DE2814459A1

DE2814459A1 - Magnetkreisanordnung

Info

Publication number: DE2814459A1
Application number: DE19782814459
Authority: DE
Inventors: Dennis Edward Fiehn; Stephen Hinsun Lai
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1978-10-26
Also published as: FR2389012A1; GB1563176A

Description

28H459 DIpL-PHyS-O-E. Weber ζ, d-s München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7 9150

Telegramm: monopolweber münchen

Telex: 05-21 28 77

M 677

MOTOROLA, DTGο
13O5East Algonquin Road
Schaumburg, 111.60196
USA

Magnetkreisanordnung

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Die Erfindung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen und bezieht sich insbesondere auf eine Magnetkreisanordnung für eine Hall-Effekt-Fühlerschaltung eines Zündsystems für eine Brennkraftmaschine O

Bei einer Hall-Effekt-Pühleranordnung ist die Menge des Flusses, welcher durch die Luftspalte in einem HaIl-Eff ekt-ffühler hindurchgeht, durch einen Randfluß beschränkt, welcher einen Alternativpfad zu dem gewünschten magnetischen Pfad bildet und dadurch die Flußdichte im Luftspalt vermindert, so daß dadurch das Verhältnis zwischen dem Pegel der Hall-Spannung bei eingeschaltetem Fühler und dem Pegel der Hall-Spannung bei ausgeschaltetem Fühler vermindert wird.

Weiterhin ist es bei der Verwendung eines Hall-Effekt-Fühlers in einem Shunt-Magnetkreis schwierig, eine hinreichend rasche Veränderung des Flusses zu erreichen, wenn eine Fahne in den Luftspalt eintritt. Die Hall-Spannung ändert sich nicht hinreichend plötzlich von dem eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand und umgekehrt. Dies rührt von der Tatsache her, daß nicht nur Leckfluß vorhanden ist, sondern auch ein Fluß durch eine Luft Spaltfläche hindurchgeht, bei welcher ein Fluß entlang der Bewegungsrichtung des vorderen Randes der Fahne verteilt ist» Der Fluß wird durch die Fahne nicht sofort geshuntet, sondern es müssen zunächst eine bestimmte Anzahl von mechanischen Grad durchlaufen werden, d_oh₀ die Fahne muß einen bestimmten winkelbereich zurücklegen, bevor der Fluß durch den Luftspalt von dem eingeschalteten in den ausgeschalteten (geshunteten) Zustand oder umgekehrt von dem ausgeschalteten ineinen eingeschalteten (geshunteten) Zustand übergeht·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, bei welcher die Leckverluste zwischen den magnetischen Elementen auf ein Minimum reduziert sind, wobei zugleich eine verbesserte Auflösung der mechanischen Position gewährleistet ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale,,

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß der Magnetkreis durch eine Fahne hoher Permeabilität zu unterbrechen ist, welche in einer vorgegebenen Richtung bewegbar ist, daß ein Permanentmagnet vorgesehen ist, der eine erste Polfläche und eine zweite langgestreckte Polfläche aufweist, daß die größere Achse der zweiten langgestreckten Polfläche senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Fahne angeordnet ist, daß weiterhin ein Polstück vorgesehen ist, welches einen Abschnitt aufweist, an welchem die erste Polfläche des Permanentmagneten angebracht ist, daß das Polstück einen Arm aufweist, welcher von dem Polstück aus in den Raum hineinragt, daß der Arm einen Abschnitt aufweist, welcher eine derart vorgegebene Konfiguration hat, daß ein minimaler Oberflächenbereich des Arms dem Permanentmagneten zugewandt ist, daß der Arm weiterhin eine langgestreckte Polfläche aufweist, deren größere Achse senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Fahne angeordnet ist, daß weiterhin ein Flußkonzentrator vorgesehen ist, welcher einen ersten und einen zweiten vorspringenden Abschnitt aufweist, daß jeder vorspringende Abschnitt einen langgestreckten Flächenabschnitt aufweist, dessen größere Achse jeweils senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Fahne angeordnet ist, daß der Flächenabschnitt des ersten vorspringenden Abschnittes auf Abstand von, gegenüber von und fluchtend mit der Polfläche des Arms des Polstückes angeordnet ist und daß der Flächenabschnitt des zweiten vorspringenden Abschnittes auf Abstand von und fluchtend mit sowie gegenüber von der zweiten Polfläche des Permanentmagneten angeordnet ist, so daß dadurch Luftspalte für den Durchgang der Fahne gebildet sindo

