können, die dicht unter der Aussenfläche auf einer Seite des Blockes liegen,

und dass der Anker auf dieser Seite aussen am Block befestigt ist, so dass er mit den Polflächen in Berührung kommen und von ihnen abrücken kann. Der Block besitzt Löcher, die die Ausrichtstifte zurücklassen, welche die eingebetteten Einzel-5 teile ausrichten.

Das erfindungsgemässe Relais findet sein Hauptanwendungsgebiet im Telefonbereich und hier speziell in der Anbringung auf Schalttafeln, so dass es sehr wichtig ist, dass das Relais kleine Abmessungen hat.

io Der Eisenkreis, der erfindungsgemäss in den Block eingebettet ist und aus seinem Kern und einem Permanentmagneten besteht, bildet eine Einheit, während der Anker in einem Führungslager auf der einen Seite des Blockes angeordnet ist. Durch das Anordnen des Ankers ausserhalb des Blockes 15 kann dieser vollständig oder zu einem Teil so ausgefüllt sein, dass er keine beweglichen Teile aufweist. Dies ist wesentlich für die kleinen Details, die hier ins Auge gefasst sind, und mit Hinblick auf die Miniaturisierung des Relais, da dadurch erhöhte Anforderungen an Form und korrekte gegenseitige 20 Beziehung der Einzelteile für ein richtiges Zusammenwirken zwischen diesen Einzelteilen im Eisenkreis gestellt werden, besonders bei einem polarisierten Relais, das erhöhte Empfindlichkeit besitzt. Der Block oder Rumpf hat ausserdem den Vorteil, dass er vollständig abgedichtet werden kann, so 25 dass während des Lötens an der Schalttafel in das Relais keine schädlichen Gase eindringen können.

Weitere Eigenschaften sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels 3o näher hervor. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1-4 im Eisenkreis des Relais enthaltene Einzelbauteile sowie deren gegenseitige vorteilhafte Anordnung;

Fig. 5 eine vorteilhafte Plastikbeschichtung des Kerns im Eisenkreis;

35 Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform der Einbettung des Kerns im Eisenkreis, des Permanentmagneten und eines Shunt sowie die Anbringung des Ankers des Einsenkreises nach dem Einbetten;

Fig. 7a, b, c bevorzugte Ausführungsformen einer Feder-40 gruppe, die mit dem geformten Block nach Fig. 6 zusammenwirkt;

Fig. 8 ein bestimmtes Ausführungsbeispiel einer Federgruppe zur Durchführung verschiedener Relaisfunktionen.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung des Kerns 1, 45 der im Eisenkreis enthalten ist. Der Kern ist U-förmig und besitzt einen Stegabschnitt 2 sowie blattförmige Arme 3 und 4. Der Kern wird vorzugsweise durch Biegen aus einem geraden Materialstück hergestellt. Der Stegteil ist praktisch quadratisch im Querschnitt mit gerundeten Kanten, so dass 5o sich ein mehr oder weniger runder Querschnitt ergibt. Der Stegabschnitt bildet den Wicklungsteil für die Kernspule 5 (s. Fig. 2 und 3), während die längeren Seitenrandflächen 6 und 7 der Arme 3,4 die Polflächen des Kerns darstellen.

Wie aus der Draufsicht der Fig. 2 und der Seitenansicht 55 der Fig. 3, von links in Fig. 2 gesehen, hervorgeht, ist der Permanentmagnet 8 des Eisenkreises zwischen die Kernarme 3,4 zu einer Seite der Spule 5 und parallel zu ihr angeordnet.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Permanentmagnet ausserdem gegen ein Eisenstück 9 an, das für den 6o Permanentmagneten als magnetisches Shunt dient. Die Darstellung zeigt überdies, dass der Permanentmagnet und das Shunt zur Seite des Arms 4 hin verlagert sind. Diese Verlagerung oder Verschiebung ergibt einen Effekt, der später noch genauer beschrieben wird in Verbindung mit Massnahmen 65 zur Bildung eines monostabilen Relais. Ein ähnlicher Effekt wird erreicht, wenn, bei einer Ausführungsform des Kerns, der Abstand zwischen der Achsmitte des Wicklungsabschnittes zur jeweiligen Polfläche etwas unterschiedlich ist. Dieser

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Effekt wird ebenfalls in Verbindung mit den genannten Massnahmen in Erwägung gezogen.

