DE3036187A1

DE3036187A1 - Elektronisches darstellungs- oder anzeigeelement

Info

Publication number: DE3036187A1
Application number: DE19803036187
Authority: DE
Inventors: Donald Weston Ontario Winrow
Original assignee: NEI Canada Ltd
Current assignee: NEI Canada Ltd
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-16
Also published as: FR2466817B1; JPS5664381A; GB2059659B; GB2059659A; FR2466817A1; US4243978A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Darstellungs- oder Anzeigeelement. Sie bezieht sich insbesondere auf elektromagnetisch betätigte Darstellungs- oder Anzeigeelemente, bei denen eine drehbar gehaltene Scheibe, die an gegenüberliegenden Seiten unterschiedlich gefärbt ist, durch ein umkehrbares ausseres Magnetfeld gesteuert wird, das durch ein oder zwei elektromagnetisch erregte Pole oder "PoI-stücke" geschaffen ist. Das Magnetfeld steuert einen Magneten, der an der Scheibe befestigt ist, so dass er sich mit dieser dreht, um die eine oder andere unterschiedlich gefärbte Fläche der Scheibe in Betrachtungsrichtung freizulegen. Solche Scheiben können einzeln als Anzeigeeinrichtungen oder in einer Vielzahl von Reihen verwendet werden, um den Betrachter eine gesammelte Information zu liefern.

Beispiele für derartige Anordnungen sind in den nachfolgenden US-Patentschriften zu finden: 3 295 238, 3 303 494, 3 385 824, 3 871 945, 3 996 680 und 3 156 872.

Bei manchen Ausbildungen dieser Anordnungen ist der Drehweg der Scheibe bei Umkehr des äusseren Feldes auf einen geringen Betrag unter 18 0° durch ein oder mehrere mechanische Anschläge begrenzt, die so in Bezug auf das aussere Feld angeordnet sind, dass bei jeder Drehung der Scheibe diese mechanisch um einen kurzen Winkelbetrag vor der Stellung zum Stillstand kommt, an der der Permanentmagnet zum äusseren Feld ausgerichtet liegen würde. Wenn daher das äussere Feld umgekehrt wird, erfahren Drehscheibe und Magnet eine Antriebskraft durch das äussere Feld in nur eine Richtung, wodurch eine Hauptursache für einen fehlerhaften Betrieb oder ein Hängenbleiben vermieden werden kann.

Eine solche Anordnung wird in der vorgenannten US-Patentschrift 3 295 238 beschrieben. Die Verwendung von derartigen mechanischen Anschlagmitteln hat zwar eine Ursache für Betriebsversagen beseitigt, jedoch andere Versagensursachen

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eingeführt. in manchen Fällen, insbesondere bei Einsatz des Elementes unter hohen Luftfeuchtigkeiten,wurde festgestellt, dass die Drehscheibe nach einer gewissen Anlagezeit an dem mechanischen Anschlag zum Anhaften neigt und daher bei Umkehrung des äusseren Feldes kaum in die andere Richtung bewegt werden kann. Um das Auftreten eines solchen Anhaftens der Scheibe zu mildern, war man bisher nur auf kostspielige Reinigungs- und Neutralisierungsarbeiten angewiesen, die während des normalen Fertigungsprozesses aufgegebene Filme aus Fremdstoffen entfernten.

