EP0923500B1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen aufladen - Google Patents

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EP0923500B1
EP0923500B1 EP97950196A EP97950196A EP0923500B1 EP 0923500 B1 EP0923500 B1 EP 0923500B1 EP 97950196 A EP97950196 A EP 97950196A EP 97950196 A EP97950196 A EP 97950196A EP 0923500 B1 EP0923500 B1 EP 0923500B1
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EP
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roller
rollers
shaft
web
gap
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EP97950196A
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Ernst August Hahne
Hermann Künzig
Franz Knopf
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Eltex Elektrostatik GmbH
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Eltex Elektrostatik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H27/00—Special constructions, e.g. surface features, of feed or guide rollers for webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2301/00—Handling processes for sheets or webs
    • B65H2301/50—Auxiliary process performed during handling process
    • B65H2301/51—Modifying a characteristic of handled material
    • B65H2301/513—Modifying electric properties
    • B65H2301/5132—Bringing electrostatic charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2404/00—Parts for transporting or guiding the handled material
    • B65H2404/10—Rollers
    • B65H2404/14—Roller pairs
    • B65H2404/145—Roller pairs other
    • B65H2404/1451—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a device for electrostatically charging the two outer sides of at least one material web with loads opposite polarity according to the generic term of Besides claims.
  • Such a generic device is known (EP-A-0 378 350) and discloses an apparatus for electrostatically charging the two outer sides of with at least one slowly transported sheet of material Charge of opposite polarity before Further processing of the at least one sheet, this one through the gap of a pair parallel to each other and with small distance from each other arranged rollers and the device for electrostatic charging is formed by the pair of rollers and wherein electrostatic charging of the outer peripheral area the rolls each roll to a high voltage source can be connected.
  • the exact structure of the rollers not disclosed, however, the possibility of Circumferential area to charge.
  • rollers whose outer circumferential areas are electrostatically chargeable by induction and are used for Serve sheets of material, known (US-A-3 773 234).
  • the invention has for its object a Generic device according to the preamble of Propose subsidiary claims, by means of which a more targeted Charging with better efficiency is possible.
  • the generic device charging by that formed by the pair of rollers Device in the first subject of the invention of performed inside, with each roller over one Steel jacket a limited electrically conductive (so-called semiconducting) covering and to electrical charging of the limited conductive coating Steel jacket of each roller to a positive or negative High voltage source can be connected.
  • a limited electrically conductive (so-called semiconducting) covering and to electrical charging of the limited conductive coating Steel jacket of each roller to a positive or negative High voltage source can be connected.
  • the device according to the invention is because of the supply of Tension from the inside, especially afterwards Installation in existing systems for processing especially endless and fast moving material webs, preferably made of plastic or paper with a High voltage source possible at 3 to 7 kV.
  • the axis or shaft of the roller is electrically conductive with the Steel jacket connected and from the machine frame for the Electrically insulated roller.
  • the conductive coating becomes limited High voltage is applied to the axis or shaft leading to this Purpose has a connection. This can either be a fixed connection on the axis or as one on the Front side of the shaft to be arranged thrust bearing his.
  • Each of the two rollers 5 according to FIG. 1 has one fixed axis 6 in the first embodiment according to Fig. 1 and a steel jacket 7, on the total designated 8, limited conductive coating as Surface is arranged, which is electrically chargeable is. Between the axis 6 and the steel jacket 7 is a provided with a total of 9 designated ball bearings. Between the two arranged parallel to each other There is a gap 50 between the rollers.
  • the axis of the roller 5 is 10 in total designated machine stand in a total of 11 designated electrical insulation stored.
  • the Distances 12 and 13 are sufficient to discharge or To prevent voltage flashovers.
  • the end face 16 of the axis 6 is with a total 15 designated generator and a measuring device 16 with connected to a terminal 17, which to the terminal 17 leading line is grounded via a resistor 18.
  • the machine stand 10 is, as schematically with 19 designated, also grounded.
