DE1965764U - Kontaktlos magnetisch einstellbare widerstandseinrichtung. - Google Patents

Description

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SIEMEES AKTIEIGESEILSGEaI¹T "'■'; / '^r Erlangen,. ·». MRL1587■■

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Kontaktlos magnetisch einstellbare Widerstandäelnrichtung.

Es ist bekannt, magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände, die in der Fachsprache auch als "Feldplatten" bezeichnet werden, im Luftspalt eines Magnetkreises anzubringen und so z.B. durch Veränderung des Magnetfeldes relativ zur.Feldplatte kontaktlos veränderliche Widerstände und Potentiometer zu schaffen (s.z.B.dtsch, Patentschrift 1013 880, DAS 1100 5Ϊ8 und ÜS-Patentschrift * 2712 601). Eine Anordnung kann als.-"elektrisch kontaktlos" bezeichnet werden, wenn zu ihrer Einstellung; elektrische Kontakte nicht betätigt werden müssen.

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Der Heuerung- liegt die Aufgate zu &ründey einen kontaktlosen Taster zu schaffen, der auch als. Bndlagenschalter ausgebildet sein kann und als magnetf eldabhänglge'r Widerstand bzw. Potentiometer geschaltet sein kann und der prellfrei, korrosionsfrei und abnutzungsfrei arbeitet.:

Die Neuerung bezieht sich auf eine/Kontaktlöse magnetisch einstellbare Widerstandseinrichtung mit mindestens einem magnetfeldabhängigen Widerstand. Die neuerungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht dabei darin, daß ein im·wesentlichen magnetisch leitender Zylinder mit einem darin nahezu gleitend, gegen eine Federkraft, in Zylinderachsrichtung beweglichen,λ permanentmagnetisch erregten Kolben vorgesehen ist, wobei der Zylinderquerschnitt und der. entsprechende Kolbenquerschnitt beliebige !Formen haben können, daß der ρermanentmagnetische Kreis des Kolbens im wesentlichen über weichma.gnetisch.es Material des Kolbens und des Zylinders geschlossen ist und daß der Zylinder aus im wesentlichen zwei längs eines Umfanges voneinander getrennten weichmagnetischen Teilen besteht, zwischen die ein oder mehr magnetfeldabhängige Yifiderstände (Feldplatten) in je einem deren Dicke entsprechenden luftspalt starr eingesetzt sind;» der. sich an einer solchen Stelle der Zylinderwand befindet, daß er dureh. Bewegung des Kolbens in dessen Permanentmagnetfluß hineinbringbär ist.

Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung ausgebildet, wenn die gegenüberliegenden Ränder der beiden Teile des Zylinders so ausgebildet sind, daß ihr axialer Abstand überall größer ist als im Bereich des jeweiligen Luftspaltes mit einem magnetfeldabhängigen Widerstand. Beispielsweise Tmnn jeder der weichmagnetischen Teile des Zylinders pro eingesetzten mägnetfeidabhängigen ■; ' · : ;/^: -'' ■.,■-■-■-^:V^V -_ 2-.'■-.'"■-;■■^:- ' - - v

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Widerstand je einen kornartigen: Port satz /besitzen, zwischen deren gegenüberliegenden Enden sich nur der Luftspalt-mit dem zugehörigen Widerstand befindet und die sichinsbesondere auf den Luftspalt hin verjüngen.

In bestimmten Fällen kann es weiterhin günstig sein, wenn die magnetfeldabhängigen Widerstände einem, vom Kolben unabhängigen Permanentmagnetfeld ausgesetzt sind.: Ein solches Feld wird "Vormagnetisierungsfeld" genannt. Beispielsweise kann zwischen die gegenüberliegenden Ränder der weichmagnetis.ehen Teile des Zylinders mindestens ein axial bezüglich der Zylinderachse magnetisierter Permanentmagnet gesetzt sein, um die Feldplatte vorzumagnetisieren.

Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Neuerung erläutert; es zeigen:

Fig.1 bis 4 Aufriß und Querschnitt zweier neuerungsgemäßer Taster, ;. ; - V . 7"

Fig.5 bis 7 perspektivische Zeichnungen der äußeren Teile des Tasters, ..·' "/-.. 7

Fig.8 und 9 zwei Ausführungsbeispielevon magnetisch gefederten neuerungsgemäßen Tastern und

Fig.10 bis 13 einen Taster in drei Taststellungen mit dazugehöriger Widerstands-Charakteristife.

In den Figuren sind gleiche Teile gleich bezeichnet:, Die Fig. 1 bis 9 werden zunächst gemeinsam erläutert. Eine Feldplatte j bzw. /zwei Feldplatten 1 und 2 sind zwischen die beiden:magngtischen Teile und 4 eines Zylinders mit dem Bodem 5 gesetzt. Die Feldplatten

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(bzw-. 1 und 2) befindensichim Luftspalt 6 (bzw. 6 und 7). Die Ränder 8 und 9. der beiden .Zylinderteile- 5 und 4 sind im Bereich des Luftspaltes 6 (bzw. 6 und 7)■ am nächsten benachbart. Die Teile 3 und 4 können hörnartige Fortsätze 32 und 33 verschiedener Form (s.z.B. PIg.5 und 7) besitzen,- die sich insbesondere .auf den luftspalt 6 hin verjüngen können, um den Magnetfluß auf die Feldplatte 1 zu konzentrieren. - '

Ist eine Vormagnetisierung der Feldplatten erwünscht, so kann zwischen die Eänder- 8 und 9 ein in Pfeilrichtung permanentmagnetisierter Zylinderlängsabschnitt gemäß Fig.6 und 30 bzw. 31 in Fig.7 gesetzt sein. Sollen die Feldplatten nicht vormagnetisiert sein,- so kann zwischen, die Baader 8 und 9 ein den Körper gemäß Fig. 6 ähnlicher Körper .30., 31 gesetzt-sein, um den 'Zwischenraum zwischen den Teilen 3 und 4 auszufüllen;: dieser Körper kann aus Kunststoff oder einem anderen magnetisch nichtleitenden.Material bestehen.

In den Zylinder 3, 4 ist ein Kolben 1t gegen eine Federkraft, z.B. eine Spiralfeder' 12 ,oder, gegen die. Magneten 13 (Fig.8) bzw. 14 und 15 (Fig.9) beweglich angeordnet. Der Kolben 11 enthält ■ einen Permanentmagneten T6 (S-U), auf den zwei Polschuhe 17 und 18 aufgesetzt sind, die die ZylinderInnenwand an mindestens je einer Stelle fast gleitend streifen, so daß dort der magnetische Widerstand zwischen Kolben und Zylinderwand möglichst klein ist. Der Polschuh 17 kann als Kolbenring ausgebildet sein, derart, daß er die Zylinderwand auf seinem.ganzen Umfang gleitend berührt. Der Zylinder 18 kann nasenartige Fortsätze. 19 und 20 haben, die die Zylinderinnenwand an mindestens, einer Stelle gleitend, .

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"insbesondere federnd, mit einer Feder 21 b.zw.^: 22 berühren. Die weiehmagnetisehen .Fortsätze bzw. Nasen T9 und 20 sollen so ausgebildet sein,- daß sie bei Bewegung des Kolbens 11 gleitend an den Luftspalt 6 bzw. 7 vorbeiführbar sind. .->·■■"'"'..■.