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Zündsystems für ein Kraftfahrzeug, welches einen Magnetkreis für einen HaIl-Effekt-Fühler gemäß der Erfindung verwendet,

Figo 2 einen vergrößerten Teilschnitt in teilweise perspektivischer Darstellung entlang der Linie 2-2 in der Figo 1, wobei das Gehäuse dargestellt ist, welches einen Permanentmagneten, Polstücke und einen Flußkonzentrator gemäß der Erfindung aufweist,

Fig· 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der gemäß der Erfindung verwendeten Bauelemente und

Figo 4 einen Grundriß der erfindungsgemäßen Bauelemente zusammen mit einem Diagramm, welches die mechanische Bewegung der Fahne zu der Flußdichte in dem Luftspalt in Beziehung setzt.

Gemäß Fig, 1 weist ein Kraftfahrzeug-Zündsystem, welches- in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet ist, ein Terteilergehäuse 11, eine Verteilerkappe 12, einen Verteilerrotor 13 und ein Magnetkreisgehäuse 14 auf. Das Verteilergehäuse 11 und die Verteilerkappe 12 sind grundsätzlich bekannt und erfüllen dieselben Funktionen wie früher₀ In dem Verteilergehäuse 11 ist eine Verteilerwelle 15 angeordnet, welche um eine Achse synchron mit verschiedenen anderen mechanischen Bauteilen der Maschine eines Kraftfahrzeuges drehbar ist, wie es grundsätzlich bekannt ist. Eine Platte 16 ist um die Verteilerwelle 15 schwenkbar angeordnet und ermöglicht eine Voreilung oder eine Verzögerung der Zeitsteuersignale des Zündsystems₀

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Auf der Platte 16 ist ein Magnetkreisgehäuse 14 angeordnet, welches derart positioniert ist, daß eine Reihe von Pannen 17 durch einen Luftspalt 18 hindurchgehen können. Die bahnen 17 erstrecken sich von dem Umfangsrand des Verteilerrotors 13 aus nach unten. Der Verteilerrotor ist drehfest mit der Verteilerwelle 15 verbunden, so daß die Jahnen 17 in bezug auf das Magnetkreisgehäuse 14 in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zündfolge positioniert werden«, Die !fahnen 17 sind gebogen, bestehen aus Eisenplatten hoher Permeabilität mit verhältnismäßig geringen Abmessungen und dienen dazu, für den magnetischen Fluß einen Shunt-Pfad zu bilden, wie es unten näher erläutert wirdo

Gemäß Figo 2 sind in dem Magnetkreisgehäuse 14 die Bauelemente des Magnetkreises gemäß der Erfindung enthaltene Die Positionierung der Magnetkreiselemente in bezug auf das Gehäuse 14 und die Positionierung des Gehäuses 14 in bezug auf die drehbaren Fahnen 17 erfolgt durch das Gehäuse.

Die JB¹Xg. 2 und 3 zeigen die Elemente des Magnetkreises in weiteren Einzelheiten,, Ein Permanentmagnet 20 kann beispielsweise aus einem Material wie gesintertem Alnico hergestellt sein, welches einen magnetischen Fluß ausreichender Stärke gewährleistet. Der Permanentmagnet 20 hat allgemein eine längliche Konfiguration, und er hat an einem Ende eine erste Polfläche 21. An dem anderen Ende des Permanentmagneten 20 ist ein abgeschrägter Abschnitt 22 vorhanden, auf welchem eine zweite Polfläche 23 ausgebildet ist, welche eine rechteckige Oberfläche hat, so daß die größere Achse des Rechtecks senkrecht zu der Bewegungslinie 24 angeordnet ist, welche die Bewegungsrichtung der Fahne 17 angibt, welche an der zweiten Polfläche 23 des Permanentmagneten vorbeigeführt wirdo Der Permanentmagnet 20 weist weiterhin eine flache Oberfläche 25 auf.

