EP0232430A1 - Elektromagnetischer vibrator zur übertragung der schwingungserregungen - Google Patents

Elektromagnetischer vibrator zur übertragung der schwingungserregungen Download PDF

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EP0232430A1
EP0232430A1 EP86904992A EP86904992A EP0232430A1 EP 0232430 A1 EP0232430 A1 EP 0232430A1 EP 86904992 A EP86904992 A EP 86904992A EP 86904992 A EP86904992 A EP 86904992A EP 0232430 A1 EP0232430 A1 EP 0232430A1
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EP
European Patent Office
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excitation coil
clapper
permanent magnet
magnetic field
electromagnetic vibrator
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Withdrawn
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EP86904992A
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English (en)
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EP0232430A4 (de
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German Evgenievich Rudashevsky
Alexandr Grigorievich Krichevsky
Olga Georgievna Blokhina
Alexandr Samuilovich Mirkin
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Institut Mashinovedenia Imeni Aa Blagonravova Akademii Nauk Sssr
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Institut Mashinovedenia Imeni Aa Blagonravova Akademii Nauk Sssr
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
    • A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
    • A61H23/0218—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive with alternating magnetic fields producing a translating or oscillating movement

Definitions

  • the invention relates to the satisfaction of human life needs, to devices for stimulating reflex points on the surface of the body and relates in particular to electromagnetic vibrators.
  • a large number of devices for stimulating reflex points of the human body are known.
  • the closest to this are vibrators with an electromagnetic and electrodynamic system, depending on the mode of operation and the demands placed on the vibrators.
  • a vibrator (see RC Bice. Electromechanical Transducer for Vibratoactile Stimulation "The Review of Scientific Instruments", V. 32, No. 7, 1961, 856-857) is known which contains a body in which an excitation coil and a Membrane with a weight attached to it.
  • the body in which the magnetic system is located becomes an oscillating member.
  • the amplitude of mechanical vibrations fanned by a bice vibrator is frequency-dependent and has a maximum of 145 Hz, which is inadequate for vibro-stimulation of mechanoreceptors in humans.
  • the vibrator has a large diameter of 23 mm, a large height of 33 mm and a large weight of 47.5 g, which also makes it difficult to attach and this in a number of cases, for example in the sleeve of a prosthesis makes impossible.
  • the amplitude-frequency characteristic of the vibrator has a linear profile in a range from 0 to 50 Hz, with the frequency increase above 50 Hz the vibration amplitude decreases and is close to 0 in a range of 100 Hz.
  • the vibrator is rectangular with dimensions of 32x20 mm and a weight of 70 g, which is insufficient for its use in the devices for stimulating reflex points.
  • the vibrators described are not designed for the transmission of impulse signals, do not have a sufficient vibration amplitude and are powerful.
  • the vibrator has a diameter of 29 mm and a height of 17.2 mm and a weight of 50 g.
  • the spring in the electromagnetic vibrator limits the frequency characteristic of the vibrator to a range up to 50 Hz and reduces its reliability during continuous operation. The dimensions of this electromagnetic vibrator limit the possibility of its use for the solution of practical tasks.
  • the invention has for its object to provide an electromagnetic vibrator, the construction of which ensures a maximum force effect on the mechanoreceptors in a range from 0 to 250 Hz with an oscillation amplitude of 1 mm and the minimum values of weight and dimensions of the vibrator and which reliably Is continuous operation.
  • the object is achieved in that in the electromagnetic vibrator, the body of which includes a clapper with a cover and an excitation coil in sicn, which generates an alternating magnetic field, under the action of which the clapper moves back and forth along the geometric axis of the excitation coil executes, the clapper according to the invention is exposed in the body and contains a permanent magnet, the surface of the excitation coil facing aer interaction of the magnetic field of the excitation coil with that of the permanent magnet in a 0.6 to 0.7 the height of the excitation coil the same distance from the excitation coil flange .
  • a second permanent magnet in the cover of the body of the electromagnetic vibrator, which stent interacts with the permanent magnet of the clapper and builds up a magnetic field which is directed along the axis of the clapper against the magnetic field as the permanent magnet of the clapper.
  • the clapper with the permanent magnet that moves freely inside the excitation coil and is arranged in this way is that the surface facing the excitation coil is at a minimum distance of 0.6 to 0.7 the height of the excitation coil from the coil flange, generates a large impact force and exerts a corresponding force effect on the mechanoreceptors in the setpoint range.
  • this force increases with the help of a so-called "magnetic spring” + which is realized by arranging a fixed permanent magnet in the cover of the body, whose field along the axis of the clapper is opposite to the magnetic field of the permanent magnet of the clapper.
  • the interaction of the magnets mentioned completely mimics that of a spiral spring when the electromagnetic vibrator is working and takes over its function, thereby extending the duration of trouble-free operation of the vibrator.
  • the electromagnetic vibrator shown in the drawing contains a body 1 in which a clapper 2 is exposed and an excitation coil 3 is housed.
  • a permanent magnet 4 is arranged in such a way that its surface facing the excitation coil 3 is at a minimum distance from a flange 5 of the excitation coil 3 that is the same as 0.6 to 0.7 the height of the excitation coil 3.
  • a cover 6 is fastened to the body 1, in which a second permanent magnet 7 is arranged.
  • the leads of the excitation coil 3 are not indicated in the drawing.
  • the electromagnetic vibrator works as follows.
  • the excitation coil 3 When the electromagnetic vibrator is connected to an AC circuit, the excitation coil 3 generates a alternating magnetic field, under the action of the clapper 2 executes a reciprocating movement along the geometric axis of the excitation coil 3.
  • the clapper 2 When a current flows through the excitation coil 3, the clapper 2, when the directions of the magnetic fluxes of the excitation coil 3 and the permanent magnet 4 of the clapper 3 coincide, are drawn into the excitation coil 3 with a force which is a sum of their flux gradients minus a flux gradient of a fixed permanent magnet 7 is proportional, and the permanent magnet 4 of the clapper 2 remains at the same distance from the coil flange 5 at 0.6 to 0.7 the height of the excitation coil 3.
  • the clapper 2 is displaced in the direction of the object to be excited with a force which is proportional to a sum of the flow gradients of the permanent magnet 4 of the clapper 2, a fixed permanent magnet 7 and the excitation coil 3.
  • the experimentally determined values correspond to the position of the permanent magnet 4 at a distance of 0.6 to 0.7 the height of the excitation coil 3 equal distance from the coil flange 5 of the greatest strength of the bobbin 2.
  • the impact strength decreases, which is due to a reduction in the overall magnetic field gradient, while at a distance of less than 0.6 the invention cannot be implemented with the selected dimensions.
  • the feststenenae permanent magnet 7 thus performs, together with the permanent magnet 4 of the clapper 2, the function of a magnetic spring, which is pressed together when the clapper 2 is pulled into the excitation coil 3 and displaces the clapper 2 from the excitation coil 3 when the current direction changes in the latter.
  • the electromagnetic vibrator according to the invention develops a large impact strength based on its volume (approx. 30 g / cm 3 ), has a diameter of 22 mm with a height of 10 mm and a weight of 12 g, and the vibration amplitude of the Clapper 2 is in a required frequency range from 0 to 250 Hz guaranteed.
  • the electromagnetic vibrator according to the invention contains no spring, no elastic intermediate layers, which enables its occupational safety in continuous operation.
  • the electromagnetic vibrator is used for the prevention and rehabilitation of a disorder of motor functions of the lower extremities and a vestibular disorder in humans by excitation of the mechanoreceptors of skin covers in the support zones of the feet according to the time and force parameters of the natural locomotive act of humans.
  • the electromagnetic vibrator can be used to transmit information about the parameters of a prosthesis, primarily about the holding force, and for vibrotesting the skin of the human organs.

