EP0242856A2 - Koaxiallautsprecher - Google Patents

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EP0242856A2
EP0242856A2 EP87105855A EP87105855A EP0242856A2 EP 0242856 A2 EP0242856 A2 EP 0242856A2 EP 87105855 A EP87105855 A EP 87105855A EP 87105855 A EP87105855 A EP 87105855A EP 0242856 A2 EP0242856 A2 EP 0242856A2
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coaxial
magnets
membrane
frequency
magnetic circuits
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04R9/02—Details
    • H04R9/025—Magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R2209/022—Aspects regarding the stray flux internal or external to the magnetic circuit, e.g. shielding, shape of magnetic circuit, flux compensation coils

Definitions

  • the invention relates to a coaxial loudspeaker with a membrane for emitting tones of high frequencies, the so-called high-frequency membrane, and a membrane for emitting tones of lower frequencies, the low-frequency membrane.
  • the membranes are moved by coaxial voice coils, each of which is immersed in the air gap of a magnetic circuit containing a magnet.
  • Such a loudspeaker is known from DE-OS 28 19 548, in which the low-frequency diaphragm is arranged as a front cone for the loudspeaker and the high-frequency diaphragm in the rear part of the loudspeaker, so that a horn-like construction results for the high-frequency range.
  • this arrangement has the disadvantage that there is a phase shift of the sound emitted by the high-frequency membrane compared to the sound component emitted by the low-frequency membrane. This leads to interference which adversely affects the sound behavior of the speaker.
  • the horn-like construction for the tweeter part brings typical horn distortions, especially in the case of tones of instruments that are sensitive in the high frequency range.
  • the magnets are designed as ring magnets, the coaxial magnetic circuits being stacked one above the other.
  • this enables a reduction in the leakage flux in the region of the pole plates of the magnets, no external feedback is provided for the magnetic field, as a result of which this inherent advantage is at least partially canceled out.
  • neighboring sensitive devices e.g. B. video devices or televisions.
  • the specified construction of the speaker is also complex and therefore expensive.
  • This loudspeaker has flat membranes, namely a small central high-frequency membrane and a low-frequency membrane surrounding it, each of which is provided with a voice coil which plunge into the air gaps of two essentially completely decoupled magnetic circuits.
  • the smaller magnet for the voice coil of the tweeter membrane is in front of the larger magnet for the voice coil of the low frequency membrane.
  • the points of attack of the voice coils on the flat membranes lie in one plane, so that no phase shifts occur as with the above loudspeaker.
  • the magnetic circuit for the voice coil of the low-frequency diaphragm has an external return for the magnetic flux, but the stray flux, in particular upwards towards the diaphragms, can only be reduced by using high-quality material. As a result, the sound quality and the immunity to interference of the speaker are deteriorated.
  • the efficiency of the speaker is relatively low due to the non-coupled magnetic circuits, so that strong and thus expensive magnets are necessary for an acceptable efficiency.
  • the invention has for its object to provide a coaxial speaker that has high sound quality and very good efficiency with simple construction and the least possible material expenditure, so that the effort-performance ratio is optimal.
  • This object is achieved for a loudspeaker whose elastic suspension points of the membranes are in the same plane in that the magnets of the coaxial Magnetic circuits with poles of the same name are arranged opposite one another and have a common pole piece for these poles.
  • This measure increases the magnetic flux density in the common pole piece. This also increases the magnetic flux density in the air gap of the magnetic circuit for the voice coil of the woofer diaphragm, so that the effect of this woofer part is optimized. Accordingly, commercially available inexpensive magnets can be used for this magnetic field. The same advantages apply to the magnetic circuit for the voice coil of the tweeter membrane. This coupling of the magnetic circuits also increases the efficiency of the loudspeaker.
  • the specified measure also significantly reduces the leakage flux, in particular since the magnet for the voice coil of the low-frequency membrane has an external return for the magnetic field and thus a shield.
  • the stray flux of the magnet for the voice coil of the low-frequency diaphragm, which is decisive for interference immunity, is practically made zero by these measures.
  • the coaxial magnetic fields are stacked on top of one another with the interposition of the common pole piece in the direction of the axis of the coaxial loudspeaker, the common pole piece then being a pole plate aligned parallel to the plane in which the points of attack of the voice coils lie on the membranes.
  • the magnets of the magnetic circuits can be nested one inside the other perpendicular to the axis of the coaxial loudspeaker with the interposition of the common, then annular pole piece.
  • a coaxial loudspeaker 1 with a truncated cone-shaped low-frequency diaphragm 2 and a dome-shaped high-frequency diaphragm 3, which are elastically suspended in a loudspeaker carrier 4 at 5 and 6 or 7.
