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Magnetische Kupplung für Geräte zur Niveau-,Druck - oder Stromungsüber-
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waschung flüssiger oder gasförmiger Medien.
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Für Geräte zur Niveau-,Druck - oder Strömungsüberwachung flüssiger
oder gasförmiger Medien sind eine große Reihe Niveauwächter, Druckschalter, Strömungsmesser
sowie Strömungswächter mit elektrischer Kontaktgabe bekannt, die sich bei der Ubertragung
der Änderung von Betriebszuständen von einem in Röhren oder Behältern angeordneten
Meßelement auf eine außerhalb angebrachte Anzeige - oder Schaltvorrichtung permanentmagnetischer
Bauelemente bedienen, von denen im allgemeinen eines am Meßelement und das a.ldere
an der Anzeige- oder Schaltvorrichtung vorgesehe ist.
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So ist es beispielsweise bekannt, Strömungswächter so aufzubauen,
daß in einem Rohr oder einem Ventilgehäuse ein Kolben durch den Druck des strömenden
Mediums gegen den Druck einer eingebauten Feder bewegt wird.
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Der Kolben trägt dabei eine oder mehrere Permanentmagnete, die auf
die außeiiliegeiide Schaltvorrichtung meist in der Form wirken, dass diese Schaltvorrichtung
als Reedschalter mit magnetisierbaren Schalt zungen ausgelegt ist. Ill Abhängigkeit
der strömenden Menge wird ein solcher Reedschalter, der in seiner Lage zur Fixierung
des gewünschten Schaltpunktes meist einstellbar ist, von dem oder den Permenelltmagneten
am Meßelement geschaltet. Eine Rückschaltung erfolgt, wenn die Strömungsmenge geringer
wird und den eingestellten unteren Schaltpunkt unterschreitet. Ähnliche Einrichtungen
unter Verwendung von Permanentmagneten am Messelemerlt sind auch für Strömungsanzeiger,
Druck-und Niveauwächter bekannt. So gibt es beispielsweise Strömungsanzeiger, die
einen oder mehrere Magnete am Messelement tragen, das als Strömungskcgel meist in
einem Glasrohr oder in einem unmagnetischen Metallrohr angeordnet ist. Außerhalb
des Rohres befinden sich drehbare Magnetstäbe, deren Drehbewegung in einer Ebene
erfolgt, die senkrecht zur Vorschubsrichtung des Messelelernentes liegt.
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Der am Messelelement befestigte Permanentmagnet, der meist stabförmig
eusgebildet ist, wirkt auf die entgegengesetzten Pole der Anzeigermagnete ein und
dreht diese in einer senkrecht zur Vorschubsrichtung des Mess -elementes liegenden
Ebene, wodurch die Änderung der Lage des Mess -elementes außerhalb des Rohres angezeigt
wird.
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Ähnliche Einrichtungen sind auch für die Uberwachung von Niveauständen
in Behältern bekannt geworden, in dellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmende
Messelelemente mit eingebauten Permanentmagneten auf außerhalb der Behälterwandung
angebrachte Anzeigeelemente magnetisch einwirkte.
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Schließlich ist auch eine Einrichtung bekannt geworden, bei der zarei
in Achsrichtung magnetisierte Stabmagnete mit ihrer gleichpoligen Stirnflächen eng
benachbart an der Messeinrichtung angeordnet sind, um eine besonders günstige Wirkung
auf eine größere Zahl äußerer amAnzeigegerät drehbar angeordneter Einzelstabmagnete
auszuüben und insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß bei plötzlichen Lage-veränderungen
der Messeeinrichtung durch Druckstöße oder dergleichen das Anzeigegerät ohne Zeitverzögerung
die Lage des Meßelementes anzeigt. Dieses wird dadurch erreicht, dass die mit ihren
gleichpoligen Stirnflächen benachbarten achsial am Messelelement angeordneten Stabmagnete
bei plötzlicher Lage-veränderung mit ihren Gegenpolen in die Nähe des gleichnamigen
Gegenpols des Magneten der Anzeigevorrichtung kommen, wobei dieser gleichnamige
Pol naturgemäß abgestoßen wird.
