DE1416147A1 - Parametron mit duenner ferromagnetischer Schicht - Google Patents

Description

DR.ING.ERNST MAIER

PATENTANWALT

MÜNCHEN 22

VIDENMAYERSTR. 4 . TELEFON 222530

A 31961 12. Dezember 1961

Dr. EM/Mü/Mei.

KOKUSAI DBNSHIN DENWA KABUSHIKI KAISHA, 5|1-Chome, Ote-Maohi, Qhiyoda-Ku» Tokyo-To, Japan

Parametron mit dünner ferromagnetischer Sohioht

Die Erfindung betrifft ein Parametron mit einem Kern aus einer dünnen ferromagnetischen Schicht und sie zeichnet sich insbesondere durch ein neues Parametron aus, dessen Erregerwicklung und dessen Sohwingungswicklung so um einen ferromagnetischen Dünnschichtkern gewickelt sind« dasβ ihre Windungeachsen in der gleichen Richtung liegen« wobei der weg des Magnetflusses des ferromagnetische Dünn·» •chichtkerne sowohl in Richtung des magnetischen Erregerfelds alβ auch in Richtung des magnetischen Schwingungenldb offen ist und die Länge des Kerns in Richtung des magnetischen Erregerfeldes genügend länger ist als die Dicke der dünnen, den Kern bildenden Sohlent, so dass das Parametron alt niedriger elektrischer Energie und hoher Geschwindigkeit arbeitet» sowie leicht verkleinert und in Massenproduktion

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Sparto.1« Sdnanbwa Bonkhou» PCwI Köpft Stuttgart fotlscfMcfct Stuttgart 73271 MOndien 153861 T«!«grammadrwwi

hergestellt werden kann.

Die sogenannten Farametronelentente wurden bisher in weitem Umfang ale Stromkreiselemente für elektrische Rechenmaschinen, elektronische AuetauBcheinrichturigen, ARQ TelegrafenabBOhlussandordnungen und dergleichen verwendet. Bei den üblichen Parametronelementen werden ein ader mehrere Ferritkerne verwendet, so dass die Schaltzeit und die Verkleinerungemöglichkeit dieser Parametrons begrenzt P sind. Auaaerdem verbrauchen sie relativ viel elektrische Energie» und das Wicklungsverfahren für die Windungen ist aufgrund der Verwendung eines Magnetkerns, der einen geschlossenen Weg des Magnetflusses in Richtung des magnetischen Srregerfelds aufweist» äusserst umständlich. Diese Elemente eignen sich ausserdea nicht für eine Massenherstellung. Da die Curietemperatur der Ferritkerne relativ niedrig ist, ist das Element darüberhinaus in seinem Anwendungsbereich bezüglich der Umgebungstemperatur nur begrenzt verwendbar*

Die Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, ein neues und verbessertes Parametron zu schaffen, das keinen der obigen Nachteile üblicher Farametronelemente aufweist·

Diese Aufgabe wird durch ein verbessertes Element gelöst, bei dem als Magnetkern «windest ein ferromagnetische!¹

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I · I V I If

Oünnechichtkern verwendet wird, dessen Länge in Richtung des erregenden Magnetfelde genügend grosser ist als die Blöke der dünnen Schicht. BIe wicklungen der Schwingungewindung "befinden eich dichtgewickelt etwa am Mittelteil de« ;netkerns, so dass sie auf eine enge Spulenbreite konzentriert sind. Die Erregerwicklung iet auf dem Magnetkern mit gleichen windungsabständen aufgewickelt und weist die gleiche Windungeaohse wie die Sohwingungswicklung auf, so dass dae Ton einen durch die Irregerwicklung fliessenden Strom erzeugte magnetische Erregerfeld gleichförmig ist und zu dem von einem durch die Schwingungswicklung fliessendtn OsEiliationsstrom erzeugten magnetischen Schwingungefeld parallel verläuft. Ber Verlauf des Magnetflusses durch die dünnet ferromagnetische Schicht ist in Eichtung des magnetischen Brregerfelds und des magnetischen Schwingungsfelde offen.

Weitere Merkmale» Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen. Auf der Zeichnung, auf der gleich« oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen bzw. Buchstaben versehen sind, und die relativen Grossen verschiedener feile zur besseren Darstellung etwas von den wirklichen Grössenverhältnissen abweichen, sind Aueführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigern

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'I¹MOTT/

Fig· 1 (A) eine sohematische Ansicht des typischen

Aufbaus eines üblichen Parametrons mit Ferrit* kernen«

Fig· 1 (B) eine schematische Ansicht eines üblichen Parametrons mit einem brillenartigen Ferritkern»

Fig» 2 (A) eine sohematisohe Ansicht eines üblichen Parametrons mit magnetischem Transverealfeld,

Fig* 2 (B) eine sohematisohe Ansiaht eines üblichen Parametronβ mit magnetisches Transveraalfeld, wobei ein Magnetkern verwendet wird, der aus einem elektrisch isolierendem Rohr und einer darauf aufgebrachten dünnen» ferromagnetisehen Schicht besteht und wobei durch das Bohr eine Srregerstromleitung verläuft,

Fig. 2 (C) eine sohematisohe perspektivische Ansicht eines üblichen Parametronelements, wobei iwei Magnetkerne» deren jeder aus eines elektrisch isolierendem Rohr und einer darauf aufgebrachten dünnen ferromagnetischen Schicht besteht, verwendet werden und wobei eine Erregerstromleitung durch beide Rohre verläuft»

Fig« 3 (A) eine schemstisoht Ansieht einer Ausführungsform der Erfindung mit swei ferromagnetischen Dünnsohiohtkernen langgestreckter Bauart»

Fig* 3 (B) eine schematische perspektivische Ansieht einer Ausführungefora der Erfindung» wobei swei ferromagnetische Dünnechichtkerne verwendet werden, deren dünne Schicht einen kreisrunden Querschnitt aufweist»

