DE1040600B - Schaltungsanordnung zum Rueckstellen von bistabilen Kippschaltungen - Google Patents

Description

Bistabile Kippschaltungen können, wie ihr Name sagt, zwei verschiedene Lagen einnehmen, die als Ruhelage und als Arbeitslage bezeichnet seien. Durch die jeweilige Lage einer solchen Kippschaltung lassen sich bestimmte Zustände, beispielsweise in eine aus solchen Kippschaltungen aufgebaute Zählkette eingespeicherte Zahlen, darstellen oder bestimmte Schaltvorgänge auslösen. Um nun derartige Schaltungen von einer definierten Stellung aus zu betreiben, muß die Möglichkeit gegeben sein, die Kippschaltungen in eine ihrer Lagen, also beispielsweise die Ruhelage, stellen zu können. Hatte die Kippschaltung die Arbeitslage eingenommen, so handelt es sich dabei also um eine Rückstellung.

In einfacher Weise und ohne Verwendung zusätzlicher Spannungsquellen läßt sich die Rückstellung vornehmen, indem man den an einer zeitweilig überbrückten Drossel, die in einen Stromkreis eingeschleift ist, bei Aufhebung ihrer Überbrückung auftretenden Spannungsstoß dazu verwendet. Eine derartige Schaltung ist auch bereits bekannt; sie ist in der Fig. 4 dargestellt. Dort besteht die durch auf den Eingang 6 gegebene Impulse umschaltbare Kippschaltung aus zwei sich gegenseitig steuernden Trioden 1 und 2, deren Kathoden einen gemeinsamen Vorspannungskreis 12 aufweisen. Die Drossel 10 wird hier vom Anodenstrom der Triode 1 und von dem Strom durchflossen, der über einen Spannungsteiler fließt, an dem die Gittervorspannung der Triode 2 erzeugt wird. Zum Zweck der Rückstellung wird ein parallel zur Drossel liegender Ruhekontakt 11 geöffnet.

Bei dieser Verwendungsart der Drossel treten nun verschiedene nachteilige Effekte auf, und zwar sowohl wenn beim Öffnen des Ruhekontaktes die Triode, deren Anodenstrom über die Drossel zu fließen hat, gerade leitend ist, als auch wenn in diesem Augenblick diese Triode gesperrt ist. Bei dem einen Betriebsfall ist diese Triode in den leitenden Zustand überzuführen, es ist also eine Rückstellung vorzunehmen. Bei dem anderen Betriebsfall befindet sich die Kippschaltung demnach bereits in der Ruhelage, und die Betriebszustände der Trioden sind möglichst nicht zu beeinflussen.

Zunächst wird der Betriebsfall betrachtet, wo die Triode 1 gesperrt und die Triode 2 leitend ist. In diesem Fall fließt über den Kontakt 11 nur derjenige Strom, der durch die Widerstände 8, 14, 4 und 5 bestimmt wird. Bei Öffnung· des Kontaktes 11 entsteht ein Spannungsstoß an der Drossel 10, dadurch sinkt die Anodenspannung von Triode 1 und auch die Gitterspannung von Triode 2, welche an dem der Triode 1 angeschlossenen Spannungsteiler 14-4-5 zwischen den Widerständen 14 und 4 abgegriffen wird.

Schaltungsanordnung zum Rückstellen
von bistabilen Kippschaltungen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Adolf Bacher, und Dr.-Ing. Hans Wolfgang Rathje,

