DE2600403A1 - Induktive steckkupplung - Google Patents

Induktive steckkupplung

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DE2600403A1 DE19762600403 DE2600403A DE2600403A1 DE 2600403 A1 DE2600403 A1 DE 2600403A1 DE 19762600403 DE19762600403 DE 19762600403 DE 2600403 A DE2600403 A DE 2600403A DE 2600403 A1 DE2600403 A1 DE 2600403A1
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Description

Die Erfindung betrifft induktive Steckkupplungen insbesondere von der Art, die zur Verv/endung in Nachrichtenübertragungssysternen geeignet sind, obgleich ihre Verwendung nicht hierauf beschränkt ist, und die zur Impedanzanpassung mit einer sogenannten Blindlast versehen ist.
Elektrische Kupplungen sind durch mindestens zwei Teile gekennzeichnet, die miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Die meisten elektrischen
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Kupplungen sind von einer Art, die als direkte Kupplungen bezeichnet v/erden können. Bei einer direkten Kupplung werden elektrisch leitende Kontakte der beiden Teile in physikalischen Kontakt miteinander gebracht, wenn die Kupplung gesteckt wird, wodurch ein elektrisch leitender Weg durch die Kupplung geschaffen wird. Bei direkten elektrischen Kupplungen bestehen einer oder mehrere der folgenden Nachteile: Lichtbogenbildung oder Funkenbildung; Kontaktkorrosion, Lochfraß oder Oxydation; die NichtVerwendbarkeit in einer explosiven Atmosphäre oder in der Umgebung eines elektrisch leitenden Mediums, wie Wasser.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden induktive Kupplungen vorgeschlagen. Bei einer induktiven Kupplung findet kein direkter Übergang elektrischer Energie von dem einen Kupplungsteil zum anderen statt. Stattdessen ist die elektrische Energie induktiv von den einen Kupplungsteil zum anderen nach Art eines Transformators gekoppelt. Eine einfache Form einer induktiven Kupplung besteht aus einem Steckerteil mit einer Spule, die auf einen ferromagnetischen Kern aufgewickelt oder uri einen solchen herumgewickelt ist, und aus einem Buchsenteil mit einer Öffnung zur Aufnahme des Kerns, die von einer Spule umgeben ist.
Induktive Kupplungen können in einem leitenden Medium, wie Wasser, verwendet v/erden und sind sowohl in Starkstrorcnetzen als auch in Nachrichtenübertragungssystemen verwendbar. Bei den bekannten induktiven Kupplungen besteht jedoch ein Problem, wenn sie in Nachrichtenübertragungssystemen verwendet werden, nämlich das Problem der Impedanzanpassung, wenn verschiedene induktive Kupplungen des Systems gesteckt und gelöst sind. Es sei bei-
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spielsweise der Fall betrachtet, bei welchen ein Generator (Sender) mit 20 Multiplex-Ausgangskanälen mit verschiedenen Empfängern verbunden sind. Kenn eine oder mehrere der induktiven Kupplungen gelöst sind, entsteht sofort eine Impedanzfehlanpassung, die zu einer schlechten oder unbrauchbaren Leistung des Systems führt. Die Impedanzfehlanpassung folgt aus dem Umstand, daß, wenn die beiden Teile einer der induktiven Kupplungen getrennt werden, die durch den Generator im Kanal gesehene Impedanz, in welchem sich die Kupplung befindet, sich zu einer induktiven Last von niedriger Impedanz ändert.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine induktive Kupplung mit einer Blindlast zu entwickeln, damit das vorerv/ähnte Impedanzfehlanpassungsproblem vermieden werden kann.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß in der britischen Patentschrift 1 366 134 vom 11. September 1974 eine induktive Kupplung und verschiedene Systeme zur Begrenzung des Stroms im Primärkreis derselben, wenn die beiden Teile der Kupplung getrennt werden, beschrieben sind. Bei einer Ausführungsform wird die Strombegrenzung dadurch erzielt, daß die Primärwicklung in einen Stromkreis geschaltet wird, der zumindest annähernd auf die Frequenz der Speisung abgestimmt ist, wenn die Teile der Kupplung verbunden werden, jedoch durch die Trennung der Teile verstimmt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Impedanz des Primärkreises daran gehindert, zu niedrig zu v/erden, wenn die Kupplungsteile durch die zusätzliche Verwendung eines "Ankers" für den primären magnetischen Kreis getrennt werden. Die gleiche Lösung wurde in der britischen Patentschrift 392 052 vom 11.5.1933 vorgeschlagen. In beiden Fällen sind die Systeme und Vorrichtungen, die
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in den genannten Patentschriften beschrieben sind, auf die Begrenzung des Primärstromes und nicht auf die Impedanzanpassung gerichtet.
