DE2726799A1 - Frequenzweiche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzweiche für elektrische und elektronische Geräte, insbesondere unter Verwendung dielektrischer Filter, die mit einem Antennenschaltkreis verbunden sind und wahlweise zum Senden und Empfangen von Radiosignalen verwendet werden.

Gewöhnlich werden bei elektrischen und elektronischen Geräten, insbesondere für die Radiokommunikation, Frequenzweichen verwendet, die zwischen Antennenschaltkreisen und Sendern sowie Empfängern geschaltet sind, um ein wirksames selektives Senden und Empfangen von Radiosignalen zu erreichen.

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Gemäß Fig. 1 weist eine bekannte Frequenzweiche der oben beschriebenen Art im allgemeinen dielektrische Filter Fa und Fb auf, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse Fa1 und Fa2 bzw. Fb1 und Fb2 aufweisen, wobei ein T-förmiger Adapter T mit seinem einen Ende Ta mit dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluß Fa2 des Filters Fa über eine koaxiale Leitung Ca und das andere Ende Tb mit dem Eingangs- und Ausgangsanschluß Fb2 des Filters Fb über eine koaxiale Leitung Cb verbunden sind. Ein Eingangs- und Ausgangsanschluß Tc des Adapters T ist normalerweise mit einer nicht dargestellten Antenne verbunden, während einer der beiden Eingangs- und Ausgangsanschlüsse Fa1 und Fb1 der Filter Fa und Fb mit einem nicht dargestellten Sender und der andere Anschluß der gleichen Anschlüsse mit einem nicht dargestellten Empfänger verbunden ist. Die Phaseneinstellungen der bekannten Frequenzweiche gemäß obiger Beschreibung werden üblicherweise bewirkt durch Veränderungen der Längen der koaxialen Leitungen Ca und Cb.

Die bekannten Frequenzweichen der oben beschriebenen Art weisen jedoch die folgenden verschiedenen Wachteile auf:

1. Es ist schwierig, eine Frequenzweiche mit geringen Einleitungsverlusten zu erhalten, und zwar aufgrund der Verluste in den Koaxialleitern Ca und Cb.

2. Um die verschiedenen Teile in einem Gehäuse einzupassen, müssen die Koaxialleiter in dem gleichen Gehäuse angeord-

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net sein, so daß die Filter in der Regel groß ausgebildet sein müssen.

3. Da die bekannten Freauenzweichen eine große Anzahl von Bauteilen aufweisen, mit dem daraus folgenden komplizierten Aufbau, ergeben sich hohe Bauteil- und Zusammenbaukosten.

k. Bei den Phaseneinstellungen, die zum Vermeiden von Reflexionen an den Verbindungen zwischen den Filtern Fa und Fb erforderlich sind, ist es notwendig, die Längen der Koaxialleiter Ca und Cb durch Abschneiden und Wiederverbinden der Leiter zu verändern, so daß für die Phaseneinstellungen ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich ist. Außerdem ist es schwierig, Feineinstellungen der Phaseneinstellungen durch die Änderung der Längen der Koaxialleiter Ca und Cb zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Frequenzweiche unter Verwendung von dielektrischen Filtern zu schaffen, bei der die Verwendung von Koaxialleitern vermieden wird, so daß eine Verringerung der Einleitungsverluste, eine geringere Anzahl von Bauteilen und damit ein kompakter Aufbau der Frequenzweiche insgesamt erreicht wird. Außerdem sollen die Phaseneinstellungen erleichtert werden. Schließlich sollen mit der erfindungsgemäßen Frequenzweiche eirl einfacher Aufbau, eine stabile Arbeitsweise und geringe Herstellungskosten erzielt werden.

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Die erfindungsgemäße Frequenzweiche zeichnet sich aus durch zwei dielektrische Filter, die jeweils in einem Gehäuse aus metallischem liaterial eine Erregungseinrichtung oder einen Erregungsstab, eine Erregungsstange und mindestens einen dielektrischen Resonator aufweisen, der zwischen der Lrregungseinrichtung und der Erregungsstange angeordnet ist, während die Erregerstangen für die zwei dielektrischen Filter über Verbindungseinrichtungen so miteinander verbunden sind, daß eine Kopplung hergestellt wird, wobei die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse entsprechend mit einer Verbindung zwischen den Erregerstangen verbunden sind, und außerdem mit dem einen Ende jeder der Erregereinrichtungen, so daß keinerlei Koaxialleiter od.dgl. erforderlich sind und damit die wesentlichen Nachteile der bekannten Frequenzweichen vermieden werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bekannten Frequenzweiche,

Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Frequenzweiche,

Fig. 3 eine Querschniti^ansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2, und

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Fig.4a Diagramme der Abhängigkeit der elektrostatischen

bis 4c

Kapazität zwischen freien Enden der Erregerstangen und einem Gehäuse relativ zum elektrischen Strom.