München,
sind als Erfinder genannt worden

Die Absenkung der Gitterspannung bei der Triode 2, deren Anode über den Widerstand 1 mit dem Speisespannungspol 13 in Verbindung steht, muß nun so groß sein, daß sie gesperrt wird. Zugleich soll, gemäß der Arbeitsweise einer derartigen Kippstufe, die Triode 1 leitend werden. Aber gerade zu dieser Zeit hat sie wegen des Spannungsstoßes an der Drossel eine besonders niedrige Anodenspannung, was ihrem Leitendwerden entgegenwirkt. Außerdem wird auch ihre Gitterspannung mit der Absenkung der Anodenspannung der Triode 1 beeinflußt. Diese Gitterspannung ist nämlich auch abhängig von dem am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 4 und 5 liegenden Potential, da das Gitter nicht nur über den Widerstand 15 an die Anode der Triode 2 angekoppelt, sondern auch über den Widerstand 3 mit diesem Verbindungspunkt verbunden ist. Nun sinkt, wie aus den bereits beschriebenen Vorgängen hervorgeht, an dem Verbindungspunkt das Potential in dem betrachteten Zeitpunkt ab, wodurch auch die Gitterspannung der Triode 1 in dieser Weise beeinflußt wird. Auch dieser Umstand wirkt dem Leitendwerden der Triode 1 entgegen. Es tritt daher durch diese Einflüsse auf die Triode 1 eine Unsicherheit im Rück-

^stellvorgang, zumindest aber eine Verzögerung ihres

Leitendwerdens auf. Nun ist es aber erwünscht, daß das Rückstellen der Kippstufe in ihre Ruhelage, wozu außer dem Sperren der Triode 2 auch das Leitendmachen der Triode 1 gehört, möglichst schnell vor sich gehen soll. Diese Forderung wird von der bekannten Schaltung aus den angegebenen Gründen schlecht erfüllt.

Nun wird der Betriebsfall betrachtet, wo die Triode 1 leitend und die Triode 2 gesperrt ist. Da bei dem vorher betrachteten anderen Betriebsfall das

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Rückstellen der Kippstufe erfolgte und sie sich daher werden, wie es in der neueren Technik vorzugsweise in ihrer Arbeitslage befand, befindet sich bei diesem üblich ist.

Betriebsfall die Kippstufe in ihrer Ruhelage. Der an Die erfindungsgemäße Schaltung zeigt nun einen

der Drossel 10 bei öffnung des Kontaktes 11 auf- Weg, diese Nachteile zu vermeiden. Sie ist dadurch tretende Spannungsstoß dürfte daher eigentlich auf 5 gekennzeichnet, daß in einen Stromkreis zur Erdie Kippstufe gar keinen Einfluß ausüben. Bei diesem zeugung einer Vorspannung, die zur Aufrecht-Betriebsfall fließt über den geschlossenen Kontakt 11 erhaltung der Arbeitslage dient, zwischen Masse und zusätzlich der Anodenstrom der leitenden Triode 1. der betreffenden vorgespannten Elektrode eine Beim öffnen des Kontaktes 11 wird daher die Drossel normalerweise kurzgeschlossene Induktivität gelegt 10 durch einen viel größeren Strom als vorher be- 10 ist, an welcher bei Aufhebung des Kurzschlusses ein einflußt, und es tritt an ihr infolgedessen ein viel mit solcher Zeitkonstante ausklingender Spannungsgrößerer Spannungsstoß als vorher auf. Die Anoden- stoß entsteht, daß einerseits die Vorspannung für eine spannung der Triode wird sehr stark abgesenkt, und das sichere Rückkippen in die Ruhelage gewahres besteht die Möglichkeit, daß sie vorübergehend leistende Zeitspanne kompensiert und andererseits die gesperrt wird. Eine vorübergehende Sperrung der _i5 anschließende Selbsrhaltung der Schaltung wegen des Triode 1 kann aber für von dieser Kippstufe über die langsamen Abnehmens der Spannung nicht aufgehoben Ausgangsleitung 7 gesteuerte weitere Einrichtungen wird.

sehr störend sein und deren Arbeitsweise nachteilig Bei dieser Schaltung braucht über die Drossel

beeinflussen. Es müssen daher, wenn es überhaupt lediglich ein Strom zu fließen, der zur Erzeugung möglich ist, die Sperrung der Triode 1 zu vermeiden, ₂o einer Vorspannung ausreicht. Diese kann an einem zumindest sehr genaue Dimensionierungsvorschriften Spannungsteiler aus verhältnismäßig hochohmigen für die in diesem Zusammenhang wirksameren Schalt- Widerständen erzeugt werden, so daß dieser Strom elemente eingehalten werden, was ein erheblicher sehr klein wird. Außerdem unterliegt dieser Strom Nachteil dieser Schaltung ist. in Abhängigkeit von der Betriebslage der Kippstufe nur

