DE1491369A1 - Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

The M-O Valve Company Limited, London, W.6

Wanderfeldröhren

Diese Erfindung "betrifft Wanderfeldröhren.

Me Erfindung betrifft insbesondere Wanderfeldröhren, die aus einer Hülle, in die eine langgestreckte Langsamwellenkonstruktion eingeschlossen ist, entlang der sich eine elektromagnetische Welle in einer Vorwärtswellenart fortpflanzen kann, und aus Vorrichtungen besteht, um einen Elektronenstrahl entlang der Länge der Konstruktion auszusenden, um mit einer sich entlang der Konstruktion fortpflanzenden Welle in Wechselwirkung zu treten*

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Wanderfeldröhre der bezeichneten Art,die bei einem verhältnismäßig hohen Leistungspegel betrieben werden kann, um so Signale über einem breiten Frequenzband zu verstärken«

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in einer Wanderfeldröhre der bezeichneten Art die genannte Langsam-

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welienkonstruktion aus einer Vielzahl elektrisch leitender ringförmiger Teile, die im Abstand zueinander in axialer Fluchtung angeordnet sind, wobei die Teile durch elektrisch leitende Streifen in Reihe miteinander verbunden sind, die sich entsprechend zwischen benachbarten Paaren der Teile in Richtungen erstrecken, welche im wesentlichen parallel zur Achse der Konstruktion verlaufen und wobei sich jedes benachbarte Paar dieser Streifen entsprechend von diametral gegenüber liegenden Stellen auf gegenüber liegenden Seiten der ringförmigen Teile zwischen diesen erstreckt. Die Langsamwell enkonstrukt ion wird koaxial zumindest auf dem Hauptteil seiner Länge von einem elektrisch leitenden Rohr umgeben_o Der Elektronenstrahl hat anordnungsgemäß ringförmigen Querschnitt und läuft praktisch koaxial durch die Langsamwellenkonstruktion, wobei die Anordnung so ist, daß an jedem Punkt entlang der Länge des leitenden Rohres der Innendurchmesser des leitenden Rohres zwischen dem 1,25- und dem 1,5-fachen des mittleren Durchmessers der ringförmigen Teile und der mittlere Durchmesser des Strahles zwischen dem 0,5- und dem 0,9-fachen des mittleren Durchmessers der ringförmigen Teile liegt»

Normalerweise wird das leitende Rohr von der Hülle umschlossen, doch in einigen Fällen kann das leitende Rohr einen Teil der Hülle bilden.

In einer bevorzugten Anordnung gemäß der Erfindung besteht die Langsamwellenkonstruktion aus zwei Abschnitten, die

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jeder aus einer Vielzahl axial fluchtender ringförmiger Teile "bestellen, welche in Reihe durch leitende Streifen verbunden sind, die wie oben beschrieben angeordnet sind, wobei die beiden Abschnitte axial fluchten und so orientiert sind, daß die Streifen in dem einen Abschnitt um die Achse des Gebildes um einen Winkel von etwa 90° in Bezug auf die Streifen in dem anderen Abschnitt versetzt sindo

Eine Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben*

Pig· 1 ist eine Ansicht der Röhre, teilweise im Schnitt j

Figuren 2 und 3 sind vergrößerte Querschnittsansichten der Röhre gemäß der Linie H-II bzw₀ IH-III in Fig«, 1, und

Pig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer abgeänderten Form der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Röhre·

Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, besteht die Röhre aus einer evakuierten Hülle 1, die zwei Abschnitte 2 und 3 aufweist. Der Abschnitt 2 ist grob kegelstumpfförmig mit einer Länge von etwa 43 cm und öffnet sich an seinem weiteren Ende in den Abschnitt 3, der die Form eines Metallrohres mit einer Länge von 160 cm, einem Innendurchmesser von 20,3 cm und .einem Außendurchmesser von 21,6 cm hat.

