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Schwingantriebsvorrichtung für eine Form einer StranggieBeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schwingantriebsvorrichtung für eine Form einer Stranggießeinrichtung.
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Bei Gußformgebungseinrichtungen werden die Formen im allgemeinen in
der Gießrichtung hin- und herbewegt, um das sich an einer Form angehäufte bzw. abgesetzte
Metall abzuschälen und ein Ankleben desselben an der Formenwandung zu verhindern.
Die Oszillations-bzw. Schwingamplitude der Gießform wird in Abhängigkeit von der
Stahlsorte und der Größe des Gußstücks geeignet eingestellt, um die Qualität, insbesondere
die Oberflächenbeschaffenheit, des Gußstücks zu verbessern. Als Mittel zum Durchführen
dieses Einstellvorgangs bei einem Kraftübertragungsmechanismus mit einer Antriebsmaschine,
einer Schnecke, einem Schneckenrad, einer Exzenterwelle, einer Exzenterhülse und
einerVerbindungs- bzw. Rurbelstange wurden bisher folgende Anordnungen aufgegriffen:
(1) Eine Anordnung, bei der an der Exzenterwelle und der Exzenterhülse Scheiben
angebracht sind und bei der die relativen Verlagerungen dieser Exzenterglieder bei
unterbrochenem Betrieb von der Seite der Maschine aus manuell verändert werden;
(2) Eine Anordnung, bei der ein Schneckenendantrieb (der während des Schwingvorgangs
Fall für Fall intermittierend zu drehen ist) an der Exzenterwelle
angebracht
und mit einer Scheibe verbunden ist, die an der Exzenterhülse angeordnet ist, wobei
die relativen Verlagerungen der Exzenterwelle und der Exzenterhülse bei unterbrochenem
Maschinenbetrieb durch Antreiben des Schneckenendantriebs an der Maschinenseite
verändert werden; (3) Eine Anordnung, bei der ein beweglicher Gelenkpunkt (moving
fulcrum) zwischen dem Kraftübertragungsmechanismus und einem Gießformschwingmechanismus
angeordnet sowie mit diesen Mechanismen über einen B indegliedmechanismus verbunden
ist, wobei zur Durchführung der obigen Einstellung der bewegliche Gelenkpunkt verschoben
wird; (4) Eine Anordnung, bei der ein Exzenter bzw. eine Nockenscheibe für die Einstellung
ausgetauscht wird. Die Anordnungen (1), (2)- und (4) sind jedoch mangelhaft, da
eine von entfernter Stelle aus erfolgende automatische Steuerung sehr schwierig
ist. Während zwar bei der Anordnung (3) die Amplitudeneinstellung automatisch durch
eine entfernte Steuerung erfolgen kann, ist diese Anordnung mangelhaft, da das Arbeitsspiel
im Schwingmechanismus extrem groß ist und da kaum eine kleine Schwingamplitude erreicht
werden kann. Außerdem ist eine andere Antriebsquelle zum Verschieben des Gelenkpunktes
erforderlich.
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Ferner sollten für Stranggießeinrichtungen benutzte feuerfeste Materialien
in Intervallen von 5 bis 6 Stunden ausgewechselt werden, wobei die Gießgeschwindigkeit
während dieses Austauschvorgangs abzusenken ist. Bei verminderter Gießgeschwindigkeit
sollten die Schwingfrequenz und die Schwingamplitude geändert werden, um sie an
die verminderte Gießgeschwindigkeit anzupassen, da sonst keine Gußstücke mit einer
guten Oberflächenbeschaffenheit erreicht werden können. Bei den herkömmlichen Techniken
kann nur die Oszillations- bzw. Schwingfrequenz während des Gießvorgangs geändert
werden. Dementsprechend ist die Entwicklung einer Stranggießeinrichtung erwünscht,
bei der nicht nur die Schwingfrequenz, sonderr auch die Schwingamplitude während
des Gießvorgangs geändert wer- -den kann. Eine solche Einrichtung ist im US-Patent
3 292 215 beschrieben, und sie gehört zum oben erwähnten Typ (1), wobei ihr Aufbau
kompliziert ist. Dementsprechend ist der Betrieb mit verschiedenen Schwierigkeiten
verbunden. Außerdem weist diese Einrichtung
den Mangel auf, daß
eine Steuerung von entfernter Stelle aus unmöglich ist und daß die Schwingamplitude
nicht während des Betriebes eingestellt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
Schwingantriebsvorrichtung einer Stranggießeinrichtung, bei der unter Vermeidung
der genannten Nachteile sowie Mängel herkömmlicher Techniken die Einstellung der
Schwingamplitude automatisch durch eine an entfernter Stelle befindliche Steuerung
vorgenommen werden kann. Die Schwingamplitude soll in einem großen Bereich verändert
werden können, und zwar von einer sehr kleinen Amplitude ausgehend bis zu einer
sehr großen Amplitude. Der Schwingantriebsmechanismus für die Gießform soll auch
dan4eine sehr große Amplitudengenauigkeit ermöglichen, wenn die Amplitudeneinstellung
während des Gießvorgangs erfolgt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Schw-gantriebsvorrichtung
der genannten Art vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß auszeichnet durch eine
an einem Rahmen drehbar angebrachte Exzenterwelle mit einem Exzenterwellenteil,
durch eine auf diesem angebrachte Exzenterhülse, die über eine Verbind-ngs- bzw.