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Der Permanentmagnet 20 "berührt mit seiner ersten Polfläche 21 einen flachen Abschnitt 31 eines Polstückes 30, welches beispielsweise aus einem Weichlot bestehen kann, und er ist mit diesem Polstück fest verbunden. Das Polstück 30 besteht vorzugsweise aus einer Stahlblechplatte mit einer Dicke von etwa 1,6 mm, welches aus einem kaltgewalzten Stahl mit geringer Remanenz und geringem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, beispielsweise aus einem Stahl ASA 1004, 1006 oder 1008 GES. Ein Arm 32 ist senkrecht zu dem flachen Abschnitt 31 des Polstückes 30 aufgebogene Der Arm 32 erstreckt sich über die Oberseite 25 des Permanentmagnet er., und ein Rand 33 des Arms 32 ist der Oberseite 25 des Permanentmagneten 20 zugewandt, so daß ein minimaler Oberflächenbereich des Arms 32 dem Permanentmagneten 20 zugewandt ist. Diese Anordnung zwischen dem Arm 32 und dem Permanentmagneten 20 führt dazu, daß Leckflußverluste zwischen diesen Teilen vermindert werden, wodurch eine größere Flußkonzentration in einem oberen Luftspalt 18a und einem unteren Luftspalt 18b der aus dem Permanentmagneten und dem Polstück gebildeten Anordnung hervorgerufen wird» Der Arm 32 des Polstücks hat eine langgestreckte, rechteckig ausgebildete Polfläche Die Polfläche 34 des Polstückarms 32 und die zweite Polfläche 23 des Permanentmagneten liegen in derselben Ebene. Die rechteckig geformte Polfläche 34 des Arms 32 hat ihre größere Achse senkrecht zu der Bewegungslinie 24„ Die Polflächen und die Fahne 17 sind derart angeordnet, daß die Fahnen 17 eng benachbart zu den Polflächen vorbeigeführt werden, ohne jedoch die Polflächen zu berühren, so daß der magnetische Fluß, welcher durch den Permanentmagneten 20 hervorgerufen wird, durch das Eisenmaterial der Fahne 17 geshuntet wird, wodurch ein großer Teil des magnetischen Flusses daran gehindert wird, den oberen und den unteren Luftspalt 18a bzw. 18b zu durchsetzen,,

Weiterhin weist das Magnetkreisgehäuse 14 einen Flußkonzentrator 40 auf, welcher einen ersten vorspringenden Abschnitt 41 und einen zweiten vorspringenden Abschnitt 42 aufweist, welcher sich jeweils in Richtung auf die Polfläche 34 des Polstücks so-

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wie in Richtung auf die zweite Polfläche 23 des Permanentmagneten erstrecken. Jeder vorspringende Abschnitt hat eine langgestreckte Oberfläche (43,44), deren größere Achse senkrecht zu der Bewegungslinie 24 der Fahne 17 angeordnet ist« Die Oberfläche 43 des ersten vorspringenden Abschnittes ist der Polfläche 34 des Arms 32 des Polstückes gegenüber angeordnet. Die zweite Oberfläche 44 des zweiten vorspringenden Abschnittes 42 des Flußkonzentrators ist in ähnlicher Weise gegenüber von der zweiten Polfläche 23 des Permanentmagneten 20 angeordnet, so daß dadurch Luftspalte 18a und 18b gebildet werden, durch welche die Fahnen 17 hindurchgehen,, Venn keine Fahne 17 in dem Luftspalt 18 angeordnet ist, geht der Fluß von dem Permanentmagneten durch das Polstück 30, den Flußkonzentrat or 40 und den oberen Luftspalt 18a sowie den unteren Luftspalt 18b hindurch,. Wenn sich die Fahne 17 in dem Luftspalt 18 befindet, geht nur ein wesentlich verminderter Fluß durch den Flußkonzentrator 40 hindurch, und zwar durch die Shunt-Wirkung der Fahne mit hoher Permeabilität„