An seinem von dem Abschnitt 2 entfernt liegenden Ende ist der Abschnitt 3 mit einer Ionenpumpe 4 verbunden, aber sonst geschlossen« Der Abschnitt 2 enthält eine Elektronen-

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kanone 5, die anordnungsgemäß einen Elektronenstrahl in axialer Richtung durch die Hülle 1, durch eine Langsamwellen-, konstruktion 6, die in dem Abschnitt 3 enthalten ist, aussendet, so daß er auf eine« Kollektorelektrode 7 auftrifft, die an dem von dem Abschnitt 2 entfernt liegenden Ende des Abschnittes 3 angeordnet ist· Der Elektronenstrahl ist von ringförmigem Querschnitt mit einem mittleren Durchmesser von 8,4 cm und einer Dicke von 1,37 cm und wird mit Hilfe einer magnetischen Fokussierungsspule (nicht gezeigt) gebündelt, welche um die Außenfläche der Hülle 1 herum angeordnet ist und ein gleichförmiges magnetisches Feld H erzeugt, welches parallel zur Achse der Hülle 1 gerichtet ist*

Die Langsamwellenkonstruktion 6 ist im wesentlichen in der Mitte zwischen der Elektronenkanone 5 und der Kollektorelektrode 7 angeordnet und besteht aus zwei Abschnitten, einem Eingangsabschnitt 8 näher der Elektronenkanone 5 und einem Ausgangsabschnitt 9, der näher zur Kollektorelektrode 7 angeordnet ist ο

Der Eingangsabschnitt 8 besteht aus dreizehn ringförmigen Teilen 10, die' in axialer Pluchtung bei Abständen von 2,67 cm voneinander angeordnet sind, wobei jedes Teil 10 aus einem Blech von 0,20 cm Dicke hergestellt ist und einen Außendurchmesser von 12,07 cm und eine axiale Länge von 2,45 cm aufweist. Die Teile 10 sind in Reihe mit Hilfe von leitenden Streifen verbunden, die sich entsprechend zwischen benachbarten Paaren von Teilen 10 erstrecken, wobei sich jedes benachbarte Paar von

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Streifen 11 von einander diametral gegenüber liegenden Stellen auf gegenüber liegenden Seiten des Teiles 10 zwischen diesen erstrecken. Jeder Streifen 11 hat die Form eines Blechstüokes τοπ O,20 cm Dicke und 2,67 cm im Quadrat, welches mit dem gleichen RadiöB wie die Teile 10 gebogen ist, wobei jeder Streifen 11 zwischen entsprechende Abschnitte der beiden Teile 10, die es verbindet, paßt, so daß er in dem rohrförmigen Volumen liegt, welches die Teile 10 umschließt.

Der Ausgangsabschnitt 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 g ist von ähnlicher Form wie der Eingangsabschnitt 8, außer daß er elf ringförmige Teile 10 anstelle von dreizehn aufweist.

Die beiden Abschnitte 8 und 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 sind in axialer Fluchtung angeordnet- und liegen koaxial zur Hülle 1 bei einem Abstand von 15,37 cm voneinander, wobei die beiden Abschnitte 8 und 9 so orientiert sind, daß die Längsachsen der Streifen 11 des Abschnittes 8 in einer Ebene liegen, welche in rechten Winkeln zur Ebene der Längsachsen der Streifen 11 des Abschnittes 9 liegt»

Die Langsamwellenkonstruktion 6 wird koaxial von einem " rohrförmigen Metallschirm 12 umgeben, welcher aus zwei Abschnitten 13 und 14 besteht, welche beide aus einem Blech von 0,318 cm Dicke hergestellt sind und einen Außendurchmesser von 16,51 cm aufweisen· Die beiden Abschnitte 13 und 14 haben die Längen von 75,26 cm bzw« 68,78 cm und sind entsprechend um die Abschnitte 8 und 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 heruB angeordnet· Die beiden Abschnitte 13 und 14 sind mit

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1.