  • the shaft 20 from the machine stand 10 is either via an electrically insulating ball bearing 22 or separate insulation 11 connected. It is also possible, to use a normal, electrically conductive ball bearing and between this and the machine stand 10 one to provide electrically insulating sleeve 11.
  • the further, third embodiment according to FIG. 3 has also two rollers to form a gap, from but only one for the sake of a better overview Roll up like those in Figs. 1 and 2 are described. It is also concentric to Wave 6 of the roller 5 next to this on one end face 112 a first designated 113 overall Recording device as a magnetizable core with a Secondary coil 114 and a second secondary coil 115 each arranged concentrically to the shaft 6.
  • the receiving device 116 is by means of a Pin 119, which in a with respect to the machine frame fixed anchoring 120 engages with respect to shaft 6 rotatable and has an overall on the inside 121 designated ball bearing, so that this is can rotate, but the magnetizable core due to the Pin 119 and the anchor 120 with respect to the first Recording device 113 can be held non-rotatably.
  • a rectifier circuit 122 On the secondary side of the first receiving device 113 is also a rectifier circuit 122 and a Smoothing circuit 123 provided with its output is connected to the limited conductive coating 8.
  • the electrical connection 2 of the primary coil 117 is grounded, whereas the electrical connection 1 to one AC voltage generator can be connected.
  • the two electrical connections 3 and 4 of the second primary coil 118 are connected to the inputs of a control circuit connectable, which is the size of the output voltage and / or their frequency - in a manner known per se - can change.
  • the secondary coil 114 is grounded on one side. The same applies to the second secondary coil 115. Both Secondary coils 114, 115 are connected in parallel. Both Coil is first the rectifier circuit 122 for Rectifying the AC downstream. Behind the Rectifier circuit 122 is smoothing circuit 123, e.g. in the form of an LC filter, as is known per se, arranged. The output of the smoothing circuit 123 is with the limited conductive steel jacket 7 of the roller 5 connected.
  • the secondary coil 114 against the Primary coil 117 moves. Over the air gap between the two magnetizable cores of the holding device 113 and 116 can therefore the AC voltage of the primary coil 117 induce a secondary voltage in the secondary coil 114, which are rectified via the rectifier circuit 122 and the smoothing circuit 123 directly smoothes that limited conductive coating 8 is supplied.
  • the induced voltage of the secondary coil 114 is determined by the second secondary coil 115 removed and onto the second Primary coil 118 in the opposite sense induced with their electrical connections 3 and 4 to one Control circuit is connectable, which the Can control AC voltage source such that at the limited conductive coating 8 of the roller 5 always the same DC voltage is present.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladungen entgegengesetzter Polarität gemäß dem Oberbegriff der Nebenansprüche.
Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist bekannt (EP-A-0 378 350) und offenbart eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einem langsam transportierten Materialbogen mit Ladung entgegengesetzter Polarität vor dem Weiterverarbeiten des zumindest einen Bogens, wobei dieser durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen geführt ist, und die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von dem Paar Walzen gebildet ist und wobei zum elektrostatischen Aufladen des äußeren Umfangsbereiches der Walzen jede Walze an eine Hochspannungsquelle anschließbar ist. Dabei ist der genaue Aufbau der Walzen nicht offenbart, jedoch die Möglichkeit, deren Umfangsbereich aufzuladen.
Es sind weiterhin Walzen, deren äußere Umfangsbereiche durch Induktion eloktrostatisch aufladbar sind und die zum Transport von Materialbögen dienen, bekannt (US-A-3 773 234).
Es ist ferner eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen bekannt (DE-31 17 419 A1). Hierbei werden mehrere endlose, schnell laufende Materialbahnen zu einem Strang zusammengeführt und nur die beiden Außenseiten mittels einer als Korona-Aufladeelektroden ausgebildeten Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen nach dem ersten Paar von Walzen mittels einer Hochspannungsquelle von 30 kV aufgeladen.