Fig* 4 eine schematisohe perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit nur eines ferromagnetisohen Bünnsehlohtkern länglicher Bauart«

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Fig» 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dtm Verhältnis der Breite B und Längt L eine« ferroaagnetisehen Dünnsohlohtkerns nach Fig, 4 und einem parametrisohen Schwingungefaktor P darstelltι

Pig. 6 (A)₁ 6 (B) und 6 (0) sohematiaehe Ansichten versohiedener Ausführungsmögliehkeiten für da« Verfahren sum Aufwickeln der Erreger- und Sohwingungswioklung des Elements nach Pig. 4»

Tig· 6 (D) ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zwischenraum d zwisohen zwei Schwingungen spulen und dem parametrischen Sohwingungsfaktor Π darstellt,

Pig· 7 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungeform der Erfindung mit Litzen als Erreger·* und Sohwlngungswicklungen,

Fig. 8 eine sohematische perspektivische Ansicht mit

streifenförmigen Drähten als Erreger- und Sehwingungswioklung,

Fig, 9 eine sohematisohe perspektivische Ansicht einer Ausftihrungsform der Erfindung, wobei sowohl die Erregerwicklung als auch die Sohwingungswicklung aus zwei Spulen bestehen und die Richtungen der magnetischen Erregerfelder der bei«* den Erregerspulen zueinander entgegengesetzt verlaufen,

Fig.10 (A) «inen Querschnitt durch einen ferromagne-

tischen Dunnschlchtkern, der aus einer plattenförmigen Unterschicht und aus einer auf deren beide Oberflächen aufgebrachten dünnen ferro* magnetischen Schicht besteht,

Tig«10 (B) ein Querschnitt durch einen atabfönaigen Magnetkern, der aus einer stabförmige Unterschicht und einer allseitig um diesen

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gebrachten dünnen ferromagnetieoben Schicht besteht«

?ig.11 eine sohematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsfor» der Erfindung mit eines stabförmige*! Magnetkern rechteckigen Quer-* schnittet

Pig«12 (A), (B), (C) und (B) Querschnitte durch verschiedene Lagen einer auf eine Untereohioht mit kreisrundem Querschnitt aufgebrachten dünnen ferromagnetisehen Schicht,

Pig,13 eine schematische perspektivische Ansicht

einer Ausführungsform der Erfindung alt einer dünnen ferromagnetisehen, losgelösten Shhicht als Kern,

?ig.H (A), (B), (C) und (O) schematische Ansichten zur Erläuterung der Herstellungsweise j"e einer Schwingungswicklung durch Aufdampfen la Vakuum,

71g· H(E) eine perspektivische Ansicht eines nach den Figuren H (A), (B), (C) und (D) hergestellten Elements«

Fig.15 (A) und (B) schesatische Ansichten zur Erläuterung einer anderen Berstellungsweise für eine Schwingungewicklung duroh Vakuumbedampfen und

?ig.16 ein Sohwingungediagraam des erfindungsgeoässen Parametrons, wobei die Kurven duroh «wei Parameter dargestellt sind, deren einer dem Brregerstrom I. und deren anderer dem Winkel<£ einer leicht magnetlslerbaren Achse des Magnetkerns entspricht.

Zum besseren Verständnis soll vor Beschreibung des erfindungsgemässen Parametrons zunächst eine Barstellung üb·

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Hoher Parametronelemente gegeben werden.

Das am meisten verwendete bisherige Parametron beeitat nach Fig* 1 (A) zwei magnetische Ferritkerne» auf die Brregerepulen L^₁, L_e2 und Sehwingungsspulen L_Q1» L₀₂ aufgewickelt sind oder wie in Fig. 1 (B) gezeigt, nur einen aagnetlachen Ferritkern, auf den eine Erregerwicklung L₀ und eine Schwingungewioklung L_Q bestehend au· zwei Schwingungβspulen L₀₁ und It₀₂, aufgewickelt 1st* Diese Spulen sind derart gewickelt, dass die Magnetkerne bzw· der Magnetkern bezüglich der Magnetflüsseφ_β1»φ_e2, die durch den durch die Erregerwicklung fllessenden Strom I_ft erzeugt werden und bezüglich der MagnetflüsseΦ₀-ρ Φ_o2» ^{lie Ton} einem durch die Sohwingungewicklung fliessenden Strom 1_Q herrühren, einen geschlossenen Weg für den Magnetfluss bilden« Parallel zu der aus den 3chwingungsspulen L₀₁ und L₀₂ bestehenden Schwingungewioklung ist •in Abstlmmkondensator C geschaltet, der mit einer Frequenz f In Resonanz liegen kann, die die Hälfte der Erregerfrequenc 2f der Erregerwicklung darstellt. Bin derartiges Parametron weist den Kachteil auf, dass Sohaltgeechwindlgkelt und Verkleinerungsaögliehkeit begrenzt sind, eine relativ groase elektrische Energie verbraucht wird und die tVioklungeteohnik und das Wioklungsverfahren sehr mühsam sind, so dass ein derartige« Element für die Massenherstellung nicht geeignet 1st·

In letzter Zeit wurde auch ein ferromagnetisoher Dünneohichtkern als Magnetkern für ein Parametron vorgeschlagen.