Hilfe eines metallenen Bundringes 15 verbunden und die Endabschnitte der beiden Abschnitte 13 bzw«, 14 überlappen die gegenüber liegenden Enden des Bundringes 15 um 2,22 cm und die Enden der beiden Abschnitte 13 und 14 stoßen gegen einen Flansch 16 mit der Breite von 1,27 cm, der in der Mittelstellung auf der Außenfläche des Bundringes 15 ausgebildet ist«

Jeder Abschnitt 8 und 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 wird in seinem zugeordneten Abschnitt 13 oder 14 des Schirmes mit Hilfe von Kieselerdestäben 17 getragen, die sich entspre-

™ chend zwischen den Streifen 11 und dem Schirm 12 in Eichtungen erstrecken, welche senkrecht zur Achse der Hülle 1 stehen· Das äußere Ende jedes Stabes 17 ist in einer Öffnung im ent-

: sprechenden Abschnitt 13 oder 14 des Schirmes 12 befestigt, und das innere Ende jedes Stabes 14 ist von etwas kleinerem Durchmesser als der Rest des Stabes 17 und paßt in eine Öffnung, welche in dem entsprechenden Streifen 11 ausgebildet ist.

Der Schirm 12 wird koaxial in dem Abschnitt 3 der Hülle mit Hilfe von zwei Metallringen 18, welche entsprechend zwisehen die Hülle 1 und den Schirm 12 passen, und zwar je ein Ring an jedem Ende des Schirmes 12, und durch den Bundring 15 getragen, wobei der Durchmesser des Flansches 16 so ist, daß der Bundring 15 eine gute Gleitpassung in dem Abschnitt 3 der Hülle 1 bildet»

Auf jeder Seite des Bundringes 15 in dem Zwischenraum zwischen dem Schirm 12 und dem Abschnitt 3 der Hülle sind vier Kurzschlußstabgebilde (shorting bar structures) 19 angeordnet, wobei jeder Satz von vier Gebilden 19 im gleichen Abstand von-

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einander um den Umfang des entsprechenden Abschnittes 13 oder 14 des Schirmes herum angeordnet ist. Jedes Gebilde 19 enthält eine Drahtspirale 20 aus Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,081 cm, wobei die Spirale einen Durchmesser von 2,06 cm, eine Außenlänge von etwas weniger als der des zugeordneten Abschnittes 13 oder 14 des Schirmes 12 und vier Windungen je cm aufweist. Jede Spirale 20 ist mit ihrer Achse parallel zur Achse der Hülle 1 angeordnet und wird von einer getrennten Umhüllung umschlossen, welche von zwei Befestigungsschjiellen aus Metall gebildet wird, von denen je eine auf jeder Seite der Spirale 20 angeordnet ist* Jede Befestigungsschelle 21 hat praktisch die gleiche Länge wie die zugeordnete Spirale 20 und hat praktisch rechtwinkelige Form mit Flanschen, die sich in entgegengesetzten Eichtungen an ihren beiden längeren Kanten erstrecken, wobei der eine Flansch an jeder Befestigungsschelle 21 durch Schrauben an dem zugeordneten Abschnitt 13 oder 14 des Schirmes 12 befestigt ist und der andere Flansch jeder Befestigungsschelle 21 in elektrischem Kontakt mit dem Abschnitt 3 der Hülle 1 steht und sich über die zugeordnete Spirale 20 erstreckt.