Der Kolben 11 kann mit einem Tastknopf der Form .25. bzw. 24 versehen sein. Zur Schonung der.Feder 12 bzw. um zu verhindern, daß sieh die Magnete 16 und 13 in Fig.8 berühren, .können nichtmagnetisehe Ahschlagringe 25 bzw. 26, z.B. aus. Messing, am Boden 5 des Zylinders 3, 4 vorgesehen sein.-^: \ . '.. -

Die Einrichtung ist bisher als " zylinderf örmig¹' bezeichnet worden. Das bedeutet keine Beschränkung.auf den.kreisförmigen Querschnitt. Rechteckige oder sechseckige Querschnitte oder jede beliebige andere Form des Querschnittes, sind ebenso möglich. In der Regelist es vorteilhaft, die äußere Form der Einrichtung- so zu wählen, daß sie in mit ihr zu steuernde G-eräte auf einfache Weise einbaubar ist. ■'""■.- . ■, "■ ■""■". , .

In der Einrichtung gemäß Fig.8 wird die magnetische Federung dadurch bewirkt, daß am Boden des Zylinder;s 3, 4 ein antiparallel zum Kolbenmagneten 16 magnetisierter Permanentmagnet 13 vorgesehen ist. In der Einrichtung gemäß' Fig.9 wird die magnetische Federung dadurch bewirkt, daß je ein Permanentmagnet14, 15 am Kolben 11 und am Boden 5 des Zylinders 3.₅ 4 vorgesehen ist, wobei die beiden Magnete 14 und 15 antiparallel magnetisiert sind. ■

Es hat sieh als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kolben 11 derart mit einer nicht magnetischen Masse 27, ·" . insbesondere aus Kunststoff, zu einem Vollzylinder ergänzt,, insbesondere vergossen ist, daß er in dem ihn umgebenden Hohlzylinder 3, 4 mit. möglichst geringem

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Spiel gleitend leicht beweglich ist. In vielen Fällen kann es jedoch genügen, wenn - wie gemäß Mg/3 r der Magnet 16 von einem kolbenringartigen 'Gebllde 28 aus magnetisch nichtleitendem Material umgeben ist. Auch ein solcher Ring 28 gewährleistet eine gute Führung des Kolbens 11 in dem Zylinder 3.

Die neue Einrichtung ist besonders- wenig störanfällig gegen äußere Magnetfelder, wenn der Zylinder 3 bis 5- in ein eng anliegendes Gefäß 34 aus weichmagnetischem Material gemäß Fig.3 und 4 gesetzt ist, das gegen den Zylinder und dessen Boden5'-mit einem magnetisch nichtleitenden Material 35 magnetisch isoliert ist. In Fig.3 ist das magnetisch nichtleitende Material rautiert gezeichnet. Der Boden 5 der Einrichtung kann auch aus einem magnetisch nichtleitenden Material bestehen. . ■ ^;;"

Anhand der Fig.10 bis 13 wird nun die Wirkungsweise der Einrichtung beschrieben. In den Fig.10 bis 12 sind gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet. In den Fi-g.TO. bis 12 sind drei verschiedene Stellungen des Kolbens, 1T .eines Tasters dargestellt, der. etwa derjenigen gemäß Fig.3 entspricht. Um anzudeuten, daß die Feldplatte 1 in den Fig.10 bis 12 vormagnetisiert sein kann, ist außerhalb des Zylinders 3, 4 neben der Feldplatte 1. ein 'Vormagnetisierungsmagnet 30 (S-JSf) gestrichelt gezeichnet. In der Fig.13 ist der Widerstand R einer Feldplatte - 1 in Abhängigkeit vom Ort χ (mm) des Kolbens 11, 19 der neuen Einrichtung dargestellt.

Für den Fall, daß die Feldplatte 1 in den Fig.. 10 bis 12 nicht vormagnetisiert ist, daß also der Vörmagnetisierungsmagnet 30 nicht vorhanden ist, befindet sich die Feldplatte in der Stellung des Kolbens gemäß Fig.10 in einem- praktisch magnetfeldfreien