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Ein solches Parametron kann, wie in Fig* 2 (A) gezeigt« beispielsweise durch Aufbringen einer dünnen ferromagnetic sehen Schicht Γ auf die Oberfläche eines elektrisohen Leiters L vermittele ?akuumbedampfung oder elektrische Auf« dämpfung hergestellt werden« Der Leiter L wird direkt mit einem Erregerstrom 1 gespeist und rund um die dünne Schicht T mit einer Sohwingungswioklung umgeben» Als weiteres Beispiel sei ein Parametron beschrieben, das durch Aufbringen einer dünnen ferromagnetische Schicht T auf die Oberfläche eines f elektrisch isolierenden Rohres I und durch Aufwickeln von Sehwlngungsspulen L₁ und L^ rund um die aufgebrachte dünne Schicht herstellbar ist« wie es in Fig. 2 (B) dargestellt· Auf 71g« 2 (C) ist ein weiteres Beispiel für ein Parametron gezeigt« das durch Aufwickeln der beiden eine Schwingungen wicklung darstellenden Sohwlngüngsspulen L^ und L₀₂ um die Wandung eines elektrisch isolierenden Rohres Σ in dessen . Axialrichtung hergestellt ist« wobei eine Hälfte jeder Windungssehlaufe entlang eines Aussenteils des Rohrs I und dl· andere Hälfte durch das Innere des Bohres Z rerläuft und wobei ein elektrischer Leiter L durch das Innere des Rohrs I gtlegt ist* Der Leiter L wird mit einem firregerstrom i gespeist» Die in den Figuren 2(A) und 2 (B) gezeigten Parametrontltaente gehören zu den sogenannten Transrersalparametronele- «uraten, bei denen die dünne ferromagnetisch· Schiebt T einen geschlossenen Weg für den durch den Srregerstrom i„ erzeugten Magnetfluss Φ _e bildet« und der von einem Schwingungsstroa

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i_o erzeugte Magnetflues Φ den MagnetfIubbΦ_e innerhalb der Oberfläche der dünnen Sohicht kreuzt· Das Parametron nach lig. 2 (C) stellt ein Element dar, bei dem ein oszillierender Magnetfluss φ _Λ und ein erregender Magnetfluss Φ _Ω inner-

ο β

halb der Oberfläche der dünnen ferromagnetischen Schicht T parallel rerlaufen und diese dünne Schicht für die beiden Magnetflüeseφ_ und φ einen geschlossenen «eg bildet·

Ba bei allen Elementen nach den Figuren 2 (A), 2 (B) und 2 (0) ein ferromagnetische Dünnschichtkern ale nicht lineares Element verwendet wird, können diese Parametron» alt niedriger elektrischer Energie und hoher Geschwindigkeit arbeiten und darüberhinaus sehr klein ausgebildet sein. Jedoch ist das Aufbringen einer dünnen, ferromagnetischen Schicht auf ein Rohr durch Vakuumbedampfung äusserat mühsam und die dünne Magnetische Sohicht ungleichmässig, da die Vakuumbedaapfung während Drehung der Unterschicht erfolgen muss» Bei «Lern Element nach Fig. 2 (A) bereitet das Material fUr die Unterschicht ausserdem grosse Schwierigkeiten, da die mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht zu beaufschlagende Unterschicht als mit einem Erregerstrom gespeister Leiter dient· Bei dem Element nach Fig. 2 (B) ist es notwendig, einen Leiter für den Erregerstrom durch das Innere des isolierenden Rohres hindurcheufuhren und bei dem Element nach PIg. 2 (0) ■use die Schwingungswicklung nicht nur aufgewickelt sondern

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auch durch den rohrförmigen Magnetkern hindurchgeführt werden» so dass die Herstellung eine« Parametrone naoh diesen Beispielen äueserst schwierig ist·

Diese erwähnten Schwierigkeiten werden mit einem Parametron nach der Erfindung überwunden« Die .Erfindung wird anhand mehrer Beispiele im folgenden näher beschrieben·

Pig. 3 (A) betrifft ein Ausftihrungsbeiepiel der Erfindung« bei dem zwei Magnetkerne, deren jeder aus einer länglichen, plattenförmigen Unterschicht B und einer darauf aufgebrachten dünnen ferromagnetische Schicht T besteht» als Einheit verwendet werden. Eine Schwingungswicklung L » die aus zwei Schwingungsspulen L_q1 und I» ₂ besteht» sowie eine Erregerwicklung I₆, die aus zwei Erregerepulen L_ß1 und Ι« besteht, sind mit gleicher ϊ/indungsachse um die beiden Kerne gewickelt, so dass die τοπ den elektrischen Strömen durch die Spulen L₁ bzw. L₁ erzeugten Magnetflüsse Φ.-ιιηοΦ_β| parallel zueinander verlaufen. Die von den durch die Spulen L₂ und L „ erzeugten Magnetflüsse φ ^ und Φ « verlaufen ebenfalls zueinander parallel· Parallel zur Sehwingungswicklung L ist ein Abstimmkondensator C geschaltet. Bei dem Parametron nach FIg, 5 (A) ist die Länge des Kerne in Richtung des magnetischen Erregerfelde genügend grosser als die Blöke der dünnen ferromagnetischen Schicht T, um so das Auftreten eines Yerlustflueses bei aufgebrachter Wicklung zu vermeiden.

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Die Schwingungsspulen L₁ und L « sind zueinander konzentrisch . gewickelt» um den induktiven Widerstand des Spaltes zwischen der dünnen Schicht Ϊ und den Windungen zu erniedrigen und damit den parametrischen Erregerfaktor Γ zu erhöhen. Die Erregerspulen "L·^ und L_e2 sind um die Schwingungsspulen herumgewickelt, so dass ein gleichförmiges magnetisches Erregerfeld entsteht und die von den iSrregerströraen erzeugten läagnetfelder die Irregerwicklung durchsetzen.

