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Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Wandlers Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen schmaler Arbeitsspalte in aus zwei
Jochen zusammengesetzten magnetischen Wandlern, welche eine Reihe von Schreib- und/oder
Leseköpfen zum gleichzeitigen Ein- bzw. Auslesen mehrerer Spuren eines magnetischen
Aufzeichnungsträgers aufweisen.
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Magnetische Wandler dienen dazu, Informationen zwischen magnetischen
Speichermedien wie Bändern, Platten, Trommeln oder dergleichen zu übertragen. Ein
Wandler besteht im wesentlichen aus wenigstens einem Ringkern oder einem Magnetkopf,
welcher einen magnetischen Kreis mit einem Arbeitsspalt bildet, welcher durch elektrische
Windungen umgeben ist, die durch Influenz mit dem magnetischen Fluss in dem magnetischen
Kreis gekoppelt sind.
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Beim Durchtritt des Magnetflusses durch den Arbeitsspalt entsteht
ein äusseres Feld in der Umgebung des Spaltes, welches auf dem
Aufzeichnungsträger
eine Magnetisierung für eine Information bewirken kann oder mit einerMagnetisierung
auf dem Aufzeichnungsträger in Wechselwirkung treten kann, um die aufgezeichnete
Information auszulesen. Die Informationsdichte auf dem Aufzeichnungs.-träger ist
eine Funktion der Breite des Arbeitsspaltes im Magnetkopf.
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Für die modernen Datenübertragungsvorrichtungen werden Spaltbreiten
in der Grössenordnung von 1 25 /u verlangt. In Wandlern, welche Vielspurköpfe enthalten,
besteht daneben die Aufgabe, daß eine grössere Anzahl von Spalten eine gleiche Spaltbreite
aufweisen. Diese Aufgaben stellen schwierige Probleme an die Herstellung derartiger
Wandler.
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Ein weit verbreitetes Verfahren besteht darin, den Wandler aus mehreren
Teilen zusammenzusetzen, welche jeweils eine Referenzfläche aufweisen, innerhalb
welcher die Polflächen liegen, die die Arbeitsspalte eindeutig definieren. Diese
Flächen werden durch Läppen oder Schleifen hergestellt, worauf die Wandlerteile
zusammengesetzt werden. Bleche oder Abstandsstücke aus nichtmagnetischem Material
wie z. B. Mylar Polyester werden zwischen die Referenzflächen gebracht, wodurch
die Spalte zwischen den Polflächen entstehen.
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Ein solche Technik arbeitet mit befriedigenden Ergebnissen, wenn Spaltbreiten
in der Grössenordnung von 2, 5 /u und darüber verlangt werden, es treten aber grössere
Schwierigkeiten auf, wenn sauber dimensionierte Abstandsstücke für kleinere Spalten
hergestellt werden
sollen. Zusätzlich können die Spaltbreiten durch
Ermüdung, plastisches Fliessen usw. des Abstandsmaterials im Laufe der Zeit geändert
werden.
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Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren
zur Herstellung derartig schmaler Arbeitsspalten zur Verfügung zu stellen, welches
Toleranzen von 0, 5 bis 0, 6 /u bei der Herstellung magnetischer Wandler liefert.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Arbeitsspalten herzustellen welche eine definierte
Spaltfrei te aufweisen und keinen Veränderungen während ihres Gebrauchs unterliegen.
Diese Aufgaben werden gemäss der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Verfahrensschritte
gelöst: a) die entsprechenden Joche aller Schreib- und/oder Leseköpfe werden unter
Trennung durch Abstandsstücke miteinander verbunden, worauf die die Polflächen umgebenden
Flächen abgetragen werden; b) die Polflächen und ihre Umgebung werden mit einem
Material, welches gegenüber dem folgenden Abtragung sme chani smus widerstandsfähiger
ist als das magnetische Material der Polschuhe, soweit beschichtet, daß sich eine
Bedeckung über der Polflächenebene ergibt; c) die bedeckten Flächen werden eine
bestimmte Zeit länger einem Abtragungsprozeß ausgesetzt, als zur Freilegung der
Polflächen benötigt wird, so daß, die Polflächen in die umgebenden Flächen eingesenkt
werden;
d) je zwei der so gebildeten Hälften der Vielspurköpfe werden
zusammengesetzt zum Vielspurmagnetkopf.