Im besonderen ist Gegenstand der Erfindung eine induktive Kopplung mit einem ersten und einem zweiten Teil, die zusammenwirken und voneinander trennbar sind, welche Teile in eine erste Zusammenwirkungsstellung beweglich sind, in welcher elektrische Energie zwischen den erwähnten Teilen induktiv gekoppelt werden kann, welche Teile voneinander getrennt werden können, um den Fluß der elektrischen Energie zwischen den Teilen zu unterbrechen, der erste Teil eine erste und eine zweite Spule aufweist, der zweite Teil eine dritte Spule, wobei die erste und die dritte Spule so ausgebildet und angeordnet sind, daß, wenn sich die erwähnten Teile in der ersten Stellung befinden, die erste und die dritte Spule induktiv gekoppelt sind, während die zweite Spule in eine Stellung beweglich ist, in welcher sie mit der ersten Spule induktiv gekoppelt ist, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt werden, eine Impedanz in den Stromkreis der zweiten Spule geschaltet ist und dem zweiten Teil Mittel zugeordnet sind, durch welche die zweite Spule aus der induktiven Kopplung mit der ersten Spule bewegt wird, wenn die erwähnten Teile in die erste Stellung bewegt werden.
In den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in Fig. 1-4 dargestellt, welche Schnittansichten durch erfindungsgemäße induktive Kupplungen zeigen.
In Fig. 1 ist eine doppelseitig gerichtete, automatisch belastete induktive Kupplung dargestellt. Sie wird durch
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einen Steckerteil 10 und einen Buchsenteil 11 gebildet. Beide Teile haben gewöhnlich eine zylindrische Form, welche Form jedoch keinen kritischen Faktor darstellt.
Der Steckerteil 10 besitzt ein Gehäuse 12 aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material, in welchem eine Spule bzw. Wicklung 13 eingekapselt bzw. angeordnet ist. Die Spule 13 ist mit Zuleitungen 14 verbunden, die aus dem Gehäuse 12 herausgeführt sind. Im Gehäuse 12 ist ein Kern 15 aus ferromagnetischern Material befestigt. Ein Ferritkern ist besonders geeignet. Die Spule 13 ist um den Kern 15 herumgewickelt. An dem einen Ende des Kerns 15 befindet sich eine unmagnetische Stirnkappe 16.
Der Buchsenteil 11 weist ein Gehäuse 17 aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material auf, in welchem eine Spule bzw. Wicklung 16 eingekapselt bzw. angeordnet ist. Die Spule 18 ist mit Zuleitungen 19 verbunden, die aus dem Gehäuse 17 herausgeführt sind. Innerhalb des Gehäuses 17 ist eine öffnung bzw. ein Hohlraum 20 vorgesehen und die Spule 18 umgibt denjenigen Teil der öffnung 20, der sich an dem einen Ende des Gehäuses 17 befindet.
Innerhalb des Hohlraums 20 befindet sich ein im wesentlichen zylindrischer Einsatz 21 aus elektrisch isolierendem Material, in welchem eine Spule oder Wicklung 22 angeordnet ist, die mit einem Widerstand 23 oder einer anderen Belastungsimpedanz verbunden ist, welche ebenfalls im Einsatz 21 so angeordnet ist, daß sie eine Blindlast bildet. Die Spule ist um einen ferromagnetischen Kern 24 herumgewickelt, der im Einsatz 21 angeordnet oder eingebettet ist. Der Einsatz 21 ist in die in Fig. 1 gezeigte Stellung durch eine Feder belastet, obwohl auch andere Belastungsanordnungen verwendet werden könnten. Der Einsatz 21 ist mit einem Flansch 26
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ausgebildet, der mit einem Flansch 27 zusammenwirkt, welcher am Gehäuse 17 vorgesehen ist, um den Einsatz in der richtigen Stellung zu halten.