Eine keramische Leiterplatte 50, welche verschiedene Schaltelemente aufweist, ist gemäß der Darstellung in der Figo 3 in dem unteren Luftspalt 18b angeordnete Die Figo 4 zeigt die keramische Leiterplatte 50 in ihrer Beziehung zu der Bewegungslinie 24 der Fahne 17 und zu der Anordnung des Polstückes 30 und des Permanentmagneten 2O₀ Eine Messingkappe 51, welche an der keramischen Leiterplatte 50 angebracht ist, schafft die Möglichkeit, daß der Fluß dort hindurchgehen kann, und liefert einen Schutz für eine Hall-Effekt-Einrichtung 52, welche auf einem Plättchen 53 einer integrierten Schaltung angeordnet ist«, Die Hall-Spannung ist direkt proportional zu dem Vektorprodukt aus der Stromdichte, welche in der Hall-Effekt-Anordnung vorhanden ist, und der magnetischen Flußdichte, welche darin vorliegt» Folglich ist die Ausgangs-Hall-Spannung entweder eingeschaltet oder ausgeschaltet, was davon abhängt, ob ein ungehinderter Fluß durch die Hall-Effekt-Einrichtung 52 hindurchgeht oder ob der magnetische Fluß durch die Fahnen 17 hoher Permeabilität

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geshuntet ist, welche in dem Luftspalt 18 angeordnet sind.

Die Figo 4- zeigt eine graphische Darstellung der Flußdichte B in dem Luftspalt in Gauss als eine Funktion der Position des vorderen Randes 56 der Fahne innerhalb des Luftspaltes in Grad„ Wenn der vordere Rand 56 sich durch den Luftspalt 18 in der Richtung hindurchbewegt, welche durch die Bewegungslinie 24 angegeben ist, zeigt eine typische Kurve 60 nach dem Stand der Technik die Effekte des Leckflusses, und es ist weiterhin ersichtlich, daß der Fluß über einen verhältnismäßig weiten Winkerbereich verteilt ist. Die Änderungsgeschwindigkeit der Flußdichte pro.mechanischem Grad ist bei der Kurve 60 nach dem Stand der Technik wesentlich geringer als die durch die Kurve 61 veranschaulichte Änderungsgeschwindigkeit, welche die Verhältnisse bei einem Magnetkreis gemäß der Erfindung veranschaulicht₀ Die Änderungsgeschwindigkeit der Flußdichte als Funktion der mechanischen Winkeldrehung wird gemäß der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vergrößert.

Da durch die Konfiguration des erfindungsgemaßen Magnetkreises der Leckfluß beträchtlich vermindert wird, hat die Spitzenflußdichte, welche durch den erfindungsgemäßen Magnetkreis erreichbar ist, einen viel höheren Wert als bei einer bekannten Einrichtung, wie es aus der graphischen Darstellung der Fig_o4 ersichtlich ist«. Da der Fluß in einen langgestreckten Bereich konzentriert wird, dessen größere Abmessung senkrecht zu der Bewegungsrichtung 24- des vorderen Randes 56 der Fahnen 17 angeordnet ist, wird eine rasche Flußveränderung ermöglicht, wenn die mechanische Position des vorderen Randes 56 der Fahne

17 verändert wird_o Aus denselben Gründen wird die magnetische Flußdichte pro Winkelgrad der mechanischen Bewegung beim Durchgang des rückwärtigen Randes 57 der Fahne 17 durch den Luftspalt

18 mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit verändert.

