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Die
Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung zur Trennung von in einer
durch einen Trennkanal strömenden
Suspension transportierten magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren
Teilchen mit wenigstens einem zu wenigstens einer Seite des Trennkanals
angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung eines magnetisierbare
Teilchen zu dieser Seite hin ablenkenden Magnetfeldes.
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Insbesondere
im Bereich der Erzgewinnung oder auch der Schrotttrennung ist es
häufig
gewünscht,
nichtmagnetisierbare von magnetisierbaren Teilchen in einem möglichst
einfachen Verfahren zu trennen. Dazu wurde vorgeschlagen, eine Suspension,
die die magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen enthält, durch
einen Trennkanal zu führen.
Durch ein Magnetfelderzeugungsmittel, welches angrenzend an den
Trennkanal angeordnet ist, wird dabei ein ablenkendes Magnetfelds
erzeugt, welches neben einer hinreichend hohen Feldstärke auch
einen möglichst über den
gesamten Trennkanal hinreichend hohen Magnetfeldgradienten aufweisen
soll, da die auf ein magnetisierbares Teilchen wirkende Kraft mit
beidem skaliert. In diesem ablenkenden Magnetfeld erfahren magnetisierbare
Teilchen somit eine Kraft, die sie beispielsweise zu der Seite des Magnetfelderzeugungsmittels
hin ablenkt. Auf diese Weise soll eine Trennung der Teilchen erreicht
werden.
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Dabei
wurde vorgeschlagen, als Magnetfelderzeugungsmittel eine Spule zu
verwenden. Um hinreichend wirksame Magnetfelder zu erzeugen, muss
die Spule mit sehr hohen Strömen
bestromt werden. Dies führt
zu einem immensen Energieverbrauch, aber auch zu einer unerwünschten,
die Funktionsfähigkeit
der Trenneinrichtung gefährdenden
Erwärmung.
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Daher
wurde vorgeschlagen, als Magnetfelderzeugungsmittel einen Permanentmagneten
zu verwenden, zu dessen Betrieb kein Strom benötigt wird. Nachteilig ist hier
jedoch, dass sich in der Nähe des
Permanentmagneten eine starke Konzentration der magnetisierbaren
Teilchen aufbaut, die den Durchfluss be- oder sogar verhindert. Im ungünstigsten
Fall muss der Permanentmagnet entfernt werden oder mit mechanischen
Mittel die Anlagerung der magnetisierbaren Teilchen entfernt werden.
Dies führt zu
einem nichtstationären
Prozess, der in regelmäßigen Abständen gestoppt
werden muss.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte
Trenneinrichtung anzugeben.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einer Trenneinrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass zusätzlich
zu den Permanentmagneten wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines
zusätzlichen
Magnetfeldes vorgesehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
also vor, eine Kombination aus wenigstens einer Spule und wenigstens
einem Permanentmagneten zum Betrieb der Trenneinrichtung zu verwenden.
Während
es grundsätzlich
möglich
ist, dass die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld
verstärkenden
Magnetfeldes bestrombar ist, so dass sozusagen aufgrund des permanentmagnetischen
Anteils weniger Energie verbraucht wird und durch Abschalten der
Spule eine Feldabschwächung
erreicht werden kann, kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein,
dass die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld eines
Permanentmagneten abschwächenden
Magnetfeldes bestrombar ist. Eine Kombination aus beiden Betriebsarten
kann besonders vorteilhaft genutzt werden.
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In
jedem der hier genannten Fälle
wird im Vergleich zu einer nur durch eine Spule betriebenen Trenneinrichtung
weniger Energie benötigt,
so dass auch weniger Erwärmung
entsteht. Im Vergleich zu einer Anordnung mit lediglich einem Permanentmagneten
ergibt sich die Möglichkeit,
das Feld bedarfsabhän gig
zu kontrollieren, das heißt
zu verstärken
oder abzuschwächen.