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Abstract

Elektromagnetischer Vibrator, dessen Körper (1) mit einem Deckel (6) einen Klöppel (2) und eine Erregerspule (3) in sich einschließt, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, unter dessen Wirkung der Klöppel (2) eine hin- und hergehende Bewegung entlang der geometrischen Achse der Erregerspule (3) ausführt, wobei der Klöppel (2) in Körper (1) frei liegt und einen Dauermagnet (4) enthält, dessen der Erregerspule (3) zugekehrte Oberfläche bei der Wechselwirkung des Magnetfeldes der Erregerspule (3) mit dem des Dauermagneten (4) in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule (3) gleichen Mindestabstand von einem Flansch (5) der Erregerspule (3) liegt.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung Dezieht sich auf die Befriedigung von Lebensbedürfnissen des Menschen, auf Einrichtungen zur Stimulierung von ReflexpunKten auf der Körperoberfläche und betrifft insbesondere elektromagnetische Vibratoren.
    • Vorheriger Stand der Technik
  • Es ist eine große Anzahl von Einrichtungen zur Stimulierung von Reflexpunkuen des Körpers des Menschen bekannt. Am nächsten stehen dazu nach der Wirkungsweise und den an die Vibratoren gestellten Forderungen Vibratoren mit einem elektromagnetischen und elektrodynamischen System.
  • Es ist ein Vibrator (s. R.C. Bice. Electromechanical Transducer for Vibratoactile Stimulation "The Review of Scientific Instruments", V. 32, No. 7, 1961, 856-857) bekannt, der einen Körper entnält, in dem eine Erregerspule und eine Membran mit einem daran befestigten Gewicht untergebracht sind.
  • Da die belastete Membran eine erhebliche Trägheit besitzt, wird der Körper, in dem sich das Magnetsystem bifindet, zu einem Schwingglied. Die durch einen Bice-Vibrator angefachte Amplitude von mechanischen Schwingungen ist frequenzabhangig und weist ein Maximum von 145 Hz auf, was also zur Vibrostimulierung von Mechanorezeptoren des Menschen unzureicnend ist. Hinzu Kommt auch, daß der Vibrator einen großen Durchmesser von 23 mm, eine große Höhe von 33 mm und ein großes Gewicht von 47,5 g aufweist, was auch dessen Befestigung erschwert und diese in einer Reihe von Fällen, beispielsweise in der Hülse einer Prothese, gar unmöglich macht.
  • Es ist ein Vibrator (s. Ju. V. Shneider, V.S. Golovin "Vibrator dlya peredachi vibratsionnykh razdrazneniy " ("Vibrator zur Übertragung von Vibrationsreizungen"), Sbornik trudov instituta protezirovania i protezostroenia ) (Sammelwerk des Instituts für Prothesieren und Prothesebau), H. 22, Moskau, veröffentlicht 1969, S. 245 bis 249) bekannt, der einen Körper mit einer in diesem untergebrachten Erregerspule enthalt. In der Erregerspule ist ein Dauermagnet angeordnet, aer mit dem Körper mittels elastischer Zwischenlagen verbunden ist. Bei der Wechselwirkung der Magnetfelder der Erregerspule und des Dauermagneten wirkt auf den im oeschriebenen Vibrator die Funktion eines Klöppels übernehmenden Magnet ein Drehmoment ein, das bestrebt ist, den Dauermagnet aus der Ausgangslage herauszuführen. Der Dauermagnet berührt über eine Öffnung im Körper die Hautfläche eines biologischen Objekts, wobei er auf dessen Mechanorezeptoren einwirkt.
  • Die Amplitudenfrequenzkennlinie des Vibrators hat einen linearen Verlauf in einem Bereich von 0 bis 50 Hz, mit der Frequenzerhöhung über 50 Hz nimmt die Schwingungsamplitude ab und ist in einem Bereich von 100 Hz nahe 0. Der Vibrator ist rechteckig mit Abmessungen von 32x20 mm und einem Gewicht von 70 g ausgeführt, was für dessen Anwendung in den Einrichtungen zur Stimulierung von Reflexpunkten ungenügend ist.