Von Nachteil bei dieser bekannten Vorrichtung ist die räumlich nicht sehr gezielte Aufladung der beiden Außenseiten der Materialbahnen. So vagabundiert ein Größteil der aufgeladenen Teilchen im gesamten Bereich, wo die Aufladung stattfindet. Hieraus resultiert ein schlechter Wirkungsgrad bei der Aufladung. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei ungünstigen Umgebungsbedingungen die Korona-Aufladeelektroden verschmutzen und ihren Dienst demzufolge versagen. Der Putzaufwand kann sehr beträchtlich sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Nebenansprüche vorzuschlagen, mittels der ein gezielteres Aufladen mit besserem Wirkungsgrad möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Gegenstände der beiden Nebenansprüche gelöst.
Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung wird erfindungsgemäß die Aufladung durch die von dem Paar Walzen gebildete Vorrichtung bei dem ersten Gegenstand der Erfindung von innen her durchgeführt, wobei jede Walze über einem Stahlmantel einen begrenzt elektrisch leitfähigen (sogenannten halbleitenden) Belag aufweist und -zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belags- der Stahlmantel jeder Walze an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wegen der Zuführung der Spannung von innen her auch insbesondere der nachträgliche Einbau in vorhandenen Anlagen zur Verarbeitung von insbesondere endlosen und schnell bewegten Materialbahnen, vorzugsweise aus Kunststoff oder Papier mit einer Hochspannungsquelle bei 3 bis 7 kV möglich. Somit wird auch mit Bezug auf den Stand der Technik mit beträchtlich geringeren Spannungen gearbeitet. Außerdem erfolgt die Aufladung genau an jener aufzuladenden Stelle, nämlich an den Außenseiten der zumindest einen Materialbahn, wodurch sich ein im Vergleich zum Stand der Technik erheblich besserer Wirkungsgrad ergibt. Schließlich ist wegen des Fortfalls von Korona-Aufladeelektroden ein Reinigungsaufwand für diese vollständig entbehrlich, so daß sich auch im Betrieb geringere Kosten wegen Stillstandzeiten der Anlage ergeben.
Zweckmäßig ist bei diesem ersten Gegenstand der Erfindung die Achse oder Welle der Walze elektrisch leitend mit dem Stahlmantel verbunden und von dem Maschinenrahmen für die Walze elektrisch isoliert. Zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages wird die elektrische Hochspannung an die Achse oder Welle gelegt, die zu diesem Zweck einen Anschluß aufweist. Dieser kann entweder ein fester Anschluß an der Achse oder als ein an der Stirnseite der Welle anzuordnendes Drucklager ausgebildet sein.
Bei dem alternativen Gegenstand der Erfindung ist es auch möglich, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze neben dieser eine Primärspule bezüglich des Maschinenrahmens fest und konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze an dessen einer Stirnseite eine Sekundärspule mit dieser umlaufend fest angebracht ist und daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle und deren anderer Anschluß über eine Gleichrichterschaltung an dem Stahlmantel angeschlossen ist.
Weitere Ausgestaltungen des alternativen Gegenstandes der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
Figur 1
eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im schematischen Querschnitt und teilweise abgebrochener Darstellung;
Figur 2
eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im schematischen Querschnitt und teilweise abgebrochener vereinfachter Darstellung; und
Figur 3
eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in teilweise ab- und ausgebrochener vereinfachter Darstellung.
Jede der beiden Walzen 5 gemäß Fig. 1 weist eine feststehende Achse 6 in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 sowie einen Stahlmantel 7 auf, über dem insgesamt mit 8 bezeichneter, begrenzt leitfähiger Belag als Oberfläche angeordnet ist, welcher elektrisch aufladbar ist. Zwischen der Achse 6 und dem Stahlmantel 7 ist ein insgesamt mit 9 bezeichnetes Kugellager vorgesehen. Zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Walzen ist ein Spalt 50 vorhanden.
Die Achse der Walze 5 ist in einem insgesamt mit 10 bezeichneten Maschinenständer in einer insgesamt mit 11 bezeichneten elektrischen Isolierung gelagert. Die Abstände 12 und 13 sind ausreichend, um Entladungen oder Spannungsüberschläge zu verhindern.