In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern in allen Figuren gekennzeichnet,

In den Fig. 2 und 3 ist eine Frequenzweiche FB gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Frequenzweiche FB weist ein Gehäuse 1 aus elektrisch leitfähigem Material auf, das in geeigneter Weise rechtwinklig aufgebaut ist, und zwar mit Seitenwänden 1a, 1b, 1c und 1d, mit ein/ gegenüberliegenden Abdeckwänden 1e und 1f, und ist in zwei Kammern 2 und 3 in Längsrichtung durch eine Trennwand 1g aus ähnlichem leitfähigen Material unterteilt, die im Mittelabschnitt des Gehäuses 1 vorgesehen ist. In jeder der Kammern 2 und 3 sind mindestens eine oder mehrere zylindrische dielektrische Resonatoren, beispielsweise dielektrische Resonatoren R1, R2, R3 und R4 oder R5, R6, R7 und R8 in einer Reihe im Abstand zueinander gemäß Fig. 3 angeordnet; diese Resonatoren sind an einer Abdeckwand 1e mit Hilfe von Befestigungsschrauben S1, S2, S3 und S4 oder S5, S6, S7 und S8, beispielsweise aus Kunststoffmaterial, über zylindrische Isolierteile d1, d2, d3 und d4 oder d5, d6, d7 und d8 in bekannter Weise befestigt. In der anderen Abdeckwand 1f sind an Stellen entsprechend den Resonatoren R1 bis R4 und R5 bis R8

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Frequenzeinsteilschrauben ti, t2, t3 und t4 sowie t5, t6, t7 und t8 zur Einstellung der Frequenz vorgesehen. In der Nähe der Endabschnitte der Kammern 2 und 3 sind an Stellen in der Nähe der Seitenwand 1d des Gehäuses 1 eine Erregereinrichtung oder Erregers_tangen E2 und E3 als Erregungsstabeinrichtungen in Breitenrichtung des Gehäuses 1 angeordnet, wobei die inneren Enden der Stäbe E2 und E3 an der Trennwand 1g über Isolierteile E2d bzw. E3d befestigt sind, während die äußeren Enden der gleichen Stäbe E2 und E3 entsprechend mit den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen 12 und 13 verbunden sind, die an den Seitenwänden 1b und 1c des Gehäuses 1 befestigt sind. Dagegen sind an den anderen Endabschnitten der Kammern 2 und 3 an Stellen in der Nähe der Seitenwand 1a des Gehäuses 1 Erregerstangen Ea und Eb in Breitenrichtung des Gehäuses 1 angeordnet, wobei die inneren Enden der Stangen Ea und Eb an einer Verbindungsstelle Ec in einer Öffnung miteinander verbunden sind, die in der Trennwand 1g ausgebildet ist, während die gegenüberliegenden äußeren Enden der Stangen Ea und Eb in entsprechenden Öffnungen sind, die in den zylindrischen, dielektrischen Bauteilen Ed ausgebildet sind, die in Bohrungen von Einstellschrauben Es aufgenommen sind, die in die Seitenwände 1b und 1c des Gehäuses 1 zur dortigen Befestigung eingeschraubt sind. Die Erregerstangen Ea und Eb sind an ihrer Verbindung oder an ihrem Mittelteil Ec unmittelbar mit einem inneren Leiter Ia eines Eingangs- und Ausgangsanschlusses 11 verbunden, der starr an der Seitenwand 1a des Gehäuses 1 befestigt ist, während ein anderer Leiter Ib des Anschlusses 11,

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der den Mttelabschnitt Ec umgibt, von dem inneren Leiter Ia durch ein Isolierteil Id isoliert ist, so daß die Innen- und Außenleiter Ia und Ib des Eingangs- und Ausgangsanschlusses 11 und das Isolierteil Id eine Verbindungseinrichtung der Ertj regerstangen Ea und Eb bilden, um eine einzige Erregerstange zu bilden, d.h. durch eine Kopplungseinrichtung E1 hinsichtlich der Erregerstangen E2 und E'j>. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Lrregerstangen Ea und Eb, die oben als getrennt ausgebildet beschrieben worden sind, um an

