DE1163368B - Kathodenstrahlroehre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^y//j9TWW> PATENTAMT Internat. Kl.: H04n;

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIj
Deutsche Kl.: 21 al-32/54

R 32656 VIII a / 21 al

8. Mai 1962

20. Februar 1964

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder mit einem Kolben, in dem sich ein Mehrfarbenleuchtschirm und mehrere nebeneinander angeordnete Strahlerzeugungssysteme befinden, die Strahlen verschiedener Geschwindigkeit liefern, welche durch ein gemeinsames Ablenkfeld zum Leuchtschirm verlaufen, wobei Maßnahmen getroffen sind, die Konvergenz der Strahlen in einem gemeinsamen Punkt des Leuchtschirmes trotz der auf der verschiedenen Strahlgeschwindigkeit beruhenden unterschiedlichen Beeinflussung der Strahlen durch das Ablenkfeld zu gewährleisten.

Bei Mehrfarben-Kathodenstrahlröhren der oben angegebenen Art enthält der Mehrfarbenleuchtschirm eine der Anzahl der Strahlen entsprechende Anzahl verschiedener Phosphore, die in Schichten angeordnet sind und je nach der Eindringtiefe der Strahlelektronen bevorzugt angeregt werden können. Mehrfarbige Bilder lassen sich dadurch erzeugen, daß man die Intensität der Strahlen verschiedener Geschwindigkeit entsprechend den Grundfarbensignalen steuert.

Bei Röhren dieser Art treten dadurch Schwierigkeiten auf, daß die verschieden schnellen Strahlen durch das gemeinsame Ablenkfeld umgekehrt proportional zu ihrer Geschwindigkeit abgelenkt werden, so daß sie Raster verschiedener Größe schreiben, wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen werden. Einwandfreie Farbbilder erfordern jedoch eine möglichst weitgehende Deckung der verschiedenen Farbraster.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, bei einer Mehrstrahlröhre mit mehreren gleichzeitig tätigen Kathodenstrahlen unterschiedlicher Geschwindigkeit außer dem normalen Ablenkfeld, das die Zeüen- und Feldablenkung bewirkt, eine Elektronenlinse oder ein zweites Ablenksystem mit Ablenkplatten auf die Strahlen derart einwirken zu lassen, daß die durch das erste Ablenkfeld bewirkte Divergenz aufgehoben wird. Die Kathodenstrahlen verlaufen dabei konzentrisch zueinander, um das Erreichen einer Konvergenz auf dem Mehrfarbenleuchtschirm zu erleichtern.

Es ist in der Praxis sehr schwierig, zwei verschiedene Ablenkfelder so aufeinander abzugleichen, daß eine Strahlkonvergenz bei allen Ablenkwinkeln erhalten bleibt. Durch die Erfindung soll daher eine Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder mittels mehrerer Kathodenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit angegeben werden, bei welcher die Ablenkung der Strahlen in üblicher Weise Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Paul James Messineo, Skillman, N. J.,

Josef Gross, Princeton, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 8. Mai 1961 (Nr. 108 431)

erfolgen kann und trotzdem die Konvergenz der verschieden schnellen Strahlen auf dem Leuchtschirm gewährleistet ist.

Eine Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder mit einem Kolben, in dem sich ein Mehrfarbenleuchtschirm und mehrere nebeneinander angeordnete Strahlerzeugungssysteme befinden, die Strahlen verschiedener Geschwindigkeit liefern, welche durch ein gemeinsames Ablenkfeld zum Leuchtschirm verlaufen, wobei Maßnahmen getroffen sind, die Konvergenz der Strahlen in einem gemeinsamen Punkt des Leuchtschirmes trotz der auf der verschiedenen Strahlgeschwindigkeit beruhenden unterschiedlichen' Beeinflussung der Strahlen durch das Ablenkfeld zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß allen Strahlen, mit Ausnahme eines einzigen, Abschirmelemente verschiedener Länge zugeordnet sind, die sich längs des Weges der betreffenden Strahlen in das Ablenkfeld erstrecken.

Die Erfindung kann beispielsweise bei einer Dreistrahl-Farbbildröhre Anwendung finden, deren Leuchtschirm drei übereinanderliegende Phosphorschichten enthält, die bei Anregung durch Elektronen Licht verschiedener Farbe emittieren. Die drei Strahlerzeugungssysteme der Röhre werden mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen betrieben, sie können unabhängig voneinander elektrisch gesteuert werden und sind so angeordnet, daß die Strahlen durch ein gemeinsames Ablenkfeld zum Leuchtschirm laufen.