Wenn die Kupplungsteile IO und 11 getrennt sind, wie Fig. zeigt, nimmt der Einsatz 21 unter der Wirkung der Feder 25 die in Fig. 1 gezeigte Stellung ein. In dieser Stellung sind die Spulen 18 und 22 induktiv gekoppelt und der Generator (nicht gezeigt), der mit den Zuleitungen 19 verbunden ist, statt sich einer induktiven Belastung von niedriger Impedanz gegenüberzusehen, wie es der Fall wäre, wenn keine Blindlast vorgesehen wäre, sieht sich einer Belastungsimpedanz gegenüber, die annähernd gleich dem Produkt aus dem Windungsverhältnis der Spulen 18 und 22 und dem Wert des Widerstandes 23 ist. Durch eine Veränderung entweder des Windungsverhältnisses oder des Wertes des Widerstandes 23 kann diese Belastungsimpedanz identisch derjenigen gemacht werden, der sich der Generator gegenübersieht, wenn die beiden Teile der induktiven Kupplung miteinander verbunden sind.
Wenn die beiden Teile 10 und 11 miteinander verbunden werden, wird der Einsatz 21 zum hinteren Ende des Hohlraums 20 entgegen der Wirkung der Feder 25 durch das Einführen des Kerns 15 und der Stirnkappe 16 in den Hohlraum 20 verschoben. Die Spule 18 umgibt dann den Kern 15, so daß eine induktive Kopplung zwischen den Spulen 13 und 18 über den Kern 15 erzielt wird.
Die Kupplung nach Fig. 1 ist doppelseitig gerichtet, da die Spulen 13 und 18 den gleichen oder etwa den gleichen Abstand vom Kern 15 haben, wenn die Kupplung gesteckt ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist der in Fig. 1 dargestellten mit der Ausnahme ähnlich, daß mehrere Spulen
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13a und 13b, 18a und 18b, 22a und 22b mehrere Kerne 15a und 15b, 24a und 24b, mehrere Zuleitungen 14a und 14b, 19a und 19b und mehrere Widerstände 23a und 23b vorgesehen sind. Ferner ist ersichtlich, daß, wenn die Kupplungsteile ζusammenge seekt sind, die Spulen 13a und 13b sich zwischen den Spulen 18a und 18b und den Kernen 15a und 15b befinden. Infolge des Unterschiedes im Abstand zwischen den Kernen 15a und 15b und Spulen 13a und 13b und Spulen 18a und 18b ist die Kupplung nach Fig. 2 eine einseitig gerichtete Kupplung in dem Sinne, daß sie wirksamer zur Kopplung elektrischer Energie in der einen Richtung (vom Stecker zur Buchse) als in der anderen Richtung ist.
Es können natürlich mehr Kanäle als nur zwei versorgt werden, wenn das in Fig. 2 gezeigte Prinzip mehrerer Bauelemente erweitert wird.
Hierbei ist zu erwähnen, daß in Fig. 1 und 2 keine besondere Vorrichtung dargestellt ist, durch welche die Stecker- und Buchsenteile zusammengehalten werden. Es kann für diesen Zweck jede beliebige geeignete Vorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann der Steckerteil mit einem Aussengewinde versehen sein und am Buchsenteil eine mit einem Innengewinde versehene Kappe angeordnet sein, die mit Bezug auf den Buchsenteil drehbar ist, jedoch an diesem, beispielsweise durch zusammenwirkende Flansche, befestigt ist. VJenn die beiden Teile der Kupplung miteinander verbunden werden sollen, braucht die Kappe lediglich auf den Stecker aufgeschraubt zu werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Teile der Kupplung im Querschnitt rechteckig sind, sind an Stelle der zylindrischen Kerne 15 und 24 von Fig. 1 sogenannte Topfkerne vorgesehen. Ein Topfkern ist
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lediglich eine Scheibe aus ferromagnetische^ Material, die mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, in welcher sich eine ringförmige Wicklung befindet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Topfkern auch für die Wicklung 18 vorgesehen und eine enge Kopplung der Wicklungen 13 und 18 oder 22 und 18 wird mit Hilfe einer federbelasteten Kugel 50 erzielt, die sich gegen den Teil des Steckergehäuses 12 abstützt, der den Kern 15 enthält, wenn die Kupplungsteile miteinander gekuppelt sind, und gegen den Einsatz 21, wenn die Kupplungsteile voneinander getrennt sind.
Wie erwähnt, kann der Einsatz 21 durch andere Mittel als durch eine Feder beweglich gemacht werden. Bei der Ausführungsform nach Fig.. 3 ist in dem Einsatz 21 ein Magnet 31 eingebettet und ein anderer Magnet ist im Gehäuse 12 an der angegebenen Stelle eingebettet. Die Magnete sind so gepolt, daß sie einander anziehen. Daher wird, wenn der Steckerteil aus dem Buchsenteil entfernt wird, der Einsatz 21 automatisch zum offenen Ende des Hohlraums 20 bewegt. Diese Bewegung kommt zum Stillstand, wenn Anschläge am Einsatz 21 und am Buchsengehäuse 17 zur Anlage kommen, worauf die Spule 22 mit der Spule 18 induktiv gekoppelt ist, da sie sich in direkter Ausfluchtung mit ihr befindet.