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Die vorgeschriebenen magnetischen Kupplungen für die Ubertragung der
Xnderung von Betriebszuständen haben sich an sich bewährt, jedoch haftet allen der
Nachteil an, daß die übertragenen Kräfte außerordentlich gering sind. Man hat bisher
versucht, diesen Nachteil dadurch auszugleichen, daß man entweder das Anzeigeglied
mit besonders geringer Masse ausbildet, oder aber dieses Anzeigeglied mit einem
Medium umgibt, das in seinem spezifischen Gewicht in etwa dem mittleren spezifischen
Gewicht der Anzeigevorrichtung entspricht. Weiterhin hat man versucht, den Nachteil
der nur geringen Kraftübertragung dadurch zu beseitigen, daß man die Anzeigeeinrichtung
besonders sorgfältig bei geringsten Reibungswerte lagert. Bei der letzteren Ausführungsform
zeigten sich jedoch im praktischen Betrieb schon nach relativ kurzer Betriebszeit
durch unwesentliche Änderung der Reibungsverhältnisse erhebliche Anzeigeunterschiede.
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Zusätzlich ist als Nachteil festzustellen, dass stets eine mehr oder
weniger große Hysterese zwischen der Lage des Messelementes und der der Vorrichtung
- insbesondere bei plötzliches Richtungswechsel des Messelementes - auftr-itt.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile bekannter magnetischer
Kupplungen für die Ubertragung der Ankerung voii Betriebszuständen von einem in
Rohren oder Behältern angeordneten Messelelement auf eine außerhalb angebrachte
Anzeige- und / oder Schaltvorrichtung an Geräten zur Strömungs-, Druck - oder Niveauüberwachung
flüssiger oder gasförmiger Medien unter Verwendung von Permailentmagneten mit benachbarten
gleichen Polen am Messinstrument und Folgemagneten an der Anzeige- und/oder Schaltvorrichtung
dadurch, dass zwei aus je zwei mit ihren gleichpoligen Stirnflächen benachbarten
als Hohlzylinder und/oder Zylinder ausgebilde-ten Magneten bestehende, dem Messelelement
und der Vorrichtung zugeordnete Magnet systeme gegenpolig zur hysteresefreien Bewegungsübertragung
angeordnet sind. Die Erfindung geht davon aus, dass die Magnetkraft zweier in Vorschubrichtung
magnetisierter Systeme, die vornehmlich zentrisch zueinander angeordnet sind, dadurch
erheblich gesteigert werden kann, daß beide Magnet systeme aus mindestens je zwei
Einzelmagneten aufgebaut werden, deren gleichpolige Flächen benachbart sind, wobei
die entstehenden Zwangspole entgegengesetzter polarität direkt aufeinander einwirken.
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Wenn dabei das am Messelelement befestigte Magnetsystem in der Mittelebene
zwei direkt benachbarte Südpole aufweist, so soll das an der Anzeigevorrichtung
angeordnete Magnet system in dieser Ehene zwei benachbarte Nordpole haben. Wird
die achsiale Länge der beiden Magnetsysteme in etwa gleich gewählt, so befinden
sich am Meßelement an den außenliegenden Stirnflächen des Magnetsystems je ein Nordpol,
während an der Anzeige- oder Schaltvorrichtung hier je ein Südpol auftr-itt.
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Wie praktische Versuche zeigen, kann bei zentrischer Anordnung dieser
beiden Magnetsysteme etwa die sechs- bis achtfache Kraft zwischen dem Magnetsystem
am Messelelement und dem Magnetsystem an der Anzeige- oder Schaltvorrichtung ohne
wesentliche Lagehysterese übertragen werden, als gleichvolumige achsial nur in einer
Richtung magnetisierte Magnet systeme gestatten.
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Die Abbildungen zeigen verschiedene Ausführungsformen des Erfindung
gedankens.
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FIG.1. Gibt schematisch vier Ausführungsformen wieder, die die gegenseitige
Anordnung der durch jeweils 2 Magnete erzeugten Zwangspole zeigen.
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Zylindrische, zentrisch einander zugeordnete Magnete sind in FIG.1
a dargestellt. FIG.1 b lässt quaderförmige, auf einer linearen Ebene aufeinander
einwirkende Magnetsysteme erkenne. FIG.1 c zeigt wiederrum hohlzylinderförmige Magnetsysteme
für die Ubertragung von Drehbewegungen, während FIG.1 d auf einer linearen Ebene
einander zugeordnete, für die Ubertragung von Drehbewegungen ausgebildete Systeme
erkennen lässt.
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FIG.2 zeigt den Längsschnitt eines unter Verwendung eines ansich bekannten
Geradsitz - oder Schrägsitzgehäuses, gemäß dem Erfindungsgedankens aufgebauten Strömungswächters
für flüssige oder gasförmige Medien.
