DE1439088B2 - Regelvorrichtung für den Magnetfluß in einer steuerbaren Magnetanordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für speziell als Fallklappenrelais, wobei der Erregerden Magnetfluß in einer steuerbaren Magnet- magnetkreis eine Engstelle aufweist, die bei höheren anordnung, die einen permanenten Haupttnagneten Ansprechströmen in das magnetische Sättigungshoher Koerzitivkraft und zwei dazu parallelliegende gebiet fällt und einen entsprechenden Kennlinien-Magnetkreise aus ferromagnetischcm Werkstoff auf- 5 knick ergibt, um für einen bestimmten Einstellweist, wobei mindestens der Hauptmagnet diesen bereich eine größere Ansprechempfindlichkeit zu erbeiden Kreisen gemeinsam und in einem der Kreise halten. Eine bekannte magnetische Sperrklinke beeine Hilfswicklung angeordnet ist. Zweck solcher steht aus zwei zueinander parallelen magnetischen steuerbaren Magnetanordnungen ist die praktische Kreisen, zwischen denen ein Permanentmagnet anAnwendung für regelbare Magneten, beispielsweise io geordnet ist, wobei auch hier zwei getrennte Erreger-Magnetscheiben oder Spannfutter zum Halten von wicklungen wahlweise zur Verdrängung des Magnet-Werkstücken. Auch gehören hierzu Vorrichtungen flusses und damit zur Ausschaltung der magnetischen zur magnetischen Handhabung und Fernsteuerung Sperrklinke führen. Bekannt sind auch Magnetvon Verschlüssen oder magnetische Mitnehmer- vorrichtungen mit einer einstellbar veränderlichen Vorrichtungen, beispielsweise für Motoren, bei 15 Vormagnetisierung, wobei die Erregerwicklung ein Sicherheitseinrichtungen für Bremsen, Relais, Spiel- kristallines Material hoher Koerzitivkraft einstellbar zeuge usw. steuert, und zwar in Verbindung mit permanenten

F.s sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen Sintermagneten, die verschieblich angeordnet werden, der Weg eines magnetischen Flusses wahlweise frei- Weiterhin sind Einrichtungen mit steuerbarem gegeben oder gesperrt wird, wobei dieser magnetische 20 Magnetkreis bekannt, bei denen am magnetischen Fluß von einem permanenten Magneten erzeugt Joch eine Kurzschlußwicklung angekoppelt ist, die wird, der Bestandteil eines magnetischen Joches ist. den magnetischen Sclialtvorgang durch Erregung Außerdem ist es bekannt, in einem solchen ma- eines Kurzschlußstromes verzögert. Relais, vorzugsgnclischen Flußkreis bewegliche Kernteile oder auch weise Spannungsrelais mit vorpolarisiertem Anker, bewegliche permanente Magneten anzuordnen, die 25 können bekanntlich auf den Sollwert einer vorgeden Weg des magnetischen Flusses entsprechend ver- gebenen Meßgröße in die mittlere Ruhelage eingeändern. Ebenfalls ist bekannt, Wicklungen an einzel- stellt werden, so daß dann beide Schaltlagen des nen Kernieilen anzubringen und diese durch Ein- Relais einer Abweichung der Meßgröße nach der leiten eines Erregerstromes zu magnetisieren bzw. einen oder anderen Seite entsprechen. Ein bekanntes permanente Magneten zu entmagnetisieren, um von 30 Haftmagnetsystem mit elektrisch ausschaltbarer der Amperewindungszahl abhängige Steuervorgänge Haltekraft ist in einen Weicheisentopf eingesetzt und auszulösen. Es ist auch bekannt, zwei Wicklungen mit einem Nebenschlußspalt zwischen dem Pol des am gleichen Kernteil oder auf zwei zueinander Dauermagneten und dem Boden des Weicheisensymmetrischen Kernteilen anzubringen, um durch topfes beim Anlegen eines Erregerstromes ausschaltden Erregerstrom das Kernmaterial zu sättigen. In 35 bar. Magnetanordnungen zum Festhalten von Werkdiesem Falle wird der magnetische Fluß verdrängt stücken können bei Verwendung eines permanenten bzw. durch einen Arbeitskernteil der betreffenden Haltemagneten mit Hilfe einer Gegenerregung durch Vorrichtung geschickt, während bei umgepolter Er- einen elektrischen Strom eindeutig abgeschaltet werregung der magnetische Fluß in einen abgeschlosse- den, so daß kein »Kleben« des Materials stattfindet, nen Kurzschlußkreis eingeleitet und eine nach außen 40 Es sind auch Haltemagneten bekannt, deren Anker hin unmagnetische Vorrichtung dargestellt wird. gegen eine Rückstellfeder von einem magnetischen