Die Stirnseite 16 der Achse 6 ist mit einem insgesamt mit 15 bezeichneten Generator und einer Meßeinrichtung 16 mit einem Anschluß 17 angeschlossen, wobei die zu dem Anschluß 17 führende Leitung über einen Widerstand 18 geerdet ist. Der Maschinenständer 10 ist, wie schematisch mit 19 bezeichnet, ebenfalls geerdet.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von jenem gemäß Fig. 1, als nur eine der beiden Walzen gezeigt und die dortige Achse 6 nunmehr als Welle 20 ausgebildet ist, die starr über ein elektrisch leitendes Zwischenstück 21 mit dem Stahlmantel 7 verbunden ist.
Dafür ist die Welle 20 vom Maschinenständer 10 entweder über ein elektrisch isolierendes Kugellager 22 oder eine gesonderte Isolierung 11 verbunden. Es ist auch möglich, ein normales, elektrisch leitendes Kugellager zu verwenden und zwischen diesem und dem Maschinenständer 10 eine elektrisch isolierende Hülse 11 vorzusehen.
Ferner ist an der Stirnseite 14 der Welle 20 ein insgesamt mit 23 bezeichnetes Drucklager als Anschluß vorgesehen, welches elektrisch leitend ist und an dessen Außenseite der Anschluß 17 des Hochspannungsgenerators 15 über die Meßeinrichtung 16 angebracht ist.
Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ist sichergestellt, daß die über die Achse 6 oder Welle 20 angelegte Hochspannung einerseits nicht in den Maschinenraum 10 wegen der elektrischen Isolierung 11 gelangen kann, andererseits die Hochspannung auf den begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 von innen her gelangen kann.
Die weitere, dritte Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist auch zwei Walzen unter Bildung eines Spaltes auf, von denen aber aus Gründen der besseren Übersicht nur eine Walze wie jene auf, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben sind, gezeigt ist. Ferner ist konzentrisch zur Welle 6 der Walze 5 neben dieser auf der einen Stirnseite 112 eine insgesamt mit 113 bezeichnete erste Aufnahmevorrichtung als magnetisierbarer Kern mit einer Sekundärspule 114 sowie eine zweite Sekundärspule 115 jeweils konzentrisch zur Welle 6 angeordnet.
Konzentrisch zu der Welle 6 ist eine weitere Aufnahmevorrichtung 116 als magnetisierbarer Kern zur Aufnahme einer ebenfalls zur Welle 6 konzentrischen Primärspule 117 mit elektrischen Anschlüssen 1 und 2 sowie eine zwischen dieser und der Welle 6 angeordneten zweiten Primärspule 18 mit elektrischen Anschlüssen 3 und 4 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 116 ist mittels eines Zapfens 119, der in eine bezüglich des Maschinenrahmens feste Verankerung 120 eingreift, bezüglich der Welle 6 drehbar und weist auf seiner Innenseite ein insgesamt mit 121 bezeichnetes Kugellager auf, so daß sich diese zwar drehen kann, der magnetisierbare Kern jedoch infolge des Zapfens 119 und der Verankerung 120 bezüglich der ersten Aufnahmeeinrichtung 113 drehfest gehalten werden kann.
Auf der Sekundärseite der ersten Aufnahmevorrichtung 113 ist ferner noch eine Gleichrichterschaltung 122 sowie eine Glättungsschaltung 123 vorgesehen, die mit ihrem Ausgang mit dem begrenzt leitfähigen Belag 8 verbunden ist.
Der elektrische Anschluß 2 der Primärspule 117 ist geerdet, wohingegen der elektrische Anschluß 1 an einen Wechselspannungsgenerator anschließbar ist. Die beiden elektrischen Anschlüsse 3 und 4 der zweiten Primärspule 118 sind an die Eingänge einer Regelschaltung anschließbar, welche die Größe der Ausgangsspannung und/oder deren Frequenz - in ansich bekannter Weise - ändern kann.
