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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Impulsdrahtmodul umfassend: einen Impulsdraht, eine Drahtwicklung, die durch einen Wicklungsdraht gebildet ist und den Impulsdraht radial umschließt, ein erstes Ferritelement, das an einem ersten Impulsdrahtende des Impulsdrahts angeordnet ist, und ein zweites Ferritelement, das an einem zweiten Impulsdrahtende des Impulsdrahts angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Impulsdrahtmodulanordnung umfassend: ein derartiges Impulsdrahtmodul, und eine Leiterplatte mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich und einem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich.
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Impulsdrähte im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch als Wieganddraht bezeichnet, sind magnetisch bistabil und weisen im Allgemeinen einen hartmagnetischen Mantel sowie einen weichmagnetischen Kern auf. Unter Einwirkung eines externen Magnetfelds invertiert sich eine Magnetisierungsrichtung des Impulsdrahts schlagartig, wodurch in der den Impulsdraht radial umschließenden Drahtwicklung ein kurzer Spannungspuls erzeugt wird, der über die beiden Wicklungsdrahtenden des Wicklungsdrahts abgegriffen werden kann. Dieser Effekt wird als Wiegand-Effekt bezeichnet und ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Gattungsgemäße Impulsdrahtmodule werden vor diesem Hintergrund auch als Wiegandmodul oder Wiegandsensor bezeichnet.
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Gattungsgemäße Impulsdrahtmodule werden typischerweise auf einer Leiterplatte angeordnet. Aus diesem Grund weisen die Impulsdrahtmodule typischerweise spezielle Kontaktierungsvorrichtungen auf, die eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Wicklungsdrahtenden und entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte schaffen.
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Ein derartiges Impulsdrahtmodul ist beispielsweise aus der
DE 10 2020 100 732 A1 bekannt. Das offenbarte Impulsdrahtmodul umfasst zwei im Wesentlichen identische Kontaktierungsvorrichtungen, die jeweils mit einem Wicklungsdrahtende des Wicklungsdrahts elektrisch verbunden sind. Die Kontaktierungsvorrichtungen umfassen jeweils mehrere Kontaktierungselemente, sogenannte „Beinchen“, zur elektrischen Verbindung des entsprechenden Wicklungsdrahtendes mit korrespondierend angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte. Die offenbarten Kontaktierungsvorrichtungen sind jedoch relativ groß, sodass für das offenbarte Impulsdrahtmodul auf der Leiterplatte ein relativ großer Bauraum erforderlich ist.
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Es stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, ein kompaktes Impulsdrahtmodul beziehungsweise eine kompakte Impulsdrahtmodulanordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Impulsdrahtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine erfindungsgemäße Impulsdrahtmodulanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Impulsdrahtmodul umfasst einen Impulsdraht, auch als Wieganddraht bezeichnet, und eine Drahtwicklung, die den Impulsdraht radial umschließt. Der Impulsdraht ist im Wesentlichen linear, also geradlinig, ausgebildet, wobei die Drahtwicklung einen mittleren axialen Abschnitt des Impulsdrahts radial umschließt. Die Impulsdrahtenden des Impulsdrahts ragen also jeweils an einer axialen Seite der Drahtwicklung aus dieser heraus.
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Das erfindungsgemäße Impulsdrahtmodul umfasst ferner zwei vorzugsweise im Wesentlichen identische Ferritelemente, die ferrimagnetische Eigenschaften aufweisen und typischerweise aus einem elektrisch schlecht oder nicht leitenden keramischen Werkstoff, typischerweise aus einem Eisenoxid, bestehen. Die Ferritelemente sind an den beiden aus der Drahtwicklung axial herausragenden Impulsdrahtenden angeordnet, wobei das erste Ferritelement an dem auf einer ersten axialen Seite aus der Drahtwicklung herausragenden ersten Impulsdrahtende angeordnet ist und das zweite Ferritelement an dem auf einer der ersten axialen Seite gegenüberliegenden zweiten axialen Seite aus der Drahtwicklung herausragenden zweiten Impulsdrahtende angeordnet ist. Die Ferritelemente sind typischerweise zylinderförmig, können jedoch grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen. Beispielsweise können die Ferritelemente auch prismenförmig ausgebildet sein. Typischerweise umfassen die Ferritelemente jeweils eine zentrale Öffnung, in die das entsprechende Impulsdrahtende eintaucht oder durch die sich das entsprechende Impulsdrahtende hindurch erstreckt. Die Impulsdrahtenden sind vorzugsweise über einen unter UV-Licht aushärtenden, relativ weichen Klebstoff, beispielsweise Silikon, mit dem entsprechenden Ferritelement verklebt.