Bei dem oben erwähnten Magnetkern mit offenem Magnetflusßverlauf 1st es sehr schwierig, den Magnetfluss effektiv zu verändern und deshalb ist der parametrisch^ Erregeifaktor Γ klein. $9ταη jedoch, wie bereits beschrieben, die Länge des ferromagnetisehen Dünnschichtkerns in Sichtung des magnetischen Erregerfelds genügend grosser ist als die Dicke der dünnen Schicht, die Sohwingungswioklung genügend dicht auf dem Magnetkern aufsitzt, so dass kein Yerlustfluss am Wioklungeteil entsteht, und ausserdem die Sehwingungswioklung konzentrisch gewickelt ist, so entspricht die dünne ferromagnetisch· Schicht T einem magnetischen Körper mit unendlicher Länge« so dass der Magnetfluss sich ungeachtet der Tatsache« dass der magnetische Weg des Kerns in Richtung des erregenden Magnetfelds offen 1st, in derselben Weise ändert, wie in dem Fall eines geschlossenen Magnetkreises, wodurch die Her» stellung eines ausgezeichnet arbeitenden Parametrons mit genügend grossest parametrischen Erregerfaktor Π möglich let.

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Demgemäss kann dieses Parametron mit niedriger elektrischer Energie und hoher Geschwindigkeit arbeiten« Barüberhinaue wird die durch Yakuumbedampfung oder elektrische Aufdampfung mit einem dünnen überzug versehene Unterschicht B nicht als elektrischer Leiter zum Hindurchschicken des Erregerstrome verwendet, so dass die Materialauswahl zur Herstellung der Unterschicht keine Schwierigkeiten bereitet una beliebiges Material ausgewählt werden kann. Insbesondere ist die Herstellung des Kerns, da es nur notwendig ist« eine dünne Schicht auf einen plattenförmigen Unterbau aufzubringen, sehr einfach und zwar selbst dann, wenn die dünne Schicht durch Vakuumbedampfung aufgebracht werden sues, so dass ein ferromagnetischer Dünnechiehtkern mit gleichaässiger QualirtSt und ausgezeichneten Eigenschaften erhältlich ist· Das Aufbringen, der Windungen, d.h. dae Aufwickeln der Erreger- und Schwin* gungewicklungen kann um einen länglichen Kern leicht erfolgen, ohne dass es notwendig ist, die Spulen durch einen hohlen AuflagekSrper hindurchzuführen· Demgesäßs können sehr kleine Parametrons mit gleichmässigen Eigenschaften in Massenproduktion hergestellt werden.

Sin Parametronelement mit den gleichen Eigenschaften wie das Element nach Fig. 3 (A) kann wie in fig, 3 (B) gezeigt, durch Verwendung einer dünnen ferromagnetischen Schicht mit kreisrundem Querschnitt hergestellt werden· Bei dem Pars·» netron nach Fig. 3 (B) aüeeen die Sohwingungsepulen L_q1 und i*₉2 *owie di· ErregerspulenL_e1 und L₀₂ ·ο aufgebracht sein,

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« 13 «, ORIGINAL INSPSCTED -'

da·· jede bezüglich eine· Durchmesser· der üttn&Bn kreisrunden Schicht syssetriech ausgebildet ist. Die anderen Merkmale des Siesente nach Fig. 3 (B) sind die gleichen «ie diejenigen de· Elemente nach flg. 3 (A)* Selbetverständlioh kann ein Parametron mit den gleichen Eigenschaften wie das nach Pig. 3 (B) durch Verwendung einer dünnen ferrosagnetisehen Schicht alt elliptischem Querschnitt als ferromagnetiecher Bünnsohichtkern erzielt werden·

In ?ig. 4 ist ein Parasetroneleaent nach der Erfindung dargestellt, das nur einen ferromagnetischen Dünnsohichtkern aufweist« Dieser Kern ist äquivalent der Kombination aus zwei Kernen nach Flg. 3 (B). Xn "Pig. 4 sini die Schwingungsspulen L - und L» ^vm einen ferromagnetiechen Dünnschichtkern gewickelt» der aus einer etabfönnigen Unterschicht B und einer dünnen ferronagnetischen Schicht T besteht« und »war ist die Wicklung derart, dass die Spulen as Mittelteil dee Kerne voneinander getrennt sind. Die Spulen liegen dicht auf des Kern auf und sind konzentrisch gewickelt· Die Spulen I»_o1 und L₀₂ sind rlchtungsmässlg derart gewickeltf dass die von einem Schwingungsstrom durch die Spulen erzeugten Magnetflüsse Φ₀^ und^_o2 einander entgegengerichtet sind· Parallel zur Schwingungewicklung Ii₀, die aus den beiden Sohwingungsspulen L^ und L₀₂ besteht, ist •in Abstisakondensator 0 geschaltet· Eine Erregerwicklung L_

ist sit gleichen Wtndungsahstftnden auf die Schwlngungswiek-

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lung und den Kern aufgewickelt- Baa Element nach Fig· 4 iet bezüglich seiner Herateilimg und seiner Verwendung äueserst vorteilhaft, da ein solches Parametron mit aus— ' gezeichneten Eigenschaften durch Terwendung nur eines einzigen Kernes herstellbar ist· .

Im folgenden werden die Eigenschaften der erfjindungsgenässen Parametronelemente beschrieben.

In Fig. 5 ist ein Leiatungsdiagramm dargestellt* das die Beziehung zwischen den Yerh&ltnis # und eines paräaetrischen Erregerfaktor Γ zeigt, wobei L und B die Länge bzw. die Dicke des Kerns bedeuten. Bas Diagramm nach Fig· entspricht einem Kern* bei dem die Anzahl der Windungen jeder Schwingungsspule L^, L „ ¹^¹¹* äi«· &er Erregerwicklung L, sowie ausserdesi der Abstand zwischen den Spulen Lj und L 2 konstant sind. Wie aus dem Diagramm nach Fig. 5 hervorgeht _v befindet sich ein parametrischer Erregerfaktor Γ¹ in einest nutzbaren Bereich, wenn der Bruch ^ über den Wert 3 ansteigt und er ändert sich praktisch nicht mehr, wenn der Bruch j[ oberhalb des Wertes β liegt·