  • the membranes 2 and 3 are each connected to a voice coil 9 and 10, respectively in the area of the beginning of the elastic suspensions 5 and 7, so that the points of engagement of the voice coils 9 and 10 on the membranes 2 and 3 in a common plane 8 lie.
  • the voice coils 9 and 10 are immersed in air gaps each of a magnetic circuit 11 for the low-frequency diaphragm 2 and 12 for the high-frequency diaphragm 3.
  • Each magnetic circuit has a ring magnet 13 or 14, the north and south poles of which are represented by N and S, respectively.
  • the magnets 13 and 14 are coaxial with respect to the central axis A of the loudspeaker 1. They are stacked one above the other, with one between the opposite north poles of the magnets 13 and 14 common pole plate 15 is located for both magnetic circuits, the plate plane of which runs perpendicular to the central axis A of the loudspeaker 1.
  • this pole plate On the inside of the two ring magnets 13 and 14, this pole plate has shoulders 16, through which the ring magnets 13 and 14 are held centrally.
  • the pole plate continues in a central cylindrical extension 17 in the direction of the tweeter membrane up to the air gap 10.
  • the magnetic circuit 12 is closed by an upper pole ring 18, which centers the ring magnet 14 at the same time with a shoulder 18a.
  • the radially outer ends of the pole plate 15 limit the air gap for the voice coil 9 of the low-frequency diaphragm.
  • the magnetic circuit is closed by a pole ring 19 with an L-shaped cross section, which has an extension 20 on its inner edge facing the axis A of the loudspeaker, through which the ring magnet 13 is centered.
  • the arrangement of the ring magnets 13 and 14 with opposite poles of the same name ensures that the magnetic flux lines within the pole plate 15 repel each other and are pressed into the respective air gaps while increasing the magnetic flux density. This almost completely avoids scattering in this area.
  • the entire magnet construction lies radially inside the voice coil 9 for the low-frequency diaphragm 2, so that stray fields always strike the outer pole ring 19 and are conducted back into the air gap of the magnetic circuit 11.
  • the manufacture and assembly of the loudspeaker is simple since the entire arrangement is centered independently by the approaches on the pole rings 18 and 19. In this way, the use of assembly material, such as screws or the like, can be kept to a minimum.
  • FIG. 2 shows a coaxial loudspeaker 1 'with flat membranes 2' for the emission of tones of lower frequencies or 3 'for the emission of tones of higher frequencies.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 are used for identical or similar parts, but with a dash (') added.
  • the ring magnets 13 'and 14' are aligned so that their pole faces are coaxial with respect to the central axis A 'of the speaker.
  • a common, in this case annular pole plate 15 ' is arranged, which extends above the magnets as a ring plate 21 to the air gaps of the respective magnetic circuits 11' and 12 '.
  • the magnetic circuit 11 'for the voice coil 9' which is connected to the low-frequency membrane 2 ', is closed by a pole ring 19'
  • the magnetic circuit 12 'for the voice coil 10' of the high-frequency membrane 3 ' is closed by a pole ring 18'.
  • a magnetic shield is optionally provided on the rear of the loudspeaker carrier 4 '.
  • the ring magnets can be either permanent magnets or electromagnets in a conventional manner.
  • the shape of the high-frequency and low-frequency diaphragms is also exemplary, as long as it is ensured that the points of attack of the voice coils on the diaphragms lie essentially in one plane.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Koaziallautsprecher (1) mit einer Tieftonmembran (2), einer Hochtonmembran (3) und jeweils einem Magnetkreis (11 bzw. 12) für mit den Membranen verbundene Schwingspulen (9 bzw. 10). Die Magnete (13, 14) der beiden Magnetkreise (11, 12) sind mit gleichnamigen Polen (N) gegenüberliegend angeordnet und weisen eine gemeinsame Polplatte (15) auf. Die elastischen Angriffspunkte der Schwingspulen (9, 10) an den beiden Membranen (2, 3) liegen in einer Ebene. Mit dieser Konstruktion wird erreicht, daß von beiden Membranen (2, 3) abgestrahlte Schallanteile mit gleichen Frequenzen phasengleich abgestrahlt werden. Außerdem wird durch die gemeinsame Polplatte (15) die Magnetflußdichte in den Luftspalten der beiden Magnetkreise (11, 12) erhöht und der Streufluß vermindert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Koaxiallautsprecher mit einer Membran zur Abstrahlung von Tönen hoher Frequenzen, der sogenannten Hochtonmembran, und einer Membran zur Abstrahlung von Tönen niedrigerer Frequenzen, der Tieftonmembran. Die Membranen werden durch koaxiale Schwingspulen bewegt, die in den Luftspalt je eines einen Magneten enthaltenden Magnetkreises eintauchen.