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Erfindungsgemäß weisen das erste Ferritelement und das zweite Ferritelement jeweils an einer Außenseite eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf, wobei ein erstes Wicklungsdrahtende des Wicklungsdrahts mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung des ersten Ferritelements elektrisch verbunden ist und ein zweites Wicklungsdrahtende des Wicklungsdrahts mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung des zweiten Ferritelements elektrisch verbunden ist. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann sich über die gesamte Außenfläche des entsprechenden Ferritelements erstrecken oder kann sich nur über einen Teil der Außenfläche des entsprechenden Ferritelements erstrecken. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung jeweils nur auf einer Seite des entsprechenden Ferritelements aufgebracht ist. In diesem Fall ist die elektrisch leitfähige Beschichtung vorzugsweise bei beiden Ferritelementen auf der gleichen Seite aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodul kann eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Wicklungsdrahtenden und entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen einer Leiterplatte über die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der beiden Ferritelemente geschaffen werden, sodass hierfür keine zusätzlichen Kontaktierungsvorrichtungen erforderlich sind. Dies schafft ein besonders kompaktes Impulsdrahtmodul.
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Das Impulsdrahtmodul wird typischerweise derart auf einer Leiterplatte befestigt, dass sich die axiale Richtung des Impulsdrahts parallel zur Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähige Beschichtung des ersten Ferritelements und die elektrisch leitfähige Beschichtung des zweiten Ferritelements daher jeweils auf einer den Impulsdraht radial umschließenden Mantelfläche des entsprechenden Ferritelements angeordnet. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann sich über die gesamte Mantelfläche des entsprechenden Ferritelements erstrecken oder kann sich nur über einen Teil der Mantelfläche des entsprechenden Ferritelements erstrecken. Im zweiten Fall ist die elektrisch leitfähige Beschichtung vorzugsweise bei beiden Ferritelementen auf den gleichen Teil der Mantelfläche aufgebracht. Dadurch, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Mantelfläche des jeweiligen Ferritelements angeordnet ist, können die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der beiden Ferritelemente in direkten physischen Kontakt mit den entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte gebracht werden, was eine einfache Montage des Impulsdrahtmoduls auf der Leiterplatte ermöglicht und einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen den leitfähigen Beschichtungen der beiden Ferritelemente und den entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte gewährleistet.
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Vorzugsweise sind ein minimaler radialer Mantelflächendurchmesser der Mantelfläche des ersten Ferritelements und ein minimaler radialer Mantelflächendurchmesser der Mantelfläche des zweiten Ferritelements jeweils größer als ein radialer Drahtwicklungsaußendurchmesser der Drahtwicklung. Die Drahtwicklung ragt also in radialer Richtung des Impulsdrahts nicht über eine Außenkante der Ferritelemente hinaus. Dies ermöglicht es, das Impulsdrahtmodul über die Ferritelemente an der Leiterplatte zu befestigen, sodass hierfür keine zusätzlichen Befestigungselemente vorgesehen werden müssen. Dies schafft ein besonders kompaktes Impulsdrahtmodul.
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Vorzugsweise bestehen die elektrisch leitfähige Beschichtung des ersten Ferritelements und die elektrisch leitfähige Beschichtung des zweiten Ferritelements jeweils aus einer Kupfer-Zinn-Legierung. Kupfer-Zinn-Legierungen haften relativ gut auf den Ferritelementen und weisen eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit auf. Ferner können Kupfer-Zinn-Legierungen im Allgemeinen relativ einfach und zuverlässig mit den typischerweise für die elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereiche der Leiterplatte verwendeten Werkstoffen stoffschlüssig verbunden werden.
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Vorzugsweise ist das erste Wicklungsdrahtende stoffschlüssig mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung des ersten Ferritelements verbunden und ist das zweite Wicklungsdrahtende stoffschlüssig mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung des zweiten Ferritelements verbunden. Dies schafft eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Wicklungsdrahtende und der entsprechenden elektrisch leitfähigen Beschichtung, die auf relativ einfache Weise hergestellt werden kann.