Auf Fig. 6 (B) sind charakteristische Kurren gezeigt» welche die Beziehung zwischen der Wioklungsart der Sohwingungsspulen L_q1, L_₂ und der Erregerwicklung L_# und dem parametrischen Erregerfaktor Π darstellt. Die charakteristischen Kurren A₉ B und C nach Fig· 6 (B) betreffen den

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Pail, dass Form und Dimension des Magnetkerns und der Spulenbreite J der T2rregerwicklung L_Ä konstant sind. Die Veränderung dee parametrisohen Brregerfaktora Γ" ist dabei in Abhängigkeit von der Veränderung der "Entfernung d zwieohen den Schwingungsspulen L- und Lp dargestellt. Die Kurven A, B und C entsprechen den folgenden Fällent

At Die Erregerwicklung L_a ist ein gleichförmig gewickeltes Solenoid und die Schwingungsspulen L^ und Lg sind vielschichtige Wicklungen. ä

Bi "Die Erregerwicklung L_ ist ein gleichförmig gewickeltes Solenoid und die Schwingungsspulen L₁ und Lg »teilen ein konzentrisch gewickeltes Solenoid dar.

Ci Die Erregerwicklung L₀ ist ein konzentrisch gewickeltes Solenoid und die Schwingungespulen L₁, L₀₂ stellen ein konzentrisch gewickeltes Solenoid dar.

Im Fall (B) 1st die Veränderung des parametrisehen Erregerfaktors Γ⁷ in Abhängigkeit von der Veränderung der Spulenweite d ein Minimum, so dass das Element durch Verwendung einer Wioklungaart noch Jig. 6 (B) sehr klein hergestellt werden kann.

Unter Zugrundelegung der obigen Abhängigkeiten

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in einem Parametron nach der Erfindung die Schwingungespulen Ι.· und L₂ auf einen engen Bereich konzentriert und auf diese Spulen wird die Erregerwicklung L in For» eines Solenoids rait gleichen Windungsabständen aufgewickelt. Obwohl die folgenden Beispiele die beliebige Verwendung eine9 oder zweier Magnetkerne beinhalten, ,wird im folgenden nur der Fall der Verwendung eines einzigen Magnetkerns beschrieben. ... . : . ,...·:_.. .,_ ?■ γ.γ_α<.■-. ,

Zum Herstellen der Windungen wird im allgemeinen ein einzelner Draht verwendet. Wenn aber die Windungezahl der Schwingungsspulen begrenzt ist» etwa im Fall der Verwendung hoher Frequenzen, so 1st es schwierig, einen einzigen Draht genügend dicht zu wickeln* Xn diesem Fall werden dann vorteilhafterwel.ee mehrere Paralleldrähte, wie in Flg., 7 dargestellt, oder nach Fig. 8 ein Drahtstrelfen verwendet» was tlner dicht gewickelten, konzentrierten Spule äquivalent ist. Zur Erhöhung des parametrischen Erregerf aktore Γ let es nur ,-,., notwendig, die Erregerwicklung so auszubilden, dass sie ein , gleichförmiges Magnetfeld erzeugt, das parallel zu den vom Schwingungestrom 1 erzeugten Magnetflüssen Φ_ö<· und φ „ verläuft. Es ist deshalb nicht notwendig, eine ko^ientriert gewickelte Erregerwicklung zu verwenden, wird aber eine Wl.ok·· lung mit Drahtlitzen oder Drahtstreifen verwendet, so sind bessere Ergebnisse zu erwarten. -■ _ .^^

Im folgenden soll das Verfahren sum Wickeln und

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Zusammenschalten von Sehwingungs- und ISrregerwieklung beschrieben werden·

Bei den angeführten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung wird die Schwingungswicklung I durch derartiges Zusammenschalten der Schwingungsspulen L₁ und L₂ tebildet, dass die oszillierenden Magnetflüsse Φ _Λ . und Φ _Αθ, die von

O I Od

einen Schwingungsstrom i erzeugt werden, einander entgegengerichtet sind. Demgemäss ist nur eine aus einer einzigen Spule bestehende Erregerwicklung L nötig, lerm. jedoch, wie in Fig· 9 gezeigt, die zwei Spulen der Schwingungswieklung L derart miteinander verbunden sind, dass die Magnetflüsse φ_ο1 und Φ₀£ gleichgerichtet sind, und ausserdem die Erregerwicklung L durch Zusammenschalten zweier Erregerspulen L- und L ., gebildet wird und zwar derart, dass die von einem

Oc

Erregerstrom I₀ erzeugten Magnetflüsse φ _αΛ und Φ __o einander entgegengerichtet sind, so entsteht ein Parametron, das die gleichen Eigenschaften wie dasjenige von Pig. 8 aufweist.

Die obigen Beispiele "beziehen sich auf einen Magnetkern alt einer nur auf eine Oberfläche einer plattenförmigen Unterschicht aufgebrachten dünnen ferromagnetischen Schicht. Wenn ein magnetkern nach Fig· 10 (A) verwendet wird, der auf beiden Oberflächen einer plattenförmigen Unterschicht oder, wie in Fig. 10 (B) gezeigt, auf allen Oberflächen einer stab-

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·» ίο —

förmigen Unterschicht (B) eine dünne ferromagnetische Schicht T aufweist und auf den Kern in gleicher Weise wie in dem Fall nach Pig, 4 eine Schwingungewicklung L und eine Erreger* wicklung L aufgewickelt sind, so entsteht ein Parametron mit ebenfalls glelohen Eigenschaften. In Fig. 11 1st ein Ausführungsbeispiel des Kerns naoh FIg* 10 (B) dargestellt· Ba jedoch die eine Sohwingungswicklung L bildenden Schwingungen spulen L_q1 und L₀₂ bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 dichter an der dünnen ferromagnetisehen Schicht T angebracht werden können, wird ein Parametron mit einem grösseren parametrischen Erregerfaktor Γ und einem hohen Nutzfaktor bezüglich der Erregungsenergie erzielt. Der Querschnitt der stabförmigen Unterschicht kann kreisförmig oder rechteckig sein oder irgend eine andere Form aufweisen* Auf den Fig* 12 (A), (B), (C) und (S) sind verschiedene Querschnitte durch Magnetkerne dargestellt, deren jeder aus einer stabförmigen Unterschicht B kreisförmigen Querschnitts mit darauf aufgebrachter dünner ferromagnetischer Schicht T besteht·