Fig. 3 zeigt ausserdem das Anordnen und Befestigen des Ankers 10, damit dieser mit den Polflächen 6,7 zusammenwirken kann. Der Anker ist um eine Kipp- oder Schwenkfläche 11 schwenkbar angebracht, die sich in der Mitte zwischen den Armen und parallel zu ihnen befindet, und diese Fläche oder Kante kann als ein den Kern umgebendes Gehäuse ausgebildet sein, wie dies beispielsweise in Fig. 6 angedeutet ist. Der Anker arbeitet als Wippe und berührt entweder die eine oder die andere Polfläche.

Der Anker ist vorzugsweise als rechteckige Platte ausgebildet und kann gemäss Fig. 4 gestaltet sein, so dass er entsprechend der Anordnung nach Fig. 6 befestigt werden kann. Bei dieser Ausführungsform stehen im Mittelbereich der Längsseiten der rechteckigen Ankerplatte Zungen 12, 13 hervor, die als Führungen der Ankerbefestigung dienen. Auch der Oberseite gegenüber der Tragfläche 11 weist der Anker Platikstege 14, 15 auf, die dazu dienen, bewegliche Metallfedern anzuheben und damit die Relaisfunktion auszuführen, z.B. Federn, die in einer Federgruppe der Art, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, angeordnet sind. Der Anker besitzt ausserdem an den kurzen Seiten Vorsprünge 16, 17, deren Bedeutung in Verbindung mit der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 erläutert wird, welches einen Anker aufweist, wie er in der Fig. 4 dargestellt ist. Das Prinzip und der einfache Aufbau des Eisenkreises ist für ein Relais mit den erfindungsgemässen Merkmalen oben beschrieben,

wobei der U-förmige Kern neben anderem dazu führt, dass grosse Polflächen 6 und 7 und gleichzeitig ein langer Wicklungsabschnitt vorhanden sind, während der Permanentmagnet im Raum zwischen den Kernarmen liegt und der blattförmige Anker oberhalb der durch die Polflächen gebildete Ebene angebracht ist und als Wippe arbeitet, so dass er einmal mit der einen und einmal mit der anderen Polfläche in Berührung kommt. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Relais gegenüber Bekannten sehr wesentlich zu verkleinern.

Anhand der Figuren 5 und 6 soll die Erfindung nun in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben werden, bei welcher der Eisenkreis ohne Anwesenheit des Ankers in einen Plastikblock eingeformt ist. Der Kern wird in einem Werkzeug mit einem Plastiküberzug versehen. Der so mit Plastik überzogene Kern ist in Fig. 5 in Draufsicht gezeigt. Der Plastiküberzug dient dazu, für die Spulenwicklung eine Isolation herzustellen, und zur Anbringung von Schweissflaschen. Mit Hilfe der Plastikbeschichtung können für den Anker Polspitzen ausgebildet werden, die Kontaktflächen des Ankers für das erregte und unerregte Relais darstellen.

Wie Fig. 5 zeigt, ist der Stegteil 2 vollständig mit Plastik überzogen, mit Ausnahme eines schmalen Streifens 18, an dem die Isolation unterbrochen ist, weil dort die Halterung im Formwerkzeug am Kern 1 angegriffen hat. Der freie Endbereich des einen Arms des Kerns, wie für den Arm 3 dargestellt, wird für die Anordnung im Formwerkzeug benötigt und ist deshalb nicht plastiküberzogen. Der andere Kernarm 4 dagegen ist mit einer Beschichtung umformt, und zwar auch an seinem freien Endabschnitt, so dass dadurch Längenschwankungen des Kerns innerhalb der Dimensionen des Formwerkzeugs aufgenommen werden. Die Polflächen 6 und 7 haben keinen Plastiküberzug, mit Ausnahme eines kleinen Bereichs, wo sie mit einem Plastikstückchen 19 bzw. 20 überdeckt sind, welche die bereits oben erwähnten Polzapfen für den Anker bilden. Der Plastiküberzug auf den Seitenflächen der Arme wird vorzugsweise bis zur Höhe dieser Plastikzapfen hochgezogen, so dass dadurch ein Anschlag für die Berührungsflächen des Ankers entsteht in Zusammenwirkung mit den Zapfen oder Vorsprüngen. Ferner befinden sich im Plastiküberzug Löcher 21,22 auf der Aussenseite der Arme,

wo (nicht gezeigte) Ösen angelötet werden können.