Es sind bei dieser Schaltung aber noch weitere 25 verhältnismäßig kleinen Schwankungen. Bei der beNachteile vorhanden, die sich daraus ergeben, daß kannten Schaltung hingegen wird der über die Drossel dort die Drossel zeitweilig vom Anodenstrom einer fließende Strom überwiegend durch den Hauptstrom Triode durchflossen wird. Sie muß nämlich deshalb eines der beiden Verstärkersysteme der Kippstufe eine Belastbarkeit haben, die für diesen Strom aus- bestimmt, weshalb dieser in Abhängigkeit von der reicht und die durch entsprechende konstruktive Maß- ₃₀ Betriebslage der Kippstufe sehr stark schwankt und nahmen ermöglicht werden muß. Diese Maßnahmen dabei zeitweilig sehr groß ist, wodurch die bei der bedingen aber eine Vergrößerung der Eigenkapazitat bekannten Schaltung vorhandenen nachteiligen Effekte der Drossel. Nun muß, wie später noch ausführlich hervorgerufen werden. Bei der erfindungsgemäßen ausgeführt wird, die Drossel eine bestimmte und nicht Schaltung dagegen, wo> der die Drossel durchfließende zu große Zeitkonstante haben, damit der von ihr ₃₅ Strom klein ist und wenig schwankt, sind keine erzeugte Spannungsstoß hinreichend schnell wieder Schwierigkeiten für eine günstige Dimensionierung abklingt, um ein mehrfaches Kippen der Kippstufe zu der zu verwendenden Drossel vorhanden, und es kann vermeiden. Es ist nun schwierig, bei einer größeren dieselbe Drossel, ohne daß Nachteile auftreten, für Eigenkapazitat der Drossel die genügend kleine Zeit- mehrere Kippstufen verwendet werden,
konstante, in welche bekanntlich die wirksame Ka- ₄₀ Eine erfindungsgemäße Schaltung zeigt die Fig. 1. pazität multiplikativ eingeht, zu erreichen. Es handelt sich hier um eine Dualzählkette, von der

Die bisher erwähnten ungünstigen Eigenschaften zwei Stufen dargestellt sind. Jede Stufe besteht aus der bekannten Schaltung steigern sich in ihrer nach- einer in bekannter Weise aufgebauten, zwei Röhren teiligen Auswirkung gegenseitig, wenn eine einzige enthaltenden, bistabilen Kippschaltung.
Anodendrossel zur Rückstellung mehrerer Kippstufen 45 Die erste Stufe mit den Röhren Vl und V 2 wird verwendet wird. In diesem Fall muß die Drossel für durch negative Zähliumpulse, die dem Eingang Ui den im ungünstigsten Fall auftretenden maximalen zugeführt werden, gesteuert. Als Ruhelage sei dabei Strom bemessen werden, welcher dann vorhanden ist, der Zustand festgelegt, in welchem die Röhre V 2 wenn alle Trioden 1 einer Schaltung mit mehreren leitend und die Röhre Vl gesperrt ist. Als Arbeitslage derartigen Kippstufen, die zugleich zurückzustellen 50 wird dementsprechend der entgegengesetzte Zustand sind, leitend sind. Dieser Strom kann bei vielen zu angesehen.

steuernden Kippstufen sehr groß sein und verlangt j_m folgenden wird die Arbeitsweise der Stufe,