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Es ist von "besonderer Bedeutung, daß eine hohe Geschwindigkeit bei der flußdichten Veränderung pro Winkeleinheit in einem Zündsystem für ein Kraftfahrzeug gewährleistet ist, weil das Ausgangssignal, welches von der Verarbeitungsschaltung für die Hall-Spannung erreicht wird, sich über einen Temperaturbereich aufgrund von Veränderungen in dem Eingangstrigger-· und dem Auslösespannungspegel der Verarbeitungsschaltung ändert. Die Trigger- und Auslösepunkte der Verarbeitungsschaltung können sich um + 100 Gauss über einen Temperaturbereich von -30 bis +125°G ändern. TJm einen Zündzeitpunkt oder einen Auslösepunkt innerhalb eines halben Grades des Sollwertes bei einer Veränderung von 100 Gauss zu halten, ist eine Einrichtung erforderlich, welche eine Änderungsgeschwindigkeit der Plußdichte von 200 Gauss pro Winkelgrad aufweiste Die Erfindung liefert 228 Gauss pro Grad und erfüllt damit diese Voraussetzung gut_o Eine Betrachtung der Kurve 60 nach dem Stand der Technik zeigt, daß diese Voraussetzung durch die bekannte Einrichtung keineswegs erfüllt v/erden kann_o

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Claims

Pat entansprüche

% Hagnetkreisanordnung für eine HaIl-Effekt-Fühlerschaltung in einem Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, dadurch, gekennzeichnet , daß der Magnetkreis durch eine Fahne (17) hoher Permeabilität zu unterbrechen ist, weiche in einer vorgegebenen Richtung bewegbar ist, daß ein Permanentmagnet (20) vorgesehen ist, der eine erste Polfläche (21) und eine zweite langgestreckte Polfläche (23) aufweist, daß die größere Achse der zweiten langgestreckten Polfläche senkrecht zu der Bewegungsrichtung (24) der Fahne (17) angeordnet ist, daß weiterhin ein Polstück (30) vorgesehen ist, welches einen Abschnitt (31) aufweist, an welchem die erste Polfläche des Permanentmagneten (20) angebracht ist, daß das Polstück (30) einen Arm (32) aufweist, welcher von dem Polstück aus in den Saum hineinragt, daß der Arm einen Abschnitt aufweist, welcher eine derart vorgegebene Konfiguration hat, daß ein minimaler Oberflächenbereich (33) des Arms dem Permanentmagneten zugewandt ist, daß der Arm weiterhin eine langgestreckte Polfläche (34) aufweist, deren größere Achse senkrecht zu der Bewegungsrichtung (24) der Fahne (17) angeordnet ist, daß weiterhin ein Flußkonzentrator (40) vorgesehen ist, welcher einen ersten (41) und einen zweiten (42) vorspringenden Abschnitt aufweist, daß jeder vorspringende Abschnitt einen langgestreckten Flächenabschnitt (43, 44) aufweist, dessen größere Achse jeweils senkrecht zu der Bewegungsrichtung (24) der Fahne (17) angeordnet ist, daß der Flächenabschnitt (43) des ersten vorspringenden Abschnittes (41) auf Abstand von , gegenüber von und fluchtend mit der Polfläche (34) des Arms (32) des Polstückes angeordnet ist und daß der Flächenabschnitt (44) des zweiten vorspringenden Abschnittes (42) auf Abstand von und fluchtend mit sowie gegenüber von der zweiten Polfläche (23) des Permanentmagneten angeordnet ist, so daß dadurch Luftspalte (18a, 18b) für den Durchgang der Fahne (17) gebildet sind«,

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Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Polflächen (23, 34) der zweiten Polfläche (23) des Permanentmagneten und der Polstückarm (32) sowie die langgestreckten Flächenabschnitte des Flußkonzentrators jeweils rechteckig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind_o

ο Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hall-Effekt-Einrichtung (52) "benachbart zu dem Flächenabschnitt (44) des zweiten vorspringenden Abschnittes (42) des Flußkonzentrators angeordnet ist, so daß der Fluß von dem Flächenabschnitt (44-) des Flußkonzentrators durch die Hall-Effekt-Einrichtung (52), durch den Luftspalt (18b) und durch die zxveite Polfläche (23) des Permanentmagneten hindurchgehto

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet eine langgestreckte Konfiguration aufweist und daß die zweite langgestreckte Polfläche (23) an dem Ende eines sich verjüngenden Abschnittes angeordnet ist.

