DE2137700A1 - Abfuellanordnung zum erfassen einer magnetfeldaenderung - Google Patents

Abfuellanordnung zum erfassen einer magnetfeldaenderung

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Description

Stuttgart, den 26.7.19
Patentanwälte 'Dr. W/g η*ΐΛ·,«ΑΑ
DIPL-ING. F. ROSENKE 2 I 377G0
IHL-ING. H. H. VVILHELfA 7000 Stuttgart-l
■s GymHQsiuimtr. 311 Tel 07W29T133
Betr.: Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung D 4104
Anm.: Sandco Ltd.
10th Floor
116 Albert Street
Ottawa 4 /Kanada
Abfühl anordnung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung
= s s s s η = = ts — = = s = ss = s = r: =: ss ss = = = a =
Die Erfindung betrifft eine Abfühl anordnung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung an einem Gegenstand, insbesondere zum Erfassen einer magnetisieren Stelle an einem sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegenden Stahlband.
In der deutschen Patentanmeldung P 20 20 854.3 ist vorgeschlagen worden, zum Abfühlen eines langsam sich ändernden Magnetfeldes, z.B. eines auf einem langsam laufenden Stahlband aufmagnetisierten Magnetpunktes, als Fühlerelement einen Hallgenerator oder eine magnetische Diode
-2-
BAD ORiGINAL
zu"verwenden, wobei dieses Fühl erelement unterhalb des c."., zufühl enden Stahlbandes angeordnet wird und sein Ausgangssignal über einen Gleichspannungsverstärker einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, Vielehe dieses Ausgangssignal mit einem Referenzsignal vergleicht.
Im Betrieb laßt es sich oft nicht vermeiden, daß derartige Abfühlanordnungen bei stark unterschiedlichen Temperaturen arbeiten müssen. Wird z.B. ein Stahlförderband in einem unbeheizten Lagerraum verwendet, so muß-mrsaiim Winter mit Temperaturen bis untar -20° C und im Sommer mit Höchsttemperaturen von über +60° C rechnen. Dabei hat sich gezeigt, daß infolge der Temperaturempfindlichkeit der verwendeten Fühlerelemente deren Ausgangssignale stark temperaturabhängig sind, so daß solche Abfühlanordnungen öfter nachgestellt •werden müssen. Hinzu kommt, daß man zur Erhöhung des Ausgangssignales dieser Fühlerelemente meist, zusätzliehe Teile aus Weicheisen verwenden muß, um den Fluß auf die Fühlerelemente zu konzentrieren. Es hat sich dabei gezeigt, daß diese Teile aus Weicheisen im Laufe der Zeit eine restliche Magnetisierung beibehalten, welche ebenfalls das Ausgangssignal in einem bestimmten Sinne verändert, so daß diese Teile periodisch entmagnetisiert v/erden müssen, um Fehl schaltungen zu vermeiden. Naturgemäß sind diese zusätzlichen Wartungsarbeiten unerwünscht.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Abfühlanordnung zu schaffen, welche auch über längere Zeit-, räume hinweg ohne Nachjustierung arbeitet.
"5-
209886/0525
BAD ORIGINAL
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Erfassung der Magnet'feldänderung mindestens eine magnetfeldempfindlich^ Halbleiterdiode vorgesehen ist, welche an einer vorzugsweise stabilisierten Speisespannung liegt, und daß das Ausgangssignal dieser Diode über eine Wechselspannungskopplung einem hochohmigen Eingang eines· Verstärkers zuführbar ist« Durch die -Wechselspannungskopplung wird erreicht, daß sehr langsame Änderungen das Ausgangssignal der magnetfeldempfindlichen Diode, z.3, durch Temperaturschwankungen bedingte Änderungen oder Änderungen durch eine langsame Aufmagnetisierung von Veicheisenteilen, den.Verstärker .nicht beeinflussen können und deshalb ohne Einfluß ■bleiben, so daß derartige Änderungen das Ausgangssignal der Abfühlanordnung nicht beeinflussen können.
