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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von linearen Induktionsmotoren, mit einem Sekundärteil, der an einer auf einer in einem Lagerkörper gelagerten Welle verdrehbar angeordneten massiven Läuferscheibe vorgesehen ist, dem ein einen Induktor bildender Primärteil zugeordnet ist, der zur Bildung eines Luftspaltes in seitlichem Abstand vom Sekundärteil an einer Verstellvorrichtung angeordnet und mit deren Hilfe relativ zum Sekundärteil verstellbar und feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand des feststehenden Primärteils (63 oder 64) vom Sekundärteil (44) stufenlos veränderbar ist und dass die Läuferscheibe (44) auf der Welle (30) auswechselbar angeordnet und durch diese eine drehmomentermittelnde Bremse (14) antreibbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (14) eine Wirbelstrombremse ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (30) der Läuferscheibe (44) horizontal gelagert und der verdrehbare Teil der Bremse (14) zu dieser koaxial angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil durch das äussere Randstück der kreisförmig ausgebildeten Läuferscheibe (44) selbst gebildet und der Primärteil (63 oder 64) seitlich in einer zu diesem Randstück der Läuferscheibe (44) parallelen Ebene angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil durch einen an mindestens einer Stirnseite der Läuferscheibe (44) koaxial angeordneten rotationssymmetrischen Ring (106) gebildet ist und der Primärteil (63 oder 64) im Radialabstand zum Ring (106) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferscheibe (44) einen einer Umfangslänge von ca. 1000 mm entsprechenden Durchmesser aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Primärteile (63, 64), zwischen denen, durch jeweils einen Luftspalt (66, 68) von ihnen getrennt, der Sekundärteil (44) verstellbar angeordnet ist und durch eine Verstellvorrichtung (46), mit deren Hilfe die Primärteile (63, 64) zur Veränderung der Luftspaltweite gleichzeitig in zueinander entgegengesetzten Richtungen verstellbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (46) ein stationäres, sich tangential zum Scheibenumfang erstreckendes Trägerjoch (80) aufweist, dass im letzteren parallel zu einer Scheibentangente im Parallelabstand zueinander und achsparallel zur Läuferscheibe (44) Trägerwellen (76, 78) verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert sind, deren zu beiden Seiten über den Sekundärteil (44) hinausstehende Wellenendstücke Aussengewinde mit zueinander gegenläufiger Steigung tragen, dass auf jedem Aussengewinde ein Befestigungsglied (72, 72' 74, 74') verstellbar angeordnet ist, welche Befestigungsglieder sich radial zum Sekundärteil (44) erstrecken, dass an den einander auf der gleichen Seite des Sekundärteils (44) benachbarten Befestigungsgliedern (72, 72' 74, 74') jeweils einer der beiden Induktoren (63 bzw.
64) befestigt ist und dass beide Trägerwellen (76, 78) durch ein Stellglied (90) gemeinsam gleichsinnig verdrehbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägerjoch (80) in einer gemeinsamen Ebene die Trägerwellen (76, 78) und zu diesem parallel in der Mitte zwischen diesen eine das Stellglied bildende Stellwelle (90) gelagert sind, wobei auf sämtlichen Wellen (76, 78, 90) jeweils ein Zahnrad (86, 88, 92) drehfest angeordnet ist, die miteinander kämmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (30) der Läuferscheibe (44) mittels wenigstens eines zylindrischen Lagerkörpers (40) und die drehmomentermittelnde Bremse (14) mit einem zylindrischen Gehäuse (26), welche zylindrischen Teile gleiche Aussendurchmesser haben, mittels einer Spannvorrichtung in einem als längliches Prisma ausgebildeten Halteteil (10) lösbar befestigt sind und dass das Trägerjoch (80) an einer Aufnahmevorrichtung (50) angeordnet ist, die in einer definierten Stellung zur Läuferscheibe (44) am Halteteil (10) befestigbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (50) im Querschnitt U-förmig ist und sich deren U-Schenkel (52, 54) vom Halteteil (10) nach oben erstrecken und dass das Trägerjoch (80) an einem am Verbindungssteg der U-Schenkel vorgesehenen und sich von diesem parallel zur Scheibenwelle (30) wegerstreckenden Ausleger (48) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel der Aufnahmevorrichtung (50) das prismenförmige, längliche Halteteil (10) seitlich übergreifen und dass an den Aussenseiten des letzteren jeweils mindestens eine Längsnut (56) vorgesehen ist, in welche Nuteneingriffsmittel (58, 60) zur verstellbaren und feststellbaren Anordnung der U-Schenkel (52, 54) der Aufnahmevorrichtung (50) angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von linearen Induktionsmotoren, mit einem Sekundärteil, der an einer auf einer in einem Lagerkörper gelagerten Welle verdrehbar angeordneten massiven Läuferscheibe vorgesehen ist, dem ein einen Induktor bildender Primärteil zugeordnet ist, der zur Bildung eines Luftspaltes in seitlichem Abstand vom Sekundärteil an einer Verstellvorrichtung angeordnet und mit deren Hilfe relativ zum Sekundärteil verstellbar und feststellbar ist.
Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen ist bereits bekannt. Sie bildet eine Stelleinrichtung für einen Scheibenantrieb mit Linearmotor, mit deren Hilfe eine einfache, jedoch stetig bleibende Drehzahl in relativ grossen Grenzen möglich ist (DD-PS 100 844).
Zu diesem Zweck ist der als Primärteil vorgesehene segmentförmige Induktor an der Läuferscheibe derart verstellbar vorgesehen, dass sich dessen wirksamer Radius ver ändern lässt.
Der Erfindung liegt hingegen die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art anzugeben, mit deren Hilfe sich Kennlinien von linearen Induktionsmotoren zu Lehrzwecken darstellen. messen und verändern lassen, um beispielsweise Schülern, Auszubildenden und Studenten die Möglichkeit zu geben, die Kennlinien selbst zu erarbeiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der seitliche Abstand des feststehenden Primärteils vom Sekundärteil stufenlos veränderbar ist und dass die Läuferscheibe auf der Welle auswechselbar angeordnet und durch diese eine drehmomentermittelnde Bremse antreibbar ist.
Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, die am Sekundärteil wirksame Schubkraft, die aus dem Zusammenwirken von durch Induktionswirkung im Sekundärteil entstehenden Strömen mit dem im Primärteil erzeugten Wanderfeld resultiert, auf einen Hebelarm zu übertragen und durch diesen auf die Welle ein Drehmoment auszuüben, das
in die drehmomentermittelnde Bremse eingeleitet wird.
Die lineare Bewegung des Sekundärteils ist somit auf ein Rundlaufsystem zurückgeführt, wodurch es möglich geworden ist, die sich normalerweise bei der Darstellung einer linearen Bewegung unendlicher Länge mit einer bestimmten Geschwindigkeit ergebenden Schwierigkeiten auf einfache Weise zu bewältigen.
Die zur Darstellung eines linearen Induktionsmotors erforderlichen Massnahmen, wie Frequenzänderungen im Primärteil, Veränderung des Materials des Sekundärteils durch Auswechseln desselben sowie Veränderung der Breite des Luftspaltes zwischen Primär- und Sekundärteil, lassen sich demgemäss einfach simulieren.
Dabei ist bereits eine Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von elektrischen Maschinen bekannt, bei der bereits eine drehmomentermittelnde, durch einen elektrischen Motor betätigbare Bremse oder ein Gleichstromgenerator vorgesehen ist (CH-PS 559 399).
Bei dieser Vorrichtung sind jedoch anstelle der mit einem Induktor zusammenwirkenden Läuferscheibe Rotationsmotoren vorgesehen. Demgemäss wird dort keine aus dem Zusammenwirken von durch Induktionswirkung im Sekundärteil entstehenden Strömen mit einem im Primärteil erzeugten Wanderfeld entstehende Schubkraft auf einen Hebelarm übertragen und durch diesen in die drehmomentermittelnde Bremse eingeleitet.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Läuferscheibe bzw. deren Welle um eine vertikale Achse verdrehbar vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist sie horizontal gelagert, wodurch es möglich ist, die Bremse derart anzuordnen, dass deren verdrehbarer Anker zur Welle koaxial liegt. Zwischen Welle und Bremse sind damit keine Zwischenglieder zum Umlenken einer sich in einer vertikalen Ebene vollziehenden Drehbewegung der Welle in die horizontale Ebene, in der sich die Achse des Ankers der Bremse befindet, notwendig.
Bei der horizontalen Lagerung der Läuferscheibe kommen dabei lediglich geringe Reibungskräfte zur Wirkung, die praktisch vernachlässigbar sind, so dass keine Korrekturen notwendig sind.
Der Sekundärteil kann durch das äussere Randstück der Läuferscheibe selbst gebildet sein, sofern diese kreisförmig ausgebildet und der Primärteil seitlich in einer zu diesem Randstück parallelen Ebene angeordnet ist.