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'Bereich, da'der Perwäfrön^magnetfluß des Magneten 16 über den Zylinder 3 geschlossen ist» ohne die Feldplatte ;i zu berühren. Die Feldplatte hat dann den. minimalen Yfiderstand Eq. Wird dann der Kolben 11 (gegen die Kraft der Feder .12) nach unten gedruckt, so kommt die Feldplatte 1 allmählich in den Bereich des Permanentmagnetflusses des Magneten. 16.. Bei der Stellung des Kolbens gemäß ■ Fig. 11· ist der die Feldplatte 1: durchsetzende Fluß noch gering. Bei der Stellung des Kolbens gemäß Fig,T2 wird die Feldplatte vom gesamten Permanentmagnetfluß des^: Magneten-\1.6 durchsetzt, wenn die Polsehuhe des Luftspaltes 6 der Feldplatte 1 etwa hornartig ausgebildet sind,wie das in Fig.5oder.'7 gezeichnet ist. Der Feldplattenwiderstand E nimmt dann sehr stark-zu. Dieser .Fall ist in Fig.13 mit der ausgezogenen Kurve 41 angedeutet,.: Me Kurve 4-1 gemäß Fig. hat ein unteres Plateau 42, das der .Stellung., des KοITdens gemäß Fig.10 entspricht, und. ein oberes Plateau 43, das der Stellung des Kolbens 11 gemäß Fig. 12 entspricht.: Das rechte Ende des oberen Plateaus 43 ist z.B. dadurch gegeben, daß der Fortsatz: 19 an dem Ring oder sonstigen nichtmagnetischen Körper 26 anschlägt. Das Ende des oberen Plateaus 43 kann auch dadurch gegeben sein, daß der Kopf 23 des -Pasters · so ausgebildet ist, daß er auf dem oberen Ejide des Zylinders 23 aufschlägt. ^: -. .

1st die Feldplatte 1 gemäß Fig.10 bis 12 mittels eines Vormagnetisierungsmagneten 30 (z.B. gemäß den Fig.5.bis 7) einem permanenten Yormagn-etisierungsfeld ausgesetzt, so wird die Abhängigkeit des Widerstandes E der.Feldplatte vom Ort χ des Kolbens TT durch die gestrichelte Kurve 45 gemäß Fig.l3 .dargestellt. Die E/x-Kurve hat dann ein unteres Plateau 46? das.. demTormagnetisierungsfeld des Magneten 30 entspricht*· In diesem-Bereich;hat der Feldplattenwiderstand den Weft "Ey-, Wird der Kolben ;dann nach unten verschoben, :"■-..■. ^{l :} -.-, '"■■■ ... 7 - : - ■■--.■-.■ ^:; '... V '■ ■ vC/Rd :

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wie das in E¹Ig. 11 gezeichnet ist,: so wird-der Vormagnetisieriingsfluß des Magneten 30 durch' den .Portsatz 19 des Kolbens TI weitgehend kurzgeschlossen. Die Kurve .45 hatdann ein Minimum 47, in dem der Feldplattenwiderstand praktisch-auf den Wert Rq fällt. Bei weiterem Herabdrüeken des· Kolbens 11 gemäß Fig.12 steigt der Feldplattenwiderstand schnell "bis zu einem oberen Plateau 48, das dem Plateau 43 der Kurve 41 entspricht, an. .:'.-."'.

Verzichtet man auf die Vormagnetisierung, verwendet aber einen Gegenmagneten 13, wie er in Fig.8 gezeichnet ist --die Vormagnetisierungsmagneten 30 und 31. gemäß' Fig.8 sollen jetzt außer Betracht bleiben -, so erhält man eine R/x-Kurve., welche etwa der gepunkteten Kurve 50 gemäß Fig.13 entspricht.. Das untere Plateau der Kurve

50 ist das gleiche wie dasjenige der'Kurve 41, nämlich'das Plateau 42. Auch die" Kurve 50 besitzt ein oberes Plateau, das in Fig.13 mit

51 bezeichnet ist. - Zum besseren Verständnis der ..Fig. 13 ist dort eine zweite Abszisse gezeichnet, an der die den Kurven gemäß Fig.13 entsprechenden Stellungen der Fig.10 bis 12 angedeutet sind.