eine dementsprechende konstruktive Ausbildung der soweit sie für die vorliegende Erfindung von InterDrossel, wobei sich die damit verknüpften erwähnten esse ist, beschrieben. Die Zählimpulse werden über Nachteile sehr stark bemerkbar machen. Außerdem 55 den Ankopplungskondensator C 4 und über die beiden tritt je nach der Zahl der jeweils zurückzustellenden Richtleiter Gl und G2 den Anoden der Röhren und Kippstufen, die von der jeweiligen Betriebslage der von da über die Kondensatoren C2 und C3 den an dieselbe Drossel angeschlossenen Kippstufen ab- Steuergittern der jeweils anderen Röhren zugeführt, hängig ist, ein verschieden hoher Spannungsstoß beim Die Richtleiter Gl und G2 dienen zur Entkopplung Rückstellen an der Drossel auf, was eine Bemessung 60 der Anoden der beiden Röhren. Infolgedessen sind sie der Drossel für die Erzeugung eines Spannungsstoßes so gepolt, daß auch bei beliebigen Potentialdifferenzen bestimmter Höhe verhindert. Es war aber gezeigt zwischen den Anoden der Röhren über sie kein Strom worden, daß für eine Kippstufe eine ganz bestimmte fließen kann, wodurch verhindert wird, daß das Bemessung der Drossel in dieser Hinsicht, um Anodenpotential der einen Röhre durch das Anodenstörende Effekte zu vermeiden, erforderlich ist. Bei 65 potential der anderen Röhre beeinflußt wird, obwohl mehreren zugleich zu steuernden Kippstufen scheint die Zählimpulse beiden Röhren gemeinsam zugeführt dies daher gar nicht möglich zu sein. werden. Beide Röhren haben einen gemeinsamen

Die nachteiligen Eigenschaften der bekannten Kathodenwiderstand Rl, der durch den Konden-Schaltung sind auch vorhanden, wenn bei den Kipp- sator Cl überbrückt ist, welcher die am Widerstufen an Stelle von Röhren Transistoren verwendet 70 stand R1 entstehende Vorspannung auch während der

Umschaltvorgänge in den Röhren hinreichend konstant hält.

An dem Anodenwiderstand R 5, der zu der in der Ruhelage leitenden Röhre V 2 gehört, tritt in diesem Zustand ein Spannungsabfall auf, der das Anodenpotential dieser Röhre gegenüber der Betriebsspannung Ub herabsetzt. Das Gitter der Röhre Vl liegt am Mittelabgriff des Spannungsteilers R3-R7, der zwischen der Anode von Röhre VI und Masse liegt Die Widerstände dieses Spannungsteilers und der Kathodenwiderstand R1 sind so bemessen, daß in diesem Zustand das Steuergitterpotential von Röhre Vl niedriger als ihr Kathodenpotential ist, wodurch die Röhre Vl gesperrt wird. Demzufolge fließt durch ihren Anodenwiderstand i?4 kein Strom, und an ihrer Anode liegt fast die volle Betriebsspannung Ub. Entsprechend wie bei der Röhre V1 liegt auch das Steuergitter der Röhre V2 am Abgriff eines Spannungsteilers, der aus den Widerständen R 2 und R 6 besteht und an die Anode von Röhre V1 und an Masse angeschlossen ist. Die beiden Spannungsteiler R3-R7 und R2-R6 haben gleich große entsprechende Widerstände. Da der Spannungsteiler R2-R6 von der unverminderten Anodenspannung gespeist wird, erhält die Röhre V 2 eine wesentlich höhere Gitterspannung als Vl, so daß sie in leitendem Zustand bleibt. Die unterschiedlichen Betriebszustände der beiden Röhren unterstützen sich also gegenseitig, so daß sie sicher erhalten bleiben. Insgesamt liegt also ein stabiler Zustand vor, die Ruhelage der Schaltung bleibt erhalten. Wegen der Symmetrie der Schaltung ist die Arbeitslage der Schaltung, in der die Röhren ihre Betriebszustände vertauscht haben, ebenfalls ein stabiler Zustand.

Die wechselseitig zwischen den Anoden und Steuergittern der Röhren liegenden Kondensatoren C 2 und C 3 haben in diesen stationären Betriebslagen der Kippschaltung keinen Einfluß. Sie haben jedoch wesentlichen Einfluß auf die Vorgänge in der Schaltung während des Wechsels zwischen Ruhelage und Arbeitslage, und umgekehrt. Wenn über den Eingang Ui ein Zählimpuls den Röhren zugeführt wird, so gelangt dieser als vorübergehende Potentialabsenkung nicht nur an die Anoden der Röhren, sondern auch an deren Gitter. Dabei wird der Stromfluß in der bereits gesperrten Röhre nicht beeinflußt. Die bisher stromführende Röhre wird dagegen gesperrt. Dadurch steigt ihr Anodenpotential. Durch die Wirkung des Kondensators C 3 tritt daraufhin am Gitter der Röhre Vl ein positiver Impuls auf, welcher diese Röhre nachhaltig öffnet. Damit ist die Schaltung aus der Ruhelage in die Arbeitslage übergeführt worden. Wegen, der Symmetrie der Schaltung würde sich der nächste Impuls am Eingang Ui so auswirken, daß die Röhren ihre Zustände wieder vertauschen.