  • Wie aus den oben angeführten Daten ersichtlich ist, sind also die beschriebenen Vibratoren für die Übertragung von Impulssignalen nicht ausgelegt, besitzen keine ausreichende Schwingungsamplitude und Schlagstarke.
  • Es ist ein elektromagnetiscner Vibrator (s. Ju V. Shneider, V.S. Golovin "Vibrator dlya peredachi vibratsionnykh razdrazheny ", Sbornik trudov instituta protezirovania i protezostroenia ", H. 22, Moskau, veröffentlicht 1969, S. 245 bis 249) bekannt, dessen Körper mit einem Deckel eine Erregerspule mit einem ferromagnetischen Klöppel und einer Feder in sich einschließt. Unter der Einwirkung eines Eingangssignals wird um die Spule herum ein Magnetfeld aufgebaut, das in der Lage ist, den Klöppel unter Überwindung des Widerstandes der Feder in das Spuleninnere einzuziehen. Nach dem Abschalten des Eingangssignals wird der Klöppel unter der wirkung der zusammengedrückten Feder aus der Spule herausgestoßen und schlägt auf die Haut. Der Vibrator weist einen Durchmesser von 29 mm, eine Höhe von 17,2 mm und ein Gewicht von 50 g auf. Die im elektromagnetischen Vibrator vorhandene Feder beschränkt die Frequenzkennlinie des Vibrators auf einen Bereich bis zu 50 Hz sowie setzt seine Zuverlässigkeit bei Dauerbetrieb herab. Die Abmessungen dieses elektromagnetischen Vibrators begrenzen die Möglichkeit seines Einsatzes für die Lösung praktischer Aufgaben.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Vibrator zu schaffen, dessen Konstruktion eine maximale Kraftwirkung auf die Mechanorezeptoren in einem Bereich von 0 bis 250 Hz bei einer Schwingungsamplitude von 1 mm und bei den Mindestwerten von Gewicht und Abmessungen des Vibrators sichert und der zuverlässig bei Dauerbetrieb ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem elektromagnetischen Vibrator, dessen Körper mit einem Deckel einen Klöppel und eine Erregerspule in sicn einschließt, die ein magnetiscnes Wechselfeld erzeugt, unter dessen Wirkung der Klöppel eine nin- und hergehende Bewegung entlang der geometrischen Achse der Erregerspule ausführt, der Klöppel gemäß der Erfindung im Körper frei liegt und einen Dauermagnet enthält, dessen der Erregerspule zugekehrte Oberfläche bei aer Wechselwirkung des Magnetfeldes der Erregerspule mit dem des Dauermagneten in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule gleichen Mindestabstand vom Erregerspulenflansch liegt.
  • Es ist aucn zweckmäßig, im Deckel des Körpers des elektromagnetischen Vibrators einen zweiten Dauermagnet zu befestigen, der mit dem Dauermagnet des Klöppels in Wechselwirkung stent und ein Magnetfeld aufbaut, das längs der Achse des Klöppels dem Magnetfeld aas Dauermagneten des Klöppels entgegengerichtet ist.
  • Der sich im Innern der ErreGerspule frei verschiebende Klöppel mit dem Dauermagnet, der in diesem derart angeordnet ist, daß dessen der Erregerspule zugekehrte Oberflache in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule gleichen Mindestabstand vom Spulenflanscn liegt, erzeugt eine größe Schlagstärke und übt eine entsprecnenae Kraftwirkung auf die Mechanorezeptoren im Sollwertbereich aus. Darüber hinaus nimmt diese Kraft mit Hilfe einer sogenannten "magnetischen Feder" zu+ die durch Anordnung eines feststehenden Dauermagneten im DecKel des Körpers realisiert wird, dessen Feld längs der Achse des Klöppels dem Magnetfeld des Dauermagneten des Klöppels entgegengerichtet ist. Die Zusammenwirkung der genannten Magnete ahmt bei der Arbeit des elektromagnetischen Vibrators die einer Spiralfeder vollständig nach und übernimmt deren Funktion, wodurch die Dauer eines störungsfreien Betriebes des Vibrators verlängert wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachstehend an einem konkreten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine beiliegende Zeichnung näher erläutert, in aer ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vibrator dargestellt ist.