Um die Temperatrurempfindlichkeit der magnetfeldempfindlichen Dioden weiter zu reduzieren und eine verbesserte Linearität der Anzeige zu erhalten, geht man mit Vorteil so vor, daß zur Erfassung der Magnetfeldänderung eine Reihenschaltung von zwei magnetfeldempfindlichen Halbleiterdioden vorgesehen ist, deren p-n~übergäng« im Betrieb in etwa entgegengesetzten Eichtungen vom magnetischen Fluß durchdrungen werden.
Eine solche Anordnung zeigt eine ziemlich gute Linearität der Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Große des Magnetfeldes. ' ·
Weiterhin wird die Abfühlanordnung mit Vorteil so aus-. gebildet, daß der Verstärker bei einer zur Erfassung nie"deri'requenter Magnetfeldänderungen dienenden Anordnung als Verstärker mit Tiefpaßcharakteristik ausgebil-
'209846/0626
det ist, wobei die obere 'Grenzfrequenz mit Vorteil in Bereich zwischen 1 und 10 kHz und vorzugsweise bei etwa 2 kHz liegt. Sine solche Ausbildung ermöglicht einerseits die volle Erfassung eines niederfrequenten Signals^ dessen Frequenz beispielsweise zwischen o.1 und 2 Hz liegt, und sie verhindert andererseits, da3 irgendwelche'hoherfrequenten Storspannungen, z.B. induktive Spannungsspitzen von Hagnetventilen, Fehlschaltungen hervorrufen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel .
Es zeigen
Pig» 1 eine Seitenansicht einer Förderbandarilage mit einer erfindungsgemäßen Abfühlanordnung,
S1Xg. 2 eine Draufsicht auf die Förderbandanlage nach Fig, I,
Pig« 3 eine vergrößerte, teilweise in Schnitt dar-1 gestellte Einzeldarstellung einer erfindungsgemäßen Abfühlanordnung zusammen mit einem Konzentrator zur Erhöhung der EmpfindlichiceIt und mit dem zugehörigen Stahl-Förderband, und
Fig. 4· ein Schaltbild einer erfindung3gemäi3en Abfühl anordnung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Stahl-Förderband 10, das auf Rollen 11 und 12 gelagert ist, wobei die Rolle 11 in Sichtung des Pfeiles 1J angetrieben wird, so dc3 ein auf das Band 10 aufgelegtes Paket 15 in Richtung des Pfeil es 18 nach rechts geforder! wird.
ORIGINAL
lungs des Bandes 10 sind neben diesem mehrere Einpiängerstationen angeordnet, von denen nur die Sapfängerstation 24 dargestellt ist. Wird eine solche Smpfän- . gerstation aktiviert, so wird an ihr das Paket 15 angehalten und von Band 10 abgelenkt. Das Paket 15 wird in der iTahe der Rolle 11 auf das Band 10 aufgelegt. Hierbei wählt die Bedienungsperson die gewünschte Empfängerstation, indem sie eine entsprechende Information in eine Schalttafel 17 eintastet.