Im Verlauf von zwei Impulsen nimmt also die Schaltung ihren ursprünglichen Zustand wieder ein. Während dieser Zeit sinkt wegen der vorübergehenden Sperrung der Röhre V 2 die am Auskoppelkondensator C 5 liegende Anodenspannung dieser Röhre vorübergehend' ab, so daß nach zwei Zählimpulsen über den Kondensator C 5 nur ein einziger negativer Impuls zur nächsten Kippstufe gelangt, der bei dieser Schaltung allein in der Lage ist, als neuer Eingangsimpuls die nächste Kippstufe umzuschalten. Um nun die Rückstellung einer derartigen Schaltung durchzuführen, muß dem einen Röhrensystem ein Rückstellimpuls zugeführt werden. Dies wird beim behandelten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß der Kurzschluß der Induktivität L durch öffnen des Ruhekontaktes r vorübergehend aufgehoben wird. Diese Induktivität liegt zwischen dem zu der Steuerelektrode der zu steuernden Röhre V2 führenden Widerstand^6 und Masse. Da sie im Normalzustand überbrückt ist, wird durch ihr Vorhandensein die Symmetrie der Kippschaltung nicht gestört.

Wenn der Kurzschluß der Induktivität L aufgehoben wird, so wirkt im ersten Augenblick die Induktivität wie ein sehr großer Widerstand. Er liegt in Serie zu dem Spannungsteiler R2-R6. Es wird nun daher das zwischen den Widerständen R2 und R 6 abgenommene Steuerpotential impulsartig erhöht, wodurch in der Arbeitslage der Schaltung, wobei also Röhre V 2 gesperrt ist, im gegebenen Fall diese Röhre sicher leitend gemacht wird. Dies hat zur Folge, daß wegen des Spannungsabfalls am Anodenwiderstand der Röhre V 2 deren Anodenspannung sinkt und daher der Spannungsteiler R3-R7 zur Erzeugung der Gittervorspannung für die andere Röhre V1 mit einer niedrigeren Spannung gespeist wird. Dadurch sinkt die an dem Spannungsteiler abgegriffene Gittervorspannung für die Röhre V1 so stark, daß sie gesperrt wird. Nunmehr ist die Kippschaltung vollständig in die Ruhelage übergeführt worden. Ein an der Induktivität L bei Aufhebung ihres Kurzschlusses entstehender Spannungsstoß bleibt ohne Wirkung, wenn die Schaltung sich bereits in der Ruhelage befunden hatte.

Durch den Strom, der nach öffnung des Ruhekontaktes r über den Spannungsteiler R2-R6 und die Induktivität L fließt, entsteht an dieser vorübergehend der vorstehend erwähnte positive Spannungs-

stoß, der steil ansteigt und danach mit einer Zeitkonstante -^- wieder abklingt, wobei R durch den Spannungsteiler R2-R6 und durch 2?4 bestimmt wird. Diese Zeitkonstante muß derart gewählt werden, daß der positive Spannungsstoß so lange eine genügende Stärke hat, bis das Rückkippen der Schaltung sicher beendet ist. Außerdem muß er so langsam abklingen, daß durch das Abnehmen der Spannung kein Umkippen in die Ausgangslage, wo die Röhre V2 gesperrt ist, bewirkt wird. Diese Abnahme der Spannung bewirkt nämlich eine entsprechende Abnahme des Anodenstromes der Röhre V 2, die sich als positiver Spannungssprung am Gitter der Röhre Vl bemerkbar machen könnte, wenn diese Abnahme zu schnell vor sich geht. Der Spannungssprung würde von der Anode der Röhre V 2 über den Kondensator C 3 als positiver Impuls auf das Gitter der Röhre Vl übertragen werden. Nach dem Ausklingvorgang ist die Spannung an der Induktivität gleich Null. Das Schließen des Kontaktes r zwecks Rückführung der Schaltung in die Normallage hat daher auf die Röhren keinen Einfluß.