    • Bevorzugte Ausführungsform
  • Der in der Zeichnung dargestellte elektromagnetische Vibrator enthält einen Körper 1, in dem ein Klöppel 2 frei liegt und eine Erregerspule 3 untergebracht ist. Im Klöppel 2 ist ein Dauermagnet 4 in der Weise angeordnet, daß seine der Erregerspule 3 zugewandte Oberfläche in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule 3 gleichen Mindestabstand von einem Flansch 5 der Erregerspule 3 liegt. Am Körper 1 ist ein Deckel 6 befestigt, in dem ein zweiter Dauermagnet 7 angeordnet ist. Die Herausführungen der Erregerspule 3 sind in der Zeichnung nicht angedeutet.
  • Der elektromagnetische Vibrator arbeitet wie folgt.
  • Beim Anschluß des elektromagnetischen Vibrators an einen Wechselstromkreis erzeugt die Erregerspule 3 ein magnetisches Wechselfeld, unter aessen Wirkung der Klöppel 2 eine hin- und hergehende Bewegung längs der geometrischen Achse der Erregerspule 3 ausführt.
  • Beim Fließen aes Stroms durch die Erregerspule 3 wird der Klöppel 2, wenn die Richtungen der Magnetflüsse der Erregerspule 3 und des Dauermagneten 4 des Klöppels 3 zusammenfallen, in die Erregerspule 3 mit einer Kraft hereingezogen, die einer Summe ihrer Flußgradienten abzüglich aes Flußgradienten eines feststehenden Dauermagneten 7 proportional ist, und der Dauermagnet 4 des Klöppels 2 bleibt in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule 3 gleichen Abstand vom Spulenflansch 5 stehen. Änaert sich die Stromrichtung in der Erregerspule 3 auf die entgegengesetzte, wird der Klöppel 2 in Richtung des zu erregenden Objekts mit einer Kraft verdrängt, die einer Summe der Flußgradienten des Dauermagneten 4 des Klöppels 2, aes feststehenden Dauermagneten 7 und der Erregerspule 3 proportional ist. Hierbei entsprechen die experimentell ermittelten Werte der Stellung des Dauermagneten 4 in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule 3 gleichen Abstand vom Spulenflansch 5 der größten Scnlagstarke des Klöppels 2. Bei einer Abstandsweite von über 0,7 nimmt die Schlagstärke ab, was durch eine Verringerung des gesamten Magnetfeldgradienten bedingt ist, während bei einer Abstandsweite unterhalb von 0,6 die Erfindung bei den gewählten Abmessungen nicht realisierbar ist. Der feststenenae Dauermagnet 7 führt also samt dem Dauermagnet 4 des Klöppels 2 die Funktion einer magnetiscnen Feder aus, die beim Einziehen des Klöppels 2 in die Erregerspule 3 zusammengepreßt wird und den Klöppel 2 aus der Erregerspule 3 bei einer Anderung der Stromrichtung in dieser verdrängt.
  • Der erfindungsgemäße elektromagnetische Vibrator entwickelt gegenüber den bekannten Vibratoren eine größe auf sein Volumen bezogene Schlagstärke (ca. 30 g/cm3), weist einen Durcnmesser von 22 mm bei einer Höhe von 10 mm und einem Gewicht von 12 g auf, und die Schwingungsamplitude des Klöppels 2 wird in einem erforderlichen Frequenzbereich von 0 bis 250 Hz gewährleistet. Der erfindungsgemäße elektromagnetische Vibrator enthält keine Feder, Keine elastischen Zwischenlagen, was dessen Arbeitssicherheit bei Dauerbetrieb ermöglicht.
    • Industrielle Anwendbarkeit
  • Der elektromagnetiscne Vibrator wird zur Vorbeugung und Rehabilitation einer Störung motorischer Funktionen der unteren Extremitäten und einer Vestibularisstörung des Menschen durch Erregung der Mechanorezeptoren von Hautdecken in den Stützzonen der Füße entsprechend den Zeit- und Kraftparametern des naturlichen lokomotorischen Aktes des Menschen verwendet. Außerdem kann der elektromagnetiscne Vibrator zur Ubertragung von Informationen über die Parameter einer Prothese, in erster Linie über die Haltekraft,sowie zu einem Vibrotesten der Hautdecken der Organe des Menschen herangezogen werden.