Unterhalb des Bandes 10 sind die Elektromagnete .14b und 14c angeordnet, und zwar in einer sur Solle 11 parallelen Reihe. Oberhalb des Bandes 10 sind im Bereich zwischen der Rolle 11 und den Elektromagneten 14 auf der einen Seite des Bandes 10 eine Lampe 26 und ihr gegenüber eine Photozelle 27 angeordnet. Der Lichtstrahl aus der Lampe 26 fällt wie dargestellt auf die Photozelle 27- Entsprechend der Einstellung der Schalttafel 1? wird einer der Elektromagnete 14 kurzzeitig erregt, wenn das Paket 15 den Lichtstrahl von der Lampe 26 zur Photozelle 27 unterbricht. Soll z.B. das Paket 15 zur Empfängerstation 24 transportiert werden, so wird der Elektromagnet 14a erregt, wodurch eine r:agnetisierte Stelle 20-im Band 10 erzeugt wird, die vor dem Paket 15 liegt und mit diesem nach rechts wandert»
Unterhalb des Bandes 10 sind mehrere Abfühlanordnungen vorgesehen, von denen die Abfühlanordnungen 21a und 21b gezeigt sind, und die zum Abfühlen der magnetisierten Stellen 20 dienen. Jeder Enipfängerstation ist eine gesonderte Abfühlanordnung zugeordnet, und diese Abfühlanordnung ist gleich weit vom Rand des Bandes 10 entfernt wie* der zugeordnete Elektromagnet 14. Z.B. erfaßt
ϊ ι
BAD ORIGINAL
die Abfühlanordnung 21a die vom Elektromagnet 14a erzeugten magnetisierten Stellen 20, während die Abfühl anordnung 21b die vom Elektromagnet 14b erzeugten magnetisierten Stellen erfaßt.
An jeder Empfängerstation 24 ist ein schwenkbares Glied 16 vorgesehen, das von einer Antriebsvorrichtung 22, z.B.. einem Motor oder einen Elektromagneten, in die Bahn des Paketes 15 verschwenkt werden kann, wie das in Pig. 2 durch die Stellung 16a angedeutet ist. Hierbei lenkt das Glied 16 das Paket 15 zur Smpiängerstation 24. - Die Abfühlanordnung 21a betätigt die • Antriebsvorrichtung 22 in der Weise, daß dann,, wenn die magnetisierte Stelle 20 zur Abfühlanordnung 21a kommt, die Vorrichtung 22 während einer vorgegebenen Zeit aktiviert wird und während dieser Zeitspanne das Glied 16 in die Stellung 16a verschwenkt hält. Nach Ablauf dieser Zeitspanne kehrt das Glied 16 automatisch in seine Ruhelage zurück.
Die magnetisierte Stelle 20 läuft bei ihrem weiteren Umlauf an einer von drei Entmagnetisierungsspulen 23a» 23b oder 23c vorbei, die unterhalb des Bandes 10 kurz hinter der Rolle 11 angeordnet sind. Dadurch v/ird das 3and 10 entmagnetisiert. - V/eitere Ausgestaltungen der "beschriebenen Anordnung sind in der DOS 2020 834.8 " beschrieben.
Da das Band 10 gewöhnlich mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit zwischen 10 und 120 m/min umläuft, müssen die Abfühlanordnungen sehr empfindlich sein. Erschwerend kommt hinzu, daß derartige Pörderbandanlagen oft in ungeheizten Lagerhäusern verwendet werden und deshalb in einem Temperaturbereich von -20 ... +6O0C
„.9 .
BAD ORIGINAL
sicher arbeiten müssen. Auch αε.ΐ sich gezeigt, daß sich "bei den magnetischen Teilen solcher Anlagen im Laufe der Zeit eine bestimnte !Restmagnetisierung aufbaut, die ebenfalls das sichere Arbeiten der Abfühl anordnungen 21 erschwert»
3 zeigt 'schematisch, die räumliche Anordnung einer erfindungsgeraäiic-n Ab fühl anordnung 21 unter den Band 10. Der Abstand zwischen ihr und dem Band soll naturgemäß möglichst klein sein, um eine möglichst große Empfindlichkeit zu erzielen und die magnetisierte Stelle 20 sicher zu erfassen.