In Fig. 2 ist qualitativ der Verlauf der Spannung Ul an der Induktivität L über die Zeit t dargestellt. Im Zeitpunkt i₀, wo der Ruhekontakt r geöffnet wird, springt die Spannung auf ihren Maximalwert und klingt dann exponentiell ab.

Das Rückstellen der Kippschaltung wird hier durch das Öffnen eines Ruhekontaktes bewirkt. Dies hat noch den Vorteil, daß der Zeitpunkt der Rückstellung genau bestimmt ist, da beim öffnen eines Kontaktes keine Kontaktprellungen entstehen, wie sie beim Schließen eines solchen auftreten können.

Von besonderem Vorteil ist noch der Umstand, daß der zu steuernde Kontakt r mit einem Anschluß an

Claims (2)

Masse und mit dem anderen Anschluß an das auf verhältnismäßig niedrigem Potential liegende Steuergitter einer Röhre bzw. an deren Vorspannungspotential Ue gelegt werden kann. Infolgedessen werden wegen der niedrigen Potentialdifferenzen an die Kontaktisolierungen keine hohen Anforderungen gestellt, und auch die Schaltkapazitäten bleiben ohne Einfluß auf den Verlauf des erzeugten Spannungsstoßes. Mit Hilfe des Spannungsstoßes, der an einer Induktivität erzeugt wird, lassen sich natürlich auch Kippschaltungen rückkippen, die an Stelle der Röhren andere Bauelemente benutzen. Als Beispiel dafür ist in Fig. 3 eine bekannte Kippschaltung angegeben, die die in diesem Fall benutzten p-n-p-Transistoren Tl und T 2 an Stelle von Röhren enthält. Die Zählimpulse werden hier der Kippschaltung über den Kondensator C den Basen Bl und 52 der Transistoren über Entkopplungsrichtleiter Gl und G 2 zugeführt. Die Basen der Transistoren übernehmen die Aufgabe der Steuergitter der Röhren. Der sonstige Aufbau der Stufe entspricht dem Aufbau der Kippstufe mit Röhren nach Fig. 1. Ebenso spielen sich auch beim Kippen analoge elektrische Vorgänge in der Schaltung ab. Zur Rückstellung dient die Induktivität L, die im Ruhezustand der Schaltung durch den Ruhekontakt r überbrückt ist. Bei Öffnung des Ruhekontaktes r wird der positive Spannungsstoß erzeugt, welcher im gegebenen Fall den Transistor T 2 leitend macht. Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Schaltmaßnahme bei einer Kettenschaltung derartiger Kippschaltungen anwenden. Für die Rückstellung der gesamten Kette ist nur eine einzige Induktivität erforderlich, an die gemeinsam die betreffenden Anschlüsse der Kippschaltungen gelegt sind. Da die Induktivität im normalen Betrieb kurzgeschlossen ist, wird eine Verkopplung der einzelnen Stufen der Kette sicher vermieden. Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich auch für die Eingabe einer bestimmten Zahl in eine Zählkette, also zur Voreinstellung einer Zählkette, sinngemäß anwenden. Pa i ι- λ ι ι ν.·>!■ ι; ι;·

1. Schaltungsanordnung zum Rückstellen von bistabilen Kippschaltungen aus der Arbeitslage in die Ruhelage unter Verwendung des an einer Drossel bei Aufhebung ihrer Überbrückung auftretenden Spannungsstoßes, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Stromkreis zur Erzeugung einer Vorspannung, die zur Aufrechterhaltung der Arbeitslage dient, zwischen Masse und der betreffenden vorgespannten Elektrode eine normalerweise kurzgeschlossene Induktivität gelegt ist, an welcher bei Aufhebung des Kurzschlusses ein mit solcher Zeitkonstante ausklingender Spannungsstoß entsteht, daß sowohl die Vorspannung für eine das sichere Rückkippen in die Ruhelage gewährleistende Zeitspanne kompensiert als auch die anschließende Selbsthaltung der Schaltung durch das Abnehmen der Spannung nicht aufgehoben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität für mehrere Kippstufen gemeinsam vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 683 180.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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