DE2118391A1 - Optoelektronisches Koppelelement - Google Patents
Optoelektronisches KoppelelementInfo
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Description
Optoelektronisches Koppelelement
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement mit einer Lichtquelle und einer Fotozelle.
Ein optoelektronisches Koppelelement, das aus einer strom-
oder spannungsgesteuerten Festkörperlichtquelle und einer Festkörperfotozelle, die das von der Lichtquelle ausgesandte
Licht empfängt und das aufgenommene Licht in Strom oder in Spannung umwandelt, ist bekannt. Ein derartiges Koppelelement
ist dann besonders nützlich, wenn die unbeabsichtigte Ankoppelung zwischen zwei elektrischen Schaltkreisen sehr
klein gehalten werden sroll, denn zwischen der Lichtquelle
und der Fotqzelle besteht weder eine direkte elektrische,
Fs/ae - 1 -
noch
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noch eine indirekte kapazitive oder induktive Verbindung. Bekannte optoelektronische Koppelelemente sind teuer, denn sie
sind komplizierte Einrichtungen. Lichtquelle und Fotozelle werden gewöhnlich getrennt hergestellt und in einem Gehäuse
angeordnet. Derartige optoelektronische Koppelelemente herzustellen
erfordert.viele Verfahrensschritte und einen
großen Aufwand an Material.
-Es ist Aufgabe der Erfindung ein mit einem Überzug versehenes
einfaches optoelektronisches Koppelelement anzugeben, das aus einer Festkörperlichtquelle und aus einer Festkörperfotozelle
besteht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fotozelle wenigstens zwei Zuleitungen, von denen eine erste mit einer ersten Fahne
versehen ist, aufweist, daß ein auf der ersten Fahne angeordneter Körper mit einer weiteren Zuleitung elektrisch verbunden
ist, daß die Lichtquelle wenigstens zwei Zuleitungen, von denen eine erste mit einer weiteren Fahne versehen ist,
aufweist, daß ein auf der weiteren Fahne angeordneter Körper mit einer weiteren Zuleitung elektrisch verbunden ist, und
daß die Körper sich gegenüber im Abstand voneinander angeordnet sind.
In vorteilhafter Weise wird das optoelektronische Koppelelement so hergestellt, daß ein Rahmen mit Fotozellen, von
denen jede aus einem auf einer Fahne angeordneten Körper und aus Zuleitungen, von denen die erste mit der Fahne und die .
weitere mit dem Körper elektrisch verbunden ist, besteht, in eine Gußschale gebracht wird, daß ein zweiter Rahmen mit
Lichtquellen, von denen jede aus einem auf einer Fahne angeordneten
Körper und aus Zuleitungen, von denen die erste mit der Fahne und die weitere mit dem Körper elektrisch verbunden
ist, besteht, in dieselbe Gußschale gebracht wird, daß die Körper im Abstand gegenüber zueinander angeordnet
werden, daß die Gußschale mit einem Material, das im hart-
- 2 - gewordenen
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gewordenen Zustand gegenüber dem Licht der Lichtquelle durchlässig
"ist, bis zu einer solchen Höhe gefüllt wird, daß mindestens ein Teil der Fahnen, die Körper und ein Teil der
Zuleitungen bedeckt werden, und daß das Material hart gemacht wird.