Vier koaxiale Sockel 22, mit deren Hilfe die Verbindungen entsprechend zu den Enden der beiden Abschnitte 8 und 9 der Langsaiiwellenkonstruktion 6 hergestellt werden können, sind durch den Abschnitt 3 der Hülle 1 nahe dem Ende des Abschnittte 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 näher zur Kollektorelektrode 7 abgedichtet durchgeführt. Koaxialleitungen 23 zu diesen Sockeln 22 von 'dem. Eingangs abschnitt 8 der

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Langsamwellenkonstruktion 6 und dem Ende des Aus gangs ab schnittes 9 fern von der Kollektorelektrode 7 erstrecken sich entlang dem Gerät zwischen der Hülle 1 und dem Schirm 12«

Leitungen 24 von den Elektroden zur Elektronenkanone sind entsprechend mit Metallringen 25 verbunden, die Teil des Abschnittes 2 der Hülle 1 sind, wobei diese Ringe 25 zwischen kurzen Glasabschnitten 26 der Hülle 1 angeordnet sind, so daß sie voneinander und von dem Abschnitt 3 der Hülle 1 isoliert sind. Die Metallringe 25 dienen auf diese Weise als Klemmen für die Elektroden der Elektronenkanone 5·

Die Kollektorelektrode 7 ist in elektrischer Verbindung mit dem Abschnitt 3 der Hülle 1 aufgebaut, so daß dieser Abschnitt 3 als eine Klemme für die Kollektorelektrode 7 dient«

Im Betrieb der Wanderfeldröhre wird ein Hochfrequenzeingangssignal über die entsprechenden Koaxialsockel 22 an das Ende des Eingangsabschnittes 8 der Langsamwellenkonstruktion nahe der Elektronenkanone 5 angelegt,» Es ergibt sich eine Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls auf bekannte Weise, und ein verstärktes Hochfrequenzausgangssignal kann von der Röhre über den Koaxialsockel 22 abgenommen werden, der mit dem Ende des Ausgangsabschnittes 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 nahe der Kollektorelektrode 7 verbunden ist. Die anderen beiden Koaxialsockel 22 sind entsprechend mit zwei Impedanzen (nicht gezeigt) verbunden, von denen jede einen Wert aufweist, der gleich der charakteristischen Impedanz der Schaltung ist, welche von dem entsprechenden Abschnitt der Langsamwellenkonstruktion 6 und des Schirmes 12 gebildet wird. Auf diese

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Weise wird eine Oszillation aufgrund einer Rückkopplung vom Ausgangsabschnitt 9 zum Eingangsabschnitt 8 der Langsamwellenkonstruktion verhindert„

Oszillation aufgrund elektrischer Kopplung zwischen den beiden Abschnitten 8 und 9 der Langsamwellenkonstruktion 6 als Ergebnis des Zwischenraumes zwischen jedem Abschnitt der Konstruktion 6 und dem Schirm 12, der einen Hohlleiter wirkungsvoll darstellt, wird aufgrund der Tatsache verhindert, daß die beiden Abschnitte so in Bezug aufeinander orientiert sind, wie es oben beschrieben wurde«.

Unzweckmäßige elektrische Kopplung zwischen Teilen des Rohres über den Zwischenraum zwischen dem Abschnitt 3 der Hülle 1 und dem Schirm 12 wird durch das Vorhandensein ves der Kurzschlußstab-Gebilde 19 verhindert«, In diesem Zwischenraum verhindern die Gebilde 19 wirkungsvoll den Durchgang elektromagnetischer Wellen der in Frage kommenden Frequenzen«,

Bei Verwendung der beschriebenen Röhre mit einem Elektronenstrahl von ζ.Β«, einer mittleren Geschwindigkeit, die einer Spannung von 25 kV entspricht, und einer Stromdiente von 1 A/cm kann ein pulsierter (pulsed) Ausgang von 250 kW in einem Frequenzband erhalten werden, dessen Mitte bei 400 MHz liegt, wobei das Gerät eine Verstärkung um etwa 30 dB mit einer Verstärkungssehwankung von + 5 $> über einer Frequenzbandbreite von 150 MHz liefert,

Als Ergebnis der Verwendung eines Elektronenstrahls mit einem ringförmigen Querschnitt anstelle eines kreisförmigen