Eine solche Verstärkung
des ablenkenden Magnetfeldes kann beispielsweise dann sinnvoll sein,
wenn größere Teilchen
mit größerer Massenträgheit getrennt
werden sollen oder eine höhere
Flussgeschwindigkeit der Suspension vorgesehen ist.
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Ist
die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld abschwächenden
Magnetfeldes bestrombar, so ergeben sich eine Reihe weiterer Vorteile.
So ist es möglich,
beim Vorhandensein von Ablagerungen oder regelmäßig das ablenkende Magnetfeld
derart abzuschwächen,
dass sich die angelagerten magnetisierbaren Teilchen wieder soweit
lösen können, dass
sie von der Strömung
weitertransportiert werden. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher
Prozess realisierbar. Insbesondere ist eine Bestromung dann grundsätzlich nur
noch in den Abschnitten unbedingt notwendig, in denen eine solche Abschwächung, also
Loslösung
von Anlagerungen, erfolgen soll. Dabei ist an dieser Stelle bereits
anzumerken, dass es vorliegend nicht um die – ohnehin kaum mögliche – vollkommene
Egalisierung des Feldes des Permanentmagneten geht, sondern um dessen
Abschwächung
in den relevanten Bereichen, also innerhalb des Trennkanals.
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Zur
Anordnung der Spule sind im Rahmen des vorliegenden Verfahrens mehrere
Möglichkeiten denkbar.
So kann zum einen vorgesehen sein, dass die oder eine Spule den
oder wenigstens einen Permanentmagneten umgebend angeordnet ist.
Auf diese Weise kann eine Beeinflussung des von dem Permanentmagneten
erzeugten ablenkenden Magnetfeldes praktisch „vor Ort” geschehen. Dies ermöglicht einen
besonders weiten Arbeitsbereich.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass die oder eine Spule um ein mit dem Permanentmagneten
verbundenes Joch angeordnet ist. Ein solches Joch ist üblicherweise
vorgesehen, um den magnetischen Kreis zur anderen Seite des Trennkanals
oder zu anderen Permanentmagneten zu schließen. Es transportiert somit
einen Teil der Feldstärke,
dient also grundsätzlich
zur Verstärkung des
im Trennkanal herrschenden Magnetfeldes. Durch eine Anordnung einer
oder mehrerer Spulen an dem Joch kann dieser Effekt sowohl verstärkt als auch
abgeschwächt,
insbesondere vernichtet, werden.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung
kann auch vorgesehen sein, dass die oder eine Spule auf einer dem
oder einem Permanentmagneten gegenüberliegenden Seite des Trennkanals
an dem Joch angeordnet ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass das bloße Anordnen
des insbesondere in Form symmetrisch zum Permanentmagneten ausgebildeten
Joches auf der gegenüberliegenden
Seite des Permanentmagneten nicht zu einer Feldverteilung führt, die
bei zwei sich gegenüberliegenden
Permanentmagneten gegeben wäre.
Die Streufeldverluste durch seitlich aus dem Joch austretende Magnetfeldanteile
sind recht groß.
Eine gegenüber
dem Permanentmagneten liegende Spule kann den Feldleiteffekt an
dieser Stelle grundlegend verbessern oder sogar einen dort angeordneten
Permanentmagneten ersetzen. Zugleich ist die Spule aber auch günstig positioniert,
um ein abschwächendes
Magnetfeld zu erzeugen, das das Magnetfeld des gegenüberliegenden
Permanentmagneten möglichst
vollständig
aus dem Trennkanal verdrängt,
so dass sich Klumpen magnetisierbarer Teilchen lösen können.