Fig. 6 ist eine Darstellung ähnlich der von Fig. 3, in welcher gezeigt ist, wie der Kern 1, der Permanentmagnet 8 und das Shunt 9 in einem Plastikblock eingeformt sind, während der Anker 10 (für sich in Fig. 4 gezeigt) auf der Oberseite 24 dieses Blockes angebracht ist. Der Kern, der Permanentmagnet und das Shunt sind gestrichelt wiedergegeben und sämtliche entweder vollständig oder teilweise in dem Plastikblock eingeformt. Die Abschnitte der Polflächen 6 und 7, die von den Plastikzapfen oder -läppen 19,20 nicht bedeckt sind, und diese Plastikzapfen oder -läppen liegen in der oberen Ebene des Blockes. Vor dem Einbetten werden der Kern mit der Spule, das Shunt und der Permanentmagnet in einen (nicht gezeigten) Halter im Block eingesetzt. Dieser Halter dient dazu, die Einzelteile korrekt zueinander auszurichten. Für die Befestigung des Ankers 10 weist die Oberseite des Blockes an zwei gegenüberliegenden Rändern zwei nach oben vorstehende Warzen 25 und zu beiden Seiten davon hochstehende Ränder 26 auf, deren gegenseitiger Abstand etwas grösser als die Breite der Zungen 12, 13 am Seitenrand des Ankers (s. Fig. 4) ist. Diese seitlichen Zungen können, wie es die Fig. 4 zeigt, unterschiedliche Breite haben, so dass dann auch die die Zungen zwischen sich aufnehmenden Randlappen 26 unterschiedlichen Abstand zueinander haben, womit dafür gesorgt ist, dass der Anker stets richtig aufgesetzt wird. Die Warzen 25 bilden für die ebene Unterseite des Ankers eine Lager- oder Schwenkachse, die der Schwenkachse 11 in Fig. 3 entspricht. Die Unterkante der Vorsprünge 16 und 17 (s. Fig. 4) an den kurzen Seiten des Ankers bilden einen Begrenzungsanschlag für die Ankerbewegung auf die Oberseite des Blockes hin. Aus Gründen, die in Verbindung mit Fig. 7 noch beschrieben werden, besitzt der Block an seinen vier Seitenflächen Schultern 27, von denen eine, wie durch Linie 28 gezeigt, gegenüber den anderen versetzt ist.

Der in den Block eingeformte Eisenkreis bildet eine Einheit, bestehend aus Kern 1 mit der Spule, Permanentmagnet 8 und Shunt 9, während der Anker 10 in seine Lagerführungen 25,26 auf der Oberseite des Blockes eingesetzt ist. Indem der Anker sich vollständig ausserhalb des Blockes befindet, kann letzterer nach Belieben vollständig mit Plastikmaterial angefüllt sein, so dass kein Hohlraum darin und keine bewegten Teile vorhanden sind, oder er kann auch nur zum Teil ausgefüllt sein. Dies ist wesentlich dafür, dass im Hinblick auf die angestrebte Miniaturisierung kleine Einzelteile verwendet werden können, denn mit der Miniaturisierung ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Formung der Einzelteile und ihrer korrekten gegenseitigen Lage, damit diese Einzelteile im Eisenkreis richtig zusammenarbeiten, speziell für den Fall eines polarisierten Relais, welches erhöhte Empfindlichkeit besitzt. Ferner hat der Block den Vorteil, dass er vollständig eines polarisierten Relais, welches erhöhte Empfindlichkeit besitzt. Ferner hat der Block den Vorteil, dass er vollständig nach aussen abgeschlossen ist, so dass beim Löten an der Schalttafel keine aggressiven Gase eindringen können.

Bei der Prüfung des Relais-Schaltweges kann die Position der Plastikrippen oder -Stege 14, 15 über die Oberseite des Blockes bei erregtem und unerregtem Relais oder Anker wie auch die Zugkraft des Relais geprüft werden. Die Oberseite des Blockes kann als Null-Ebene dienen, von der aus sämtliche Masse sowohl nach innen als auch nach aussen genommen werden können..

Wie bereits in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, dienen die Plastikstege 14, 15 des Ankers 10 als Anhebe-Elemente für bewegliche Metallfedern, um die Relaisfunktion durchzuführen. Die Figuren 7 und 8 zeigen vorteilhafte Ausführungsformen derartiger Federn, die als Gruppe ausgebildet sind. Eine Federgruppe wird nun anhand eines Beispiels mit Bezug auf die Fig. 7 und in Verbindung mit dem Block 23 beschrieben.