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Die Erfindung macht Gebrauch von der Tatsache, daß Materialien unterschiedlicher
Härte mit verschiedenen Geschwindigkeiten abge tragen werden, wenn sie denagleichen
Abtragungs- oder Schleifprozess unterworfen sind. Werden nun die Polflächen mit
einem härteren Material umgeben, so werden sie bei einem gemeinsamen Abtragungsprozess
in die umgebende Fläche eingesenkt. Werden zwei derartige Teile zusammengefügt,
entsteht automatisch ein Arbeitsspalt, der in einem weiteren Schritt noch mit einem
nichtmagnetischen Material ausgefüllt werden kann.
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Weitere Vorteile und Teilaufgaben der. Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, die anhand eines Ausführung sbei spiels mit Hilfe
der nachstehend aufgeführten Zeichnung die Erfindung näher erläutert, und aus den
Patentansprüchen.
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Es zeigen: Fig. 1 die ESplosionszeichnung eines magnetischen Vielspurwandlers,
Fig. 2 die perspektivische Ansicht eines aus drei Teilen zusammengesetzten Wandlers
gemäss Fig. 1, Fig. 3 den Verfahrens schritt des Schleifens eines Teiles des in
Figur 2 gezeigten Wandlers, Fig. 4 den Querschnitt durch die Fig. 2. entlang der
Linie 4-4
und die Stirnflächen der Polschuhe, welche über die Referenzfläche
hinausragen, Fig. 5 denselben Querschnitt wie Figur 4, nachdem die Oberfläche mit
einem harten Material beschichtet wurde, Fig. 6 den Querschnitt von Figur 4, nachdem
das harte Material durch Schleifen soweit abgetragen wurde, daß die Stirnflächen
der Polschuhe freiliegen, Fig. 7 den Querschnitt von Fig. 6, in welchem zwei Teile
zusammengefügt sind, wodurch ein genau definierter Arbeits spalt entsteht.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 die Explosionszeichnung eines typischen
-Vielspur-Wandlers. Die Vorrichtung besteht aus einer Gehäuseeinheit 10 aus Messing
oder einem anderen nichtmagnetischen Material, in welchem die Wandler-Einheit gehalten
wird. Das Gehäuse 10 trägt eine Vielzahl von Schreibköpfen 12 und die gleiche Anzahl
von Leseköpfen 14, welche alle nebeneinander getrennt angeordnet sind. Die Schreib-und
Leseköpfe 12 und 14 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten eines mittleren Abschirmgliedes
16 und sind longituminal derart angeordnet, daß ein sich über die Vorrichtung bewegender
magnetischer Aufzeichnungsträger, der nicht dargestellt ist, mit dem gleichen Kanal
oder der gleichen Spur über einen Schreibkopf und den zugehörigen Lesekopf geführt
wird. Jeder Schreib- und Lesekopf besitzt einen Arbeitsspalt 18, der zur Arbeitsoberfläche
hin freiliegt.
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Die verschiedenen Schreib- und Leseköpfe 12 und 14 sind getrennt von
ihren Nachbarn durch Zwischenspur-Abschirmglieder 20, welche im Gehäuse 10 befestigt
sind. Diese Abschirmglieder bilden die Abstände zwischen den Aufzeichnungsspuren
und dienen zur Herabsetzung eines Ubersprechens zwischen angrenzenden Köpfen.
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Zur besseren Veranschaulichung der Konstruktion der Wandlereinheit
ist einer der Schreibköpfe 12 und ein Zwischenspur-Glied vor der Anordnung gezeigt.
Daraus wird deutlich, daß der Kopf aus einer Vielzahl von Laminaten aus magnetischem
Material, vorzugsweise einer kommerziell erhältlichen Eisen-Nickelverbindung, besteht,
welche mit einem geeigneten Zement wie einem Epoxyd-Harz miteinander verbunden sind.
Die Laminate sind als zwei Polstücke 22 und 24 ausgebildet, welche an einer Stelle
voneinander getrennt sind, wodurch der Arbeitsspalt 18 entsteht. Die Polstücke 22
und 24 sind ausserdem an ihrem unteren Ende getrennt zum leichteren Zusammenbau,
so daß ein zweiter Spalt existiert. Dieser Spalt ändert nur ein wenig den magnetischen
Widerstand des Kopfes und bildet kein Arbeitselement.
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Wenn der Kopf 12 innerhalb des Gehäuses 10 befestigt ist, werden die
Enden der Wicklung mit den Anschlußsteckern 32 in dem Steckerblock 34 verbunden,
welcher am Gehäuse befestigt ist.