  • Aus der DE-OS 28 19 548 ist ein solcher Lautsprecher bekannt, bei dem die Tieftonmembran als Frontkegel für den Lautsprecher und die Hochtonmembran im rückwärtigen Teil des Lautsprechers angeordnet ist, so daß sich für den Hochtonbereich eine hornartige Konstruktion ergibt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß eine Phasenverschiebung des von der Hochtonmembran abgestrahlten Schalles gegenüber dem von der Tieftonmembran abgestrahlten Schallanteil entsteht. Dies führt zu Interferenzen, die sich nachteilig auf das Klangverhalten des Lautsprechers auswirken. Außerdem bringt die hornartige Konstruktion für den Hochtonteil horntypische Verzerrungen, insbesondere bei Tönen von Instrumenten, die im Hochtonbereich empfindlich sind.
  • Die Magnete sind bei diesem bekannten Lautsprecher als Ringmagnete ausgebildet, wobei die koaxialen Magnetkreise übereinander gestapelt sind. Dies ermöglicht zwar eine Verringerung des Streuflusses im Bereich der Polplatten der Magnete, jedoch ist keine äußere Rückführung für das Magnetfeld vorgesehen, wodurch dieser an sich gegebene Vorteil zumindest teilweise wieder aufgehoben wird. Durch den seitlichen Streufluß können zudem benachbarte hierauf empfindliche Geräte, z. B. Videogeräte oder Fernsehgeräte gestört werden.
  • Die angegebene Konstruktion des Lautsprechers ist außerdem aufwendig und daher teuer.
  • Ein weitere Koaxiallautsprecher ist aus der japanischen Offenlegungsschrift 16-177798 bekannt. Dieser Lautsprecher weist Flachmembranen auf, und zwar eine kleine zentrale Hochtonmembran und eine diese umgebende Tieftonmembran, die jeweils mit einer Schwingspule versehen sind, die in die Luftspalte zweier im wesentlichen vollständig entkoppelter Magnetkreise eintauchen. Der kleinere Magnet für die Schwingspule der Hochtonmembran liegt vor dem größeren Magneten für die Schwingspule der Tieftonmembran.
  • Bei diesem Lautsprecher liegen die Angriffspunkte der Schwingspulen an den Flachmembranen in einer Ebene, so daß keine Phasenverschiebungen wie bei dem obigen Lautsprecher auftreten. Außerdem weist der Magnetkreis für die Schwingspule der Tieftonmembran zwar eine äußere Rückführung für den Magnetfluß auf, jedoch ist der Streufluß insbesondere nach oben in Richtung auf die Membranen nur durch hochwertiges Material zu verkleinern. Hierdurch werden die Tonqualität und auch die Störsicherheit des Lautsprechers verschlechtert. Außerdem ist durch die nicht gekoppelten Magnetkreise der Wirkungsgrad des Lautsprechers relativ gering, so daß starke und somit teuere Magnete für einen akzeptablen Wirkungsgrad notwendig sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koaxiallautsprecher anzugeben, der bei einfacher Konstruktion und geringstmöglichem Materialaufwand hohe Tonqualität und sehr guten Wirkungsgrad aufweist, so daß das Aufwands-Leistungsverhältnis optimal ist.
  • Diese Aufgabe wird für einen Lautsprecher, dessen elastischen- Aufhängepunkte der Membranen in der gleichen Ebene liegen, dadurch gelöst, daß die Magnete der koaxialen Magnetkreise mit gleichnamigen Polen gegenüberliegend angeordnet sind und für diese Pole ein gemeinsames Polstück aufweisen.
  • Durch diese Maßnahme wird die Magnetflußdichte in dem gemeinsamen Polstück erhöht. Hierdurch wird auch die Magnetflußdichte im Luftspalt des Magnetkreises für die Schwingspule der Tieftonmembran angehoben, so daß die Wirkung dieses Tieftonteiles optimiert wird. Dementsprechend können für dieses Magnetfeld handelsübliche preiswerte Magnete verwendet werden. Die gleichen Vorteile treffen auch für den Magnetkreis für die Schwingspule der Hochtonmembran zu. Außerdem ist durch diese Kopplung der Magnetkreise der Wirkungsgrad des Lautsprechers hoch.