Viele Festkörperlichtquellen und Festkörperfotozellen können
auf einem Hahmen oder Streifen angeordnet werden. Die einzelnen Lichtquellen und die einzelnen Fotozellen werden so auf
dem Rahmen angebracht, daß die aktiven Elemente sich gegenüber und in kurzem Abstand voneinander befinden. Um diese
relative Lage zu fixieren, werden die Eahmen sich gegenüber in eine μ
Gußschale gebracht. Dann wird der Behälter der Gußschale mit einer Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit ist trockenbar
und/oder härtbar und gegenüber dem Licht, welches von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, im trockenen oder gehärteten
Zustand durchlässig. Dann wird die Flüssigkeit eingetrocknet. Die aus Lichtquelle und Fotozelle bestehenden Paare werden voneinander
getrennt. Die Teile des Rahmens, die der Festigkeit während des Vergießens dienen, werden abgeschnitten, so daß
ein vergossenes optoelektronisches Koppelelement übrigbleibt, welches vier Zuleitungen aufweist, von denen zwei den elektrischen
Eingang und zwei, den elektrischen Ausgang darstellen. Wenn es gewünscht wird, kann das vergossene Koppelelement mit
einem Material umhüllt werden, das gegenüber dem Licht un- M
durchlässig ist, auf welches die Fotozelle anspricht. Damit kann das Licht der Umgebung vom Koppelelement fern gehalten
werden. Das Umhüllungsmaterial kann auch reflektierend sein, um den Wirkungsgrad des Koppelelementes zu verstärken. Dabei
ist die Grenzfläche zwischen dem Vergußmaterial und dem lichtundurchlässigen Material reflektierend. Vor dem Vergießen
können die Eahmen so ausgebildet werden, daß die Zuleitungen auf derselben Seite, auf sich gegenüberliegenden Seiten oder
im rechten Winkel zueinander aus dem Koppelelement heraus-
- 3 - ' führen.
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führen. Wenn eine Fotozelle mit drei Zuleitungen verwendet wird, dann weist das eingekapselte Koppelelement insgesamt
fünf Zuleitungen auf. Die Zahl der Zuleitungen kann je nach
der Art der verwendeten Fotozellen und/oder Lichtquellen variieren.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Figuren. Es zeigen:
Fig.1 auf einem Rahmen angeordnete Festkörperfotozellen in Form von Dioden;
Fig.2 Ebenfalls auf einem Rahmen angeordnete Festkörperfotozellen
in Form von Transistoren;
Fig.3 Auf einem Rahmen angeordnete Festkörperlichtquellen
in Form von Dioden;
Fig.4 Eine Gußschale mit einem Rahmen nach Fig.1 oder 2
und einem Rahmen nach Fig.3» bereit zur Aufnahme der
für die Verkapselung vorgesehenen Flüssigkeit;
Fig.5 Nahezu fertiggestellte Koppelelementpaare mit Lichtquelle
und Fotozelle, die in einer Gußschale mit elliptischen Vertiefungen hergestellt wurden;
Fig.6 Ein optoelektronisches Koppelelement, bei dem die Zuleitungen
nach entgegengesetzten Seiten herausragen;
Fig.7 Ein optoelektronisches Koppelelement, dessen Zuleitungen
einen Winkel von ungefähr 90 bilden.
In Fig.1 ist ein ziemlich starrer Rahmen 10 aus Metall dargestellt.
Der Rahmen 10 umfaßt einen oberen, sich in Längs-
- 4 - richtung
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richtung erstreckenden und der Versteifung dienenden Bügel 12 und einen unteren, ebenfalls der Versteifung dienenden
Bügel 14. Paare von Zuleitungen 16, 18 erstrecken sich vom
unteren Bügel 14 aus in Richtung auf den oberen Bügel 12 hin. Die Zuleitung 18 überbrückt fa* den gesamten Abstand zwischen
dem Bügel 14 und der unten noch näher beschriebenen Fahne Die Zuleitung 16 überbrückt den größten Teil des Abstandes
zum Bügel 12. Nach der einen Seite (in der Fig.1 nach der rechten) der Zuleitung 16 erstreckt sich hinter dem Ende
der Zuleitung 18 die Fahne 20. Das obere Ende der Fahne 20 ist mit dem Bügel 12 durch eine Verbindung 22 verbunden.