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Die Zwischenspur-Abschirmung 20, welche zur Trennung der Köpfe 12
dient, besteht im allgemeinen ebenfalls aus einer Anzahl von Laminaten, von denen
aber einige aus einem elektrisch leitenden Material, wie Kupfer bestehen. Die äussersten
Laminate weisen im allgemeinen
ebenfalls Aussparungen wie bei 36
auf, um die Windungen 26 der benachbarten Köpfe aufzunehmen. In einem konventionellen
Wandleraufbau bestehen einige der inneren Abschirmungslaminate aus magnetischem
Material ähnlich demjenigen der Kopf-Laminate. Die Zwischenspur-Abschirmungslaminate
sind ebenfalls miteinander durch ein Epoxyd-Harz verbunden. Zum leichteren Aufbau
werden, wie unten näher erläutert wird, die Zwischenspur-Abschirmungen 20 in zwei
Teilen 20a, und 20b ausgeführt, wobei diese Teile beim späteren Zusammenbau zu einer
Einheit zusammengefügt werden.
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Die Leseköpfe 14 und die Zwischenspurabschirmungen 20 zwischen ihnen
werden natürlich in analoger Weise hergestellt und zusammengefügt.
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während Figur 2 zeigt nun einen Wandlerleines eines bestimmten Zeitpunktes
des Herstellungsprozesses» wo die einzelnen Arbeitsspalten zwischen den angrenzenden
Flächen der Polschuhe der einzelnen Köpfe 12 und 14 auszubilden sind. Wie aus der
Figur ersichtlich, besteht der Wandler während dieses Zeitpunktes aus drei einzelnen
Teilen, in deren BegrenzungsflSchen die Arbeitsspalte der Schreib- und Leseköpfe
aufzunehmen sind.
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Die linke Einheit erhält einen Teil 10a des Gehäuses, in welchem die
Polstücke 22 der Schreibköpfe 12 und die Teile 20a der Zwischenspur-Abschirmungen
20 zwischen den Schreibköpfen angebracht sind.
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Die Flächen 22a der Schreibköpfe liegen in der Referenzebene 36 des
Gehäuseteils
10a. Der mittlere Teil des Wandlers besteht aus dem Gehäuseteil 10b und enthält
auf einer Seite die Polstücke 24 der Schreibköpfe mit den Teilen 20b der Zwischenspur-Abschirmungen
zwischen den Schreibköpfen und auf der anderen Seite die entsprechenden Elemente
für die Leseköpfe 14 und deren Zwischenspur-Ab6chirarnungen 20. Die Polstücke und
Abschirmungsteile innerhalb des Gehäuseteils 10b liegen in den Referenzebenen 38
und 40. Der rechte Teil des Wandlers besteht aus dem Gehäuseteil 10c und beherbergt
die Polstticke 22 der Leseköpfe 14 und die Anteile 20a der Lesekopf-Zwischenspur-Abschirmungen,
die innerhalb der Referenzebene 42 liegen. Dieser Teil ist im wesentlichen kongruent
mit dem Teil 10a.
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Nach dem Stand der Technik war es notwendig, die Referenzfiächen 36,
38, 40 und 42 zu läppen oder zu schleifen, wenn man die Spalte 18 zwischen den Polstücken
der Schreib- und Leseköpfe' des Wandlers herstellte, da diese eine ganz bestimmte
Glätte aufweisen müssen.
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Danach wurden nichtmagnetische Bleche zwischen die Polstücke innerhalb
des Arbeitsspaltes eingelassen. Nach der vorliegenden Erfindung werden solche Bleche
überflüssig'. Vielmehr wird eine Technik verwendet, wonach die Polflächen in einem
bestimmten Maße unterhalb der Referenzflächen abgetragen werden. Diese neue Technik
wird im folgenden anhand der Figuren 3 bis 7 erläutert.
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Die Beschreibtmg stützt sich dabei auf den Teil 10a des Wandlers,
aber ist natürlich auch anwendbar auf die Teile 10b und 10c.