In Fig. 13 1st ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem als Dünnsohichtkerne losgelöste dünne Schichten verwendet werden. Bine derartige losgelöste dünne Sohioht kann durch Aufbringen der dünnen ferromagnetisohen Schicht auf Ihre Unterschicht in jeder beliebigen Weise, etwa durch Vakuumbedampfung, und folgendes Ablösen der dünnen Schicht von ihrer Unterschicht oder Herauslösen der Unter-

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schicht selbst hergestellt werden* Bei dem Parametron nach Fig« 13 werden die eine Sohw-agungswicklung L bildenden Spulen L₀- und I» « und die.eine Erregerwicklung L bildenden Spulen L * und Ιι.» auf einen hohlen Rahmen K aufgewickelt» Der Rahmen K weist eine derartige Gestalt und Grosse auf, dass eine vorher hergestellte losgelöste dünne Schicht T. in diesen Rahmen K eingebracht und dann darin befestigt werden,kann» Das Element nach Fig· 13 betrifft den Pail der Verwendung von zwei Kernen« aber es kann auf die·» se Weise, auch ein Element.mit nur einem Kern hergestellt werden* Wird bei dem Element nach Fig. 13 der Spalt im Sah* men K durfih Verwendung einer sehr dünnen Schicht für den Rahmen* etwa einer Glimmer-Schicht, so klein wie möglich gehalten, so wird der. parametrische Erregerfaktor P sehr gross und es entsteht ein Parametron mit besten Eigenschaften,

, Die Sohwingungswieklung kann bei der Erfindung durch Vakuumaufdampfung gebildet werden, wobei das Verfahren in den Figuren H (A), (B), (C) und (D) dargestellt ist*

(a) Zuerst werden^ wie in fig· 14 (A) gezeigt, von einer flachen Isolieruntersobicht S_ft aus Glas oder Keramik beide Ksjateiv.Bj_a und B_2a abgeschnitten und dann wird durch Aufdampfen oder-Aufpressen im Vakuum eine elektrisch leiten« de,, Schicht W aus Kupfer oder Aluminium auf diese Unterschicht aufgebracht;, .._...

~ 20 - OWSSlAA. '.SSPECTHS

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(b) Wie in Pig. Ί4 (B) gezeigt, wird die Schicht W durch ein Fotoätzverfahren herausgelöst und zwar bis auf das dem Draht w entsprechende Teil. Die Oberfläche des Drahtes w wird vorher mit einem gegen Ätzen widerstandsfähigen Überzug Ia, wie in Fig. 14 (D) dargestellt, abgedeckt· Der ifbVizug Ia Wird ap&i$t ³Sb den Eanteri B^_a Ttnd Bg_a «at« fernt. ' " " ' ' ' ' ' ^: ■_■., \- ^ ..■■■■■■■■.

(c) Wie in den Figuren 14 (Q) und (D)gezeigt, wird sohliesslich eine dünne ferromagnetische Schicht T derart «wischen zwei Unterschichten eingeklemmt, dass dl« zwei Unterschichten sich mit ihren die Drähte w tragenden Oberflächen gegenüberliegen und die Enden der beiden Drähte w sich überlagern. '■■ ■'■-■■■■'■

(d) Die überlagerten 2nden f, g ,······ 1 und ο, ρ *·...«u werden mittels eines elektrisch leitenden Binde- oder Lötmittels miteinander verbunden, so dass die auf beide Unterschichten aufgebrachtenDrähte w Spulen bilden, deren Klemmen durch e, m bew» η, ν dargestellt werden«

(«) iTie in ?ig. 14 (B) dargestellt, irt leüöf ai#er Weise durch Ansohlieseeh von Leitungsdrähten an die Klemmen e,m, η und v, zur Bildung einer Sohtringungawioklung L₀, und durch Aufwickeln einer gleichförmigen Erregerwicklung I₀

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um die Unterschicht Ba auf einfache Weise ein Parametron herstellbar«

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Sohwingungswioklung L_Q aus zwei Spulen Jt ^t "f^ kann auoh durch das in den Figuren 15 (A) und (B) gezeigte Verfahren hergestellt werden. Wie in Fig, 15 (A) dargestellt, wird der, Draht w in der gleichen Weise wie bei Fig. 14 (B) auf eine Unter-BOhicht Ba aufgebrachtt die entlang einer Mittellinie ο - o_ faltbar ist· Nach Aufbringen des Drahtes wird diese Untersohicht entlang dieser Linie ο - o_ gefaltet und damit eine dünne ferromagnetische Schicht T dazwischen eingeklemmt« wodurch wie bei den Figuren 14 (O)₉ (D)₉(E) ein Parametron erhältlich 1st.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer Schwingungswicklung wird ein PrägestUek (äark) mit dünnen Schlitzen auf eine Unterschicht aufgebracht, elektrisch leitendes Material« etwa Kupfer» im Vakuum auf das Prägestüok aufgedampftt so dass die in Fig» 14 (B) gezeigte Form entsteht» ein elektrisch isolierender überzug aus SiOg oder MgF im Vakuum auf den aufgedampften Leiter aufgebracht, eine dünne ferromagnetische Schicht T auf den isolierenden Überzug im Vakuum aufgedampft, so dass eine Form entsprechend Fig» 14 (0) entsteht die dünne Schicht ¹S mittels Vakuumbedampfung wiederum mit einem isolierenden Überzug versehen

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und achile8wlich ein elektrisch leitender dünner Draht w entsprechend Fig. 14 (C) gebildet) wodurch die erwünschte Schwingungswicklung entsteht* Weitere zur Herstellung eines bestimmten Parametrons erforderliche Verfahren entsprechen denjenigen nach Fig, 14 (Ε)· Nach diesem Verfahren kann auch eine erforderliche Erregerwicklung durch Aufdampfen Ib Vakuum hergestellt werden» Ba die Schwingungswicklung sehr dicht auf beide Oberflächen der dünnen ferromagnetisehen Schicht aufgebracht wird, so dass der Zwischenraum sehr klein ist, kann mit Hilfe dieses Herstellungsverfahrens ein Parametron erzeugt werden, das einen grossen parametrischen Schwingung8-faktor Γ und ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.