Die Abfühlanordnung 21 weist einen Konzentrator 30 . auf, der aus Weicheisenblechan zusammengesetzt ist und auf dessen Oberseite zwei magnetfeldempfindliche Halbleiterdioden 31 und 32'(im folgenden kurz als "Magnetdioden" "bezeichnet) so angeordnet sind8 daß ihre p-n-Übergänge jeweils in umgekehrter Richtung vom magnetischen Fluß durchdrungen werden^ der von der Stolle ausgeht, Diese beiden Dioden 3^$ 32 werden im Betrieb in Keine geschaltet und ergeben auf diese Weise ein Ausgangssignal, das eine etwa lineare-Punktion der Stärke des angelegten magnetischen Feldes H ist„ Sie werden zweckmäßig paarweise zueinander passend ausgesucht (Auswahlpaarung)«
Die mit 33 und 34 bezeichneten Anschliuileitungen dieser Dioden sind zu einem mit 35 bezeichneten Verstärker geführt, der - wie in Pig. 4· dargestellt ~ zwei Operationsverstärker 36 und 37 enthält und mit einem Umschalter versehen ist, um eine Umschaltung von luugnetisierten Stellen 20 mit ITord-Süd-Magnetisierung auf entsprechende
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BAD ORIGINAL
Stellen mit entgegengesetzter Magnetisierung zu ermöglichen. Je nach Einstellung des Umschalters 3S spricht der Verstärker 35 jeweils irar auf eine Magnetisierungsart an.
Vie Fig. 3 zeigt, ist an den Verstärker 35 ein rnonostabiler Multivibrator 39 angeschlossen, der seinerseits die Antriebsvorrichtung 22 aussteuert. .läuft also eine richtig polarisierte Stelle 20 über die Magnetdioden'3I5 .32 hinweg, so gibt der Versträker 55 ein Ausgangssignal ab, das den monostabilen Multivibrator 39 während einer bestimmten Zeit, ζ.3·. während 2 see, in seinen instabilen Zustand bringt, so daß während dieser Zeitspanne das verschwenkbare Glied 16 in seine in Pig. 2 mit 16a bezeichnete Stellung verschwenkt wird unddas Paket 15 zur Empfängerstation 24 umleitet.
4 zeigt im einzelnen die Schaltung des Verstärkers 35· Dieser ist.zur Spannungsversorgung mit einem Eingang 42 an Masse, mit einem Eingang 43 an ein positives Potential von z.B. 12 V und mit einem Eingang 44 an ein entsprechendes negatives Potential von z.3. -12 V angeschlossen. Sein Ausgang ist mit 45 bezeichnet. Je nach der Art der erforderlichen Steuerung können an diesen Ausgang 45 die verschiedensten Geräte angeschlossen werden; der Multivibrator 39 (Fig. 3) steht nur als Beispiel für diese Möglichkeiten.
An den Eingang 43 ist ein Widerstand 46 angeschlossen, dessen anderer Anschluß über einen Knotenpunkt 47 und eine Zenerdiode 48 mit Masse verbunden ist. Ebenso ist an den Eingang 44 ein Widerstand 49 angeschlossen, dessen anderer Anschluß über einen Knotenpunkt 50 und
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BAD ORIGINAL
eine Zenerdiode 51 sit Kasse verbunden ist» Die Zenerdioden 48 und 51 können gleiche Zenerspannungen von jeweils 5j 6 V haben, so da3 in Betrieb der Knotenpunkt 50 ein Potential von -5j6 V gegenüber Hasse hat.
Bei der dargestellten Stellung des Schalters 53 ist die Anode der* Magnetdiode 31 über einen Widerstand (z.B. 620 Ohm) mit dem Knotenpunkt 47 und die Kathode der Magnetdiode 32 mit dem Knotenpunkt 50 verbunden, während die Kathode der Diode 51 mit der Anode der Diode 52 und - über einen als Wechselstromkopplung dienenden Kondensator 55 (z.B. 3 Mikrofarad)· und einen Widerstand 56 (z.B. 220 kOhm) - mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers 36 verbunden ist, dessen anderer Eingang 58 an Masse liegt. Der Operationsverstärker 56 ist zur Stromversorgung ebenfalls an die Knotenpunkte 47 und 50 angeschlossen. Von seinem Ausgang 50 führt ein Rückführwiderstand 60 (z.B. 560 kOhm) zum Eingang 57·, Ferner sind zur Begrenzung der oberen Grenzfrequenz auf einen Wert von etwa 2 kHz Widerstand .63 und zv/ei Kondensatoren 64 und 65 vorgesehen z.B* 1,5 kOhm, O-/, z.B. 1nJ?, CAI- z.B. 47 pF). Der Operationsverstärker 56 erhält auf diese Weise einen sehr hohen Eingangswiderstand bei relativ niedriger · Verstärkung, so daß der für die Wechselstrorakopplung dienende Kondensator 55, der zweckmäßig nicht als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, einen relativ kleinen Wert haben kann und man doch einen guten Wert von z.B. 0,1 ... 0,5 Hz für die untere Grenzfrequenz der Abfühlanordnung 21 erhält, d.h. der Verstärker hat eins Siefpaßcharakteristik.