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Nachdem die Einheit 1 0a zusammengefügt ist und ihre einzelnen Elemente
fest miteinander verbunden sind, so daß sie mechanisch stabil sind, wird die Oberfläche
36, falls notwendig, durch Schleifen oder Läppen soweit bearbeitet, daß alle Polflächen
22a miteinander in einer Ebene fluchten, wie in Figur 3 dargestellt. Die Referenzflächen
36 werden darauf einem selektiven Ätzprozess ausgesetzt, wobei alle jene Flächen
der Oberfläche 36 abgetragen werden, die ausserhalb der Polstücke 22 liegen. Die
Ätzung wird bis zu einer vorgesehenen Tiefe durchgeführt, wonach die Polstücke 22
über die umgebende Fläche 36> hinausragen, wie es in Figur 4 dargestellt. Dieses
selektive Ätzen kann auch mechanisch erfolgen. Andererseits besteht die Möglichkeit,
durch ein chemisches Ätzbad mit einer Lösung aus 5 bis l07oiger Schwefelsäure oder
einer 3%igen Kaliumdichromat- oder einer l0%igen Eisensulfatlösung das Messing und
Kupfer der Oberfläche 36 abzutragen, wobei jedoch das magnetische Material nicht
angegriffen wird. (Die Lösungen beziehen sich auf Volumenprozente). Hierbei werden
alle magnetischen Laminate innerhalb der Zwischenspur-Abschirmungsglieder nicht
geätzt, sondern ragen über die geätzte Fläche 36' hinaus. Wie aus dem folgenden
ersichtlich, wird ein Fehler in der Abtragung dieser Glieder nicht kritisch sein.
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Die Ätzung braucht nicht bis zu einer bestimmten Minimaltiefe ausgeführt
werden, solange die Polstücke nur genügend weit über die benachbarten Flächen hinausragen,
wobei es ermöglicht wird, daß Material zwischen ihnen in genügender DicSe abgelagert
werden kann, wodurch
eine entsprechende Athäsion der darunter
liegenden Elemente während der weiteren Verfahrens schritte erreicht wird.
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Nach dem Ätzen wird die Fläche 36' mit einer harten, nichtmagnetischen
Schicht bedeckt, welche die Eigenschaft hat, bei dem folgenden Schleifprozeß wesentlich
widerstandsfähiger zu sein, als das magnetische Material der Polstücke. Ein solches
Material ist Chrom oder auch z. B. nicht magnetische Nickel-,Zinn Legierungen. Das
mit 44 in Fig.
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5 bezeichnete harte Material kann durch bekannte Beschichtungsver
fahren aufgebracht werden. Solche Verfahren können bestehen aus Elektroplattieren,
stromlosem Phttieren, Vakuumaufdampfen usw. Im vorliegenden Fall wurde Chrom verwendet
und durch eine konventionelle Elektroplattierung abgeschieden. Das Material 44 wird
auf der Oberfläche 36' soweit abgeschieden, daß die Polflächen 22 bedeckt sind.
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Die bedeckte Referenzfläche, die im weiteren mit 36'' bezeichnet wird,
wird darauf einem vorsichtigen Abtragungsverfahren ausgesetzt, wodurch das Material
44 soweit abgetragen wird, daß die Polstücke 22 freiliegen. Dieses Verfahren erfolgt
in der Weise, daß die so geläppte Oberfläche nach ihrer Fertigstellung, wenn die
gesamte Wandlereinheit zusammengebaut wird, die gewünschte Glätte aufweist. Die
in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung ist hierzu ausreichend. Sie besteht aus einem herkömmlichen
Gerät, welches ein zylindrisches Schleifrad 46 und eine Werkstückhalterung 48 aufweist,
wobei das Wandlerteil 10a mit
der zu bearbeitenden Fläche parallel
zu der Tangente des Schleifrades angeordnet werden kann. Zum Schleifen oder Läppen
können alle hierfür geeigneten Verfahren des Standes der Technik zur Anwendung gelangen.
Wie schon oben au8geftihrt wird, wird der Abtragungsprozeß solange fortgeführt,
bis das die Polstücke bedeckende Material entfernt ist und sie freiliegen. Hiernach
wird das Schleifen fortgesetzt, wobei sowohl das Material der Polstücke als auch
das Material 44 zwischen ihnen abgetragen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften
der Materialien in bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schleifen wird das
magnetische Material wesentlich schneller abgetragen, als das Material 44. Auf diese
Art und Weise wird die Oberfläche der Polstücke unterhalb der Oberfläche des Materials
44 zu liegen kommen. Die Tiefe, in welcher die Polstücke unterhalb der Oberfläche
des Materials 44 zu liegen kommen, ist anfänglich eine Funktion der Schleifzeit,
aber nachdem eine gewisse Tiefe d erreicht ist, bleibt sie konstant, unabhängig
von der weiteren Schleifzeit. Diese gewisse konstante Tiefe d ist hauptsächlich
eine Funktion der Differenz der Widerstände, die die beiden Materialien gegenüber
Schleifen besitzen. Das bedeutet also, daß, nachdem erst einmal eine gewisse unterschiedliche
Höhe der beiden Oberflächen durch Schleifen von verschiedenen Materialien erreicht
worden ist, dieser Unterschied konstant bleibt. Wenn man für das Material 44 Chrom
und als magnetisches Material HiMu 80 wählt, wird sich die Differenz der beiden
Oberflachenhöhen zwischen 500 und 800 u einstellen.