Schliesslich soll noch ein Parametron mit einem ferromagnetiflohen Dünnschichtkern beschrieben werden, der •ine magnetische Vorzugsachse aufweist.

Eine dünne ferromagnetische Schicht mit magnetischer Vorzugsachse, die im wesentlichen parallel zur Rich tung des magnetischen Erregerfelds verläuft, kann leicht magnetisiert werden und weist ausserdem eine ideale, rechteckige Hysteresekurve auf« Wenn als Magnetkern eines Parametrons eine ferromagnetische dünne Schicht verwendet wird, so kann nur dann eine sogenannte parametrische Erregung stattfinden, wenn eine Erregung entlang der sogenannten Hysteresis-Hauptkurve erzielbar ist. Demgemäss entsteht durch den Hyste-

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resisverluBt entsprechend der Gesamtfläche der Hysteresiskurve ein grosser Verbrauch an erregender elektrischer Energie, so daes eine relativ grosse Erregungsenergie notwendig ist* Andererseits kann bekänntermässen die Neigung einer Hysteresiskurve durch Anlegen eines anderen Magnetfelds, dessen Richtung einen bestimmten!"Winkel gegenüber Richtung dee magnetische^ Erregerfelds aufweist, oder durch Aufprägen einer geeigneten, leicht zu magnetisiereriden Achse auf den Kern verändert werden. Die zum Erregen des Parametrons nach der Erfindung erforderliche Energie kann durch Ausnutzung dieses Phänomens vermindert werden. .

In Fig. 16 1st ein Schwingungsdiagramm des Paraaetrons nach der Erfindung gezeigt. Die Kurven werden durch zwei Parameter dargestellt, deren einer den Erregungsetrom I₉ (Absoisse) und deren anderer den Winkel (Ordinate) zwischen der Eiohtung des erregenden Magnetfelds und der leicht zu aagnetisierenden Achse des Kerns darstellt, während ein VormagnetisierungsBtrom I_D0 konstant gehalten wird. Xn fig· 16 i ist der Anfangs· und Endpunkt der Schwingung bei Veränderung des SrregungsstromB 1_ durch Linien A-Aa bzw» B-Ba angegeben. Wie aus Fig. 16 hervorgeht» stellt der durch^;die Linien A-Aa und B-Ba begrenzte Bereich die Schwingungszone des Parametrons dar. Da in dem durch die Linien D-Da und A-Aa begrenzten Be-( auf der Zeichnung schraffiert) der Brregerstroa I_#

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kleiner iet ale der Vormagnetisierungestrom I_DÖ, beschreibt die Erregerkurve im ersten Quadranten der Byatereeiskurve eine kleinere Schleife, so dass die Erregungeenergie beträchtlich vermindert ist. Anders ausgedrückt, das wirksamste Verfahren zur Verminderung der Erregerenergie einesParametrons mit dünner ferromagnetischer Schicht besteht darin» den Winkel zwischen der Richtung des erregenden Magnetfelds und der magnetischen Vorzugsaohse_fwie in Fig. 16 gezeigt, auf einen Wert zwischen 40 und 90° zu bringen·

Wie in Verbindung mit verschiedenen Beispielen beschrieben« stellt das Parametron nach der Erfindung ung«- achtet der Verwendung von Magnetkernen, deren Magnetkreis in Sichtung des erregenden Magnetfelds und des magnetischen Schwingungsfelds offen ist, ein wirksames Äquivalent su des Fall dar, bei dem der Magnetkreis des Kerns in Richtung den Erreger- und des Sohwingungsfelds geschlossen let* Ba ausserdem sehr wirksame Verfahren zur Herstellung der dünnen magnetischen Schicht anwendbar sind, kann jedes der erfindungegemässen Parametronelemente sehr klein ausgebildet werden. Sas erfindungsgemässe Parametron ist ferner einfach in »einem Aufbau und leicht herzustellen, arbeitet mit niedriger elektrischer Energie und hoher Sohaltgeschwindigkeit und ist auaeerdem für eine Massenproduktion geeignet·

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Claims (1)

1. PATBHTA H SPRUCH B

   Parametron mit zumindest einem magnetischen Kern, einer aus zwei Spulen bestehenden Schwingungswicklung,einer aus zumindest einer Spule bestehenden Erregerwicklung und einem Abstimmkondensator, wobei Sohwingungewicklung und Abstimmkondensator parallel geschaltet sind, Resonanz in einem Schwingkreis bei der halben frequenz des an die Erregerwicklung angelegten Erregerstroms auftritt und die Erregerwicklung nicht linear mit der Schwingungswicklung gekoppelt ist» d.h. die beiden Spulen der Schwingungswicklung sind so geschaltet, dass das von dem durtih die eine der Spulen fliessenden Oszillationsatrom erzeugte Magnetfeld und das von dem durch die mit dieser Sohwingungsspule gekoppelten Erregerspule fliessenden Erregerstrom erzeugte Magnet· feld in gleicher Richtung verlaufen, während das von den durch die andere Schwingungsspule hindurchgehenden Schwingungsstrom erzeugte Magnetfeld entgegengesetzt dem von dem durch die mit dieser zweiten Sohwingungsspule gekoppelten Erregerspule hindurchgehenden Brregerstrom erzeugten Hagnetfeld verläuft« dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern aus zumindest einem ferromagnetischen DUnnsohichtkern besteht, dessen Länge in Richtung des magnetischen Erregerfelds genügend grosser 1st ale die Dicke der dünnen Schicht, dass die