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FIG.3 stellt ebenfalls einen Lingsschnitt eines Strömungswächters
dar, bei dem das Gehäuse als rohrförmiges Durchgangsgehäuse ausgebildet ist.
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In FIG. 4 ist eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens unter Verwendung
von Magnetsystemen dargestellt, bei denen jedes Magnetsystem aus mehr als zwei Einzelmagneten
aufgebaut ist.
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In FlG.1,a ist 1,2 das am Messelement angeordnete und 3,4 das mit
der Vorrichtung verbundene Magentsystem. Die Ringmagnete 1,2 sind achsial in Richtung
des Pfeiles 6 magnetisiert und mit ihren gleichpoligen Stirnflächen zusammengefügt.Die
als Zylinder oder Hohlzylinder ausgebildeten Magnete 3,4 sind ebenfalls achsial
in Richtung des Pfeiles 7 mageisjert, jedoch mit den zu den Magneten 1,2 entgegengesetzten
gleichpoligen Flächen zusammengefügt. Die entstehendeu Zwangspole an der Berührungsstelle
von 1,2 beispielsweise als Nordpol und 3,4 als Südpol halten die beiden Systeme
auf der gleichen Höhe, obwohl diese Systeme durch die rohrförmige Wandung D voneinander
getrennt sind. Es ist dabei ohne Bedeutung, ob die Magnete 1,2 dem Messelement und
5,4 der Vorrichtung oder umgekehrt 3,4 dem Messelement und 1,2 der Vorrichtung zugeordnet
sind. Die Bewegung eines Systems in Richtung des Pfeiles 6 bewirkt unverzüglich
eine Bewegung gleicher Länge des zweiten Systems in Richtung des Pfeiles 7 und umgekehrt.
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Bei FIG. 1 sind die beiden Magnetsysteme in einer Ebene angeordnet.
11,12 stellen quaderförmige Magnete dar, die ist Richtung des Pfeiles 16 magnetisiert
sind. Die Magnete 13,14 vorzugsweise gleicher Größe sind in Richtung des Pfeiles
17 magnetisiert. Auch hier sind durch das aufeislander= fügen gleichpoliger Stirnflächen
Zwangspole entstanden,
die beispielsweise au der Berührungsfläche
11 und 12 einen Nordpol und an der Berührungsfläche 13 und 14 einen Südpol bildet.
An den Außenflächen ist bei 11 und 12 je 1 Südpol und bei 13 und 14 je 1 Nordpol.
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Der blechförmige, unmagnetische Körper 15 trennt die beiden Magnetsysteme
voneinaltder. Unabhängig davon, welches Magnetsystem am Messelement und welches
an der Vorrichtung befestigt ist, erfolg eine hysteresefreie Nachführung des Systems
13, 14 in Richtung des Pfeiles 17, wenn sich das Magnetsystem 11,12 iii Richtung
des Pfeiles 16 bewegt und umgekehrt.
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In zIG.1,c ist eine Ausführungsform des Erfindungsgedanken gezeigt,
bei der die Magnet systeme konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jedoch
im Gegensatz zur Ausführung gemäß FIG.1,a die Magnetisierung in Umfangsrichtung
erfolgt. Die ringabschnittsförmigen Magnete 21 bis 24 sind in Umfangsrichtung gemäß
Pfeil 30 magnetisiert und liegen mit ihren gleichgerichteten Polen zusammen, sodaß
sie 2 Zwangssüdpole 21,22 und 23,24 und 2 Zwangsnordpole 21,24 und 22,23 bilden.
Durch das unmagnetische Rohr 29 ist der innere Magnetring 25,26,27,28 vom äußeren
Magnetring 21,22,23,24 getrennt. Wird nun beispielsweise der innere Magnetring in
Richtung des Pfeiles 31 angetrieben, wie es beispielsweise bei Turbinendurchflussmessern
der Fall ist, so rotiert der äußere Magnetring in Richtung des Pfeiles 30 in gleicher
Richtung.
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Wird der innere Magnetring beispielsweise mit einer Schinberklappe
gebunden, die entsprechend Druck oder Menge eine bestimmte Winkelstellung einnimmt,
so wird diese Winkelstellung über das unmagnetische Rohr 29 auf den außenliegenden
Magnetring 21,22,23,24 übertragen. Unabhähig von der Bewegungsrichtung und von der
Größe der auftretenden Beschleunigungskräfte folgt das angetriebene Magnetsystem
hysteresefrei dem am Messelement angeordneten treibenden Magnetsysteme. Es ist dabei
grundsätzlich gleichgültig, ob das innere oder äußere System angetrieben ist.