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Da der Operationsverstärker 35 . „a Uo clis el spannungsverstärker ist, spielen tenperaturbedingte Minderungen der Charakteristiken der Dioden 51 und 32 bei einer erfindungsgeaäßen Anordnung nur noch eine völlig untergeordnete Holle. Zbensο haben eine in der Praxis unvermeidliche Aufmegnetisierung des Konzentrators 30 oder sonstige konstante Magnetfelder in seiner Umgebung keinen Einfluß, da diese nur eine Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals der Dioden 31 und 32 bewirken und diese Komponente den Verstärker 36 nicht erreicht. Durch den V/ider stand 54 wird erreicht, da3 beim Einschalten des Geräts dem Eingang 57 eine vorbestiminte Polarität zugeführt und kein unerwünschter Schaiuvorgang ausglöst wird.
Der zweite Operationsverstärker 37 übernimmt die Kauptverstarkung. Se,in einer Eingang 68 ist über einen Widerstand 69 mit dem Ausgang 59 verbunden, während sein anderer Eingang 70 über einen Widerstand 71 mit Masse verbunden ist. Zur Stromversorgung ist er an die Eingänge 43 und 44 angeschlossen, zwischen denen und Masse jeweils ein Siebkondensator 72 bzw. 73 liegt. Der Ausgang 74 des Operationsverstärkers 37 ist über einen Widerstand 75 (z.B. 150 0hm) mit den Ausgang 45 verbunden. ·Zur Erzeugung einer Vorspannung für den Verstärker 37 ist ein aus zwei in Heihe geschalteten Widerständen 76, 77 bestehender, zwischen die Eingänge 43 und 44 geschalteter Spannungsteiler vorgesehen; ein Abgriff des Widerstands 76 ist über einen V/ider stand 78 mit einem Knotenpunkt 79 verbunden, der über einen Widerstand 82 einerseits und einen Kondensator 83 andererseits mit Beschaltungseingängen des Operationsverstärkers 37 verbunden ist. Ein weiterer Beschaltungseingang ißt über einen Kondensator 84 mit dem Ausgang 74 verbunden.
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_ .. BADOR5QINAL
IHi'
Der Aufbau des Umschalters 28 ergib* 'sich eindeutig aus der Zeichnung'., so daß eine Beschreibung nicht erforderlich ist.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: läuft eine magnetisierte Stelle 20 (Pig. 2 u. 3) über den Konzentrator '30 hinweg} so werden bei richtiger Einstellung des Umschalters 38 die beiden Operationsverstärker 36 und 37 ausgesteuert und erzeugen am Ausgang 45 ein Signal, das weitgehend unabhängig von der. Umgebungstemperatur und von konstanteia Magnetfeldern im Konzentrator 30 oder in seiner Umgebung ist. Das Signal am Ausgang 4-5 kann z.B., wie in ITig. 3 darge- " stellt, zur Aussteuerung des Multivibrators 39 verwendet werden. Durch die Verwendung von Operationsverstärkern wird es möglich, den Konzentrator 30 und den Verstärker 35 direkt zu einer kompakten Baueinheit zu vereinen, an deren Ausgang ein starkes Signal von z.B. 10 V zur Verfugung steht, das dann in geeigneter Weise zu einem anderen Gerät weitergeleitet werden kann. Durch die Tiefpaßcharakteristik des Verstärkers 35. wird erreicht, daß-induktive Spannungsspitzen, z.B. von Magnetventilen, von ihm nicht verstärkt werden und durch, sie keine unerwünschten Schaltvorgänge ausgelöst werden können« ,
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BAD ORiGINAL

Claims (1)

  1. Patent- und Schutzansprüche
    fLyAbfühlanordnung zum Erfassen einer Kagnetfeldänderung an einem Gegenstand, insbesondere zun Erfassen einer magnetisiert en Stelle an einem sich, mit niedriger Geschwindigkeit bewegenden Stahlband, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Hagnet-, feldänderung mindestens eine magnetfeldempfindliche Halbleiterdiode (31» 32) vorgesehen ist, weiche an einer vorzugsweise stabilisierten Speisespannung liegt, und daß das Ausgangssignal dieser.Diode über eine Ve chselSpannungskopplung (55) einem hochohmigen Eingang (57) eines Verstärkers (36) zuführbar ist.