Die Erfindung schafft demgegenüber eine Einrichtung, mit der die Haftverbindung zwischen einer Scheibe und einem Anschlag bei einer Scheibe vermieden wird, die durch mechanische Anschläge auf einen Drehweg von weniger als 180° begrenzt ist. Diese Einrichtung umfasst wenigstens einen zweiten Permanentmagneten, der ausserhalb der Scheibe und nahe oder bei einem der Polstücke angeordnet ist. Die Stärke und Lage des zweiten Permanentmagneten sind so gewählt, dass dieser ein kleineres Feld als das von den Polstücken ausgehende Feld bei jeder Polarität vorsieht, und der so angeordnet und relativ zum Polstück und zum Drehweg des ersten Magneten abgestimmt ist, dass er (1) den sich nähernden Magnet am Drehelement, das seine Bewegung in jeder Richtung unter der Wirkung des umkehrbaren Magnetfeldes vornimmt, abstösst und (2) dass die Abstosskraft des zweiten Permanentmagneten eine geringere Wirkung als das Polstück über den Hauptbereich des Bewegungsweges der Scheibe zwischen den mechanischen GrenzStellungen ausübt. Wenn sich jedoch die Scheibe der einen oder anderen Grenzstellung nähert, bedingt der zweite Permanentmagnet, dass eine Winkelstellung eingenommen wird, bei der die Abstosskraft durch das Vorsehen des zweiten Permanentmagnetes der magnetischen Anziehungskraft des Polstückes auf die Scheibe gleich wird. Die Scheibe kommt daher bei Bewegung in jeder Richtung in einer Stellung zur Ruhe, bei der die durch die Polstücke ausgeübten Kräfte,die das äussere Magnetfeld bilden,

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und die von dem zweiten Permanentmagneten ausgeübten Kräfte gleich und entgegengesetzt zueinander sind (was nachfolgend als stabile Stellung bezeichnet wird). Wird der Magnetisierungssinn des Polstückes dann umgekehrt, bewegt sich die Scheibe in entgegengesetzter Richtung und kommt in einem kurzen Winkelabstand von der gegenüberliegenden mechanischen Grenzstellung zurRuhe, wo wiederum die Wirkungen von Polstück und zweitem Permanentmagneten im Gleichgewicht zueinander stehen. Dabei kann die Drehscheibe ohne Berührung mit dem mechanischen Anschlag in der stabilen Stellung zur Ruhe kommen. Es wurde jedoch festgestellt, dass in der Regel das Drehmoment der Scheibe zu einer Verdrehung- über die stabile Stellung hinaus führt, so dass der mechanische Anschlag berührt wird und dann erst die Scheibe einen Rückstoss in die stabile Stellung erfährt. Der "Aufprall" des Drehelementes auf den mechanischen Anschlag bewirkt jedoch kein Anhaften an diesen, so dass ein fehlerhafter Betrieb des Elementes infolge eines Anhaftens durch die vorliegende Erfindung im wesentlichen ausgeschaltet wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

— Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten Darstellungs- oder Anzeigeelementes,

Fig. 2 schematische Darstellungen der Betriebsweise ^un des in Fig. 1 gezeigten Elementes,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten Darstellungs- oder Anzeigeelementes,

Fig. 5 schematische Darstellungen der Betriebsweise des ^un Elementes nach Fig. 4,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und 8