-^O der Verbindungsstelle Ec verbunden zu werden, als einzige Erregungsstange ausgebildet sein können, um das Verbindungsteil mit dem mittleren Punkt Ec zu verbinden. Die Kapazität zwischen jedem der äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Stangen Ea und Eb und dem Gehäuse 1 wird durch das dielektrische Bauteil Ed zwischen den Schrauben Es und den äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Erregereinrichtungen Ea und Eb gebildet. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das erste dielektrische Filter F1 durch die Erregerstange E2, die dielektrischen Resonatoren R1 bis R 4 und den Abschnitt Ea der Erregerstange E1 in der Kammer 2 gebildet, während ein zweiter dielektrischer Filter F2 durch die Erregerstange E3, die dielektrischen Resonatoren R5 bis R8 und den Abschnitt Eb der Erregerstange E1 gebildet wird, wobei die Phaseneinstellungen oder die Anpassung derart ausgeführt wird, daß die Impedanz des zweiten Filters F2 vom Mittelpunkt Ec der Erregerstange E1 gesehen einen unendlichen Wert erreicht bezüglich der Durchlaßfrequenz f1 des ersten Filters F1, und daß die des ersten

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Filters F1 vom gleichen Punkt Ec aus gesehen einen unendlichen Wert erreicht bezüglich der Durchlafjfreauenz f? des zweiten Filters F2. Dementsprechend wird ein Signal, dessen i-reauenz f1 ist, von der ürregerstange r,2 zu dem Eingangs- und Ausgangsanschluß E1 über die dielektrischen Resonatoren i'1 Lis M und den ersten Abschnitt Ea der Erregerstange E1 oder umgekehrt übertragen, während ein Signal, dessen Frequenz f2 ist, ebenfalls von der Erregerstange E3 zu dem Anschluß 11 über die Resonatoren Bt> bis R8 und den zweiten Abschnitt Eb öer Erregerstange E1 oder umgekehrt übertragen wird, und damit wird beispielsweise, wenn der Eingangs- und Ausgangsanschluß 11 die Signale mit den Frequenzen f1 und f2 zuführt bzv/. abführt, durch den Eingangs- und /iusgangsanschluß 12 lediglich das Signal mit der Frequenz f1 übertragen, und der Eingangs- und Ausgangsanschluß 13 überträgt lediglich das Signal mit der Frequenz f2.

Insbesondere bedeutet die oben beschriebene Einstellung nichts weiter als das, daß die Stromverteilung eines unerwünschten Signals an der Erregerstange E1 in dem Filter, durch das das Signal nicht hindurchlaufen soll, an dem Abschnitt Ec Null wird. Mit anderen Worten ist gemäß Fig. 3 das Filter F2 für ein Signal mit einer Durchlaßfrequenz f1 als ein derartiges Filter anzusehen, durch das das Signal nicht hindurchtreten soll, und daher wird zur Anpassung die Stromverteilung des Signals der Frequenz f1, das an der Stange Eb anliegt, an dem Abschnitt Ec auf Null gebracht, so

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daß das Signal der Frequenz f1 nicht durch das Filter F2 hindurchtreten kann. Dagegen wird für ein Signal mit einer Durchlaßfrequenz £2 das Filter F1 als nicht durchlässig für dieses Signal angesehen, und dementsprechend wird zur Einstellung die Stromverteilung des Signals der Frequenz f2 am Punkt Ec Null gemacht, um zu verhindern, daß das Signal der Frequenz f2 durch das Filter F1 hindurchtritt. Die oben beschriebene Phaseneinstellung kann durch Einstellung der Schrauben Es für die Erregerstanp-e E1 oder durch Änderung der Dielektrizitätskonstante f des zylindrischen, dielektrischen Bauteils Ed oder durch Änderung der Länge oder der Dicke der Erregerstange E1 bewirkt v/erden. In der Praxis wird jedoch eine Grobeinstellung der Phase zunächst durch geeignete Auswahl der Länge und der Dicke der Erregerstange E1 entsprechend den verschiedenen anderen Anforderungen bewirkt, bevor die Freouenzweiche zusammengebaut wird, während die Feineinstellung nach dem Zusammenbau bewirkt wird, indem die elektrostatische Kapazität zwischen den äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Erregerstange E1 und dem Gehäuse 1 durch wahlweises Festziehen oder Lösen der Einstellschrauben Es für die Erregerstange E1 verändert wird.