Ebensogut kann der Sekundärteil durch einen an mindestens einer Stirnseite der Läuferscheibe zu dieser koaxial angeordneten rotationssymmetrischen, insbesondere zylindrischen Ring gebildet sein. In diesem Falle ist der Primärteil im Radialabstand zum Ring vorzusehen.
Sofern der darzustellende Linearmotor zwei einander gegenüberliegende Primärteile aufweist, zwischen denen, durch jeweils einen Luftspalt von ihnen getrennt, der Sekundärteil verstellbar angeordnet ist, ist es vorteilhaft, zur Erzielung einer gleichmässigen Veränderung der Weite der beiden Luftspalte eine Verstellvorrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe die Primärteile gleichzeitig in zueinander entgegengesetzten Richtungen verstellbar sind.
Eine im Aufbau einfache und funktionell zuverlässige Konstruktion der Verstellvorrichtung ergibt sich hierbei, wenn diese ein stationäres, sich tangential zum Läuferscheibenumfang erstreckendes Trägerjoch aufweist, wenn im letzteren parallel zu einer Scheibentangente im Parallelabstand zueinander und achsparallel zur Läuferscheibe Trägerwellen verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert sind, deren zu beiden Seiten über den Sekundärteil hinausstehende Wellenendstücke Aussengewinde mit zueinander gegenläufiger Steigung tragen, wenn auf jedem Aussengewinde ein Befestigungsglied geführt ist, welche Befestigungsglieder sich radial zum Sekundärteil erstrecken,
wenn an den einander auf der gleichen Seite des Sekundärteils benachbarten Befestigungsgliedern jeweils einer der beiden Induktoren befestigt ist und wenn schliesslich beide Trägerwellen durch ein Stellglied gemeinsam gleichsinnig verdrehbar sind.
Als Stellglied wird man zweckmässig eine Stellwelle vorsehen, die im Trägerjoch in der Mitte zwischen den Trägerwellen gelagert ist, wobei auf sämtlichen Wellen jeweils ein Zahnrad drehfest angeordnet ist, die miteinander kämmen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Bremse und die Welle der Läuferscheibe in einem als längliches Prisma ausgebildeten Halteteil lösbar zu lagern und an diesem zugleich die Aufnahmevorrichtung abnehmbar vorzusehen. Dabei ist es möglich, einen Halteteil zu verwenden, wie er als Aufbaubasis einer Vorrichtung zum Veranschaulichen der Wirkungsweise von elektrischen Rotationsmotoren bekannt und beispielsweise in der CH-PS 559399 gezeigt und beschrieben ist. Bei diesem bekannten Halteteil ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die als Spannglieder zum Festlegen der in das Prisma des Halteteils eingelegten Motoren und einer Wirbelstrombremse Permanentmagnete aufweist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, den mindestens einen hohlzylindrischen Lagerkörper der Scheibenwelle sowie das zylindrische Gehäuse der Bremse aus Eisen zu bilden und mit allen erforderlichen Komponenten auszustatten, um zu ermöglichen, dass sie sich im Prisma mit Hilfe der Spannvorrichtung in der bekannten Weise unter Zuhilfenahme von Permanentmagneten festlegen lassen.
In der sich anschliessenden Beschreibung ist ein in der Zeichnung gezeigtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der Vorrichtung,
Fig. 2 einen die Verstellvorrichtung zeigenden Ausschnitt der Fig. 1, in grösserem Massstab und teilweise geschnitten dargestellt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung, wobei auf die Darstellung verschiedener Teile der Übersichtlichkeit wegen verzichtet worden ist, Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 zur Darstellung der vorderen Wellen lagerung, im Längsschnitt dargestellt,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch eine Konstruktionsvariante des Sekundärteils.
Mit 10 ist als Ganzes ein Halteteil der Vorrichtung bezeichnet, das ein Gestell bildet, das zum Beispiel aus einem Leichtmetallgussstück hergestellt sein kann. Dieses Gestell bildet an seiner Oberseite ein sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Aufnahmeprisma 12, das im hinteren Bereich eine Halterung für eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Wirbelstrombremse aufweist. An deren Stelle kann auch eine andere geeignete Bremsvorrichtung treten.
Die Wirbelstrombremse 14 umfasst eine Welle 16, einen auf dieser befestigten Anker 18, eine durch ein Gewicht 20 belastete Trommel 22 und einen auf der Welle 16 befestigten synchronen Drehzahlgeber 24.