    2. Abfühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Magnetfeldänderung eine Reihenschaltung von zwei magnetfeldempfindlichen Halbleiterdioden (31 > 32) vorgesehen ist, deren p-n-übergänge im- Betrieb in etwa entgegengesetzten Richtungen vom magnetischen STuß durchdrungen werden.
    3- Abfühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder den magnetfeldempfindlichen Halbleiterdiode(n) (31, 32) ein Konzentrator (30) zur Konzentrierung des zu erfassenden magneti-.sehen Flußes auf diese Diode bzw. Dioden zugeordnet ist.
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    28988S/8S2&
    BAD ORIGINAL
    4. Abfühl anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-" zeichnet, daß der Konzentrator als länglicher, ■ vorzugsweise aus Kacnetblechen zusammengesetzter Weicheisenkörper (50) ausgebildet ist, der im Betrieb etwa in Längsrichtung von magnetischen 3?luB durchdrungen wird, und daß die Diode -bzw. Dioden (31", 52) an einem längsende dieses Weicheisenkörpers angeordnet ist bzw. sind (Pig. 3)·
    5· Abfühl anordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker bei einer zur Erfassung niederfrequenter Magnetfeldänderungen dienenden Anordnung als Verstärker (36) mit Tiefpaßcharakteristik ausgebildet ist.
    6. Abfühlanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine obere Grenzfrequenz im Bereich zvrischen 1 und 10 kHz, vorzugsweise etwa 2 kHz, aufweist.
    7. Ab fühl anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker als Operationsverstärker (36) ausgebildet ist.
    3. Abfühlanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung des Operations-Verstärkers (36) zwei Jeweils für sich stabilisierte (48, 51 )> zu Masse (42) etwa symmetrische Potentialquellen (47, 50) vorgesehen sind, daß die Reihenschaltung von zwei magnetfeldempfindlichen Halbleiterdioden (31, 32) in Heihe mit mindestens einem Widerstand (54) zwischen diesen beiden Potentialquellen angeschlossen ist, und daß der Verbin—·
    -14-
    209306/0525
    BAD ORSOINAL
    dungspunkt der beiden Dioden über eine kapazitive -lopplung (55) nit einen Bifigang; (57) des Operationsverstärkers (36) verbunden ist.
    9· Ab fühl anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Operationsverstärker (36) ein zweiter, vorzugsweise ebenfalls als Operationsverstärker (37) ausgebildeter Verstärker nachgeschaltet ist.
    10. Abfühlanordnung nach, einem der vorhergehenden
    Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldempfindliche Diode bzw. die magnetfeldenpfindlichen Dioden (31, 32) zusammen mit dem zugehörigen Konzentrator (30) und mindestens einem "Verstärker (35) zu einer selbständigen Baueinheit (21) zusammensind.
    209886/0525 BAD original
    Leerseite
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