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FIG.1,d zeigt Längs-und Querschnitt einer Ausführungsform des Erfindungsgedankens
bei der je zwei Ringmagnethälften 41,42 sowie 43,44 durch eine Zwischenwand 46 voneinander
getrennt sind. Die beiden Hälften 41 und 42 liegen mit Ihren gleichpoligen Flächen
aufeinander und bilden einen Zwangssüdpol und einen Zwangsnordpol. Die Magnethälften
43 und 44 liegen ebenfalls mit ihren Stirnflächen aufeinander, wobei sie gegenüber
dem Zwangssüdpol einen Zwangsnordpol und gegenüber dem Zwangsnordpol einen Zwangssüdpol
haben.
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Alle verwendeten Ringhälften sind in Umfangsrichtung, wie durch den
Pfeil 45 gezeigt,magnetisiert.Auch diese Vorrichtung ist für die Ubertragung von
Dreh- oder Winkelbewegungen ausgeführt. Unabhähig davon1 welches Magnetsystem am
Messelement und welches an der Vorrichtung befestigt ist, werden Dreh- oder Winkelbewegungen
ohne Hysterese von einem auf das andere Magnetsystem über die unmagnetische Trennwand
46 übertragen. An Stelle der in jedem Magnetsystem gebildeten zwei Zwangspole können
eine größere Anzahl wie beispielsweise 4,6 oder mehr vorgesehen sein. Hierfür werden
die Ringabschnitte entsprechend der Anzahl der gewünschten Zwangspole nicht mehr
halbringförmig ausgeführt, sondern in entsprechend kleinerer Unterteilung wie beispielsweise
als Viertel- oder Sechstelringe.
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Die Längsschnitt in FIG.2 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen
r; genetischen Kupplung für eilen Strömungawächter unter Verwindung eines an sich
bekannten Gerad-oder Schrägsitzventilgehäuses mit einem gegen den Druck des strömenden
Mediums durch eine Feder abgestützten Kolben.
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Solche Geräte sind beispielsweise für die Strömungsüberwachung unter
Verwendung von Permanentmagneten auf den Kolben, sowie eines in der Zentralachse
des Kolbens im ruckfreien Raum befindlichen Reedkontaktes bekannt.
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Bei dem dargestelltengemäß der Erfindung ausgebildeten Strömungswächer
ist 51 das Geradsitzgehäuselin dessen Sitz 52 der Kolben 53 eingreift.
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Dieser Kolben 53 wird gegen den Druck des in Richtung des Pfeiles
55 strömenden Mediumsdurch die Feder 54 abgestützt. Der als Messelement ausgebildete
Kolben 53 trägt die beiden Magnetringe 55 und 56, die in Achsrichtung magnetisiert
sind und mit ihren gleichpoligen Stirnflächen in der Ebene 57 zusammen liegen. Entsprechend
der Menge des in Richtung des Pfeiles 55 strömenden Mediums hebt sich der Kolben
53 mehr oder weniger gegen den Druck der Feder 54. Im Innenraum der beiden Magnete
55 und 56, getrennt durch das aus unmagnetischen Werkstoff hergestellte Rohr 5,
befinden sich im druckfreiem Raum 59 die beiden Magnete 60 und 61vdie wiederum in
Achsrichtung magnetisiert sind und mit ihren gleichnamigen Polen in der Ebene 62
zusammen liegen. Ist der Zwangspol am Gebersystem 55,56 bei 57 ein Südpol, so ist
der Zwangspol der beiden Magnete 60,61 in der Ebene 62 ein Nordpol. Bei Bewegung
des Kolbens 53 wird das Magnetsystem 60,61 hysteresefrei durch das Magnetsystem
55,56 mitgeführt.
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Im dargestellten Beispiel ist über eine Achse 63 an dieses Magnetsystem
ein Linearpotentiometer 64 angeschlossen, dessen Widerstandswert sich entsprechend
der Lageveränderung des Magnetsystems 60,61 ändert. Durch Auswertung der Widerstandsänderung
kann entweder eine Mengenanzeige oder ein Schalten bei Uber- oder Unterschreitung
eines bestimmten Widerstandswertes herbeigeführt werden.