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Die Federgruppe weist einen Plâstikrahmen 29 auf, der in Draufsicht in Fig. 7a gezeigt ist und der in Schnittebenen I-I und II-II ein Aussehen entsprechend den Figuren 7b und 7c hat. Die Aussenabmessungen des Federrahmens sind praktisch denen des Blockes 23 gleich. Die Innenabmessungen des Rahmens sind so gewählt, dass er auf die Schultern 27,28 des Blockes aufgesetzt werden kann, wobei der Rahmen eine kürzere Seitenwand 30 hat, um die kürzere Schulter 28 der einen Seitenwand des Blockes auszufüllen, während die übrigen Seitenwände 31 des Rahmens gleich lang sind und die Schultern 27 der übrigen Seitenwände des Blockes ausfüllen. Mit einer solchen Ausbildung wird dafür gesorgt, dass die Federgruppe stets richtig auf den Block aufgesetzt wird. Wenn der Rahmen befestigt ist, ruhen Stützflächen 32, vorzugsweise in Form einer Warze oder dergleichen, in jeder Ecke, auf der Oberseite 24 des Blockes.

Eine Anzahl ebener Metallfedern sind gerade in zwei einander gegenüberliegende Seitenwände des Rahmens eingegossen, und diese Federn sind aufeinander zugerichtet, wobei immer zwei Federn eines Paares sich etwas überlappen. Ein Paar solcher Metallfedern ist in Fig. 7a dargestellt. Die übrigen sind der Einfachheit halber weggelassen. Zu einem Paar gehört immer eine kürzere Feder 33, die praktisch unbeweglich ist, und eine längere, elastisch ausbiegbare Feder 34. Wie aus der Fig. 7c hervorgeht, werden die kurzen Federn 33 vorzugsweise so eingegossen, dass sie in einer zur Stützfläche 32 parallelen Ebene liegen, während die langen Federn 34 unter einem spitzen Winkel dazu eingegossen werden. Fig. 7c zeigt auch, dass an den freien Enden der Federn gegeneinander weisende Kontaktstücke 35,36 befestigt sind. Der mit einer Federgruppe zusammenwirkende Anker verschiebt oder biegt die langen Federn und bringt sie dadurch mit den kurzen Federn in Berührung, wenn das Relais schaltet. Bei dem im Ausführungsbeispiel beschriebenen Anker 10 wirken seine Plastikstege auf die langen Federn ein, wenn das Relais eingeschaltet wird.

Die auf der Aussenseite des Rahmens vorstehenden Federenden sind um 90° abgebogen und dienen als Lötfahnen. Die Federgruppe stellt eine Einheit dar, und kann mit Hinblick auf die Position, die Kontaktkräfte und dergleichen der Federn gemessen und augerichtet werden in bezug auf die vier Stützflächen 32 als Richtebene. Bei der beschriebenen Anordnung der Federgruppe liegen die Federpaare nebeneinander in einer Ebene unmittelbar oberhalb des Ankers und können durch Betätigung des Ankers verschiedene Funktionen ausführen. Fig. 8 zeigt ein Beispiel für eine derartige Federgruppe.

Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind in dem Plastikrahmen 29 sieben Federgruppen angeordnet. Das mittlere Federpaar besitzt keine Kontakte, während die übrigen Paare mit den Kontakten 35 und 36 bestückt sind. Die Kontaktfunktionen dieser mit Kontaktstük-ken ausgerüsteten Paare sind so, dass an einer Rahmenwand vier Anschlüsse S und an der gegenüberliegenden Rahmenwand zwei Anschlüsse S vorhanden sind. Je nach Stellung des Ankers - erregt oder unerregt - ergibt sich ein Relais mit vier Arbeits- und zwei Ruhekontakten. Das mittlere Federpaar,

das keine Kontaktstücke besitzt, arbeitet bei Bewegung des Ankers wie die übrigen Kontaktfedern und dient lediglich als zusätzliche Belastungsfeder für den Anker, wenn das Relais erregt ist.

Die Grundkonstruktion des erfindungsgemässen Relais führt zu einem bistabilen Relais, bei welchem der Anker aufgrund der Kraft des Permanentmagneten seine Stellung sowohl im erregten als auch im nicht erregten Zustand hält. Bei einer besonderen Ausführungsform kann das Relais auch als monostabiles Relais wirken, d.h., es schliesst nur dann, wenn der Spule Strom zugeführt wird und öffnet bei Stromunterbrechung. Die bistabile Funktion wird dadurch erzielt, dass der Magnet 8 und/oder das Shunt 9 gegenüber dem Kern 1 unsymmetrisch angeordnet wird, wie dies beispielsweise in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Die Zugkräfte sind dann an den Polflächen 6 und 7 ungleich gross.