Die Verbindung 22 kann breiter als die Zuleitung 16 und abgekröpft zur Mitte der Fahne 20 sein. Sie kann auch so
schmal sein wie die Zuleitung 18 und sich in jeder beliebigen Lage zur Mitte der Fahne 20 befinden. Die Zuleitungen
16 und 18 und die Fahne 20 bilden eine Fassung 24. Beliebig viele Fassungen 24 stellen den Rahmen 10 dar. Alle Zuleitungen
16, 18, alle Verbindungen 22 und alle Fahnen 20 können in derselben Ebene liegen. Auf jeder Fahne 20 ist
eine einen Körper 26 bildende Diode vorgesehen. Der Boden des Körpers 26 ist mit der Fahne 20 und damit auch mit der
Zuleitung 16 verbunden. Die Oberseite des Körpers 26 ist mit der Zuleitung 18 durch einen Draht 30 verbunden. Fach
dem in einem späteren Verfahrensschritt vorgesehenen Abschneiden
der Bügel 12 und 14 stellt Jedes Paar aus den Zuleitungen 16, 18 den elektrischen Anschluß der Diode dar.
Wie bekannt ist, können Halbleiterdioden lichtempfindlich sein, während andere derartige Bauelemente Licht ausstrahlen,
wenn ihnen Energie zugeführt wird.
In Fig.2 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, wie in
Fig.1. Dabei werden für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Unterschied zum Gegenstand
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der Figur 1 ist auf der Fahne 20 ein, einen Transistor bildenden Körper 32 angebracht. Statt eines Transistors
kann als Körper 32 auch ein anderes lichtempfindliches Bauelement
mit drei Zonen verwendet werden. Eine Basiszuleitung 34, die gleich lang ist wie die Zuleitung 18, ist zwischen
den Zuleitungen 16 und 18 vorgesehen. Die Basiszuleitung ist an die Basis des Transistors durch eine Verbindung 35
elektrisch angeschlossen. Die Zuleitung 16 stellt den Kollektoranschluß des Transistors dar. Der Emitteranschluß
wird durch die Zuleitung 18 gebildet. Sie Zuleitungen 16, die Basiszuleitung 34, die Fahne 20 und die Verbindung 22
bilden eine Fassung 25. Mehrere Fassungen 25 sind zum Eahmen
10 der Fig.2 zusammengefaßt. Bekanntlich ist der in Fig.2
dargestellte Transistor lichtempfindlich, wenn der Basisanschluß offen gelassen wird. Die Basiszuleitung 34 kann in
einem solchen Fall ganz ausgelassen werden. Es ergibt sich eine, dem Gegenstand der Fig.1 ähnliche Anordnung, in der
jedoch ein lichtempfindlicher Transistor statt einer lichtempfindlichen Diode verwendet ist.
Der in Fig. 3 dargestellte Hahmen 10 kann in seiner Form der gleiche sein wie der in der Fig.1 dargestellte Hahmen 10.
Er ist diesem gegenüber jedoch von links nach rechts gedreht. Der in Fig. 3 dargestellte Rahmen 10 umfaßt obere und
untere Bügel 12 und 14, Zuleitungen 16, 18 und Fahnen 20 wie die in Fig.1 gez'eigte Anordnung. Die Fahnen 20 weisen
aber in der Fig. 3 nach der linken Seite der Zuleitungen Auf der Oberseite der Fahne 20 ist ein lichtaussendender
Körper 23 angeordnet. Je nachdem, ob der Körper 23 lichtaussendend oder lichtempfindlich ist, ist der Körper 26
lichtempfindlich oder lichtaussendend. Entscheidend ist nur, daß ein lichtempfindlicher Körper mit einem lichtaussendenden
Körper verbunden wird. Der lichtaussendende Körper kann in bestimmten Fällen mehr als zwei Zuleitungen
- 6 - haben«
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haben. Die Zuleitungen 16, 18, die Fahne 20 und die Verbindung 22 (Fig.3) bilden eine Fassung 27. Die Rahmen der
Figuren 1 und 2 auf der einen Seite und der Rahmen der Figur 3 auf der anderen Seite sind so dimensioniert, daß,
wenn ein Körper 23 (Fig.3) mit einem Körper 26 (Fig.1) oder
mit einem Körper 32 (Fig.2) sich gegenüberliegend zusammenpaßt,
und wenn die Bügel 12. 14 des Rahmens der Figur 3 mit
den Bügeln 12,14 des Rahmens der Figuren 1 oder 2 zusammenpassen, daß dann auch alle übrigen Körper 26 (oder 32) der
beiden Rahmen 10 ebenfalls sich gegenüberliegend zusammenpassen. Natürlich ist auch eine andere Ausbildung der Rahmen
10 und der Körper möglich. Entscheidend ist nur, daß die einzelnen Rahmen Paare bilden, die gewährleisten, daß die \
einzelnen Körper sich gegenüberliegen.