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Alle Systeme, mit Ausnahme höchstens eines einzigen, sind ferner mit Endelektroden verschiedener Länge versehen, die innerhalb des Ablenkfeldes angeordnet sind und so die zugeordneten Strahlen verschieden weit gegen Teile des Ablenkfeldes abschirmen. Es werden beispielsweise getrennte rohrförmige Abschirmelektroden verschiedener Länge an den Enden aller mit Ausnahme eines Systems angebracht. Diese rohrförmigen Abschirmungen bewirken, daß die Strahlen dem gemeinsamen Ablenkfeld über verschiedene Wegstrecken im gemeinsamen Ablenkbereich ausgesetzt sind und daher in unterschiedlichem Grade abgeschirmt werden. Der Strahl mit der geringsten Geschwindigkeit wird am stärksten abgeschirmt, d. h. über die größte Strecke, der zweitlangsamste Strahl über die zweitgrößte Strecke usw., während der schnellste Strahl längs der kürzesten Strecke abgeschirmt ist. Durch geeignete Bemessung der Strahlgeschwindigkeiten und der Längen der Abschirmungen lassen sich daher annähernd gleiche Ablenkungen aller Strahlen und damit zusammenfallende Raster gleicher Größe erreichen.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, dabei bedeutet

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Querschnitte längs der Ebenen 2-2 bzw. 3-3 in F i g. 1 und

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Röhre.
. Fig. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre 8 mit einem evakuierten Kolben, der aus einem Hals 10, einem Bildfenster 12 und einem Konus 14 besteht. Innerhalb des Halses 10 befindet sich eine Systemanordnung, die beispielsweise drei Systeme 16, 17, 18 umfaßt, durch die Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeiten durch eine Ablenkzone 19 in Richtung auf das Bildfenster 12 geschossen werden können. Die Systeme 16, 17, 18 sind nebeneinander auf einem Dreieck angeordnet. Soweit es jedoch die Erfindung betrifft, ist eine solche Dreieckanordnung nicht erforderlich, die Systeme können vielmehr auch in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Ein Lumineszenzschirm 20 auf dem Bildfenster 12 enthält drei Schichten 22, 24 und 26 aus verschiedenen Phosphoren, jeweils eine Schicht für jedes System, die beispielsweise Werkstoffe enthalten können, die bei Anregung durch Elektronen rotes, grünes bzw. blaues Licht emittieren. Der Lumineszenzschirm 20 ist so ausgebildet, daß Elektronen geringer Geschwindigkeit die rote Phosphorschicht 22 anregen, so daß ein überwiegend rotes Licht abgestrahlt wird; Elektronen höherer Geschwindigkeit durchdringen die rote Phosphorschicht 22 und regen die grüne Phosphorschicht an, so daß ein vorherrschend grünes Licht abgestrahlt wird, und Elektronen noch höherer Geschwindigkeit können sowohl die rote als auch die grüne Phosphorschicht 22, 24 durchdringen und die blaue Phosphorschicht 26 anregen, so daß vorherrschend blaues Licht erzeugt wird. Gewünschtenfalls kann der Schirm 20 nichtleuchtende Trennschichten zwischen den Phosphorschichten und eine metallische Rückschicht auf der roten Phosphorschicht 22 enthalten, um die Betriebseigenschaften des Schirmes zu verbessern.

Der Bildröhre 10 ist ein magnetisches Ablenkjoch 28 zugeordnet, das den Kolben der Röhre eng umgibt. Das Joch 28 dient zur Erzeugung horizontaler und vertikaler magnetischer Ablenkfelder in der Ablenkzone 19, um die drei getrennten Strahlen aus den Systemen 16, 17, 18 entsprechend dem gewünschten Raster oder Muster auf dem Lumineszenzschirm 20 abzulenken.

Die einzelnen Systeme 16, 17, 18 enthalten jeweils eine Anzahl von koaxialen, rohrförmigen Elektroden. Jedes der Systeme enthält eine rohrförmige Kathode

ίο 30 mit einer Endwand, die mit einem elektronenemittierenden Werkstoff überzogen ist. Die Kathoden 30 sind isoliert in einer topfförmigen, mit einer Mittelöffnung versehenen Steuerelektrode 32 angeordnet. Auf die Steuerelektrode 32 folgen in der Mitte durchbrochene, topfförmige Schirmgitter 34, rohrförmige Fokussierelektroden 36 und rohrförmige Anoden 38 in der angegebenen Reihenfolge.