5ο Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (20) an dem Polstück (31) angelötet ist„

6ο Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück (30) aus einer flachen Platte gebildet ist und daß der Arm (32) aus einem Stück dieser Platte gebildet ist, welches senkrecht zu der Platte angeordnet ist.

7ο Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußkonzentrator (40) aus einer flachen Platte gebildet ist und mit seinem Rand dem Permanentmagneten und dem Arm zugeordnet ist.

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8. Magnetkreisanordnung für eine HaIl-Effekt-Fühlerschaltung in einem Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnetkreis durch eine Fahne (17) hoher Permeabilität zu unterbrechen ist, welche in einer vorgegebenen Eichtung bewegbar ist, daß weiterhin ein langgestreckter Permanentmagnet (20) vorhanden ist, welcher eine erste Polfläche (21) und eine zweite langgestreckte Polfläche (23) aufweist, daß die zweite Polfläche (23) auf einem sich verjüngenden Abschnitt des Permanentmagneten (20) angeordnet ist und ihre größere Achse senkrecht in bezug auf die Bewegungsrichtung (24) angeordnet ist, daß weiterhin ein Polstück (30) vorhanden ist, welches aus einer flachen Platte hergestellt ist und einen Abschnitt aufweist, an welchem die erste Polfläche (21) des Permanentmagneten befestigt ist, und welches weiterhin einen flachen Arm (32) hat, iirelcher sich von dem Polstück aus erstreckt, daß der flache Arm (32) mit seinem Hand dem Permanentmagneten (20) zugewandt ist, daß der flache Arm (32) eine langgestreckte Polfläche (34-) auf einem Ende aufweist, daß die langgestreckte Polfläche (34-) derart angeordnet ist, daß ihre größere Achse senkrecht zu der vorgegebenen Bewegungsrichtung (24) der Fahnen angeordnet ist, daß weiterhin ein Flußkonzentrator (40) vorhanden ist, der aus einer flachen Platte hergestellt ist und dessen Band dem Permanentmagneten (20) und dem flachen Arm (32) des Polstückes zugewandt ist, daß der Flußkonzentrator (40) einen ersten (41) und einen zweiten (42) vorspringenden Abschnitt aufweist, daß die vorspringenden Abschnitte derart angeordnet sind, daß die darauf gebildeten langgestreckten Flächenabschnitte (43, 44) mit ihren größeren Achsen jeweils senkrrecht zu der vorgegebenen Bewegungsrichtung (24) der Fahnen angeordnet sind, daß d^A langgestreckte Fläche (43) des ersten vorspringenden Abschnittes (41) auf Abstand van, fluchtend mit und gegenüber von der langgestreckten Polfläche (34) des flachen Arms (32) des Polstückes angeordnet ist, daß die langgestreckte Fläche (44) des zweiten

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vorspringenden Abschnittes (42) des Flußkonzentrators (40) auf Abstand von, fluchtend mit und gegenüber von der zweiten Polfläche (23) des Permanentmagneten (20) angeordnet ist, daß die langgestreckte Fläche (44-) des zweiten vorspringenden Abschnittes (42) des Flußkonzentrators (40) ein Hall-Effekt-Element (52) der Hall-Effekt-Abtast schaltung aufweist, welches benachbart dazu angeordnet ist, um einen magnetischen Flußpfad durch das Hall-Effekt-Element (52) von dem Konzentrator (40) zu dem Permanentmagneten (20) zu bilden, und zwar mit einem Luftspalt (18b) zum Durchgang der Fahne (17)_o

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