In einem Ausführungsbeispiel stieg der /Widerstand.SYirert der Feld- _; platte vom Plateau 42 'zum/Plateau 43 der Kurve 41 etwa auf den ^:' : ν zehnfachen Wert. Bei einem ffrundwiderstand einer Feldplatte Rq= 500 Ohm bedeutet das einen Anstieg auf 5'kOhm.

Die Auswahl der verschiedenen Einrichtungen mit den Kennlinien 41, .45 und 50 kann.je nach Anwendungsfall getroffen werden. Wünscht man eine besonders störunanfällige Einrichtung,■_die auch durch äußere Felder praktisch nicht gestört werden kann, so ist es zv/eckmäßig, eine Einrichtung mit der .Kennlinie 41 zu verwenden.: Wird eine Einrichtung mit einem sehr deutlichen Schaltpunkt gebraucht, so kann es zweckmäßig sein, eine solche mit einer

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Kennlinie 45 gemäß Fig.13 zu benutzen· Soll die Widerstandsänderung sehr stark sein, so kann eine Einrichtung mit der Kennlinie 50 gemäß Fig. 13 vorteilhaft sein. .. ■;_■ .

Außer den genannten "Vorteilen der neuen Einrichtung - nämlich der Abnutzungsfreiheit und der P'rellfreiheit - besitzt diese insbe-.sondere bei der Anwendung als kontaktloser Taster, die wertvolle Eigenschaft, daß mit ihr ein Feldplattenwiderstand bei einer Bewegung einer Taste um nur 1 bis 2 mm auf .z.B. den zehnfachen Wert erhöht werden kann.

17 Schutzanspräche
13 Figuren

Claims (1)

1. RÄ.i32/97*-9.3.67

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   S c Ii u t ζ a ψ β ρ T- ü c h e _:

   1. Eontaktlos magnetisch einstellbareWiderstandseinrichtung mit mindestens einem magnetfeldabhängigenWiderstand (Feldplatte), dadurch gekennzeichnet*, daß ein im wes-entliehen magnetisch leitender Zylinder (3>4) mit einem darin nahezu gleitend, gegen eine Federkraft (12), in Zyliiiderachsrichtung-beweglichen, permanentmagnetiseh erregten Kolben (M)Yorgesehen ist, wobei der ,Zylinderguerschnitt und der entsprechende_:Kolbenquerschnitt beliebige form haben können, daß der Permahentmagnetfcreis des Kolbens (11,16) im wesentlichen über weichmagnetisches Material (17 bis 19) des Kolbens und des Zylinders (3,4) geschlosssen ist und daß der Zylinder (3,4) aus im we sent liehen zwei längs« eines Umfanges Voneinaaader getrennten weichmagnetischen Teilen (3,4) besteht, zwischen die ein oder mehr magnetfeldabhängige Widerstände (1,2) in je einen deren Dicke entsprechenden luft-: spalt (6,7) starr eingesetzt sind, der sich an einer solchen Stelle der Zylinderwand befindet,,daß. er durch Bewegung des Kolbens in dessen Permanentmagnetfluß hineinbringbar ist* ■ ;

   2. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Ränder (8,9) der/beiden Teile (3,4) des Zylinders so ausgebildet; sind, daß. Ihr axialer Abstand überall "größer als im -Bereich des; jeweiligen luftspaltes (6,7) ist. ' '"■.■-"-.:.■■":' ^: ;

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   5·. Widerstandseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und, 2., dadurch ' gekennzeichnet, daß jeder dor weichmagnetischen feile (3,4)des Zylinders pro eingesetzten magnetfeidabhängigen Widerstand (1,2) je einen hornartigen Portsatz (32,33.) besitzt ,wobei zwischen die gegenüberliegenden Enden der Fortsätze sich nur der Luftspalt (6,7) mit dem zugehörigen Widerstand (1,2) befindet, und wobei sich die Portsätze insbesondere auf den ,Luftspalt hin verjüngen. - . -"-..■■■ - -

   4· Widerstandseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) einen etwa parallel zur Zylinderachse magnetisierten Permanentmagneten (16) enthält, auf dessen Pole Polschuhe (17*18) aufgesetzt sind," die an der Zylinderinnenwand an mindestens einer Stelle, in die .wenigstens, eine Feldplatte eingesetzt; ist, fast gleitend, insbesondere federnd, vorbeiführbar sind.