Die Sekundärspule 114 ist mit ihrer einen Seite geerdet. Dasselbe gilt auch für die zweite Sekundärspule 115. Beide Sekundärspulen 114, 115 sind parallel geschaltet. Beiden Spulen ist zunächst die Gleichrichterschaltung 122 zum Gleichrichten des Wechselstromes nachgeordnet. Hinter der Gleichrichterschaltung 122 ist die Glättungsschaltung 123, z.B. in Form eines LC-Filters, wie ansich bekannt, angeordnet. Der Ausgang der Glättungsschaltung 123 ist mit dem begrenzt leitfähigen stahlmantel 7 der Walze 5 verbunden.
Im Betrieb werden die Sekundärspule 114 gegenüber der Primärspule 117 bewegt. Über den Luftspalt zwischen den beiden magnetisierbaren Kernen der Aufnahmevorrichtung 113 und 116 kann also die Wechselspannung der Primärspule 117 eine Sekundärspannung in der Sekundärspule 114 induzieren, die über die Gleichrichterschaltung 122 gleichgerichtet und die Glättungsschaltung 123 geglättet direkt dem begrenzt leitfähigen Belag 8 zugeführt wird. Die induzierte Spannung der Sekundärspule 114 wird durch die zweite Sekundärspule 115 abgenommen und auf die zweite Primärspule 118 im umgekehrten Sinne induziert, die mit ihren elektrischen Anschlüssen 3 und 4 an eine Regelschaltung anschließbar ist, welche die Wechselspannungsquelle dergestalt steuern kann, daß an dem begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 stets die gleiche Gleichspannung anliegt.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladung entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen (5) geführt ist, wobei die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von dem Paar Walzen (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze über einem äußeren Stahlmantel (7) einen begrenzt elektrisch leitfähigen Belag (8) aufweist, daß zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belags in dem Spalt (50) der Stahlmantel (7) jeder Walze (5) an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist, daß die mit einer Achse (6) oder Welle (20) versehene Walze (5) in einem Maschinenrahmen (10) angeordnet ist, daß die Achse (6) oder die Welle (20) der Walze (5) durch ein elektrisch leitendes Lager mit dem Stahlmantel (7) verbunden und von dem Maschinenrahmen (10) elektrisch isoliert ist, daß die Größe des Spaltes (50) zwischen den Walzen (5) einstellbar ist und daß die Walzen (5) an die beiden Außenseiten der zumindest einen Materialbahn mit einstellbarer Kraft angedrückt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Hochspannung über einen Anschluß anlegbar ist, der als ein an der Stirnseite (14) der Welle (20) angeordnetes Drucklager (23) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladung entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen (5) geführt ist, wobei die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von dem Paar Walzen (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze über einem äußeren Stahlmantel (7) einen begrenzt elektrisch leitfähigen Belag (8) aufweist, daß zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belags in dem Spalt (50) der Stahlmantel (7) jeder Walze (5) an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) neben dieser eine Primärspule (117) bezüglich des Maschinenrahmens (10, 120) fest angeordnet ist, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) an dessen einer Stirnseite (112) eine Sekundärspule (114) mit dieser umlaufend fest angebracht ist, daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle (6) und deren Anschluß über eine Gleichrichterschaltung (122) an den Stahlmantel (7) (8) angeschlossen ist und daß die Größe des Spaltes (50) zwischen den Walzen (5) einstellbar ist und daß die Walzen (5) an die beiden Außenseiten der zumindest einen Materialbahn mit einstellbarer Kraft angedrückt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleichrichterschaltung (122) und dem begrenzt leitfähigen Belag (8) eine Glättungsschaltung (123) für den pulsierenden Gleichstrom angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspule (117) eine zweite Primärspule (118) und der Sekundärspule (114) eine mit dieser umlaufende, zu dieser parallel geschaltete zweite Sekundärspule (115) zugeordnet ist, die der zweiten Primärspule (118) gegenüberliegt.
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DE19713662 1997-04-02
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