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Wie
bereits erwähnt,
existieren viele vorteilhafte Möglichkeiten
der Ansteuerung der wenigstens einen Spule abhängig von den gewünschten
Effekten oder den Betriebsparametern. Zweckmäßigerweise kann daher eine
Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Spule vorgesehen sein. Diese
kann, insbesondere, wenn der Spulenbetrieb von Betriebsparametern oder
Anforderungen abhängig
sein soll, die Spulenbestromung anhand von Betriebsparametern und/oder
Benutzereingaben regeln. So kann beispielsweise bei besonders großen zu trennenden Teilchen
oder einer schnelleren Strömungsgeschwindigkeit
eine Verstärkung
des ablenkenden Magnetfeldes erforderlich sein. Es besteht jedoch
auch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten,
das Ablenkmagnetfeld den benötigten
Bedingungen anzupassen, wenn eine Kombination von Permanentmagnet
und Spule verwendet wird.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Trenneinrichtung kann
vorgesehen sein, dass wenigstens ein mit der Steuereinrichtung verbundener, eine
Verklumpung oder Anlagerung magnetisierbarer Teilchen im Trennkanal
detektierender Sensor vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung
bei einem eine Verklumpung oder Anlagerung anzeigenden Signal zur
Bestromung der Spule zur Abschwächung
des ablenkenden Magnetfeldes ausgebildet ist. Ist die Spule demnach
zur Abschwächung
des ablenkenden Magnetfeldes im Hinblick auf die Ermöglichung
eines insbesondere kontinuierlichen Prozesses durch Vermeidung von
Verklumpungen oder Ablagerungen vorgesehen, so kann sie in der genannten
Ausgestaltung bedarfsabhängig
zugeschaltet werden, sobald eine Verklumpung oder Anlagerung detektiert
worden ist. Auf diese Weise wird der kontinuierliche Betrieb der
Trenneinrichtung weiter automatisiert und es wird Energie eingespart,
indem die Spule nur dann betrieben wird, wenn es notwendig ist.
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Zwischen
dem Permanentmagneten und dem Trennkanal kann ein magnetisierbares
Element, insbesondere eine Scheibe, angeordnet sein. Derartiges
ist immer dann sinnvoll, wenn eine zu nahe Benachbarung und somit
ein zu starker Magnetfeldgradient in der Nähe der Trennkanalwand vorliegt,
der auch durch Bestromung der Spule nicht vollständig so abschwächbar ist,
dass sich eine Verklumpung oder Anlagerung magnetisierbarer Teilchen
löst. Eine solche
Scheibe kann jedoch noch bezüglich
eines anderen vorteilhaften Effektes ausgestaltet werden. So kann
vorgesehen sein, dass das Element zum Trennkanal hin eine ausgewölbte oder
trapezförmige Form
aufweist. Auf diese Weise wird die Seitenfläche minimiert, so dass weniger
Streuverluste auftreten.
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Alternativ
kann zur Vermeidung von Streuverlusten durch Minimierung der Seitenflächen auch
eine Ausgestaltung der Trenneinrichtung vorgesehen sein, worin eine
zum Trennkanal hin weisende Oberfläche des Magneten eine ausgewölbte oder
trapezförmige
Form aufweist. In diesem Fall wird also die Oberfläche des
Permanentmagneten selber angepasst.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,
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2 eine
Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,
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3 eine
Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,
und
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4 eine
weitere mögliche
Spulenpositionen anzeigende Skizze.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Trenneinrichtung 1.
Ein Rohr 2, das senkrecht zur Bildebene verläuft, definiert
einen Trennkanal 3, der mit einer Suspension, die magnetisierbare
und nichtmagnetisierbare Teilchen enthält, beschickt wird. Ein Permanentmagnet 4,
der ein immer vorhandenes Permanentmagnetfeld erzeugt, ist zu einer
Seite des Trennkanals 3 vorgesehen. Durch ein Joch 5 aus
Eisen wird der magnetische Kreis zu der dem Permanentmagneten 4 gegenüberliegenden
Seite des Trennkanals 3 geschlossen, wobei der Schenkel 6 des
Jochs 5 zur Vergrößerung der
dem Permanentmagneten 4 gegenüberliegenden Fläche zur
Verbesserung der Feldeigenschaften über den Trennkanal 3 hinaus verlängert ausgebildet
ist.
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Die
Trenneinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Spule 7,
deren Windungen um den Permanentmagneten 4 herum verlaufen.
Diese Spule 7 kann nun benutzt werden, um das Permanentmagnetfeld, welches
innerhalb des Trennkanals 3 als ablenkendes Magnet feld
wirkt, entweder bei konstanter Bestromung statisch oder auch zeitlich
veränderbar
abzuschwächen
oder zu verstärken.