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Vorzugsweise weisen die elektrisch leitfähige Beschichtung des ersten Ferritelements und die elektrisch leitfähige Beschichtung des zweiten Ferritelements jeweils eine Nut auf, und sind die beiden Wicklungsdrahtenden der Drahtwicklung jeweils innerhalb der entsprechenden Nut angeordnet. Das erste Wicklungsdrahtende ist also in der Nut der elektrisch leitfähigen Beschichtung des ersten Ferritelements angeordnet, und das zweite Wicklungsdrahtende ist in der Nut der elektrisch leitfähigen Beschichtung des zweiten Ferritelements angeordnet. Die Wicklungsdrahtenden sind vorzugsweise jeweils vollständig innerhalb der Nut angeordnet, was bedeutet, dass die Wicklungsdrahtenden nicht in radialer Richtung über einen radialen Außendurchmesser der jeweiligen Beschichtung hinausragen. Besonders bevorzugt sind auch eventuell vorhandene Schweißverbindungen zur Befestigung der Wicklungsdrahtende an der jeweiligen elektrisch leitfähigen Beschichtung vollständig innerhalb der Nut angeordnet. Dies ermöglichts es, das Impulsdrahtmodul mit einem beliebigen Bereich der elektrisch leitfähigen Beschichtungen auf eine Leiterplatte aufzusetzen, ohne dabei eine Beschädigung der Wicklungsdrahtenden oder eventuell vorhandener Schweißverbindungen zu verursachen. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage des Impulsdrahts auf der Leiterplatte ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Impulsdrahtmodulanordnung umfasst ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Impulsdrahtmodul sowie eine Leiterplatte mit einem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich und einem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich.
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Das Impulsdrahtmodul ist erfindungsgemäß derart auf der Leiterplatte angeordnet, dass das erste Ferritelement direkt auf dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich angeordnet ist, und dass das zweite Ferritelement direkt auf dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich angeordnet ist. Im Speziellen ist das Impulsdrahtmodul derart angeordnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung des ersten Ferritelements mit dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich elektrisch verbunden ist und die elektrisch leitfähige Beschichtung des zweiten Ferritelements mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der beiden Ferritelemente jeweils in direktem physischem Kontakt mit dem entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich der Leiterplatte.
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Bei der erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodulanordnung sind die beiden Wicklungsdrahtenden über die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der beiden Ferritelemente mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte verbunden, sodass hierfür keine zusätzlichen Kontaktierungsvorrichtungen erforderlich sind. Dies schafft eine besonders kompakte Impulsdrahtmodulanordnung.
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Vorzugsweise ist die elektrisch leitfähige Beschichtung des ersten Ferritelements stoffschlüssig mit dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich verbunden und ist die elektrisch leitfähige Beschichtung des zweiten Ferritelements stoffschlüssig mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung schafft einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen den elektrisch leitfähigen Beschichtungen der Ferritelemente und den elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte. Ferner ist das Impulsdrahtmodul über die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Beschichtungen der Ferritelemente und den elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereichen zuverlässig an der Leiterplatte befestigt, ohne dass hierfür zusätzliche Befestigungsmittel vorgesehen werden müssen.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodulanordnung mit einem erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodul werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodulanordnung mit einem erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodul in einer Seitenansicht zeigt,
- 2 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Impulsdrahtmoduls aus 1 zeigt,
- 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodulanordnung mit einem erfindungsgemäßen Impulsdrahtmodul in einer Seitenansicht zeigt,
- 4 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Impulsdrahtmoduls aus 3 zeigt.
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Die 1 und 2 zeigen eine Impulsdrahtmodulanordnung 100 mit einem Impulsdrahtmodul 10 und einer Leiterplatte 102.
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Die Leiterplatte 102 umfasst einen ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 104 und einen zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 106, die beide auf einer Oberseite 108 der Leiterplatte 102 ausgebildet sind.
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Das Impulsdrahtmodul 10 umfasst einen im Wesentlichen linearen Impulsdraht 12, der sich im Wesentlichen parallel zu der Oberseite 108 der Leiterplatte 102 erstreckt.
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Das Impulsdrahtmodul 10 umfasst eine Drahtwicklung 14, die durch einen Wicklungsdraht 16 gebildet ist und den Impulsdraht 12 radial umschließt. Die Drahtwicklung 14 umschließt im Speziellen nur einen mittleren Bereich des Impulsdrahts 12, sodass ein erstes Impulsdrahtende 18 des Impulsdrahts 12 auf einer ersten axialen Seite aus der Drahtwicklung 14 herausragt und ein zweites Impulsdrahtende 20 des Impulsdrahts 12 auf einer zweiten axialen Seite aus der Drahtwicklung 14 herausragt.
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Das Impulsdrahtmodul 10 umfasst zwei im Wesentlichen identische zylinderförmige Ferritelemente 22,24. Das erste Ferritelement 22 ist an dem ersten Impulsdrahtende 18 angeordnet, und das zweite Ferritelement 24 ist an dem zweiten Impulsdrahtende 20 angeordnet. Die beiden Ferritelemente 22,24 weisen jeweils eine zentrale, sich in axialer Richtung erstreckende Ferritelementöffnung 26 auf, durch die sich das entsprechende Impulsdrahtende 18,20 hindurch erstreckt. Ein minimaler radialer Mantelflächendurchmesser D1 einer den Impulsdraht 12 radial umschließenden Mantelfläche 28 der beiden Ferritelemente 22,24 ist jeweils größer als ein radialer Drahtwicklungsaußendurchmesser D2 der Drahtwicklung 14. Die beiden Ferritelemente 22,24 weisen jeweils auf der Mantelfläche 28 eine sich im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Impulsdrahts 12 erstreckende Ferritelement-Nut 29 auf.