  • Durch die angegebene Maßnahme wird auch der Streufluß merklich herabgesenkt, insbesondere, da der Magnet für die Schwingspule der Tieftonmembran eine äußere Rückführung für das Magnetfeld und damit eine Abschirmung aufweist. Der für die Störsicherheit maßgebliche Streufluß des Magneten für die Schwingspule der Tieftonmembran wird durch diese Maßnahmen praktisch zu Null gemacht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die koaxialen Magnetfelder unter Zwischenschaltung des gemeinsamen Polstückes in Richtung der Achse des Koaxiallautsprechers aufeinandergestapelt, wobei dann das gemeinsame Polstück eine parallel zu der Ebene, in der die Angriffspunkte der Schwingspulen an den Membranen liegen, ausgerichtete Polplatte ist. Dies ergibt eine besonders einfache Konstruktion des Lautsprechers, bei der mit Hilfe der Polplatte auch eine Zentrierung der Magnete beider Magnetkreise möglich ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können jedoch die Magnete der Magnetkreise senkrecht zur Achse des Koaxiallautsprechers unter Zwischenschaltung des gemeinsamen, dann ringförmigen Polstückes ineinander geschachtelt sein.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Koaxiallautsprechers gemäß der Erfindung;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Koaxiallautsprechers gemäß der Erfindung.
  • In Fig. 1 ist ein Koaxiallautsprecher 1 mit einer kegelstumpfförmigen Tieftonmembran 2 und einer kalottenförmigen Hochtonmembran 3 dargestellt, die in einem Lautsprecherträger 4 bei 5 und 6 bzw. 7 elastisch aufgehängt sind. Die Membranen 2 und 3 sind jeweils mit einer Schwingspule 9 bzw. 10 verbunden, und zwar jeweils im Bereich des Anfangs der elastischen Aufhängungen 5 bzw. 7, so daß die Angriffspunkte der Schwingspulen 9 und 10 an den Membranen 2 und 3 in einer gemeinsamen Ebene 8 liegen. Die Schwingspulen 9 und 10 tauchen in Luftspalte je eines Magnetkreises 11 für die Tieftonmembran 2 bzw. 12 für die Hochtonmembran 3 ein. Jeder Magnetkreis weist einen Ringmagneten 13 bzw. 14 auf, deren Nord- und Südpole durch N bzw. S dargestellt sind. Die Magnete 13 und 14 sind koaxial in bezug auf die Mittelachse A des Lautsprechers 1. Sie sind übereinander gestapelt, wobei zwischen den gegenüberliegenden Nordpolen der Magnete 13 und 14 eine für beide Magnetkreise gemeinsame Polplatte 15 gelegen ist, deren Plattenebene senkrecht zur Mittelachse A des Lautsprechers 1 verläuft. An den Innenseiten der beiden Ringmagnete 13 und 14 weist diese Polplatte Absätze 16 auf, durch die die Ringmagnete 13 und 14 zentrisch gehalten werden. Die Polplatte setzt sich in einem zentrischen zylindrischen Ansatz 17 in Richtung auf die Hochtonmembran bis zum Luftspalt 10 fort. Der Magnetkreis 12 wird durch einen oberen Polring 18 geschlossen, der gleichzeitig mit einem Ansatz 18a den Ringmagneten 14 zentriert.
  • Die radial äußeren Enden der Polplatte 15 begrenzen den Luftspalt für die Schwingspule 9 der Tieftonmembran. Der Magnetkreis wird durch einen im Querschnitt L-förmigen Polring 19 geschlossen, der an seinem inneren, der Achse A des Lautsprechers zugewandten Rand einen Ansatz 20 aufweist, durch den der Ringmagnet 13 zentriert wird.
  • Durch die Anordnung der Ringmagnete 13 und 14 mit gegenüberliegenden gleichnamigen Polen wird erreicht, daß sich die magnetischen Flußlinien innerhalb der Polplatte 15 abstoßen und in die jeweiligen Luftspalte unter Erhöhung der Magnetflußdichte gepreßt werden. Dadurch wird Streuung in diesem Bereich nahezu vollständig vermieden. Andererseits liegt die gesamte Magnetkonstruktion radial innerhalb der Schwingspule 9 für die Tieftonmembran 2, so daß Streufelder stets auf den außen liegenden Polring 19 stoßen und in den Luftspalt des Magnetkreises 11 zurückgeleitet werden. Die Herstellung und Montage des Lautsprechers ist einfach, da durch die Ansätze an den Polringen 18 und 19 die gesamte Anordnung selbständig zentriert wird. Hierdurch läßt sich auch der Einsatz von Montagematerial, wie Schrauben oder ähnlichem auf ein Minimum begrenzen.