Die Welle 16 ragt aus dem Vorderende des Gehäuses 26 heraus und trägt eine Kupplungshälfte 28 einer längsverschiebbaren Kupplung.
Koaxial zur Welle 16 ist im Prisma eine Welle 30 verdrehbar gelagert, die an ihrem Hinterende eine weitere Kupplungshälfte 32 trägt, die mit der Kupplungshälfte 28 zur drehfesten Verbindung von Welle 30 und Welle 16 der Wirbelstrombremse 14 formschlüssig in Eingriff bringbar ist.
Die Welle 30 erstreckt sich in Längsrichtung des Prismas und ragt mit ihrem einen Ende aus dem Vorderende des Prismas heraus. Die Welle ist mit Hilfe jeweils eines Kugellagers 34 bzw. 36 in jeweils einem hohlzylindrischen Lagerkörper 38 bzw. 40 verdrehbar gelagert. Diese haben den gleichen Aussendurchmesser, der so auf das Prisma abgestimmt ist, dass die Wellen 16 und 30 exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Zum Festhalten der Lagerkörper 38,40 im Prisma können z.B. Klemmbügel oder Spannbänder vorgesehen sein, die am oberen Umfangsteil der Lagerkörper anliegen. Bevorzugt wird jedoch eine magnetische Halterung, insbesondere eine solche mit abschaltbaren Permanentmagneten. Eine solche Halterung ist an sich bekannt und beispielsweise in dem DE-GM 7239500 und der CH-PS 559399 gezeigt und beschrieben, so dass auf deren Darstellung in der Zeichnung der Einfachheit halber verzichtet worden ist.
Es sei lediglich bemerkt, dass diese Halterung mit Hilfe eines seitlich aus dem Halteteil 10 herausragenden Schwenkhebels 42 ein- und ausschaltbar ist.
Die Welle 30 trägt an ihrem aus dem Prisma herausragenden Endstück eine kreisförmige Läuferscheibe 44, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht.
Vorzugsweise oberhalb der Läuferscheibe 44 ist eine als Ganzes mit 46 bezeichnete Verstellvorrichtung vorgesehen, die an einem plattenförmigen Ausleger 48 einer Aufnahmevorrichtung 50 gehalten ist. Letztere ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet, und deren U-Schenkel 52, 54 sind an den einander gegenüberliegenden Längsseiten des Halteteiles 10 befestigt. Zu diesem Zweck ist in die Längsseitenteile jeweils eine im Querschnitt T-förmige Längsnut 56 vorgesehen, in welcher Gleitsteine 58, 60 geführt sind. Mittels Befestigungsschrauben 62, die in die Gleitsteine einschraubbar und in entsprechenden Bohrungen der U-Schenkel 52, 54 gehalten sind, lassen sich letztere an den Längsseiten des Halteteils 10 in einer definierten Stellung relativ zur Läuferscheibe 44 verspannen.
Die Verstellvorrichtung 46 trägt zwei Induktorkämme 63, 64, von denen jeder einer Stirnseite der Läuferscheibe 44 derart benachbart ist, dass sich zwischen diesen Teilen Luftspalte 66, 68 gleicher Breite befinden.
Die beiden Induktorkämme 63,64 bilden einen Primärteil eines linearen Induktionsmotors, dessen Sekundärteil durch die Läuferscheibe 44 ersetzt ist. Die beiden Induktorkämme sind senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 gesehen relativ lang ausgebildet und bilden Ständerpakete, in welchen eine mehrpolige Dreiphasenwicklung 70 untergebracht ist.
Die Wicklungen beider Induktorkämme 63, 64 erzeugen jeweils ein Magnetfeld, das entlang des Luftspaltes 66 bzw. 68 wandert, ein sog. Wanderfeld. Die Wanderfelder induzieren in die Läuferscheibe 44 Wirbelströme, die mit den Wanderfeldern eine Schubkraft erzeugen, durch welche die Läuferscheibe 44 in Drehung versetzt wird.
Um mit Hilfe dieser Vorrichtung Kennlinien von Linearmotoren darstellen, messen und verändern zu können, ist die Weite der Luftspalte 66, 68 stufenlos veränderbar, die Läuferscheibe 44 gegen Läuferscheiben aus anderem Material bzw.
Materiallegierungen austauschbar und das durch die erzeugte Schubkraft über den wirksamen Hebelarm auf die Welle 30 übertragene Drehmoment durch die Wirbelstrombremse 14 messbar und wird an dieser unmittelbar angezeigt.