Zu den bekannten Vorrichtungen dieser Art ge- Gleichfluß und als Wechselstromunterbrecher arhört eine Einrichtung mit steuerbarem Magnetkreis beiten soll, wobei in dieseni Falle eine Zusatz- und zwei zueinander symmetrisch angeordneten erregung durch den zu unterbrechenden Wechscl-Sättigungswicklungen, wobei am geschlossenen Eisen- 45 strom selbst erfolgt, damit der Unterbrechungskreis mindestens eine weitere Magnetisierungs- Vorgang im vorgegebenen Zeitpunkt der Wechselwicklung angeordnet ist. Eine andere bekannte Vor- stromperiode einsetzt. Schließlich haben auch belichtung arbeitet als Relais mit einem kontinuier- kannte Kipprelais bei einem dreischenkligen Magnetlichen magnetischen Fluß, der durch einen beliebigen kern die Aufgabe, den magnetischen Kreis abelektrischen Strom umgesteuert werden kann. Be- 50 wechselnd zwischen zwei der beiden Schenkel zu kannt ist auch eine elektromagnetische Erreger- schließen, der im gemeinsamen Mittelschenkel von Systemanordnung für Schauzeichen oder Fallklappen, einem permanenten Magneten gebildet wird. Auch in die durch Wechselstromerregung ferngesteuert wird diesem Falle sind zwei Erregerwicklungen vorgesehen. und mit einem beweglichen magnetischen Anker er- Die bekannten magnetischen Vorrichtungen haben regungsabhängig verschiedene Steuerlagen einnehmen 55 jedoch sämtlich den Nachteil, daß für die Umkann. Bei einer bekannten magnetischen Reibungs- steuerung vom einen in den anderen Zustand entbremse ist ein magnetisierbarer Kern in Verbindung weder mechanisch bewegliche Teile benötigt werden, mit einem oder mehreren Permanentmagneten zur die einen entsprechenden Aufwand darstellen, oder Erzeugung von zwei magnetischen Kreisen auge- daß man mindestens für einen von zwei verordnet und abhängig von der Größe eines Erreger- 60 schiedenen steuerbaren Zuständen einen elektrischen stromes eine magnetische Bremskraft erzeugbar. Be- Erregerstrom braucht, der eingeschaltet bleiben muß, kannt sind auch polarisierte elektromagnetische um seine Funktion erfüllen zu können, sei es die Steuergeräte mit einem dreischenkligen Kern, bei Magnetisierung eines Kernteils oder die Sättigung dem zwei Luftspalte mit mechanisch veränderlichen des Materials, wofür bekanntlich besonders hohe und permanent magnetisieren Kernteilen überbrückt 05 Amperewindungszahlen aufgebracht werden müssen, werden. Ein ebenfalls bekanntes polarisiertes Magnet- Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten und Nachsystein hat einen Anker, auf den im Ruhezustand teile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe eine einstellbare Haltekraft einwirkt, und dient zugrunde, eine Regelvorrichtung für Magnetfluß in

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einer steuerbaren Magnetanordnung zu schallen, die Ein Permanentmagnet 1 bildet in der bekannten

zwei eindeutig voneinander unterscheidbare Betriebs- geometrischen Anordnung eines Doppeljochcs nach