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Es hat sich herausgestellt, daß die eingesenkte Oberfläche des magnetischen
Materials genligend eben bleibt und daß sich durch'das Schleifen (Fig. 6) keine
konkarve Oberfläche ergibt.
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Die oben beschriebene Einsenkung der Polflächen ergibt im weiteren
den Arbeitsspalt zwischen den Polstücken 22 und 24, wenn die einzelnen Teile des
Wandlers zusammengesetzt werden, wobei die Referenz= flächen 36, 38, 40 und 42 entsprechend
zusammengesetzt werden. Wie in Figur 7 dargestellt, beträgt die Spaltweite 2d, wenn
beide aufeinan derliegende Referenzflächen mit Hilfe der beschriebenen Technik hergestellt
wurden, so daß die Flächen beider Polstücke 22 und 24 eingesenkt sind. Wenn nur
eine Oberfläche gemäss der Erfindung behandelt wurde, beträgt die Spaltweite d.
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Jetzt können also beide Spaltweiten leicht hergestellt werden. Je
nach dem, welches Material man für die Beschichtung 44 wählt und bei Wahl eines
entsprechenden Schleifmittels, kann eine Veränderung der Tiefe d erhalten werden.
Die Auswahl von Materialien und Schleifmitteln für die gerade gewünschte Tiefe kann
leicht durch ein Experiment herausgefunden werden.
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Eine VerXnderung der Einsekungstiefe in der Weise, daß eine Tiefe
kleiner als d erhalten wird, lässt sich dadurch erreichen, daß man den Abtragungsprozeß
vor der minimalen Zeit abbricht, die notwendig ist für Einsenkung auf die konstante
Tiefe d. Hierbei ist es jedoch schwierig, eine Einheitlichkeit zwischen den aufeinanderfolgenden
Werkstücken
zu bewirken und man kann ein solches Verfahren nur
schwierig für eine Massenherstellung verwenden.
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Der abschliessende Zusammenbau der einzelnen Teile 10a, I Ob und 1
0c zu der gesamten Wandlereinheit, wird, nachdem die Arbeitsspalte hergestellt ist,
in herkömmlicher Weise vorgenommen und braucht hier nicht weiter erläutert zu werden.
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In diesem letzten Verfahrensschritt können die Spalte mit einem nichtmagnetischen
Stoff gefüllt werden, um sie gegen Ansammlungen von Fremdstoffen zu schützen. Hierfür
können Materialien wie Epoxid, Glas usw. Verwendung finden. Eine günstige Methode
zum Füllen der Polräume in der Einheit geschieht durch Eintauchen in Epoxibad, wobei
durch Kapillarkräfte das Epoxid in die Hohlräume eintritt.
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Natürlich werden durch die oben beschriebene Technik auch die Flächen
der Pol stücke 22 und 24 an den rückwärtigen Spalten abgetragen (und alle entsprechenden
Materialien in den Zwischenspur-Abschirmungen).
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Die hierbei auftretende Einsenkung ist jedoch wenig störend, da ein
schmaler Spalt auf der Rückseite eines Schreib- oder Lesekopfelementes nur unwesentlich
die Eigenschaften dieses Elementes beeinflusst.
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Schmale Spalte in den magnetischen Laminaten der Zwischenschicht-Abschirmungen
haben sogar offenbar positive Wirkungen. In besonderen Vorrichtungen, wo solche
Spalten jedoch nicht erwünscht sind, können die eingesenkten Flächen des magnetischen
Materials an den Spalten der Rückseite und in den Zwischenspurabschirmungen mit
magnetischem
Material aufgefüllt werden.
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Vorteil der Arbeitsspalte, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren
hergestellt wurde, sind die besonders' kleinen, aber sehr definierten Abmessungen.
Ein weiterer Vorteil besteht in dem Fortfall von Abstandsblechen zwischen den Referenzflächen,
so daß das Problem einer Ermüdigung oder eines Fliessens im Falle von Plastik vermieden
wird, was zu einer Veränderung der Spaltweite führen würde.