Ferner ist zu erwähnen, daß der Magnet 32 ein Elektromagnet sein kann. In diesem Falle kann die Bewegung des Einsatzes dadurch gesteuert werden, daß die Stromzufuhr zum Elektromagneten gesteuert wird. Daher wird, wenn aus irgendeinem Grunde der Einsatz 21 nicht in seine normale Stellung bewegt werden soll, wenn die Kupplungsteile getrennt sind, dieser Elektromagnet nicht erregt.
Der Einsatz 21 kann auch durch hydraulische oder pneumatische
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Mittel bewegt werden, gegebenenfalls automatisch gesteuert.
Ferner ist zu erwähnen, daß der Einsatz 21 nicht unbedingt dem Buchsenteil 11 zugeordnet zu sein braucht. Er kann dem Steckerteil 10 zugeordnet werden oder es können Einsätze 21 sowohl für den Steckerteil als auch für den Buchsenteil vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Einsatz 21 dem Steckerteil 10 zugeordnet und wenn die beiden Teile der Kupplung voneinander getrennt werden, belastet die Feder 25 den Einsatz 21 so, daß die Spulen 13 und 22 induktiv gekoppelt werden, in welchem Falle sich der Einsatz 21 in einer im Steckerteil 10 vorgesehenen Öffnung 40 bewegt.
Obwohl bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ferromagnetische Kerne verwendet worden sind, ist es dem Fachmann bekannt, daß solche Kerne bei hohen Frequenzen nicht erforderlich sind und daher in solchen Fällen v/eggelassen v/erden können. In den genannten Fällen können Luftkerne oder Kerne aus anderen Materialien, wie Kunststoff, verwendet werden.
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung wirkt, wenn der Einsatz 21, beispielsweise durch eine hydraulische oder pneumatische Kraft, mit ausreichender Kraft angetrieben wird, um die beiden Teile der Kupplung voneinander zu trennen, die Kupplung wie ein Schalter und kann auch als solcher verwendet werden.
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Claims (20)

Ansorüche :
1.j Induktive Steckkupplung mit einem ersten und einem zweiten Teil, die miteinander zusammenwirken und voneinander trennbar sind, welche Teile in eine erste Zusaitunenwirkungssteilung beweglich sind, in welcher elektrische Energie zv/ischen den erwähnten Teilen induktiv gekoppelt werden kann, welche Teile voneinander trennbar sind, um den Fluß elektrischer Energie zwischen den erwähnten Teilen zu unterbrechen, der erste Teil eine erste Spule aufweist, der zweite Teil eine dritte Spule, wobei die erste und die dritte Spule so ausgebildet und angeordnet sind, daß, wenn die erwähnten Teile sich in der ersten Stellung befinden, die erste und die dritte Spule induktiv gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (11) eine zweite Spule (22) aufweist, welche in eine Stellung beweglich ist, in der sie mit der ersten Spule (18) induktiv gekoppelt ist, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind, eine Impedanz (23) in den Stromkreis der zweiten Spule (22) geschaltet ist, und Mittel dem zweiten Teil (10) zugeordnet sind, um die zweite Spule (22) aus dem induktiven Kopplungsverhältnis mit der ersten Spule (18) zu bewegen, wenn die erwähnten Teile (10, 11) in die erste Stellung bewegt werden.
2. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, durch
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welche die zweite Spule (22) in eine Stellung bewegt werden kann, in welcher sie mit der ersten Spule (18) induktiv gekoppelt ist, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur automatischen Bewegung durch eine Feder (25) gebildet werden.
4. Kupplung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen beweglichen Einsatz (21) , von welchem die zweite Spule (22) getragen wird und welcher durch die Feder (25) belastet ist und zusammenwirkende Jvnschläge (26, 27) am Einsatz (21) und an dem ersten Teil (11) zur Begrenzung der Bewegung des Einsatzes in der Richtung, in welcher die Feder den Einsatz belastet, in eine Stellung, in welcher die erste und die zweite Spule (18 bzw. 22) induktiv gekoppelt sind, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind.
5. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen beweglichen Einsatz (21), der die zweite Spule (22) trägt, wobei die Mittel zur automatischen Bewegung durch einen vom Einsatz (21) getragenen ersten Magneten (31) und einen zweiten Magneten (32) gebildet werden, der von den dem zweiten Teil zugeordneten Mitteln getragen wird, welche Magnete so gepolt sind, daß sie einander anziehen und zueinander gezogen werden, wenn sich die erwähnten Teile in der ersten Stellung befinden, so daß/ wenn die erwähnten
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Teile getrennt werden, die Anziehung zwischen den Magneten den Einsatz in eine Stellung bewegt, in welcher die erste und die zweite Spule induktiv gekoppelt sind.
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Magnete ein Elektromagnet ist.
7. Kupplung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Anschlag am Einsatz (21) und air, ersten Teil, welche Anschläge zusammenwirken, um die Bewegung des Einsatzes (21) in der Richtung zu begrenzen, in v/elcher der Einsatz sich bewegt, wenn die Teile in eine Stellung gedrängt werden, in welcher die erste und die zweite Spule induktiv gekoppelt sind, wenn die erwähnten Teile getrennt sind.
8. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Kern (15) aus ferromagnetischem Material, wobei die dritte Spule (13) zumindest um einen Teil des ersten Kerns herumgewickelt ist.
9. Kupplung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Kern (24) aus ferromagnetische^ Material, wobei die zweite Spule (22) um mindestens einen Teil des zweiten Kerns herumgewickelt ist, v/elcher zweite Kern mit der zweiten Spule beweglich ist.
10. Kupplung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen
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dritten Kern aus f er romagneti schein Material, wobei die erste Spule (18) zumindest um einen Teil des dritten Kerns herumgewickelt ist.
11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Kerne Topfkerne sind.
12. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material Ferrit ist.
13. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Widerstand ist.
14. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spulen eine Längsachse hat, wobei die Spulen so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Längsachsen aller Spulen zusammenfallen, wenn sich die erwähnten Teile in der ersten Stellung befinden.
15. Kupplung nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule in eine Stellung beweglich ist, in welcher sie innerhalb der ersten Spule gleichachsig angeordnet ist, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind.
16. Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule in eine Stellung beweglich ist, in welcher
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die erste Spule gleichachsig innerhalb der zweiten Spule angeordnet ist, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind.
17. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spulen eine Längsachse hat, wobei die Spulen so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Längsachsen der ersten und der dritten Spule zusammenfallen, wenn die Teile sich in der ersten Stellung befinden, die zweite Spule sich von der einen Seite der ersten und der dritten Spule in Abstand befindet, wobei ihre Längsachse parallel zu den Längsachsen der ersten und der dritten Spule ist, wenn die Teile sich in ihrer ersten Stellung befinden, die zweite Spule in eine Stellung beweglich ist, in welcher ihre Längsachse mit der Längsachse der ersten Spule zusammenfällt, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind.
18. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spule gleicha sig innerhalb der ersten Spule angeordnet ist, wenn sich die Teile in der erwähnten ersten Stellung befinden.
19. Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule gleichachsig innerhalb der dritten Spule angeordnet ist, wenn die erwähnten Teile sich in der ersten Stellung befinden.
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20. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei erste Spulen, zwei zweite Spulen, zwei dritte Spulen und zwei Impedanzen vorgesehen sind, wobei die erste und die dritte Spule so ausgebildet und angeordnet sind, daß, wenn die erwähnten Teile sich in der ersten Stellung befinden, eine der ersten Spulen mit einer der dritten Spulen induktiv gekoppelt ist und die andere erste Spule mit der anderen dritten Spule induktiv gekoppelt ist, die zweiten Spulen in Stellungen beweglich sind, in welchen, wenn die erwähnten Teile voneinander getrennt sind, eine der zweiten Spulen mit einer der ersten Spulen induktiv gekoppelt ist und die andere zweite Spule mit der anderen ersten Spule induktiv gekoppelt ist, eine der Impedanzen in den Stromkreis einer der zweiten Spulen geschaltet ist, die andere Impedanz in den Stromkreis der anderen zweiten Spule geschaltet ist, wobei die dem zweiten Teil zugeordneten Mittel dazu dienen, die zweiten Spulen aus dem induktiven Kopplungsverhältnis mit den ersten Spulen herauszubewegen, wenn die erwähnten Teile in die erste Stellung bewegt werden.
Für: PELCON LIMITED
PATOiTANWALTE
OE-WK*. H. FIfJCKE, DIPU-ING. H. »OHS 0IPln-ING. t. STAEGSR
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809823/0623
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