Claims (2)

1. Elektromagnetischer Vibrator, dessen Körper (1) mit einem Deckel (6) einen Klöppel (2) und eine Erregerspule (3) in sich einschließt, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, unter dessen Wirkung der Klöppel (2) eine hin- und hergehende Bewegung entlang der geometrischen Achse der Erregerspule (3) ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß aer Klöppel (2) im Körper (1) frei liegt und einen Dauermagnet (4) enthält, dessen der Erregerspule (3) zugekehrte Oberfläche bei der Wechselwirkung des Magnetfeldes der Erregerspule (3) mit dem des Dauermagneten (4) in einem 0,6 bis 0,7 der Höhe der Erregerspule (3) gleichen Mindestabstand von einem Flansch (5) der Erregerspule (3) liegt.
2. EleKtromagnetischer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel (6) des Körpers (1) ein zweiter Dauermagnet (7) befestigt ist, der mit dem Dauermagnet (4) des Klöppels (2) in Wechselwirkung steht und ein Magnetfeld aufbaut, das längs der Achse des Klöppels (2) dem Magnetfeld des Dauermagneten (4) des Klöppels (2) entgegengerichtet ist.
EP19860904992 1985-07-24 1986-06-20 Elektromagnetischer vibrator zur übertragung der schwingungserregungen. Withdrawn EP0232430A4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU3938113 1985-07-24
SU853938113A SU1428379A1 (ru) 1985-07-24 1985-07-24 Электромагнитный вибровозбудитель механорецепторов человека

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0232430A1 true EP0232430A1 (de) 1987-08-19
EP0232430A4 EP0232430A4 (de) 1988-09-28

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19860904992 Withdrawn EP0232430A4 (de) 1985-07-24 1986-06-20 Elektromagnetischer vibrator zur übertragung der schwingungserregungen.

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US (1) US4788968A (de)
EP (1) EP0232430A4 (de)
JP (1) JPS63500641A (de)
BG (1) BG46626A1 (de)
DD (1) DD272571A3 (de)
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