Die Fig. 4a bis 4c zeigen die Beziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität und der momentanen Größe der Signale; Fig. 4a zeigt den Zustand, in dem die Erregerstange E1 frei angeordnet ist, d.h. wo das Gehäuse 1 weggelassen ist, Fig. 4b zeigt den Zustand, wo eine bestimmte Kapazität zwi-

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sehen den äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Erregerstange E1 und dem Gehäuse 1 vorhanden ist, und Fig. 4c zeigt den Zustand, wo die äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Erregerstange E1 in Berührung mit dem Gehäuse 1 sind. Wie sich aus den Fig. 4a bis 4c ergibt, ist es möglich, die Phase an dem mittleren Punkt oder der Verbindung Ec der Erregerstange E1 durch änderung der Kapazität in der oben beschriebenen Weise zu ändern. Dementsprechend können die Phaseneinstellungen, d.h. die Elimination der Reflexion an dem Punkt Ec der Erregerstange £1 in außerordentlich einfacher Weise dadurch bewirkt werden, dass die Kapazität durch die Schrauben Es oder durch andere geeignete Einrichtungen verändert wird. Dabei kann der Bereich der Phaseneinstellungen auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt v/erden, und zwar durch Änderung der Dielektrizitätskonstanten ε des dielektrischen Bauteils Ed für die Erregerstange E1 oder durch Weglassen eines derartigen dielektrischen Bauteils, falls dies erforderlicht ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der oben beschriebenen Ausführungsform die dort beschriebenen dielektrischen Bauteile Ed nicht notwendig sind, während die Einstellschrauben Es durch andere geeignete Einrichtungen mit ähnlicher Wirkung ersetzt werden können, soweit sie nur in der Lage sind, die Kapazität zwischen den äußeren Enden Ea1 und Eb1 der Erregerstange E1 und dem Gehäuse 1 zu verändern.

Außerdem wird darauf hingewiesen, daß die Eingangs- und

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Ausgangssignale, die im Zusammenhang mit der obigen Ausführungsform beschrieben worden sind und die an den Eingangsund Ausgangsanschlüssen anliegen, die mit der Anschlußeinrichtung und mit dem einen Ende jeder der erwähnten Erregerstäbe als Erregungseinrichtun^en verbunden sind, derart modifiziert werden können, daß sie direkt an der Anschlußeinrichtung und dem einen Ende jeder der erwähnten L-rregerstäbe anliegen.

Außerdem können die im Zusammenhang mit der obigen Ausführungsforra beschriebenen ürregerstangen E2 und S3 ersetzt werden durch bekannte Verbindungseinrichtungen für Hohlleiter, fa]Is mit einem nicht dargestellten Hohlleiter eine Verbindung hergestellt werden soll.

Während gemäß obiger Beschreibung das Gehäuse 1 als eine Einheit mit einer darin vorgesehenen Trennwand 1g vorgesehen ist, kann das Gehäuse gemäß einer anderen Ausführungsforra durch ein Paar von Gehäuseteilen ersetzt werden, die durch Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden werden, d.h. mit Hilfe der Erregerstange E1.

Da die erfindungsgemäße Frequenzweiche zwei dielektrische Filter aufweist, die jeweils in einem metallischen Gehäuse eine Erregereinrichtung, eine Erregerstange und mindestens einen dielektrischen Resonator enthalten, der zwischen der Erregereinrichtung und der Erregerstange angeordnet ist,

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während die Erregerstangen für die zwei dielektrischen Filter miteinander über Verbindungseinrichtungen verbunden sind, um eine Kupplung zu bilden, wobei die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse mit einem Verbindungspunkt oder einem Zwischenpunkt zwischen den Erregereinrichtungen bzw. mit dem einen Ende jeder der erwähnten Erregereinrichtungen verbunden sind, werden die bei bekannten Anordnungen verwendeten koaxialen Leiter in vorteilhafter Weise vermieden, so daß sich eine Verringerung der Einleitungsverluste und der Gesamtgröße der Frequenzweiche ergibt, während die geringe Anzahl von Bauteilen sowie die einfache Konstruktion eine Verringerung der Herstellungskosten der Frequenzweiche bewirken. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die elektrostatische Kapazität zwischen den äußeren Enden der Erregerstangen und dem Gehäuse veränderbar ist, eine Feineinstellung der Phase durch eine außerordentlich einfache Methode außerordentlich genau möglich.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Variationen möglich. Beispielsweise kann die Frequenzweiche gemäß der Erfindung nicht nur bei Mikrowellen-Bandfiltern verwendet werden, sondern auch bei anderen Mikrowellen-Filtern, beispielsweise bei Bandleiter- und Hohlraum-Filtern.