Kurbelstange mit einer Formenschwingeinrichtung verbunden ist, durch eine mit derExzenterwelle
verbundene Welle, durch eine mit der Exzenterhülse verbundene andere Welle und durch
eine Kupplung, um die Exzenterwelle und die Exzenterhülse durch Umschalten der zwei
Wellen mit verschiedenen Drehzahlen zu drehen und hierdurch die Schwingamplitude
der Kurbelstange zu ändern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die
Exzenterwelle und die Exzenterhülse über entsprechende Verlangsamungsmittel mit
unabhängigen Antriebsquellen verbunden sind und daß die Exzenterwelle sowie die
Exzenterhülse mit verschiedenen Drehzahlen gedreht werden.
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Außerdem ist es bevorzugt, daß Verlangsamungsmittel auf der Exzenterwelle
und der Exzenterhülse befestigt bzw. mit diesen Gliedern verbunden sind, daß die
Verlangsamungsmittel miteinander
über eine Antriebswelle mit einer
an einem mittleren Teil angeordneten Kupplung verbunden sind, daß an der Antriebswelle
Bypass-Kraftübertragungsmittel mit einer an einer mittleren Stelle angeordneten
Kupplung angebracht sind und daß eine Antriebsquelle mit der Antriebswelle und den
Bypass-Kraftübertragungsmitteln verbunden ist, um die Exzenterwelle und die Exzenterhülse
mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen, und zwar mittels der Bypass-Kraftübertragungseinrichtung,
wodurch die Schwingamplitude der Kurbelstange verändert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Figuren 1 bis 3 - verschiedene Ausführungsformen einer
Gießform-Schwingantriebsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in Schnittdarstellungen,
Figur 4 - einen Schnitt längs der Linie II-II aus Figuren 1 bis 3 zur Darstellung
des Zustandes, bei dem die Schwingamplitude der Gießform ein Minimum hat, und Figur
5 - einen Schnitt längs der Linie II-II in Figuren 1 bis 3 zur Darstellung des Zustandes,
bei dem die Schwingamplitude der Gießform ein Maximum einnimmt.
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Gemäß Figur 1 weist eine Exzenterwelle 1 an ihrem einen Ende eine
Exzenterteil 2 mit einer Exzentrizität el gegenüber dem Wellenzentrum und am anderen
Ende ein hieran befestigtes Schneckenrad 3 auf. Beide Enden werden von einem Befestigungsrahmen
5 über Lager 4 gestützt bzw. -gehalten. Eine Drehhülse 7 ist mit der Exzenterwelle
1 an einer an den Exzenterteil 2 angrenzenden Stelle über ein ringförmiges Gleitglied
6 verbunden. Ferner ist eine Exzenter hülse 9 mit dem Exzenterteil 2 über ein ringförmiges
Gleitglied 8 verbunden, so daß eine Exzentrizität e2 - gegenüber dem axialen Zentrum
des Exzenterteils 2-vorliegt. Die Drehhülse 7 wird an beiden Enden vom Befestigungsrahmen
5 über Lager 10 gehalten, und ihr axiales Zentrum fällt mit demjenigen der Exzenterwelle
1 zusammen.
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Die Drehhülse 7 ist so angeordnet, daß sie sich unabhängig von
der
Exzenterwelle um diese drehen kann. Ein Schneckenrad 11 ist an dem zentralen Teil
der Drehhülse 7 befestigt, und eine Scheibe 7' ist im Endbereich des Exzenterteils
befestigt. Ein Bolzen 13 ist an der Scheibe 7' festgelegt. Ein Gleitstück 14, das
sich in einer Nut 12 an einer Scheibe 9' bewegen kann, welche an einer Exzenterhülse
9 befestigt ist, ist drehbar am Bolzen 13 angebracht Eine Verbindungsstange 25 ist
mit der Exzenterhülse 9 über ein Glied 15 verbunden, so daß sie sich in Abhängigkeit
von der Drehung der Exzenterhülse 9 in der vertikalen Richtung bewegen kann.