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Querschnittes wird ein Elektronenstrahl mit einer verhältnismäßig hohen Perveanz erhalten« Infolgedessen wird für eine gegebene Verstärkung und Ausgangsleistung eine Strahlbeschleunigungsspannung mit niedrigerem Wert erfordert«, Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ist deshalb geringer und die Länge der Röhre entsprechend kürzer· Selbstverständlich ist dieser faktor von besonderer Wichtigkeit für Rühren, die bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen arbeiten« Die relativ große erhaltene Bandbreit-e kann hauptsäch-

P¹ lieh der Gegenwart des Schirmes 12, der die Langsamwellenkonstruktion 6 des Gerätes umgibt und der die Langsamwellenkonstruktion 6 weniger dispersiv macht, als sie im Fall des Fehlens des Schirmes 12 sein würde, und der Verwendung eines hohlen Elektronenstrahls hoher Perveanz zugeschrieben werden, was eine wirkungsvolle Kopplung zwischen dem Strahl und der sich entlang der Langsamwellenkonstruktion 6 fortpflanzenden Welle zur Folge hat.

In einer abgeänderten Form der oben unter Bezugnahme

. auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Röhre ist die Langsamwell enkonstrukt ion abgeändert, um die Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen in einer asymmetrischen Art entlang der Konstruktion zu verhindern* Ein Abschnitt der Langsamwellenkonstruktion einer solchen abgeänderten Röhre wird in Fig. 4

dargestellt. Wie darin zu sehen ist, ist in der abgeänderten ~e_ine Reihe _

Röhre)'v.on "Schlitzen 27, die sich in paralleler Richtung zur Achse der Röhre erstrecken, in jeden Abschnitt der Langsam— Wellenkonstruktion eingeschnitten, wobei sich ein getrennter

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Schlitz 27 in der Mitte entlang der Länge jedes Streifens 28 und durch die entsprechenden Teile der beiden ringförmigen Teile 29, die von dem Streifen 28 verbunden werden, erstreckt. Jeder Schlitz 27 hat eine Breite von 0,157 cm, und jeder geschlitzte Teil jedes ringförmigen Teiles 29 ist von einem getrennten, beinahe viereckigen , keramischen Teil 30 mit einer Dicke von 0,450 cm und Hauptflächen von 2,54 cm im Quadrat überbrückt. Jedes Teil 30 weist in einer seiner Hauptflächen eine Krümmung auf, die der der Außenoberfläche der ringför-

i migen Teile 29 entspricht, wobei diese Fläche jedes Teiles 30 ^ dünn mit einem leitenden Material überzogen ist und mit der Außenfläche des zugeordneten Ringteiles 29 in Berührung paßt. Jedes Teil 30 ist mit dem zugeordneten Teil 29 mit Hilfe von zwei Schrauben 31 verbunden, welche in übereinander liegende Löcher eingeschraubt werden, die in dem zugehörigen Teil 29» eines auf jeder Seite des Schlitzes 27, ausgebildet sind, wobei die Schrauben 31 mit einer Halteschelle 32 versehen sind, welche auch dazu dient, die Keramik zu lehützeno

Selbstverständlich ist aufgrund des Vorhandenseins der λ Schlitze 27 in dem ringförmigen Teil 29 und des Vorhandenseins der keramischen Teile 30 die Impedanz jedes Teiles 29 relativ hoch im Vergleich zu der der ringförmigen Teile 10 der Langsamwellenkonstruktion 6 der Röhre, die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde. Dadurch wird die gewünschte Wirkung zur Verhinderung der Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen in asymmetrischen Arten entlang der Langsamwellenkonstruktion der abgeänderten Röhre verhindert.