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Leerseite

Claims (1)

1. Fa bentansprüche

   ( 1. J Frequenzweiche für elektrische und elektronische Geräte, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten dielektrischen Filter (F1 bzw. F2) mit je einer Jirregereinrichtung, einer Erregerstange (E2, ά5) und mit mindestens einem dielektrischen Resonator (R1-R8) zv/ischen der I'.rregereinrichtung und der ürregerstange (E2, E3) in einsm metallischen Gehäuse (1), wobei die Erregerstange (E2, ^3) und die beiden Filter (F1, F2) mit Verbindungselementen verbunden sind, um eine Kopplungseinrichtung zu bilden, und wobei die Eingangs- und Ausgangssignale an den Verbindungselemerrten an einem Zwischenabschnitt zwischen den Erregerstangen (e2, E3) und einem Ende jeder der Erregereinrichtungen anliegen.

   ?.. Frequenzweiche nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Gehäuse (1) durch eine Trennwand (1^;) in zwei. Gehäuseteile (2, 3) unterteilt wird, in denen jeweils die Erregereinrichtung, die Erregerstange (E2, E3) itnd die dielektrischen Resonatoren (R1-R8) eingepaßt sind.

   3. Frequenzweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) aus zwei Gehäuseteilen aufgebaut ist, in denen jeweils die Erregereinrich-

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   turn:, die j Jrrefer stance (-^2, ui3>) und die dielektrischen resonatoren (κΐ-fie) eingepaßt sind.

   4. Frequenzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dan die Krregereinri.cntung in Form eines ersten wrregerstabs ausgebildet ist, der in der Nähe des einen Endes jeder der Gehäuseteile angeordnet und mit seinem einen Ende mit dem Eingang und den Ausgang verbunden ist.

   5. Frequenzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , da3 die Erregerstange als zweiter Erregerstab ausgebildet ist, der neben dem anderen Ende jeder, der Gehäuseteile angeordnet und am Kitte labschnitt miteinander verbunden ist, der eine Verbindung zwischen den zweiten Erregerstangen über die Anschlüsse bildet, um eine Kopplung zu erhalten, wobei die Eingänge und die Ausgänge an den Anschlüssen anliegen.

   6. Frequenzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Erregerstange als zweiter Erregerstab ausgebildet ist, die neben dem anderen Ende des Gehäuses angeordnet, um sich in die zwei Gehäuseteile zu erstrecken, und an dem Zwischenabschnitt mit den Anschlüssen verbunden ist, um die Kopplungseinrichtung zu bilden, wobei die Eingänge und die Ausgänge mit den Anschlüssen verbunden sind.

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   7. dT&qvtexiZMelche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurc-hi ^elie um zeichnet , daß der Eingang und der Ausgang an den Anschlüssen anliegt und daß das eine Ende jedes der jiiPipe,fTereinrichtungen über Eingangs- und AusgangsanscU-Iässe verbunden sind.

   8. Fretgtaeaaz-welche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurcta jreikeianzeichn et, daß die Kapazität zwischen dem ünaßeren Enden der Krregerstange, die von den Anschl5ässem emtfenit liegen, und dem Gehäuse zur Phaseneinsteilung variabel ist.

   9. Freqmeazweiche nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Phaseneinstellung durch Kapazitätsverämäenunoi/p durch (Einstellen von Schrauben bewirkt wird, die in dein Geiuäoise eingeschraubt sind, um in Bohrungen die äußeren Stodjem der Erregerstange über zylindrische, dielektrische Bauteile aufzunehmen, die in die Bohrungen der Schrauben eingepaßt sind..

   10. Frequenzweiche nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Phaseneinstellung durch Änderung der Dielektrizitätskonstanten der zylindrischen, dielektrischen Bauteile bewirkt wird.

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   11. Frequenzweiche nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Phaseneinstellung durch wahlweise Änderung der Länge und der Dicke der Erregerstange bewirkt wird, die zusammen mit den Anschlüssen die Kopplungseinrichtung bildet.

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