Stellungen einnehmen kann, ohne daß man dazu Fig. 1 den Mittelschenkel mit den eingezeichneten

mechanisch bewegliche Kernteile oder Permanent- Magnetpolen 5¹ und /V. Legt man zunächst beider-

magneten benötigt. Außerdem soll diese Regel- 5 seits des permanenten Magneten 1 zwei gleichartige

vorrichtung die jeweils eingenommene Betriebs- Schenkel mit den Polen 2, 2' und 4, 4' an, dann

stellung auch dann einhalten können, wenn der Er- wirken diese als Polscluihe, und man hat parallel

regerstrom abgeschaltet und keine elektrische zum Permanentmagneten 1 zwei völlig gleichwertige

Leistung mehr aufgebracht wird, also im Sinne einer »Luftspalte«, in denen die gleiche Anzahl ma-

echten Speicherung. io gnetischer Kraftlinien zwischen den Polen 2 und 4

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die vorliegende vorhanden sind wie zwischen den Polen 2' und 4'. Erfindung von der bekannten Grundform eines ma- Sobald man jetzt einen Kernschenkel 3 den beiden gnetischen Doppeljoches aus, dessen mittlerer Zweig Polen 2 und 4 nähert, wird dieser angezogen, durch einen permanenten Hauptinagneten hoher der untere Magnetkreis geschlossen und fast der Koerzitivkraft gebildet wird, während einer von 15 gesamte magnetische Kraftfluß durch den gebeiden zueinander parallelen magnetischen Kreisen sclilossenen Kreis geführt. Die Folge davon ist, mit einer Hilfswicklung ausgerüstet wird. Über- daß das magnetische Feld zwischen den beiden raschenderweise kann man bei dieser Anordnung mit anderen Polen 2' und 4' zusammenbricht, ein einem ausreichend hohen kurzzeitigen Erregungs- jetzt diesen beiden Polen genäherter Kernschenkel 3' impuls eine eindeutige Umsteuerung erreichen und 20 nicht mehr angezogen werden kann, sondern erst damit zwei unterscheidbare Steuerstellungen dann nach dichter Berührung, wenn ein zweiter mastromlos aufrechterhalten, wenn dazu gemäß der gnetischer Kreis 2', 3', 4' geschlossen ist, wieder Erfindung der ferromagnetische Werkstofl beider einen Teil des Kraftllusses aufnehmen kann. Dies Magnetkreise eine Koerzitivkraft hat, die größer ist gilt jedoch nur, wenn alle genannten Kernschenkel als die des Stahls, aber geringer als die des per- 25 aus weichem Eisen bestehen. Nimmt man dagegen inauenlen Hauptmagneten, und daß in dem die Hilfs- einen ferromagnetische!! Werkstoff im Sinne der Erwicklung tragenden Magnetkreis kurzzeitig oder findung, dann ergibt sich bereits nach Anlegen des impulsartig ein magnetisches Hilfspotential erregbar Kernschenkels 3 eine Vormagnetisierung, die der erst ist, dessen Größe im Vergleich zu dem für die später angelegte Schenkel 3' nicht mehr aufzuheben Magnetisierung oder Entmagnetisierung des Haupt- 30 vermag. Von dieser Wirkung geht die vorliegende magneten erforderlichen Potential niedriger und Erfindung aus. Der Schenkel 3 erhält eine Erregerdessen Richtung so wählbar ist, daß zwei vonein- wicklung 5, die mit einem kräftigen Stromimpuls ander verschiedene stabile Magnetisierungszustände solcher Amperewindungszahl gespeist wird, daß der im einen Magnetkreis als auch im anderen, mit Schenkel 3 als Elektromagnet annähernd gleichwertig einem Arbeitsluftspalt versehenen Magnetkreis nach 35 ist dem permanenten Magneten 1. Bei diesem Vor-Belieben einstellbar sind, die sich dadurch von- gang kann man abhängig von der Stromrichtung einander unterscheiden, daß der Arbeitsluftspalt in zwei unterschiedliche Magnetisierungsvorgänge andern einen Zustand praktisch keine und in dem schaulich darstellen, wenn man zunächst noch den anderen Zustand annähernd die doppelte magne- Kernschenkel 3' wegläßt:

tische Anziehungskraft aufweist gegenüber einer ₄₀ Entweder wird der Kernschenkel 3 mit gleicher sonst gleichartigen, aber mit Magnetkreisen aus Feldstärke und gleichnamig polarisiert wie der per-Weicheisen ausgerüsteten Magnetanordnung. Dies manente Magnet 1, dann wollen sich beide gegenwird also dadurch erreicht, daß an Stelle von per- seitig abstoßen. Erzwingt man jedoch die Anordnung rnanenten Hilfsmagneten oder leicht magnetisier- der Schenkel I₁ 2,3, 4 im Sinne von Fig. 1, dann baren Kernteilen aus Weicheisen an bestimmten ₄₅ sind jetzt zwei gleich starke Magneten parallel ge-Stellen des magnetischen Doppeljoches ein Werkstoff schaltet. Folglich bilden sich jetzt an den beiden Verwendung findet, der eine verhältnismäßig hohe Polen 2' und 4' doppelt soviel magnetische Kraftmagnetische Remanenz aufweist, also weder ma- linien aus, wie der permanente Magnet 1 ursprünggnetisch weich noch permanent magnetisch ist. Hch an beiden Polpaaren 2, 4 und 2', 4' erzeugt

Einfache Versuche mit einem permanenten Ma- 50 hatte. Man hat also eine vierfach so hohe Feldstärke gneten im Mittelzweig der bekannten geometrischen zwischen den beiden Polen 2' und 4', als dort urGrundform eines Doppeljoches ergeben sehr an- sprünglich noch ohne den Kernschenkel 3 vorhanden schauüch die erfindungsgemäße Wirkungsweise und war. Damit wirkt die Regelvorrichtung jetzt als stellen damit das Grundprinzip der vorgeschlagenen ein starker Magnet mit den Polen 2' und 4'.
Regelvorrichtung dar, die im folgenden beschrieben ₅₅ Oder man leitet den gleichen Erregerstrom in entwird, gegengesetzter Richtung durch die Wicklung 5, so

Iu der Zeichnung ist die bekannte Jochform, deren daß der Kernschenkel 3 nun gegensinnig magnetisiert,

erfindungsgemäße Ausrüstung mit einem ferro- von den Polen 2 und 4 angezogen und bei gleicher

magnetischen Werkstoff verhältnismäßig hoher Koer- magnetischer Feldstärke wie der permanente Ma-

zitivkraft sowie die dadurch erzielbare Magneti- 60 gnet 1 mit diesem einen vollständig geschlossenen

siening in Verbindung mit einem praktischen Aus- magnetischen Kreis bildet. Infolgedessen werden in

führiingsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt diesem Falle keine magnetischen Kraftlinien mehr

F i g. 1 die geometrisch bekannte Grundform eines den Umweg über den großen Luftspalt zwischen den

Doppeljoches mit Erregerwicklung und beiden Polen 2' und 4' nehmen. Die Magnet-

F i g. 2 ein Diagramm zur Magnetisierung der 65 anordnung ist in diesem Zustand nach außen hin

beiden Magnetschenkel sowie neutral. Diese an sich bekannte magnetische Steuer-

Γ i g. 3 das dazugehörige Ausführungsbeispiel in wirkung kann bei Anwendung des erfindungsgemäß

schematischer Darstellung. ^: mit vergleichsweise hoher Koerzitivkraft ausge-

Claims (2)