In Fig.4 ist eine Gußschale dargestellt, die dazu dient, den Rahmen 10 der Figuren 1 oder 2 in eine gegenüberliegende
Lage zum Rahmen 10 der Fig.3 zu bringen. Die Gußschale 36 wird durch einen Behälter mit offener Oberseite, mit Seitenwänden
38, Stirnwänden 40 und mit einem Boden 42 gebildet. Die Stirnwände 40 und der Boden 42 weisen parallele Fugen
auf, in die die Oberseite und die seitlichen Kanten der Bügel 12 der Rahmen 10 eingebracht werden. Die Zuleitungen
16, 18, oder, wenn eine Fotozelle vom Transistortyp (Fig.2) verwendet wird, die Zuleitungen 16, 18 und die Basiszuleitung
34 weisen nach oben. Nachdem ein Rahmen nach der ™ Figur 1 oder nach der Figur 2 in die eine Fuge 44 und ein
Rahmen nach der Figur 3 in die andere Fuge 44 gestellt worden ist, wird die Gußschale 36 mit einer Flüssigkeit so
hoch gefüllt, daß die Zuleitung 16 teilweise bedeckt ist. Die Flüssigkeit ist im eingetrockneten oder gehärteten
Zustand gegenüber dem von der Lichtquelle ausgesandten Licht durchlässig. Dann wird die Flüssigkeit eingetrocknet
oder hart gemacht. Die vergossene Anordnung wird aus der Gußschale 36 herausgenommen. Die Bügel 12 und 14 werden ab-
- 7 - geschnitten.
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geschnitten. Die einzelnen eingekapselten optoelektronischen Koppelelemente, von denen jedes eine Fassung 24· oder 25, eine
Fassung 27, Zuleitungen und Körper umfaßt, werden voneinander durch Anritzen oder Brechen oder durch Sägen getrennt. Schließlich
wird das optoelektronische Koppelelement dadurch fertiggestellt, daß die eingekapselte Anordnung mit einem Material
(siehe die Schicht 62 in den Fig.6, 7) umhüllt wird, das gegenüber
dem Licht, auf das die Fotozelle anspricht, undurchlässig und vorzugsweise reflektierend ist.
In der Fig.4- ist eine rechteckige Gußschale dargestellt. Das
Innere der Schale kann jede gewünschte Form haben, beispielsweise
die Form von durch Verbindungsteile miteinander verbundenen elliptischen Zylindern. Jedoch müssen die so geformten
Gußschalen Fugen zur Aufnahme der Bügel 12 aufweisen. Wenn eine solche Gußschale mit elliptischen Vertiefungen verwendet
wird, dann werden miteinander verbundene, elliptische optoelektronische Elemente 50 (Fig.5) statt rechteckigen
wie durch die Gußschale 36 (Fig.4-) hergestellt. Die Verbindungsteile
52 können viel leichter weggebrochen werden,
um die einzelnen Koppelelemente 50 (Fig.5) herzustellen, wie
die durch die Gußschale 36 hergestellten Koppelelemente. Jedes einzelne Koppelelement umfaßt eine erste Fahne 20,
einen darauf festgemachten Körper 26 (oder 32) und Zuleitungen, wodurch insgesamt eine Fotozelle gebildet wird, und
eine zweite Fahne 20, einen darauf festgemachten Körper 25
und Zuleitungen, wodurch insgesamt eine Lichtquelle gebildet wird. Die Körper 23 und 26 (oder.23 und 32=) fliegen sich
im Abstand gegenüber. Jedes optoelektronische Koppelelement hat vier Zuleitungen 16, 18 und 16, 18 oder fünf Zuleitungen
16, 34-, 18 und 16, 18, die in der Fig.5 nicht dargestellt
sind. Wenn drei Zuleitungen 16, 34·, 18 verwendet werden, dann werden die Zuleitungen 16, 34·, 18 an den einen Transistor darstellenden Körper 32 nach Art einer Diode ange-
- 8 - schlossen.