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Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 10, das schwenkbeweglich eine drehbare Scheibe 12 hält. Ein Permanentmagnet 14 (der in den Patentansprüchen als "erster Permanentmagnet" bezeichnet ist) dreht sich mit der Scheibe und definiert eine magnetische Achse mit einer Komponente quer z\ir Schwenkachse. Das Gehäuse hält ferner ein Paar umkehrbar permanentmagnetisierbare Polstücke 16, die in einer rechtwinklig U-förmigen Anordnung ausgebildet sind und durch eine Wicklung 18 erregt werden. Das das U-förmige Polstück bildende Element besteht aus einem umkehrbar permant-magnetisierbaren Material, das durch einen kurzseitigen Strom in der Wicklung 18 beaufschlagt werden kann, damit die Polstücke 16 einen Magnetisierungssinn annehmen. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Polstücke 18 verbleibt diese Magnetisierung auch ohne weitere Stromzufuhr zu der Wicklung 18, bis die Wicklung im umgekehrten Sinne beaufschlagt wird. Der Wicklung wird daher jedesmal dann, wenn es erwünscht ist, ein Stromstoss zugeführt, um die Seite der Scheibenfläche zu ändern, die in Betrachtungsrichtung V freiliegt. Die Scheibe hat an ihren gegenüberliegenden Seiten eine unterschiedliche Färbung, so dass sich die Erscheinungsform der Scheibe für den Betrachter in Betrachtungsrichtung unterschiedlich darstellt. Bei den beiden Endstellungen der Scheibe handelt es sich um diejenigen, die die Scheibe annimmt, wenn sie an dem Ende des Polstückes 16 L in Fig. 2 bzw. an dem Ende des Polstückes 16 R in Fig. 3 anliegt. Die mechanischen Anschläge, die durch die Enden der Polstücke 16 L und 16 R gebildet sind, verhindern eine Ausrichtung der Scheibe 12 zu dem Feld zwischen den Polstücken, so dass sich die Scheibe nur in eine Richtung drehen kann, wenn die Magnetisierung der Polstücke umgekehrt wird. Die mechanischen Anschläge begrenzen daher die Drehbewegung der Scheibe zwischen ihren Endstellungen auf einen etwas geringeren Winkelbetrag als 18 0° zwischen den beiden mechanisch definierten Endstellungen (die Scheibendrehung ist daher stets grosser als 90° und kleiner als 180°). Bei

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der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mechanische Anschlag dadurch erhalten, dass man der Scheibe 12 einen ausreichenden Durchmesser verleiht, um das Polstück zu berühren. Eine Seite der Scheibe wird dann bei 20 ausgeschnitten, so dass nur eine Seite die Polstücke berühren kann. Die gegenüberliegende Seite der Scheibe ruht bei jeder Ausrichtung auf einem Polstückende, vergl. schematische Ansichten nach Fig. 2 und 3, um, wie erwähnt, die Drehbewegung zu begrenzen. Der mechanische Anschlag kann natürlich gemäss der Ausführungsform nach Fig. 4 bis 6 auch getrennt vom Polstück vorgesehen werden.

Die vorbeschriebenen Bauteile und Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3 entspre.chen den bekannten Ausführungen. Dieser Anordnung ist ein Magnet 22 mit geringerer Feldstärke als das durch die Polstücke hervorgerufene Feld hinzugefügt, wobei sich der Magnet 22 nahe einem der PoI-stücke (hier dem Polstück 16R) befindet und so angeordnet und ausgerichtet ist, dass er eine grössere und entgegengesetzte magnetische Wirkung bei dem Polstück 16 R auf den sich drehenden Magnet 14 ausübt, wenn sich die Scheibe in ihrer mechanischen Grenzstellung befindet.

(Um die magnetischen Wirkungen leichter zu verstehen, wird folgende Annahme gemacht: Der Permanentmagnet 14 an der Scheibe habe die Nord- und Südpole N. und S-]; der Permanentmagnet 22 an dem Polstück 16 R habe die Nord- und Südpole N₂ und S₂) und die Polstücke 16L und 16R haben eine umkehrbare Magnetisierung. In Fig. 2 stellt das Polstück 16R den Nordpol N und in Fig. 3 den Südpol S dar. In jedem Fall bildet das Polstück 16L den entgegengesetzten Pol). Für jede Polarisierung der Polstücke 16 ist daher für die Scheibe 12 in naher Winkelstellung zu der mechanischen Grenzlage eine stabile Stellung definiert,bei der dieAbstosskraft wegen des Vorsehens des zusätzlichen Magneten 22 und die Anziehkraft wegen der benachbarten Polstücke 16 gleich sind. Diese Stellungen sind durch die in Fig. 2 und 3 gezeigten Lagen der Scheibe 12 angedeutet. Bei der bevorzugten Ausführungsform