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Vorliegend
ist bei der Trenneinrichtung 1 eine zeitlich veränderbare
Bestromung der Spule 7 vorgesehen. Zur Ansteuerung der
Spule 7 dient eine Steuereinrichtung 8, die mit
der Spule 7 verbunden ist.
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Allgemein
ist es somit möglich,
das ablenkende Magnetfeld im Trennkanal 3 situationsabhängig zu
variieren, das bedeutet, zu verstärken oder abzuschwächen. Durch
die Kombination des Permanentmagneten 4 mit der stromdurchflossenen
Spule 7 können
die Vorteile der Einzelsysteme genutzt werden, das heißt, durch
den Permanentmagneten 4 kann ein magnetisches Ablenkfeld
aufgebaut werden, ohne dass ständig
elektrische Energie aufgewendet werden muss und konstant Verlustwärme anfällt, durch
die Spule kann ein zeitlich veränderliches zusätzliches
Magnetfeld erzeugt werden. Durch die Kombination ergibt sich nun
mittels der Ansteuerung über
die Steuereinrichtung 8 die Möglichkeit, ein dem Trennungsprozess
angepasstes zeitlich veränderliches
ablenkendes Magnetfeld zu erzeugen und den Energiebedarf der Komponenten
zu begrenzen. Hierzu müssen
die Komponenten Permanentmagnet 4 und Spule 7 gut
aufeinander abgestimmt werden, wobei der Spulenstrom über die
Steuereinrichtung 8 zeitlich gesteuert oder geregelt wird.
Der Spulenstrom kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit von Betriebsparametern
und/oder Benutzereingaben geregelt werden, so dass beispielsweise
bei der Trennung besonders großer
Teilchen das ablenkende Magnetfeld verstärkt wird, bei einer sehr langsamen Durchströmgeschwindigkeit
durch den Trennkanal 3 das Feld abgeschwächt wird
usw.
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Insbesondere
kann jedoch auch das bei solchen Trenneinrichtungen 1 auftretende
Problem der Verklumpung oder Ablagerung von magnetisierbaren Teilchen
an der Rohrwand 2 im Trennkanal 3 durch die starken
anziehenden Kräfte
zum Permanentmagneten 4 hin bekämpft werden, indem die Spule 7 durch
die Steuereinrichtung 8 derart bestromt wird, dass sich
an der Rohrwand angelagerte Teilchen, insbesondere auch unterstützt durch
die Strömung, wieder
ablösen
können
und so weitertransportiert werden können. Auf diese Weise kann
ein kontinuierlicher Trennprozess erreicht werden.
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Dies
kann grundsätzlich
dadurch geschehen, dass beispielsweise in festen zeitlichen Abständen eine
Abschwächung
des ablenkenden Magnetfelds durch entsprechende Bestromung der Spule 7 erfolgt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind jedoch zusätzlich
an oder im Trennkanal Sensoren 9 vorgesehen, die ebenso
mit der Steuereinrichtung 8 verbunden sind und eine Verklumpung
und/oder Ablagerungen von magnetisierbaren Teilchen detektieren
können.
Bei einem entsprechenden Signal von dem Sensor 9 steuert
dann die Steuereinrichtung 8 die Spule 7 so an,
dass sich die Anlagerung oder Verklumpung, idealerweise schon im
Entstehungsstadium, wieder zerstreuen kann.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass das hier über die Ansteuerung der wenigstens
einen Spule 7 über
die Steuereinrichtung 8 Gesagte selbstverständlich auch
für die
folgenden Ausführungsbeispiele
anwendbar ist, auch wenn dort die Ansteuerung nicht mehr ausführlich diskutiert
ist.
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So
zeigt 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trenneinrichtung 10,
wobei hier und im Folgenden zur Vereinfachung gleiche Komponenten mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zur Trenneinrichtung 1 ist
bei der Trenneinrichtung 10 die Spule 7 nicht
um den Permanentmagneten 4 gewickelt, sondern versetzt
um das Joch 5. Auch hierdurch lässt sich eine entsprechende
Beeinflussung des ablenkenden Magnetfeldes vornehmen.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 11.