   5. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Bereich der Zylinderwand mit dem magnetfeldabhängigen Widerstand entferntere Polschuh (17) als Kolbenring ausgebildet ist.· . ■ . . . ,-...':.: "."■..-"; ■..'■.■■■■■■'

   6. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 5 ,.dadurch gekennzeichnet,-' daß der dem Bereich der Zylinderwand, in den mindestens ein magnetfeldabhängiger Widerstand. Ci,2); eingesetzt ist, nächstliegende Polschuh. (18;) pro magnetf eidabhängigen Widerstand einen weichmagnetischen Fortsatz (19,20) besitzt, der durch Bewegung. des Kolbens (11-) nahezu gleitend an den Luftspalt (6,7) vorbeiführbar ist. . . .- ■'. . .

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   7. Widerstands/einrichtung nach Anspruch-. 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen .Widerstände (1,2) einem vom Kolben (11) unabhängigen Permanentmagnetield(50,31) ausgesetzt sind.

   .8. Widerstandseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet., daß: zwischen die gegenüberliegenden Rän-. der (8,9) der weichmagnetischen Teile. (3,4) des Zylinders min-' destejns ein axial bezüglich der; Zylinderachse magnetisiert er Permanentmagnet (Fig.5 bis 7) gesetzt ist,

   9. Widerstandseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,, daß zwischen dem Kolben (11) und dem dem. Kolben gegenüberliegenden Boden (5) des Zylinders eine mechanische Federung (12) vorgesehen ist. - . _

   10. Widerstandseinri'chtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (.1-1) und dem dem Kolben gegenüberliegenden Boden (5) des. Zylinders eine magnetische Federung vorgesehen ist. ■';..--' . ■

   .11. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (5) des Zylinders ein antiparallel zum Kolbenmagneten (16) magnetisiert er Permanentmagnet (.13) vorgesehen ist (Fig.8). . V \ ■ - ; ■;".. ■ ^: -

   12. Widerstandseinrichtung nach.Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß je einPermanentmagnet (14,15) am_: Kolben (11,18) und am Boden (5) des Zylinders,vorgesehen ist und daß die beiden Magnete antiparallel magnetisiert sind (Fig. 9),· ' . ;■'.

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   13· Widerstandseinrichtung nach den Ansprücheii 1 "bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß. derKolben: (1 -.1) ;äls Taste und die Einrichtung als prellfreier, absetzungsfreier Taster ausgebildet ist.

   H. Viiderstandseinrichtung nach den insprüGhen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag für den .durch Tasten niederdruckbaren Kolben (ti) ein magnetisch nichtleitender Ring, insbesondere aus Messing, am Boden des.Zylinders vorgesehen ist, und/oder, daß der obere Rand"des Zylinders zusammen mit dem Tastkopf (23) als Anschlag, für den Kolben ausgebildet ist.

   45. Widerstandseinrichtung nach - den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) iderart mit einer nichtmagnetischen Masse (27), insbesondere--Kunststoff,-. .zu einem Vollzylinder ergänzt ist, insbesondere vergossen ist,; daß er in dem ihn umgebenden Hohlzylinder (3,4) mit möglichst geringem Spiel, nahezu gleitend, leicht beweglich 1st.

   16. Widerstandseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zylinder (5 bis 5) in einem eng anliegenden Gefäß (34) aus magnetisch leitendem.Material /befindet, wobei das Gefäß und d'er Zylinder magnetisch gegeneinander isoliert (35) sind.. . /.. ; ;-

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