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   statteten Werkstoffes in ganz entsprechender Weise Achsen, sondern jeweils der gleiche Abstand zwiallein durch einen ausreichend hohen Magncti- sehen den Kurvenpiinkten 7 und T und den beiden sierungsimpuls in der Erregerwicklung 5 erreicht anderen Kurvenpunkten 9 und 9', welcher derjenigen werden, wobei jetzt auch das Material der Pole 3 Magnetisierung entspricht, die vom permanenten und 4 und des Kcrnschcnkds 3 eine entsprechende 5 Hauptmagneten 11 ausgeht und erfindungsgemäß mit magnetische Remanenz aufweist, die ohne clektri- einer so hohen Koerzitivkraft des Materials im sehen Strom erhalten bleibt. Natürlich soll dabei der Dauermagneten 11 gewählt wird, daß dieser von den permanente Magnet 1 eine ausreichend höhere abwechselnd eingeleiteten Magnetisierungsstößen Koerzitivkraft haben, damit er durch die Schalt- praktisch nicht beeinflußt werden kann,
   vorgänge nicht oder praktisch nicht entmagnetisiert io Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel werden kann. Damit ist der permanente Magnet 1 in der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung wird zum der Regel auch stärker als die remanentc Magnet- vollen Ausgleich des vom permanenten Magneten 11 kraft in den erfindungsgemäß magnetisierten Teilen, erzeugten Kraftlinicnfiusses in der einen Schaltjedoch haben diese dafür eine erheblich größere stellung so ausgelegt, daß der eine der beiden Länge des in Serie geschalteten magnetischen Ma- 15 Magnetkreise aus einem Werkstoff größerer Koerterials. Schon die geometrisch bekannte Anordnung zitivkraft besteht als der andere, wogegen der andere nach Fig. 1 wirkt also damit als erfindungsgemäße Kreis eine größere magnetische Durchlässigkeit hat, Regelvorrichtung, wenn man sich den Kern- und daß der magnetische Hilfsfluß in dem Kreis erschcnkel 3' als ein Weicheisenstück vorstellt, welches regt wird, den der einstückig gekrümmte Kern 12,13, im einen Schaltzustand jedenfalls mit stärkerer Kraft ao 14 bildet, welcher die größere Koerzitivkraft aufangezogen wird als durch den permanenten Ma- weist. Diese Bemessung hat den Vorteil, daß ein vergneten 1 allein, während dessen magnetische An- hältnismäßig langer Flußweg vom Pol 7 bis zum zichungskraft im anderen Falle praktisch ausgelöscht, Pol 7' für die Magnetisierung und damit eine verein Weicheisenkernstück 3' also von den beiden gleichsweise hohe Remanenz zur Verfügung steht, v-'l Polen 3' und 4' nicht angezogen wird, und auch 95 wenn die Erregerwicklung 15 auch bis über die gcdann. wenn man dieses Joch 3' über den Luftspalt nannten Pole 7 und 7' angelegt wird. In diesem Falle zwischen den beiden Polen 2' und 4' anlegt, wird der kann also auch ein kleiner Teil des eigentlichen magnetische Fluß nur teilweise und auch nur dann Arbeitskreises mit den Polstücken 13' und 13" noch vom Joch 3' aufgenommen, wenn die magnetische zweckmäßig zur Verstärkung der magnetischen ReFeldstärke des permanenten Magneten 1 gegenüber 30 manenz herangezogen werden. Außerdem muß aus den remanenten Magnetteilen 2, 3 und 4 überwiegt praktischen Gründen der permanente Magnet 11 im oder umgekehrt. Abstand vom Luftspalt 16 angeordnet werden und

   F i g. 2 zeigt speziell zum praktischen Ausführungs- diesem mit seiner neutralen Mittclzonc gegenüberbeispiel der erfmdungsgemäßen magnetischen Regel- stehen. Die Regelanordnung nach F i g. 3 ist damit vorrichtung nach Fig. 3.den Verlauf der Magneti- 35 die optimale Ausbildung bezüglich der geometrischen sierung in einem Diagramm. Von dem mit 0 be- Abmessungen, auch des Luftspaltcs 16 zu der in zeichneten Bereich im Schnittpunkt von Abszisse Fig. 1 dargestellten Grundanordnung.
   und Koordinate erstrecken sich zwei zueinander Das Material, die Abmessungen und der Magneti-