  • In Fig. 2 ist ein Koaxiallautsprecher 1' mit Flachmembranen 2' für die Abstrahlung von Tönen tieferer Frequenzen bzw. 3' für die Abstrahlung von Tönen höherer Frequenzen dargestellt. Für gleiche oder gleichartige Teile werden die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet, denen jedoch ein Strich (') hinzugefügt ist.
  • Die Ringmagnete 13' und 14' sind so ausgerichtet, daß ihre Polflächen koaxial in bezug auf die Mittelachse A' des Lautsprechers liegen. Zwischen den einander zugewandten gleichnamigen Polen, in diesem Falle den Nordpolen N ist eine gemeinsame, in diesem Falle ringförmige Polplatte 15' angeordnet, die sich oberhalb der Magnete als Ringplatte 21 zu den Luftspalten der jeweiligen Magnetkreise 11' bzw. 12' erstreckt. Der Magnetkreis 11' für die Schwingspule 9', die mit der Tieftonmembran 2' verbunden ist, wird über einen Polring 19' geschlossen, der Magnetkreis 12' für die Schwinspule 10' der Hochtonmembran 3' wird durch einen Polring 18' geschlossen. Bei dieser Ausführungsform ist gegebenenfalls noch eine hier nicht gezeigte magnetische Abschirmung an der Rückseite des Lautsprecherträgers 4' vorgesehen.
  • Die Ringmagnete können in herkömmlicher Weise sowohl Permanentmagnete oder Elektromagnete sein. Auch die Form der Hochton- und Tieftonmembran ist beispielhaft, solange sichergestellt ist, daß die Angriffspunkte der Schwingspulen an den Membranen im wesentlichen in einer Ebene liegen.

Claims (9)

1. Koaxiallautsprecher mit einer ersten Membran zur Abstrahlung von Tönen hoher Frequenzen (Hochtonmembran), mit einer die Hochtonmembran umgebenden zweiten Membran zur Abstrahlung tieferer Frequenzen (Tieftonmembran), mit zwei koaxialen Schwingspulen, die mit der Hochton- bzw. Tieftonmembran verbunden sind, wobei die Angriffspunkte der Schwingspulen an den Membranen in einer Ebene liegen, und mit zwei jeweils einen Magneten aufweisenden koaxialen Magnetkreisen, in deren Luftspalte die Schwingspulen der Hochton- bzw. Tieftonmembran eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) der koaxialen Magnetkreise (11, 12) mit gleichnamigen Polen (N) gegenüberliegend angeordnet sind und für diese Pole (N) ein gemeinsames Polstück (15) aufweisen.
2. Koaxiallautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) der koaxialen Magnetkreise (11, 12) unter Zwischenschaltung des gemeinsamen Polstückes (15) in Richtung der Achse (A) des Koaxiallautsprechers (1) aufeinandergestapelt sind, und daß das gemeinsame Polstück (15) eine parallel zu der Ebene (9), in der die Angriffspunkte der Schwingspulen (9, 10) an den Membranen (2, 3) liegen, ausgerichtete Polplatte ist.
3. Koaxiallautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) der Magnetkreise (11, 12) innerhalb der Schwingspule (9) der Tieftonmembran (2) liegen.
4. Koaxiallautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) etwa gleichen Durchmesser haben.
5. Koaxiallautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) der koaxialen Magnetkreise (11, 12) mit ihren Polflächen senkrecht zur Achse (A) des Koaxiallautsprechers (1) angeordnet sind und daß die Polplatte (15) einen durch die Öffnung des oberen, den Membranen (2, 3) zugewandten Magneten (14) ragenden zentrischen Ansatz (17) aufweist, der bis zum Luftspalt des der Hochtonmembran (3) zugeordneten Magnetkreises (12) reicht.
6. Koaxiallautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere, der Tieftonmembran (2) zugeordnete Magnetkreis (11) einen den Magneten (13) außen umgebenen, im Querschnitt etwa L-förmigen Polring (19) aufweist.
7. Koaxiallautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Polstück (15) Ansätze (16) zur Zentrierung und Lagefixierung der Magnete (13, 14) aufweist.
8. Koaxiallautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen der Magnete (13', 14') der beiden Magnetkreise (11', 12') die Mittelachse (A') des Koaxiallautsprechers (1') ringförmig umgeben und unter Zwischenschaltung des gemeinsamen ringförmigen Polstückes (15) ineinandergeschachtelt sind.
9. Koaxiallautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 14) Ringmagnete sind.
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