Die ermittelten Leistungswerte können durch an die Vorrichtung angeschlossene Anzeigeinstrumente unmittelbar ablesbar sein.
Die beiden Induktorkämme 63, 64 sind jeweils an zwei in einer gleichen Ebene im Abstand voneinander angeordneten Befestigungsgliedern 72, 72' bzw. 74, 74' gehalten. Die einander paarweise zugeordneten Befestigungsglieder sind gemeinsam in der gleichen Richtung verstellbar, wobei jedoch beide Paare von Befestigungsgliedern gemeinsam in einander entgegengesetzten Richtungen stufenlos verstellbar sind. Zu diesem Zweck sind jeweils einander gegenüberliegende Befestigungsglieder 72, 74 bzw. 72', 74' auf einer gemeinsamen Trägerwelle 76 bzw. 78 angeordnet. Diese Trägerwellen sind in einem an der Unterseite des Auslegers 48 der Aufnahmevorrichtung 50 befestigten Trägerjoch 80 verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert.
Zu diesem Zweck sitzen die Trägerwellen 76, 78 drehfest in jeweils einer Lagerbuchse 82, die ihrerseits verdrehbar, jedoch axial gesichert im Trägerjoch 80 gelagert ist (Fig. 2). An den aus den Lagerbuchsen 82 herausragenden Endstücken der Trägerwellen 76, 78 ist jeweils ein Aussengewinde aufgebracht, deren Steigung einander entgegengerichtet ist (s. Fig. 2). Auf diesen Aussengewinden sitzt jeweils eine Gewindemutter 84, die drehfest in den entsprechenden Befestigungsgliedern 72.
72' bzw. 74, 74' angeordnet ist. Die Trägerwellen 76, 78 ragen mit ihrem Vorderende aus den vorderen Befestigungsgliedern 72, 72' heraus und tragen auf diesem Wellenendstück ein Zahnrad 86 bzw. 88.
Die beiden Trägerwellen 76, 78 sind in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zu einer Tangente der Läuferscheibe 44 verläuft, im Parallelabstand zueinander im Trägerjoch 80 vorgesehen, und in der Mitte ihres Abstandes ist im Trägerjoch 80 verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar eine Stellwelle 90 gelagert, auf der ein mit den beiden anderen Zahnrädern 86, 88 kämmendes Zahnrad 92 drehfest sitzt. Mit 94 ist eine Handkurbel dieser Stellwelle 90 bezeichnet. Durch Verdrehen der Handkurbel 94 lassen sich beide Trägerwellen 76, 78 gleichzeitig mit gleichem Drehsinn verdrehen, so dass die auf diesen angeordneten Befestigungsglieder 72, 74 bzw.
72', 74' gemeinsam um gleiche Beträge in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlagerbar sind.
Der Stellwelle 90 kann noch ein Nonius zugeordnet sein, um eine definierte Verstellung der Befestigungsglieder 72, 74 um kleinste Beträge zu ermöglichen.
Auf dem Ausleger 48 sitzt ein Anschlusskasten 96, an welchem die zur Darstellung und Messung von Kennlinien erforderlichen elektrischen Kabel anschliessbar sind.
Zur auswechselbaren Anordnung der Läuferscheibe 44 auf der Welle 30 weist letztere einen Anlageflansch 98 auf, an welchen die Läuferscheibe in aufgestecktem Zustand anlegbar ist. Mit 100 ist eine auf das vordere Stirnende der Welle 30 aufsetzbare Druckscheibe bezeichnet, die mittels einer Befestigungsschraube 102 an die Läuferscheibe 44 anpressbar ist.
Die Läuferscheibe 44 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 314 mm, so dass ein Scheibenumfang von nahezu 1000 mm erreicht wird und damit die Voraussetzungen dazu geschaffen sind, dass auf eine Umrechnung der zu ermittelnden Messdaten verzichtet werden kann und diese auf üblichen Anzeigeinstrumenten zur Anzeige gebracht werden können.
In Fig. 5 ist eine mögliche Konstruktionsvariante dargestellt. In diesem Falle ist der Sekundärteil durch einen am Umfang einer Läuferscheibe 104 angeformten zylindrischen Ringbund 106 gebildet, und die diesem zugeordneten Induktorkämme 108, 110 sind in radialem Abstand diesem zugeordnet, wobei sie auf ihrer ganzen Länge sich im gleichbleibenden Abstand zum Ringbund 106 befinden.