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Die Schneckenräder 3 sowie 11 und die hiermit in Eingriff tretenden
Schnecken 16 sowie 17 sind am Befestigungsrahmen 5 angebracht, und an den Enden
der Schnecken 16-und 17 sind Kegelräder 18 und 18' befestigt. Diese Kegelräder 18
und 18' kommen in Eingriff mit an Antriebswellen 20 und 21 angebrachten Kegelrädern
19 und 19'.
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Ein Ende der Antriebswelle 20 ist über eine Kupplung 22 mit einem
Ende der Antriebswelle 21 verbunden, und das andere Ende der Antriebswelle 21 ist
über eine Kupplung 23 mit einer Antriebsmaschine 24 verbunden. Das Untersetzungsverhältnis
eines Kegelradpaares 18, 19 entspricht demjenigen des anderen Kegelradpaares 18',
19'.
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Außerdem ist das Untersetzungsverhältnis eines Schnecken-Schnekkenrad-Paares
genauso groß wie dasjenige des anderen Schnecken-Schneckenrad-Paares.
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Während des Gießvor9angs ist bei dem obigen Aufbau die Kupplung 22
eingekuppelt und werden die Kegelräder 19 und 19' von der Antriebsmaschine 24 angetrieben,
wobei sie mit derselben Drehzahl gedreht werden. Da das Untersetzungsverhältnis
der Kegelräder 18, 19 demjenigen der Kegelräder 18', 19' entspricht, werden die
beiden Schnecken 16-und 17 mit derselben Drehzahl gedreht, und auch die beiden Schneckenräder
3 und 11 drehen sich gleich schnell. Daher ergibt sich keine Relativbewegung zwischen
der Exzenterwelle 1 und der Drehhülse 7, und es ergibt sich auch keine Relativbewegung
zwischen dem Exzenterteil 2 und der Exzenterhülse 9. Der Exzenterteil 2 und die
Exzenterhülse 9 werden mit einer bestimmten festen Exzentrizität gedreht, so daß
die Verbindungsstange 25 mit einer bestimmten Amplitude schwingt. In diesem Fall
wird keine Relativbewequnq im Gleitstück 14 begründet.
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Eine Änderung der Oszillations- bzw. Schwingungsamplitude der Gießform
und damit der Verbindungsstange wird in der folgenden Weise durchgeführt. Zuerst
erfolgt ein Entkuppeln der Kupplung 22, um die Welle 20 von der Welle 21 zu trennen.
In diesem Zustand wird allein die Welle 21 durch das Antriebsmoment der Antriebsmaschine
24 gedreht. Durch Drehen der Drehhülse 7 veranlaßt die Schnecke 17 die Exzenterhülse
9 zu einer Relativbewegung in bezug auf den Exzenterteil 2, und zwar über den an
der Scheibe der Drehhülse 7 befestigten Bolzen sowie das Gleitstück. In diesem Fall
wird die Exzenterwelle 1 nicht gedreht, doch bewegt sich die Verbind-gsst-ge 25
mehr oder weniger. Auch das Gleitstück 14 bewegt sich in radialer Richtung in der
Nut 12, die an der Scheibe 9' der Exzenterhülse 9 ausgebildet ist. Wenn sich die
Drehhülse einmal dreht, werden hierbei die maximalen und minimalen Amplituden der
Verbindungsstange 25 durchlaufen. Die maximale Amplitude ergibt sich dann, wenn
sich die Exzentrizitätsrichtungen des Exzenterteils und der Exzenterhülse 9 gemäß
Figur 4 addieren, und diese maximale Amplitude entspricht dann dem Ausdruck (el
+ -e2). Die minimale Amplitude ergibt sich, wenn beide Exzentrizitätsrichtungen
übereinstimmen, jedoch eine gegenseitige Abweichung von (180°) haben, wie es in
Figur 5 dargestellt ist. Diese minimale Amplitude entspricht dann dem Ausdruck (el
- e2).