Die Anoden 38 sind auf einem zylindrischen Konvergenzkäfig 40 montiert, der allen drei Strahlerzeugungssystemen 16, 17, 18 gemeinsam ist. Der Konvergenzkäfig 40 ist an beiden Enden durch Platten 42 geschlossen. Die Endplatten 42 sind mit ausgerichteten öffnungen versehen, die koaxial zu den anderen Elektroden der drei Strahlerzeugungssysteme 16, 17, 18 liegen.

Die Kathoden 30, Steuergitter 32, Schirmgitter 34 und Fokussierelektroden 36 der Strahlerzeugungssysteme 16, 17, 18 sind getrennt an zugeordnete Einführungsleiter 50 angeschlossen, die in einem Quetschfuß 52 vakuumdicht durch den Kolben geführt sind. Diese Elektroden können also unabhängig von den anderen elektrisch angeschlossen werden, so daß Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungsspannungen entstehen, die jeweils auf den Schirm 20 fokussiert sind.

Der die Anoden 38 tragende Konvergenzkäfig 40 ist mit einer Anzahl von Federfingern 54 versehen, die an der Innenwand des Kolbenhalses 10 anliegen. Eine elektrisch leitende Schicht 56 auf der Innenwand des Kolbens reicht vom Konus 14 genügend weit in den Hals 10, um Kontakt mit den Federfingern 54 zu machen. Die Schicht 56 macht außerdem elektrisch Kontakt mit dem auf seiner Systemseite die metallische Rückschicht tragenden Leuchtschirm, falls eine solche Schicht vorgesehen ist. Ein schematisch durch einen Pfeil 58 dargestellter Anschluß dient zur Zuführung geeigneter elektrischer Potentiale zur Schichtelektrode 56, den Anoden 38 und dem Leuchtschirm 20.

Die Elektroden der Systeme 16, 17, 18 sind in festen Abständen voneinander in bekannter Weise gehaltert, beispielsweise mittels einer Anzahl von Glasstäben 59, von denen nur einer dargestellt ist und die parallel zu den Systemen verlaufen. Weitere Einzelheiten der Strahlerzeugungssysteme sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Die drei von den Systemen 16, 17, 18 erzeugten Elektronenstrahlen konvergieren im allgemeinen im unabgelenkten Zustand in einem gemeinsamen Punkt in der Mitte des Leuchtschirms 20, und die Systeme sind daher in einem kleinen Winkel bezüglich dei Längsachse der Röhre 10 angeordnet. Die Größe dieses Winkels hängt von den Abmessungen der Röhre ab. Bei Kathodenstrahlröhren des beschriebenen Typs, die eine Länge von etwa 63 cm aufweisen, liegt dieser Winkel in der Größenordnung von I⁰I'. In F i g. 1 ist dieser Winkel der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.

Wie es bei Farbfernsehgeräten üblich ist, wird die Konvergenz der Strahlen dynamisch gesteuert, so daß die Konvergenz der Strahlen bei der Ablenkung über die Schirmfläche erhalten bleibt. Wie Fig. 2 zeigt, besteht eine typische Vorrichtung zur Erzielung dieser dynamischen Konvergenz in getrennten Polschuhen 60, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der einzelnen Strahlen innerhalb des Konvergenzkäfigs 40 angeordnet sind. Diesen Polschuhen 60 sind getrennte Elektromagnete 62 zugeordnet, die sich außerhalb bei den Enden der Polschuhe befinden. Es sind auch höher entwickelte Anordnungen bekannt, beispielsweise solche, die an Stelle der Einzelwicklung 62 zwei elektromagnetische Wicklungen enthalten, der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber soll hier jedoch nicht darauf näher eingegangen werden. Eine Y-förmige magnetische Abschirmung 64 innerhalb des Konvergenzkäfigs dient zur Abschirmung der jeweiligen Strahlen von den Konvergenzfeldern der anderen Strahlen.