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schlossen. Mit der in Fig.4- dargestellten Gußschale oder einer
ähnlichen Gußschale kann ein Koppelelement hergestellt werden, bei dem alle Zuleitungen zueinander parallel sind und nach
derselben Richtung aus dem vergossenen Körper des eingekapselten Koppelelements herausreichen.
Wenn ein optoelektronisches Koppelelement gewünscht wird, bei dem die Zuleitungen nach entgegengesetzten Eichtungen weisen
und in derselben Ebene liegen, dann kann die in Fig.6 dargestellte
Anordnung benutzt werden. Die Rahmen 11 (Fig.6) können durch Biegen der Rahmen 10 hergestellt werden. Die
Körper 26, 23 (oder 23, 32) liegen sich gegenüber und sind etwas voneinander entfernt. Der Bügel 12 des einen Rahmen 11
ist Btwas von den Zuleitungen 16, 18 des anderen Rahmen 11 getrennt.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Zuleitung 16 im stumpfen Winkel gerade bis unter die Fahne 20 gebogen
und dann wieder zurückgebogen wird, so daß der untere Teil der Zuleitung 16 parallel zur Fahne 20 ist. Um die Bügel 12,
die Fahnen 20 und die oberen Teile der Zuleitungen 16, 18 (oder 16, 18, 34) hinter den Biegungen wird Gußmateriax/gegossen.
Zwischen den parallelen und sich gegenüberliegenden Teilen der Zuleitungen 16, und der Bügel 12 können Abstandsstücke
60 vorgesehen werden, die einen genauen Abstand zwischen den Körpern 23, -26 (oder 23, 32) gewährleisten
und einen Kurzschluß zwischen dem Bügel 12 und den Zuleitungen 16, 18 verhindern. Nach dem Trennen in die einzelnen
Koppelelemente wird, wie bereits oben beschrieben wurde,
ein lichtunducchlässiges und vorzugsweise reflektierendes Material 62 auf das Gußmaterial 58 gebracht. Das fertige
optoelektronische Koppelelement hat Zuleitungen, die in derselben Ebene nach verschiedenen Richtungen weisen. Wenn es
gewünscht wird, daß die Zuleitungen nach entgegengesetzten Richtungen weisen und eine Linie bilden, dann können die
Fahnen 20 naeh derselben Richtung von den Zuleitungen 16
- 9 - weKweisen
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wegweisen, während die Körper auf sich, gegenüberliegenden
Seiten der Fahnen angebracht; sind. Wenn die Zuleitungen
nicht in derselben Ebene liegen sollen, dann brauchen die Fassungen nicht gebogen zu werdsn, während die Abstandsstücke
dicker sein können.
Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, können die Zuleitungen
auch senkrecht zueinander sein. Es ist notwendig, daß die
Körper 23, 26 (oder 23, 32)5 die in gestrichelten Linien
dargestellt sind, sich iss. Abstand gegenüberliegen, und daß
die Fahnen 20, dia Zuleitungen 16, ^8 und die Drähte 30 der
Fotozelle und der Lichtquelle voneinander isoliert sind.