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nach Fig. 1 hat der zusätzliche Magnet 22 die Gestalt von einer senkrecht zu seiner Dicke magnetisierten Scheibe. Der Magnet 22 weist eine Öffnung auf und ist an dem Polstück 16R befestigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Lage der Öffnung exzentrisch zur Mittellinie des Magneten. Hierdurch wird erreicht, dass der gesamte Umriss des Magneten 22 inwärtig von den lateralen Umrissgrenzen des Gehäuses zu liegen kommt. Da die Scheibe 12 durch den Nordpol N₁ ihres Magneten 14 auf das Polstück 16R in der Stellung nach Fig. 3 und durch das Südpolstück S^ ihres Magneten in der Stellung nach Fig. 2 angezogen wird, ist der zusätzliche Magnet 22 so ausgerichtet, dass seine Pole N₂ - S₂ bei jeder dieser Anziehungsrichtungen der Polarität des Polstückes 16 R entgegengesetzt liegen, so dass der Pol ■ N₂ nach oben und der Pol S₂ nach unten weist. Da ein Teil des Magneten 22 näher an dem Bogen der Pole N.. - S. des Drehmagneten 14 als das Polstück 16 R liegt und der Magnet 22 eine schwächere Feldstärke hat, sind bei jeder stabilen Lage nach Fig. 2 oder das Feld der Polstücke 16 und das Feld des Magneten 14 zueinander gleich und entgegengesetzt. Zwischen diesen betreffenden stabilen Lagen und den mechanischen Grenzstellungen ist die Abstosskraft des Magneten 22 grosser als die Anziehungskraft durch die Polstücke 16; während längs des Bogens zwischen einer stabilen Lage und der anderen die Anziehungskraft durch die Polstücke grosser als die Abstosskraft des Magneten 22 ist.

Wenn daher beim Betrieb die Scheibe sich in Ruhe befindet, ist die Windung 16 entregt und sind die^p°l^stucke 16 in eine Richtung magnetisiert, so dass die Scheibe 12 eine stabile Lage, z.B. die nach Fig. 2, annimmt. Soll die Scheibe 12 gedreht wird, so wird die Windung 18 kurzfristig mit einem Strom beaufschlagt, um die Magnetisierung der Polstücke 16 umzukehren. Der Magnet 14 mit der Scheibe 12 dreht sich daher in die Stellung nach Fig. 3. Diese Drehung vollzieht sich über die stabile Lage nach Fig. 3 hinaus, wonach die

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Abstosskraft des Magneten 22 die Scheibe 12 zurück in die stabile Lage (nach Fig. 3) bewegt. Wie schon, erwähnt, kann diese über die stabile Stellung während der Drehung der Scheibe hinausgehende Bewegung gegebenenfalls und in der Regel zu einem Aufprall auf das Polstück 16R führen, bevor der Rückstoss in die stabile Lage erfolgt. Bei umgekehrter Polarität der Polstücke bewegt sich ebenfalls in der Anordnung nach Fig. 3 die Scheibe 12 in die Ausrichtung nach Fig. 2, bis die Abstosskraft des Magneten 22 auf den Magneten 14 grosser als die Anziehungskraft des Polstückfeldes auf den Drehmagneten wird. Ohne oder mit Berührung der Scheibe und dem oberen Ende des Polstückes 16 L nimmt die Scheibe die stabile Lage nach Fig. 2 an. In beiden Stellungen liegt die stabile Lage etwas in Winkelabstand inwärtig von dem mechanischen Anschlag. Auf diese Weise wird die Haftneigung der Scheibe am Anschlag wesentlich eliminiert.

Falls erwünscht oder falls der Magnet 22 z-a schwach ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen, kann ein Magnet 22 ebenfalls an dem linken Polstück 16L angeordnet werden.