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An Stelle des Messwertauswerters 64 kann auch ein Differentialtransformator
treten. Auch die Anordnung eines pneumatischen Reflexauges, welches in seiner Höhe
verstellbar ist und bei Annäherung des Magnetsystems 60,b1 einen pneumatische Schaltimpuls
gibt, ist an Stelle des Linearpotentiometers 64 möglich.
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Der erfindungsgemäße Vorteil liegt vornehmlLch in der Tatsache, dass
auch bei rasch erfolgenden Richtungsänderungen des Gebersystems 55,56 das System
60,bs ohne Zeitverzögerung und hysteresefrei folgt.
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Fig.3 zeigt einen an sich bekannten)mit miteinem rohrförmigen Körper
71 ausgcrüsteten Strömungswächter, dessen Kolben 72 gegen den Druck des in Pfeilrichtung
79 strömenden Mediums durch eine Feder 75 abgestützt ist.
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Der Kolben 72 trägt die beiden Ringmagnete 73,74die wiederum erfindungsgemäß
mit ihren gleichnamigen Polen aufeinander liegen. Der Kolben 72 bewegt sich über
einen vorzugsweise konischen Zapfen 7b, dessen Form den Verschiebeweg des Kolbens
72 in Abhähigkeit von der Medienmenge bestimmt.
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An Stellen 77 und 7d ist der Kolben beispielsweise durch Flachführungen
aus Teflon im Gehäuse 71 geführt.
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* der im Strömungsreum liegenden Ringmagnete 73 und 74 In gleicher
Höher'sind außerhalb des Druckraumes die beiden Magnetringe 80 und ö1 angeordnet,
deren gleichnamige entgegengesetzten Pole aufeinandergefügt sind. Diese Magnete
werden von dem schematisch dargestellten> geteilten Haltering Ö2 geführt. Dieser
Haltering ist wiederum mit Führungsringen oder bändern 83 und 84 ausgerüstet und
wird bei Lageveränderung des Kolbens 72 in Richtung des Pfeiles 85 bewegt. Auf der
äußeren Gehäusefläche ist als Magnetfeldauswerter ein Mikroschalter ö6 vorgesehen,
dessen Btigungszapfen 87 vom Haltering 82 beaufschlagt wird. Der Mikroschalter 66
ist in Richtung des Pfeiles 88 verstellbar, um eine Schaltung bei
der
gewünschten Volumenmenge sicherw5ustellen.
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Selbstverständlich kann dieser Mikroschalter auch vor dem Ring 82
angeordnet werden. An Stelle des Mikroschalters kann auch in diesem Fall ein DiffererLtialtransformator
durch das zweite Magnetsystem angetrieben werden. Auch die Verwendung eines Linearpoteiometers
ist möglich. Endlich ist auch die Anordnung einer mechanisch arbeitenden Zeigervorrichtung
ausführbar.
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Die in Fig 4 dargestellten Magnet systeme bestehen aus Ringmagneten
91 bis 110. Die innerhalb eines Rohres 113 angeordneten Magnete 91 - 100 bilden
an ihren Stirnflächen, beispielsweise 91,96 einenNordpol und an den Stirnflächen
beispielsweise 96,92 einen Südpol. Diese Zwangspole wechseln sich auf der gesamten
Länge des Magnetsystems ab. Das Magnetsystem, bestehend aus den Ringmagneten 101
- 110 weist in jeweils gleicher Ebene die entsprechenden entgegengesetzten Zwangspole
auf. Der Magnet 101 bildet mit dem Magneten 106 einen Südpol, während der Magnet
106 mit dem Magneten 102 einen Zwangsnordpol bewirkt. Auch hier wechseln sich die
Zwangspole auf der gesamten Länge des Magnetsystemes ab. Wird nun das im Rohr befindliche
Magnetsystem in Richtung des Pfeiles 112 bewegte sofolgt das außerhalb des Rohres
angeordnete Magnetsystem hysterese-und verzögerungsfrei in Richtung des Pfeiles
111.
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Im dargestellten Beispiel sind die Magnete des inneren und äußeren
Magnetsystemes als Ringmagnete ausgebildet. Das innere Magnetsystem kann auch aus
zylindrischen Magneten bestehen.Weiterhin können die Magnete aus ringabschnittsförmigen
Einzelmagneten aufgebaut sein. Endlich können auch all Stelle von rotationssymetrischen
Magneten quaderförmige Magnete verwendet werden.
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