Dank des einfachen Hersteilungsprozesses für die Fassungen
24, 25 und 27 der Fotozellen und Lichtquellen durch Stanzen
und dank des Gußprozesses, um die Koppeleiemente zu bilden,
können viele optoelektronische Koppelelemente schnell, einfach und billig gefertigt werden» Ein Koppelelement umfaßt
dabei zwei Elemente, nämlich eine Lichtquelle und eine Fotozelle, die miteinander' eingekapselt sind.
~ 10 - Patentansprüche:
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Claims (1)
- M181P/G-513/514-PatentansprüclieOptoelektronisches Koppelelement mit einer Lichtquelle und einer Fotozelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozelle wenigstens zwei Zuleitungen,(16, 18), von denen eine erste mit einer ersten Fahne (20) versehen ist, aufweist, daß ein auf der ersten Fahne (20) angeordneter Körper (z.B. 26) mit einer weiteren Zuleitung (18) elektrisch verbunden ist, daß die Lichtquelle wenigstens zwei Zuleitungen (16, 18), von denen eine erste mit einer weiteren Fahne (20) versehen ist, aufweist, daß ein auf der weiteren Fahne (20) angeordneter Körper (z.B. 23) mit einer weiteren Zuleitung (18) elektrisch verbunden ist, und daß die Körper sich gegenüber im Abstand voneinander angeordnet sind.Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Körpern (23, 26) ein Material vorgesehen ist, das gegenüber dem Licht durchlässig ist, auf welches die Fotozelle anspricht.Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material die Fahnen (20), die Körper (23, 26) und mindestens einen Teil der Zuleitungen (16, 18) umgibt.- 11 -109852/1159M 181 P/G-513/514-4. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2 und 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen in derselben Richtung aus dem Material herausragen.5. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen in entgegengesetzten Richtungen aus dem Material herausragen.6. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen im rechten Winkel zueinander aus dem Material herausragen.7. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen in entgegengesetzten Richtungen und in einer Ebene aus dem Material herausragen.8. Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Koppelelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (10) mit Fotozellen, von denen jede aus einem auf einer Fahne (20) angeordneten Körper (26) und aus Zuleitungen (16, 18), von denen die erste mit der Fahne (20) und die weitere mit dem Körper (26) elektrisch verbunden ist, besteht, in eine Gußschale (36) gebracht wird, daß ein zweiter Rahmen mit Lichtquellen, von denen jede aus einem auf einer Fahne (20) angeordneten Körper (23) und aus Zuleitungen,, von denen die erste mit der Fahne und die weitere mit dem Körper (23) elektrisch verbunden ist, besteht, in dieselbe Gußschale gebracht wird, daß die Körper im Abstand gegenüber zueinander angeordnetwerden, daß die Gußschale (36) mit einem Material, das im hart gewordenen Zustand gegenüber dem Licht der Lichtquelle durchlässig ist, bis zu-12 -109852/ 1 1 59J« Μ181 P/G- 513/ 51einer solchen Höhe gefüllt wird, daß mindestens ein Teil der Fahnen (20), die Körper (23, 26) und ein Teil der Zuleitungen (16, 18) bedeckt werden, und daS das Material hart gemacht wird.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die !Fotozelle als Körper eine Halbleitervorrichtung (32) mit drei Zonen (Transistor) und Elektroden, von denen Jede mit einer der drei Zuleitungen (16, 18, 34) verbunden ist, verwendet wird.10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen (10) zwei Bügel (12, 14) umfaßt, daß die Zuführungen mit einem Bügel (14) verbunden 3ind, daß die Fahnen (20) mit den ersten Zuleitungen (16) und dem anderen Bügel (12) in Verbindung sind,' und daß die Bügel (12, 14) senkrecht zu mindestens einer der Zuleitungen angeordnet werden.11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußschale (36) mit zwei parallelen Fugen (44) zur Aufnahme der Bügel (12) Jedes Rahmens (10) versehen wird.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Fahnen (20) verbundenen Bügel (12) in die Fugen (44) gebracht werden.- 13 10 9 8 5 2/1159
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