- Patentansprüche 90 9 809Λ0310

Claims (2)

1. P.at ent a. nsprüche :

   1« Wanderfeldröhre, bestehend aus einer evakuierten Hülle, in die eine langgestreckte Langsamwellenkonstruktion eingeschlossen ist, entlang der sich eine elektromagnetische Welle in einer Vorwärtsweilenart fortpflanzen kann, wobei die Konstruktion eine Vielzahl elektrisch leitender ringförmiger Teile enthält, welche im Abstand voneinander in axialer Fluchtung angeordnet sind, und wobei die Teile in Reihe miteinander durch elektrisch leitende Streifen verbunden sind, die sich entsprechend zwischen benachbarten Paaren der Teile in Sichtungen praktisch parallel zur Achse der Konstruktion erstrecken und wobei sich Jedes benachbarte Paar der Streifen entsprechend von einander diametral gegenüber liegenden Stellen an gegenüber liegenden Seiten der ringförmigen Teile zwischen diesen erstreckt, und aus Vorrichtungen, um einen Elektronenstrahl praktisch koaxial durch die Langsamwellenkonstruktion zu senden, damit er mit einer sich entlang der Konstruktion fortpflanzenden Welle in Wechselwirkung tritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von praktisch ringförmigem Querschnitt ist/ und die Langsamwellenkonstruktion koaxial zumindest längs des Hauptteiles ihrer Länge von einem elektrisch leitenden Eohr umgeben wird, wobei an jedem Punkt entlang der Länge des leitenden Rohres der Innendurchmesser des leitenden Rohres zwischen dem 1,25- und dem 1,5-fachen des mittleren Durchmesser5der ringförmigen Teile[und der mittlere Durchmesser des Strahles zwischen dem 0,5- und dem 0,9-fachen des mittleren Durchmessers der ringförmigen Teile liegt«,

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2. 2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langsamwellenkonstruktion in dem leitenden Rohr mit Hilfe von Stäben aus isolierendem Material getragen wird,, die sich entsprechend zwischen den Streifen und dem leitenden. Rohr in Richtungen erstrecken, welche senkrecht zu den Achsen der Langsamwellenkonstruktion, atehan.

   3· Wanderfeldröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Verbindern, die abgedichtet durch die Hülle durchgeführt sind, A wobei die Verbinder alle nahe aneinander angeordnet sind, uad Leitungen aufweist, die sich zwischen den Verbindern und verschiedenen Teilen der Langsamwell enkonstrukt ion erstrecken, wobei sich diese Leitungen entlang der Wanderfeldröhre durch einen Zwischenraum zwischen der Hülle und dem leitenden Rohr erstrecken·

   4· Wanderfeldröhre nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Rohr von einem Teil der Hülle umgeben wird, die aus einem elektrisch | leitenden Material hergestellt ist, und daß Vorrichtungen in dem Zwischenraum zwischen der Hülle und dem leitenden Rohr angeordnet sind, um unzweckmäßige elektrische Kopplung zwischen verschiedenen Teilen der Langsamwellenkonstruktion über diesen Zwischenraum wirkungsvoll zu verhindern*

   5· Wanderfeldröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen einen Schlitz aufweist, der sich entlang seiner Länge in einer Rich-

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   tung erstreckt, die praktisch parallel zur Achse der Langsamwellenkonstruktion verläuft, wobei sich dieser Schlitz auch über die Breite der beiden ringförmigen Teile, welche von dem Streifen verbunden werden, erstreckt, und daß jeder Schlitz in jedem ringförmigen Teil elektrisch von einem entsprechenden Element überbrückt wird, welches eine verhältnismäßig hohe Impedanz im Vergleich zum Rest des ringförmigen Teiles aufweist.

   6_e Wanderfeldröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Langsamwe11enkonstruktion zwei Abschnitte enthält, von denen jeder aus einer Vielzahl axial fluchtender ringförmiger Teile besteht, die in Reihe durch leitende Streifen verbunden sind, welche wie in Anspruch 1 beschrieben angeordnet sind, wobei die beiden Abschnitte axial fluchten und sp orientiert sind, daß die Streifen in dem einen Abschnitt um die Achse der Konstruktion im Winkel von etwa 90° in Bezug auf die Streifen in dem anderen Abschnitt versetzt sind«,

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