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Die beiden Ferritelemente 22,24 weisen jeweils eine elektrisch leitfähige Beschichtung 30 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Kupfer-Zinn-Legierung besteht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 ist jeweils auf die Mantelfläche 28 des entsprechenden Ferritelements 22,24 aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 ist jeweils derart ausgebildet, dass an der Stelle der Ferritelement-Nut 29 des jeweiligen Ferritelements 22,24 eine Beschichtungs-Nut 31 in der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 vorhanden ist.
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Ein erstes Wicklungsdrahtende 32 des Wicklungsdrahts 16 ist in der Beschichtungs-Nut 31 der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 des ersten Ferritelements 22 angeordnet und mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 des ersten Ferritelements 22 elektrisch verbunden, und ein zweites Wicklungsdrahtende 34 des Wicklungsdrahts 16 ist in der Beschichtungs-Nut 31 der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 des zweiten Ferritelements 24 angeordnet und mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 des zweiten Ferritelements 24 elektrisch verbunden. Die Wicklungsdrahtenden 16,18 sind hierbei jeweils vollständig innerhalb der entsprechenden Beschichtungs-Nut 31 angeordnet, ragen also nicht radial über einen Beschichtungsaußendurchmesser D3 der jeweiligen elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 hinaus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Wicklungsdrahtenden 32,34 jeweils stoffschlüssig mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 30 des entsprechenden Ferritelements 22,24 verbunden, wobei die stoffschlüssige Verbindung ebenfalls vollständig innerhalb der Beschichtungs-Nut 31 angeordnet ist.
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Das Impulsdrahtmodul 10 ist derart auf der Leiterplatte 102 angeordnet, dass das erste Ferritelement 22 auf dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 104 angeordnet ist und das zweite Ferritelement 24 auf dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 106 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 des ersten Ferritelements 22 mit dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 104 stoffschlüssig verbunden, und ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 des zweiten Ferritelements 24 mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 106 stoffschlüssig verbunden. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 des ersten Ferritelements 22 ist also mit dem ersten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 104 elektrisch verbunden, und die elektrisch leitfähige Beschichtung 30 des zweiten Ferritelements 24 ist mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsbereich 106 elektrisch verbunden.
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Die 3 und 4 zeigen eine Impulsdrahtmodulanordnung 100' mit einem Impulsdrahtmodul 10' und einer Leiterplatte 102', wobei zur Bezeichnung von bereits von der Impulsdrahtmodulanordnung 100 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus den 1 und 2 mit einem angehängten Apostroph-Zeichen verwendet wird.
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Die Impulsdrahtmodulanordnung 100' unterscheidet sich von der Impulsdrahtmodulanordnung 100 im Wesentlichen dadurch, dass die beiden Ferritelemente 22',24' des Impulsdrahtmoduls 10' quaderförmig ausgebildet sind und keine Nut aufweisen.
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Mit Ausnahme der Form der Ferritelemente 22',24' entspricht der Aufbau der Impulsdrahtmodulanordnung 100' grundsätzlich dem zuvor beschriebenen Aufbau der Impulsdrahtmodulanordnung 100 aus den 1 und 2.
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Bezugszeichenliste
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- 10; 10'
- Impulsdrahtmodul
- 12; 12'
- Impulsdraht
- 14; 14'
- Drahtwicklung
- 16; 16'
- Wicklungsdraht
- 18; 18'
- erstes Impulsdrahtende
- 20;20'
- zweites Impulsdrahtende
- 22;22'
- erstes Ferritelement
- 24; 24'
- zweites Ferritelement
- 26;26'
- Ferritelementöffnungen
- 28;28'
- Mantelflächen
- 29
- Ferritelement-Nut
- 30;30'
- elektrisch leitfähige Beschichtungen
- 31
- Beschichtungs-Nut
- 32;32'
- erstes Wicklungsdrahtende
- 34;34'
- zweites Wicklungsdrahtende
- 100; 100'
- Impulsdrahtmodulanordnung
- 102; 102'
- Leiterplatte
- 104; 104'
- erster elektrisch leitfähiger Kontaktierungsbereich
- 106; 106'
- zweiter elektrisch leitfähiger Kontaktierungsbereich
- 108; 108'
- Oberseite
- D 1; D1'
- minimaler radialer Mantelflächendurchmesser
- D2;D2'
- radialer Drahtwicklungsaußendurchmesser
- D3
- radialer Beschichtungsaußendurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020100732 A1 [0004]