Eine Erregung der Spulen der Elektromagnete 62 übt auf die zugeordneten Elektronenstrahlen eine radiale Kraftkomponente in Richtung auf die Längsachse der Röhre 8 oder von dieser weg aus. Ein mit Produkts der Feldstärke des Ablenkfeldes und der Zeit, die der Strahl dem Ablenkfeld ausgesetzt ist. Die Feldstärke im Bereich 19 ist für alle drei Strahlen gleich. Der Zeitfaktor ist andererseits umgekehrt proportional der Strahlgeschwindigkeit. Je niedriger die Geschwindigkeit eines Strahles ist, um so länger braucht er, um das Feld zu durchlaufen. Indem man Schirme 76, 78 verschiedener Länge vorsieht und sie im Ablenkfeld anordnet, können also der langsamste

ίο und der Strahl mit der mittleren Geschwindigkeit vom Ablenkfeld über einen Teil ihres Weges abgeschirmt werden. Als Ergebnis davon werden diese Strahlen dem Ablenkfeld eine kürzere Zeitdauer ausgesetzt, als es ohne die Abschirmung 76, 78 der Fall wäre. Bemißt man die Länge der Abschirmungen 76, 78 in Abhängigkeit von den Strahlgeschwindigkeiten und der Form und Länge des magnetischen Ablenkfeldes richtig, so können die beiden langsameren Strahlen dem Ablenkfeld für bestimmte Zeiten ausgesetzt werden, die eine Ablenkung um denselben Betrag ergeben wie beim schnellsten Strahl. Bei der Röhre 8, in der die lange Abschirmung 76 ein Teil des Systems 16, die kurze Abschirmung 78 ein Teil des Systems 17 ist und das System 18 keine Abschir-

der Ablenkung der drei Strahlen veränderlicher und 25 mung aufweist, werden diese Systeme also so betriesynchronisierter Strom wird den einzelnen Elektro- ben, daß sie Strahlen mit langsamer, mittlerer bzw.

magneten 62 zugeführt, um die drei Strahlen während der Abtastung dauernd konvergieren zu lassen, wie beim Betrieb von Mehrstrahl-Farbfernsehröhren in Farbfernsehempfängern bekannt ist.

Die drei Strahlen werden außerdem, wie ebenfalls bekannt ist, statisch genau in der Mitte des Bildschirmes 20 durch eine Anordnung fokussiert, die eine Einjustierung der seitlichen Lage eines der Strahlen enthält. Dies wird durch ein Magnetfeld bewirkt, das zwischen zwei Polschuhen 70, 72 erzeugt wird, die beispielsweise beim System 18 auf gegenüberliegenden Seiten der Fokussierelektrode 36 angeordnet sind. An der Außenfläche des Halses 10 ist hoher Geschwindigkeit liefern.

Bei einer praktisch ausgeführten und erprobten Röhre gemäß der Erfindung waren die Systeme wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut, die Gesamtlänge der Systeme zwischen den äußersten Enden der Steuerelektroden 32 und des Konvergenzkäfigs 40 betrug etwa 12 cm. Das Ablenkjoch 28 kann ein normales 70°-Joch sein, wie es beispielsweise in Verbindung mit Farbfernsehbildröhren des Typs 21CYP 22 A verwendet wird. Das Abschirmrohr 76 für das System 16 hat einen Durchmesser von etwa 9,53 mm und ist etwa 25,4 mm lang; das Abschirmrohr 78 des Systems 17 hat einen Durchmesser von etwa 9,53 mm

dann ein nicht dargestellter Elektromagnet angeord- 40 und ist etwa 12,7 mm lang. Beide Abschirmrohre 76,

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net, der das Magnetfeld zwischen den Polschuhen 70, 72 erzeugt. Die Richtung dieses Feldes ist senkrecht zur Richtung des Feldes der Polschuhe 60 und erlaubt daher eine seitliche Einjustierung der Lage eines der drei Elektronenstrahlen, z. B. des durch das System 18 erzeugten Strahles, in einer Richtung, die senkrecht zur radialen Verstellrichtung der Strahlen liegt, die durch die Konvergenz-Polschuhe 60 bewirkt wird, wenn den Spulen 62 Gleichströme geeigneter Stärke und Polarität zugeführt werden. Gewünschtenfalls kann zusätzlich zu den zwischen den Polschuhen 70, 72 erzeugten elektromagnetischen Feldern eine Permanentmagnete enthaltende Anordnung verwendet werden. Solche Anordnungen sind ebenfalls bekannt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthalten mindestens zwei der drei Systeme 16, 17, 18 zusätzlich rohrförmige, magnetisch permeable Abschirmelemente 76, 78, die koaxial zu den Systemen 78 liegen vollständig innerhalb des Ablenkbereichs 19, wie F i g. 1 zeigt. Eine solche Röhre kann mit etwa folgenden Spannungen betrieben werden:

	30	] 32	ilektrode 34	36	38,56, 20
Rotes System 16	10 000	9950	10 200	12 000	20 000
Grünes System 17	5 000	4950	5 200	8 000	20000
Blaues System 18	0	-50	200	4 000	20 000

Die Spannungswerte sind in Volt angegeben.