Durch Belastung des Ankers, z.B. des Ankers 10, mit mehreren Funktionen auf der einen Seite als auf der anderen Seite, z.B. vier bzw. zwei Funktionen, wie in Fig. 8 gezeigt, werden bei Erregung und Entregung unterschiedliche Zugkräfte benötigt. Durch Einfügen von extra Federn ohne Kontaktstücke wie die Mittelfeder in Fig. 8 wird eine zusätzliche Federbelastung erzielt, wodurch die Charakteristik der Federgruppe mit dem Zugkraftbedarf in gute Übereinstimmung gebracht werden kann und eine extra Last auf der Seite des Ankers erzielt wird, wo mehr Funktionen sind.

Wird für die Polzapfen auf der Polfläche unterschiedliche Dicke gewählt (die Plastikzapfen 18 und 19 in Fig. 5), so dass verschiedene Abstände von der axialen Mitte des Wicklungsabschnittes 2 zu den Polflächen 6 und 7 entstehen, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, dann unterscheiden sich die Zugkräfte im erregten und im unerregten Zustand.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Relais eine monostabile Funktion erhält, indem ein oder mehrere massgebende der folgenden Schritte ausgeführt werden:

- der Permanentmagnet wird unsymmetrisch angeordnet,

- Permanentmagnet-Shunt wird unsymmetrisch angeordnet,

- die Kontaktfederlast ist unsymmetrisch,

- es wird ein Federpaar ohne Kontaktstücke angebracht,

- die Polzapfen erhalten unterschiedliche Dicke,

- der Permanentmagnet besitzt ungleichmässige Magnetisierung,

- die Ankerbefestigung ist zwischen den Polflächen unsymmetrisch.

Mit Hilfe einer oder mehrerer dieser Massnahmen erreicht man, dass aus der bistabilen Grundkonstruktion des Relais ein monostabiles Relais wird. Zugleich werden diese Massnahmen auch dazu benützt, zwischen den Verhaltenscharakteristiken einzelner Relaisausführungen gute Übereinstimmung zu bekommen und damit grössere Toleranzen bei der Fertigung der Einzelteile auszugleichen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Elektromagnetisches polarisiertes Relais, dessen Eisenkreis mit Ausnahme des Ankers in einen Block eingebettet ist und einen Kern mit Wicklungsspule und Polflächen aufweist sowie einen Permanentmagneten, während der Anker mit den Polflächen zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) und der Permanentmagnet (8) in den Block (23) eingebettet ist und der Anker (10) so auf dem Block (23) befestigt ist, dass er mit den Polflächen (6,7) in Berührung kommen und von ihnen abrücken kann.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbetten in den Block (23) der Kern (1) von einem Plastiküberzug umgeben ist, um die Wicklungsspule (5) zu isolieren und die Polflächen (6,7) teilweise überdeckende Schichten (19,20) zu bilden, welche Anlaufflächen für den Anker ( 10) darstellen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Relais nach Anspruch 2, bei welchem der Kern im wesentlichen U-förmig ist und einen wellenartigen Stegteil aufweist, von dem Ärmel abstehen, während auf den Stegteil die Wicklungsspule aufgewickelt ist und Seitenrandflächen, Polflächen darstellend, in Richtung der Arme verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Plastiküberzug auf die übrigen Seiten des einen Arms (4) und wenigstens teilweise die entsprechenden Seiten des anderen Arms (3) bedeckt und der Plastiküberzug auf den Aussenseiten der Arme (3,4) als Befestigungen (21,22) für Lötösen geformt ist, wobei der Plastiküberzug auf Innen- und Aussenseite der Arme (3,4) sich vorzugsweise bis zum Niveau der Deckschicht (19, 20) der Polflächen (6,7) erstreckt.

4. Relais nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (19,20) auf den Polflächen (6,7) sich mit dem Block (23) in einer Höhe befindet.

5. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polflächen (6, 7) parallel zu und nahe zwei gegenüberliegenden Rändern des Blockes (23) verlaufen und dass der Anker (10) eine Breitenausdehnung besitzt, die im wesentlichen mit der Länge der Polflächen übereinstimmt und wippenartig um eine Achse (25) schwenkbar ist, die im wesentlichen parallel zu den Polflächen verläuft.

6. Relais nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (8) zwischen den Armen (3,4) des Kerns (1) angeordnet ist.

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Permanentmagneten (8) unsymmetrisch und näher zu dem einen Arm (4) hin ist.

8. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetisches Shunt in den Block (23) eingefügt ist, das die dem Anker (10) abgewandte Seite des Permanentmagneten (8) berührt.