Die Wirkungsweise entspricht der vorbeschriebenen, indem die beiden Magnete 22 eine gemeinsame Wirkung auf den Scheibenmagneten ausüben.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit ähnlichen Bauteilen und ähnlicher Betriebsweise, jedoch mit der Ausnahme, dass ein separater mechanischer Anschlag 23 vorgesehen ist, der als Teil des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Der Anschlag 23 begrenzt die Drehbewegung der Scheibe an beiden Enden des Bewegungsbogens. Die Scheibe 114 hat einen geringeren Durchmesser als der Raum zwischen den Polstücken 16. Der zweite oder Hilfspermanentmagnet 122 ist ein separates Teil des benachbarten Polstückes 16 R und im Anschlag 23 befestigt. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, liegt

jede stabile Stellung der Scheibe, die eingenommen wird, wenn die Abstosskraft durch einen Pol des Magneten 122 gleich der Anziehungskraft der Polstücke 16 ist, in Abstand von der mechanischen Anschlagstellung, so dass das Anhaften der Scheibe am Anschlag im wesentlichen ausgeschaltet ist.

Wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1-3 erläutert wurde, kann der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 4-6 das Vorsehen von einem äusseren Permanentmagneten 122 an jedem Polstück erfordern. Die Verwendung von zwei äusseren Magneten ist in Fig. 5 und 6 durch die gestrichelte Darstellung von einem derartigen Magneten an dem linken Polstück 16L angedeutet.

Die Erfindung lässt sich auch bei der Alternative anwenden, bei der nur ein Polstück vorgesehen ist, vgl. schematische Darstellung nach Fig. 7 und 8. Diese Ausführungsform ergibt sich, wenn man das linksseitige Polstück 16L in Fig. 4 weglässt. Die Verwendung von nur einem Polstück zur Erzeugung des gesamten Polstückfeldes kann zweckmässig sein, da sich hiermit die Feldstärken von Polstück 16, Magnet 22 und Magnet 14 einstellen lassen.

Bei jeder Ausführungsform ist die Länge des Rotormagneten 14 oder 114 so, dass eine Verlängerung des Magnetendrehbogens den äusseren Permanentmagneten 22 oder 122 schneiden würde. Dies hat den Sinn, eine unerwünschte Schwächung der Abstosskraft der äusseren Magneten 22 oder 122 nahe der betreffenden Begrenzungsstellung zu verhindern. Im Schutzbereich der Erfindung liegt jedoch auch die Möglichkeit, die Länge des Rotormagneten zu verkürzen, so dass sich sein (verlängerter) Bogen inwärtig der Lagestelle des äusseren Permanentmagneten 22 oder 122 befindet. Der Umfang jedoch, um den der verlängerte Bogen inwärtig von den Magneten 22 oder 122 ohne Beeinträchtigung der vorbeschriebenen Betriebs-

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weise der Vorrichtung liegen;-.kann, hängt in jedem Fall von einer Vielzahl von Faktoren einschliesslich der Stärke und Konfiguration der Magneten 22 oder 122, der Magneten 14 oder 114 und der Polstücke 16L und 16R ab. Die Innengrenzen müssen daher in jedem Fall empirisch bestimmt werden , wenn nicht der (verlängerte) Bogen der Magneten 14 oder 114 die Magneten 22 oder 122 schneidet.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. ^eicsmann. Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. RA-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 3036187

8000 MÜNCHEN 86, DEN O K POSTFACH 860 820 '

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

NEI Canada Limited Sdt/ht.

121 industry Street ^{File No}' 1327-88B

Toronto, Ontario, Kanada

Elektronisches Darstellungs- oder Anzeigeelement

PATENTANSPRÜCHE

Elektronisches Darstellungs- oder Anzeigeelement, mit einer drehbar gehaltenen Scheibe, die an ihren gegenüberliegenden Seiten visuell unterschiedliche Flächen aufweist, mit einer Einrichtung zur mechanischen Begrenzung der Drehbewegung der Scheibe zwischen zwei GrenzStellungen, die >·90° und ^180° voneinander entfernt sind, wobei in den Grenzstellungen die betreffenden unterschiedlichen Flächen in Betrachtungsrichtung freiliegen, mit einem ersten Permanentmagneten, der an dem Element befestigt ist, so dass er sich mit diesem dreht, und der so angeordnet ist, dass er ein. Feld mit einer Komponente quer zur Drehachse der Scheibe vorsieht, und mit wenigstens einem umkehrbar magnetisierbaren Polstück und einer diesbezüglichen Erregungseinrichtung ausserhalb der Scheibe, das so ausgelegt und angeordnet ist,