Bei Verwendung der erwähnten Systeme, Ablenkanordnungen und Betriebsspannungen und bei vollauf der Endplatte 42 angeordnet sind, die auf der 60 ständig innerhalb der Ablenkzone 19 gelegenen Ab-Seite des Leuchtsohirms 20 liegt. Die rohrförmige schirmungen76, 78, wie Fig. 1 zeigt, können auf

dem Leuchtschirm 20 zusammenfallende, gleich große Raster erzeugt werden. Wenn die Form oder Länge des Ablenkfeldes oder die relativen Strahlgeschwindigkeiten nennenswert geändert werden, kann es notwendig sein, die Länge der Abschirmrohre 76, 78 ebenfalls zu ändern, um die gewünschte Rasterkoinzidenz zu erhalten.

Abschirmung 76 des Systems 16 ist länger als die rohrförmige Abschirmung 78 des Systems 17 und reicht in Richtung des Lumineszenzschirmes 20 weiter in die Ablenkzone 19 hinein.

Die Ablenkung eines Elektronenstrahles mittels eines Magnetfeldes ist bei gegebener Länge und gegebener Form des Ablenkfeldes eine Funktion des

Gemäß den kommerziellen Fernsehnonnen beträgt die Horizontalablenkfrequenz etwa 16 kHz und die Vertikalablenkfrequenz etwa 60 Hz. Wenn die Röhre 8 für Femsehzwecke bestimmt ist, sollen die Abschirmungen 76, 78 für diese beiden Frequenzen etwa die gleiche magnetische Abschirmung bewirken. Die Abschirmungen 76, 78 sollen daher aus einem Werkstoff hergestellt werden oder aus einer zusammengesetzten Struktur (F i g. 4) bestehen, die praktisch gleiche Abschirmungseigenschaften (magnetische Permeabilität) für diese beiden Frequenzen aufweist. Wie F i g. 4 zeigt, besteht das Abschirmrohr 76 bei einer zusammengesetzten Struktur, die sich als geeignet erwiesen hat, aus konzentrischen Außen- und Innenrohren 80, 82, die so bemessen sind, daß sie genau ineinander passen. In entsprechender Weise besteht das Abschirmrohr 78 aus einem Außenrohr 84 und einem Innenrohr 86. Die konzentrischen Rohrelemente beider Abschirmrohre 76, 78 sind so ausgebildet, daß sie zusammen die gewünschten Permeabilitätseigenschaften aufweisen. Ein Beispiel für zwei geeignete Werkstoffe sind Legierungen, die im Handel unter den Bezeichnungen »Netic« und »Conetic« erhältlich sind. Gewisse bekannte Ferrite, wie sie beispielsweise als Kerne für Fernsehablenkjoche verwendet werden und die annähernd gleiche Abschirmeigenschaften sowohl für die Vertikal- als auch die Horizontalablenkfrequenz aufweisen und beim kommerziellen Fernsehen verwendet werden, sind ebenfalls geeignet. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in mancher Weise abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder mit einem Kolben, in dem sich

35 ein Mehrfarbenleuchtschirm und mehrere nebeneinander angeordnete Strahlerzeugungssysteme befinden, die Strahlen verschiedener Geschwindigkeit liefern, welche durch ein gemeinsames Ablenkfeld zum Leuchtschirm verlaufen, wobei Maßnahmen getroffen sind, die Konvergenz der Strahlen in einem gemeinsamen Punkt des Leuchtschirmes trotz der auf der verschiedenen Strahlgeschwindigkeit beruhenden unterschiedlichen Beeinflussung der Strahlen durch das Ablenkfeld zu gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, daß allen Strahlen, mit Ausnahme eines einzigen, Absohirmelemente verschiedener Länge zugeordnet sind, die sich längs des Weges der betreffenden Strahlen in das Ablenkfeld erstrecken.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelemente rohrförmig sind, die betreffenden Strahlen umschließen und aus einem magnetisch permeablen Werkstoff bestehen und daß die im Ablenkfeld Hegenden Stücke der Abschirmungen verschieden lang sind.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte, im Ablenkfeld liegende Enden der Abschirmelemente längs der Röhrenlängsachse beabstandet sind.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelemente durch aus einem magnetisch weichen Werkstoff bestehende Verlängerungen dei Endelektroden aller Strahlerzeugungssysteme, mit Ausnahme eines einzigen, gebildet werden.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelemente ineinandergesteckte rohrförmige Bauteile aus verschiedenen Magnetwerkstoffen enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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