Das Joch 5 ist hierbei so ausgebildet, dass sich ein zum zylindrischen
Permanentmagneten 4 symmetrischer Jochschenkel 12 ergibt,
der von der anderen Seite an den Trennkanal 3 respektive
das Rohr 2 heranragt. Ist lediglich ein solcher symmetrisch
ausgeführter Jochschenkel 12 an
dem Joch 5 vorgesehen, hat sich gezeigt, dass zwar eine
gewisse Verstärkung
des ablenkenden Magnetfeldes durch das Joch 5 auftritt, dass
sich jedoch kein symmetrisches ablenkendes Magnetfeld einstellt,
da auch an der Oberseite und der Unterseite des Schenkels 12 bereits
Feldanteile austreten, die das Feld des Schenkels 12 in
die Breite ziehen.
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Auch
die Trenneinrichtung 11 umfasst eine Spule 7,
deren Wicklungen hier um den Schenkel 12 verlaufen. Auch
in einem solchen Fall ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten
zur Beeinflussung des ablenkenden Magnetfeldes durch entsprechende
Bestromung der Spule 7. So ist es möglich, die Spule 7 so
zu bestromen, dass sie letztlich wie ein zweiter Permanentmagnet 4 wirkt
und eine symmetrische Feldverteilung des ablenkenden Magnetfeldes entsteht,
in der magnetisierbare Teilchen sowohl zum Schenkel 12 als
auch zum Permanentmagneten 4 hin abgelenkt werden können. Auf
diese Weise wird der Trenneffekt verstärkt. Allerdings kann die Spule 7 auch
so bestromt werden, dass sie das Feld des Permanentmagneten 4 sozusagen
zurückdrängt und
die ablenkenden Kräfte
innerhalb des Trennkanals 3 derart minimiert, dass sich
beispielsweise Anlagerungen und Verklumpungen von magnetisierbaren
Teilchen auflösen
können.
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Die
Ansteuerung kann dabei wie oben bereits beschrieben erfolgen.
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Die
Trenneinrichtung 11 umfasst weiterhin eine zwischen dem
Permanentmagneten 4 und dem Trennkanal 3 angeordnete
Scheibe 13, die zweierlei Zweck dient. Zum einen beabstandet
sie den Permanentmagneten 4 von dem Trennkanal 3 und
erzeugt somit eine „Pufferzone”, in die
das Magnetfeld des Permanentmagneten 4 bei einer gewünschten
Abschwächung
des ablenkenden Magnetfelds im Trennkanal 3 zurückgedrängt werden
kann. Zum anderen ist die Scheibe 13 zum Trennkanal 3 hin
trapezförmig
ausgebildet, so dass die Seitenfläche minimiert und somit Streuverluste
vermindert werden.
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Um
die letztgenannte Wirkung zu erzielen, kann im Übrigen statt einer Scheibe 13 aus
Eisen auch die zum Kanal 3 hin gewandte Oberfläche des Permanentmagneten 4 entsprechend
ausgebildet werden.
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Auch
wenn in den bisher genannten Ausführungsbeispielen jeweils nur
ein Permanentmagnet 4 und eine Spule 7 gezeigt
sind, bedeutet dies nicht eine Beschränkung auf derartige Ausführungsformen.
Es können
auch mehrere Permanentmagneten 4 und/oder mehrere Spulen 7 vorgesehen
sein. Beispielsweise ist eine Anordnung denkbar, bei der statt dem
Schenkel 12 in 3 ein weiterer Permanentmagnet 4 vorgesehen
ist und eine weitere Spule 7 den in 3 rechts
angeordneten Permanentmagneten 4 umgibt.
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4 zeigt
nun in Form einer Prinzipskizze weitere Möglichkeiten zur Anordnung einer
oder mehrerer Spulen 7 entlang des geschlossenen Magnetkreises 14.
Ersichtlich ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen denkbar.