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dass es ein erstes äusseres magnetisches Feld schafft, so dass bei Fehlen eines zweiten äusseren magnetischen Feldes jede Umkehr der Erregung des Polstückes zu einer Verdrehung des Permanentmagneten und der Scheibe von einer Grenzstellung in die andere führt, gekennzeichnet durch einen zweiten Permanentmagneten (22, 122) mit geringerer magnetischer Feldstärke als die Feldstärke des wenigstens einen Polstückes (16), der nahe dem Polstück befestigt ist und so ausgelegt und relativ zum Bewegungsweg des ersten Magneten (14, 114) während der Drehung der Scheibe angeordnet ist, dass er zusammen mit dem Polstück bei jeder Magnetisierung eine magnetisch stabile Lage für die drehbare Scheibe (12) schafft, wobei die magnetisch stabile Lage um einen kleinen Winkel von der mechanischen Grenzstellung zur anderen Grenzstellung hin beabstandet ist, so dass bei Umkehr der Polstückmagnetisierung die Scheibe aus ihrer bisherigen magnetisch stabilen Lage in die andere magnetisch stabile Lage angezogen wird.
2. Elektronisches Darstellungs- oder Anzeigeelement, mit einer drehbar gehaltenen Scheibe, die so ausgelegt ist, dass sie an gegenüberliegenden Seiten visuell unterschiedliche Flächen vorsieht, mit einer Einrichtung, die mechanisch -die Drehbewegung der Scheibe zwischen zwei GrenzStellungen, die ~J90° und O80° voneinander in Abstand liegen, begrenzt, wobei in den betreffenden Grenzstellen die unterschiedlichen Seiten . in Betrachtungsrichtung freiliegen, mit einem ersten Permanentmagneten, der an dem Element zur gemeinsamen Drehung mit ihm befestigt und so angeordnet ist, dass er ein Feld mit einer Komponente quer zur Drehachse der Scheibe schafft, und mit wenigstens einem umkehrbar magnetisierbaren Polstück mit einer diesbezüglichen Erregungseinrichtung ausserhalb der Scheibe, das so ausgelegt und angeordnet ist, dass es ein erstes äusseres Magnetfeld schafft, so dass bei Fehlen eines zweiten äusseren Magnetfeldes jede Umkehrung des Polstückes zu einer Verdrehung der Scheibe von einer Grenzstellung zur anderen führt, gekennzeichnet durch einen

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zweiten Permanentmagneten (22, 122) ausserhalb der Scheibe (12), der nahe dem wenigstens einen Polstück (16) angeordnet und so ausgerichtet ist, dass er den näher liegenden Pol des ersten Permanentmagneten (14, 114) bei Annäherung an jede Grenzstellung abstösst, wobei die Stärke und Lage des zweiten Permanentmagneten so gewählt sind, dass das zusammengesetzte Feld von dem wenigstens einen Polstück und dem zweiten Permanentmagneten bei jeder Magnetisierung des Polstückes eine stabile Stellung schafft, die in einem kurzen Winkelabstand von der betreffenden mechanischen Grenzstellung liegt, und so dass bei Umkehr der Polstückmagnetisierung zwischen den stabilen Stellungen die Wirkung des wenigstens einen Polstückes auf den ersten Permanentmagneten grosser als die des zweiten Permanentmagneten und zwischen der stabilen Stellung und der mechanischen Grenzstellung die Abstosskraft des zweiten Permanentmagneten grosser als die Anziehungskraft auf den ersten Permanentmagneten des wenigstens einen Polstückes ist.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Polstücke (16) vorgesehen sind.

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