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt,
sondern sie umfaßt verschiedene Abwandlungen. Beispielsweise beinhaltet sie auch
eine in Figur 2 dargestellte Ausführungs form. Bei diesem Aufbau aus Figur 2 wird
zum Andern der Schwingungsamplitude der Gießform eine Kupplung 22 zum Trennen einer
Welle 2o von einer Welle 21 entkuppelt, und die Antriebswellen 20 und 21 werden
mit verschiedenen Drehzahlen gedreht, und zwar infolge einer Drehzahldifferenz zwischen
Antriebsmaschinen 24 und 24'. Dementsprechend werden die Exzenterwelle 1 und die
Drehhülse 7 mit unterschiedlichen Drehzahlen gedreht, wodurch eine Exzenterhülse
9. zu einer Relativbewegung gegenüber einem Exzenterteil 2 veranlaßt wird, und zwar
über einen an einer Scheibe 7' der. Drehhülse 7 befestigten Bolzen 13 und ein Gleitstück
14. Hierbei bewegt sich eine Verbindungsstange 25 mehr oder weniger stark, und
auch
das Gleitstück 14 bewegt sich in Radialrichtung in einer Nut 12, die an einer Scheibe
9' der Exzenterhülse 9 ausgebildet ist.
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Bei einer Umdrehung der Drehhülse 7 werden die maximalen und minimalen
Amplituden der Verbindungsstange 25 durchlaufen. Die maximale Amplitude ergibt sich,
wenn die Exzenterrichtung des Exzenterteils 2 mit der Exzenterrichtung der Exzenterhülse
9 gemäß Figur 4 übereinstimmt, wobei sich die maximale Amplitude zu (el + e2) ergibt.
Die minimale Amplitude ergibt sich, wenn beide Exzenterrichtungen ubereinstimmen,
jedoch eine gegenseitige Abweichung von -(180°) haben, wie es in Figur 5 dargestellt
ist.
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Die Drehzahldifferenz ##D zwischen den Drehzahlen der Exzenter-D welle
1 und der Exzenterhülse 9 ergibt sich wie folgt: ##D = l/i[# - (# - ##)] = ## /i
Hierbei beinhalten # die Drehzahl der Antriebsmaschine 24 und (w -le ) die Drehzahl
der Antriebsmaschine 24'. Dementsprechend wird die Präzision der Amplitude bei einer
Einstellung derselben nur durch die Drehzahldifferenz zwischen den Antriebsmaschinen
24 und 24' bestimmt. Wenn daher ein passender Wert für AW gesetzt wird, kann auch
bei einer Änderung der Amplitude während des Gießvorgangs eine sehr große Amplitudenpräzision
erhalten werden, und zwar unabhängig von der Oszillations- -bzw. Schwingfrequenz.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
in Figur 3 dargestellt. Bei diesem Aufbau sind Zahnräder 26 sowie 29 an Antriebswellen
20 sowie 21 befestigt. Am unteren Teil eines Befestigungsrahmens 5 drehbar angebrachte
Antriebswellen 30 und 31 sind miteinander über eine Kupplung 22' verbunden. An den
Antriebswellen 30 und 31 sind mit den Zahnradern 26 und 29 kammende Zahnräder 27
und 28 angebracht. Ein Bypass-Kraftubertragungsinecha nismus 32 wird von diesen
Zahnrädern 26, 27, 28 und 29, Antriebswellen 30 sowie 31 und der Kupplung 22' gebildet.
Beim Auskuppeln einer Kupplung 22 und gleichzeitigem Einkuppeln einer Kupplung 22
wird die Drehkraft bzw. das Antriebsmnent einer Antriebsmaschine vermindert und
über die Kupplung 23, die Antriebswelle 2l, die Zahnräder 26 und 27, die Antriebswelle
30, die Kupplung 22', die
Antriebswelle 31 und die Zahnräder 28
und 29 auf die Antriebswelle 2o übertragen.
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Bei dem obigen Aufbau ist die Kupplung 22 während des Gießvorgangs
nämlich während des normalen Betriebes, eingekuppelt, während die Kupplung 22' ausgekuppelt
ist, und die Kegelräder 19 und 19' werden von der Antriebsmaschine 24 angetrieben
und mit derselben Drehzahl gedreht. Da das Untersetzungsverhältnis der Kegelräder
18 sowie 19 demjenigen der Kegelräder 18' sowie 19'entspricht, werden zwei Schnecken
16 sowie 17 einerseits und zwei Schneckenräder 3 sowie 11 andererseits mit derselben
Drehzahl gedreht. Dementsprechend ergibt sich keine Relativbewegung zwischen der
Exzenterwelle 1 und der Drehhülse 7, und es tritt auch keine Relativbewegung zwi
schen dem Exzenterteil 2 und der Exzenterhülse 9 auf. Der Exzenter teil 2 und die
Exzenterhülse 9 werden aber mit einer bestimmten relativen Exzentrizität gedreht,
so daß die Verbindungsstange 25 mit einer bestimmten Amplitude oszilliert bzw. schwingt.