   symmetrische Hystcrcsiskurvcn. Diese bezeichnen in sierungsimpuls werden beim Ausführungsbeispiel Fig. 2 nicht die Magnetisierung des Materials, son- 40 nach Fig. 3 so bemessen, daß nach erfolgter Madern diejenige der beiden Pole 7 und T nach er- gnetisierung der Luftspalt 16 frei ist von Kraftlinien folgter Magnetisierung durch einen Stromimpuls der und bei ausgeschaltetem Strom unbegrenzte Zeit Erregerwicklung 15. Dabei stellt die Höhe des feldfrei bleibt. Die Anordnung ist damit neutral, und Punktes 7, gemessen an der Ordinate, die magne- das Werkstück 6 wird vom Luftspalt 16 weder antische Remanenz des Materials dar. Der Pol 7 wurde 45 gezogen noch festgehalten. Sobald jedoch der Gegen- , / also, ausgehend vom Punkt 9. über den Punkt 6 am impuls eingeleitet wird, arbeitet der Luftspalt 16 mit ' Beginn der Sättigungslinie 10 magnetisiert. Nach dem den Polstückcn 13' und 13" aus einem Material mit Ausschalten des von der Wicklung 15 erzeugten möglichst hoher magnetischer Durchlässigkeit als ein Magnetfeldes geht die Induktion des Pols 7 vom starker Permanentmagnet, welcher seine Magnetkraft Punkt 6 auf den Punkt 7 in Fig. 2 zurück. Bei einer 50 leistungslos gespeichert hält. Man kann also erentgegengesetzten Magnetisierung wirkt in bekannter findungsgemäß zwei eindeutig unterscheidbarc Ma-Weise der Punkt 8. und nach erneutem Ausschalten gnetisierungszüstände stromlos und ohne Ver- i des elektromagnetischen Feldes wandert die In- Wendung mechanisch beweglicher Teile speichern, \ duktion vom Punkt 8 auf den Punkt 9 zurück. In was bei keiner von den zahlreichen Konstruktionen Abhängigkeit von der Polarität des Magnetisierungs- 55 bisher bekannter Art möglich .var.
   impulses ist also der Pol 7 jeweils abwechselnd die „ ...

   Punkte 7 und 9 in F ig. 2. Patentansprüche:

   Ganz entsprechend wird bei den genannten Ma- 1. Regelvorrichtung für den Magnetfluß in gnetisierungsvorgängen der Pol T vom Punkt T in einer steuerbaren Magnetanordnung, die einen F i g. 2 über den Punkt 8' magnetisiert und erreicht 60 permanenten Hauptmagneten hoher Koerzitivnach dem Abschalten des Feldes den Punkt 9' sowie kraft und zwei dazu parallelliegende Magnet- ; bei entgegengesetzter Magnetisierung zunächst den kreise aus ferromagnetischem Werkstoff aufweist, Punkt 10' und dann wieder den Punkt T. Es gehören wobei mindestens der Hauptmagnet diesen beiden also jeweils die Punktpaarc 7 und 7' bzw. 9 und 9' Kreisen gemeinsam und in einem der Kreise eine zum gleichen Betriebszustand. Da Fig. 2 nicht die 65 Hilfswicklung angeordnet ist. dadurch geübliche Hystcresiskurvc eines Materialzustandcs, kennzeichnet, daß der ferromagnetische sondern die tatsächliche Magnetisierung der beiden Werkstoff beider Magnetkreise eine Koerzitiv-PoIe darstellt, besteht keine Symmetrie zu den kraft hat. die größer ist als die des Stahles, aber

   geringer als die des permanenten Hauptmagneten, und daß in dem die Hilfswicklung tragenden Magnetkreis (2, 3, 4 bzw. 12, 13, 14) kurzzeitig oder impulsartig ein magnetisches Hilfspotential erregbar ist, dessen Größe im Vergleich zu dem für die Magnetisierung oder Entmagnetisierung des Hauptmagneten erforderlichen Potential niedriger und dessen Richtung so wählbar ist, daß zwei voneinander verschiedene stabile Magnetisierungszustände im einen Magnetkreis (2, 3, 4 bzw. 12, 13, 14) als auch im anderen, mit einem Arbeitsluftspalt versehenen Magnetkreis (2', 3', 4' bzw. 7, 13', 13", T) nach Belieben einstellbar sind, die sich dadurch voneinander unterscheiden,

   daß der Arbeitsluftspalt in dem einen Zustand praktisch keine und in dem anderen Zustand annähernd die doppelte magnetische Anziehungskraft aufweist gegenüber einer sonst gleichartigen, aber mit Magnetkreisen aus Weicheisen ausgerüsteten Magnetanordnung.
2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Magnetkreise aus einem Werkstoff größerer Koerzitivkraft besteht als der andere, wogegen der andere Kreis eine größere magnetische Durchlässigkeit hat, und daß der magnetische Hilfsfluß in dem Kreis erregt ist (12, 13, 14), der die größere Koerzitivkraft aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 533/164