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   Schwingungsspule nahe dem Mittelteil des Hagnetkerns aufgewickelt ist und die findungen so konzentriert liegen, dass die Spule nur eine geringe Breite aufweist» daes die Erregerspule mit konstanten Windungsabständen auf'den mit der Schwingungswicklung versehenen Magnetkern aufgewickelt ist, so dass die Erregerwicklung die gleiche Windungsaohae wie die Schwingungswioklung aufweist und das ron einem durch die Erregerwicklung hindurohfliesäenden Strom erzeugte Magnet· feld gleichförmig ist und parallel zu dem τοη einem durch die Schwingungswicklung hindurchfliessenden Oszillationsstrom erzeugten oszillierenden Magnetfeld verläuft, und dass der Magnetkreis des ferromagnetischen Dünnschichtkerne in Richtung des Erreger- und des Schwingungsfeldes offen ist«

   2. Parametron nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung nur eines ferromagnetischen Dünnschichtkerns und durefc zwei die Schwingungswicklung bildende Spulen, die voneinander getrennt etwa am Mittelteil des Kerns aufgewickelt sind.

   3. Parametron nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei ferromagnetische Dünne chi chtkerne und durch eine Erregerwicklung, die aus zwei Spulen besteht, wobei die Spulen mit gleichem ffindungsabstand an den Orten der Schwlngungsspulen auf die Kerne aufgewickelt sind·

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   4· Parametron nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Dünnschichtkern aus einer Unterschicht und einer darauf aufgebrachten dünnen ferromagnetischen Schicht besteht«

   5· Parametron nach einem der Ansprüche· 2 bis J durch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Dünnschicht« kern aus einer dünnen ferrbmagnetisohen Schicht ohne Unterschicht besteht. .

   6. Parametron nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den ferromagnetischen Dünn* sohiohtkern bildende dünne ferromagnetische Schicht eine längliche Form aufweist, wobei das Verhältnis der Länge der in Richtung der Verbindungaaehae der Sohwingungswindung und der Erregungswindung verlaufenden Seite ssü der Länge der anderen Seite nicht kleiner als 3 « 1 ist»

   7. Parametron nach einem der Ansprüche 1 bis 5« da· durch gekennzeichnet« dass die den ferromagnetische Dünnschiohtkern bildende dünne Schicht eine kreisrunde, scheiben förmige Gestalt aufweist»

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   8. Parametron nach einem der Ansprüche t bia 4 und S₉ tadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Dünneohioht·

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   kern aus einer stabförmigen Unterschicht und einer rund um die Unterschicht aufgebrachten dünnen ferromagnetische Schicht besteht»

   9. Parametron nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dees der ferromagnetische Dünnschichtkern in der Ebene der Schichtoberfläche eine leicht magnetisierbar Achse aufweist, deren Richtung mit der Richtung der

   Windungsachsen der Schwingungs- und Erregerwicklung einen Winkel zwischen vorzugsweise 40 und 90° elnschliesst.

   10. Parametron nach einem der Ansprüche 1 bis .9» dadurch gekennzeichnet, dass Erreger- und Sehwinguagswieklung aus ausgeätztem Draht bestehen. ,

   11. Parametron nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass Erreger- und Schwingungewicklung aus einer Litzenwicklung bestehen.

   12. Parametron nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch' gekennzeichnet, dass die Schwingungswicklung aus einer dünnen, elektrisch leitenden Schicht besteht.

   13. . Parametron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass da» Parametron aus einem Rahmen mit einem Hohlraum zur

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   Aufnahme einer dünnen ferromagnetisohen Schicht» darauf aufgewickelten Schwingungs- und Erregerwicklungen und aus einer dünnen ferromagnetische!! Schicht besteht, die nach Aufwickeln der V/'indungen in den Hohlraum des Rahmens eingebracht ist·

   14· Parametron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! dass das Parametron aus einem ferromagnetisohen Dünnechichtkern, einer aus zwei Spulen bestehenden Schwingungswioklung und einer aus einer einzigen Spule bestehenden Erregerwicklung besteht, wobei die Schwingungswicklung so gewickelt ist, dass das von einem durch eine Schwingungsspule hindurchgehenden Oszillationsstrom erzeugte Magnetfeld entgegengesetzt dem von einem durch die andere Schwingungsopule hindurchgehenden Oszillationsstrom erzeugten Magnetfeld verläuft und wobei die Erregerwicklung eine gleichförmige -Vindungsverteilung aufweist.

   15· Parametron nach Anspruch 2» gekennzeichnet durch einen einzigen ferromagnetiachen Üünnschichtkern, eine aus zwei Schwingungeepulen bestehende Schwingungswicklung und eint aus zwei Erregerepulen gebildete Erregerwicklung, wobei die Schwingungewicklung derart gewickelt ist, dass die Rieh* tung des von einem durch eine Schwingungsspule hindurchgehenden Strom erzeugten Magnetfelde gleich let der Richtung dee

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   von einem durch die andere Spule hindurchgehenden Strom erzeugten Magnetfelde, und die Erregerwicklung so gewickelt ist» dass die Richtung des von einem durch eine Erregerepule hindurchgehenden Erregerstrom erzeugten Magnetfelds entgegengesetzt zu der Sichtung des von. einem durch die andere Erregerspule hindurchgehenden Erregerstrom erzeugten Magnetfelds verläuft«

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