Hierbei wird keine Relativbewegung bezüglich eines Gleitstücks 14 begründet.
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Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die Oszillations- bzw.
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Schwingamplitude der Gießform bzw. der Verbindungsstange 25 in der
folgenden Weise. Zuerst wird die Kupplung 22 zum Trennen der Welle 20 von der Welle
21 entkuppelt, während die Kupplung 22' eingekuppelt wird. Im Betrieb der Antriebsmaschine
24 wird deren Drehkraft bzw. Antriebsmoment bei der gleichen Drehzahl wie im Fall
des normalen Betriebes auf die Drehhülse 7 übertragen, doch erfolgt eine untersetzte
Übertragung auf die Exzenterwelle 1, und zwar über den Bypass-Kraftübertragungsmechanismus
32. Daher werden die Exzenterwelle 1 und die Drehhülse 7 mit verschiedenen Drehzahlen
gedreht, wodurch sich ene Relativbewegung zwischen der Exzenterhülse 9 und dem Exzenterteil
2 ergibt, und zwar über den an der Scheibe 7' der Drehhülse 7 befestigten Bolzen
13 und das Gleitstück 14. Hierbei bewegt sich die Verbindungsstange 25 mehr oder
weniger stark, und das Gleitstück 14 wird in radialer Richtung in einer Nut 12 verschoben,
die an der Scheibe 9' der Exzenterhülse 9 ausgebildet ist
Es sei
angenommen, daß die Zahnräder 26 und 28 jeweils 51 Zähne und die Zahnräder 27 und
29 jeweils 50 Zähne haben, wobei die Drehzahldifferenz (nämlich das Untersetzungsverhältnis)
zwischen den Wellen 21 und 20 mit 1 : 1,o404 ausgedrückt werden kann, was einer
Drehzahldifferenz von etwa 4 % entspricht. Wenn hierbei die Schwingfrequenz während
des Gießvorgangs loo Zyklen pro Minute beträgt, ergibt sich die relative Drehzahldifferenz
zwischen der Exzenterwelle 1 und der Exzenterhülse 9 zu 4 Zyklen pro Minute. So
ist es ersichtlich, daß während des Gießvorgangs eine sehr große Präzision bezüglich
der Amplitudenänderung erzielt werden kann, auch wenn die Vorrichtung bei einer
sehr großen Oszillationsfrequenz betrieben wird und wenn die Wechsel- bzw. Umschaltgeschwindigkeit
der Kupplungen 22 und 22' berücksichtigt wird.
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Wie es aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, kann die
Einstellung der Amplitude der Gießform erfindungsgemäß automatisch durch eine entfernte
Steuerung erfolgen, da ein doppelt exzentrischer Mechanismus vorhanden ist, so daß
die relative Verlagerung dieses Doppelexzentermechanismus durch Umwechseln bzw.
Umschalten einer Kupplung geändert werden kann. Da die Exzenterwelle und die Exzenterhülse
mit verschiedenen Antriebsquellen verbunden sind, und zwar über Verlangsamungsmittel,
und da sie mit unterschiedlichen Drehzahlen gedreht werden, um eine Einstellung
oder Änderung der Amplitude der Gießform vorzunehmen, kann eine sehr große Präzision
der Schwingamplitude auch dann erzielt werden, wenn die Einstellung oder Änderung
der Amplitude während des Gießvorgangs durchgeführt wird. Wenn ferner die Einstellung
oder Änderung der Oszillationsamplitude durch Drehen der Exzenterwelle und der Exzenterhülse
mit unterschiedlichen Drehzahlen über Bypass-Kraftübertragungsmittel erfolgt, kann
eine sehr große Präzision der Amplitude auch dann erzielt werden, wenn die Einstellung
während des Gießvorgangs durchgeführt wird. Da die Einstellung der Oszillationsamplitude
der Gießform bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch von entfernter Stelle
erfolgen kann, läßt sich der Einstellvorgang der Oszillationsamplitude bei fortgesetztem
Schwingbetrieb vornehmen. Und schließlich hat die erfindungsgemäs se Vorrichtung
einen einfachen Aufbau, und die Anzahl von angebrachten
Verbindungsglied-
bzw. Gelenkmechanismen kann erheblich reduziert werden. Dadurch läßt sich leicht
eine sehr kleine sowie genaue Amplitude erzielen.
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- Patentansprüche -