DE1226128B - Verfahren und Vorrichtung zur Waermebehandlung von Blechen, insbesondere Elektroblechen im Magnetfeld - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21d

Deutsche Kl,: 18 c -1/78

Nummer; 1226128

Aktenzeichen: W 16607 VI a/18 c

Anmeldetag: 3. Mai 1955

Auslegetag: 6. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft die Wärmebehandlung im Magnetfeld von gewalzten Elektroblechen, insbesondere Eisen-Silieium-Blechen.

Es ist wissenschaftlieh bekannt, daß die Magnetisierbarkeit magnetischer Werkstoffe durch eine Wärmebehandlung im Magnetfeld beeinflußbar ist. Die Wärmebehandlung im Magnetfeld ist sinnvoll lediglich im Temperaturbereich zwischen der Curie-Temperatur und Temperaturen von etwa 300 bis 400° C. Oberhalb der Curie-Temperatur sind die magnetischen Eigenschaften metallischer Massen nicht beeinflußbar, da dort der Ferromagnetismus verschwindet. Andererseits würde eine Magnetfeldbehandlung bei Temperaturen erheblich unterhalb etwa 300 bis 400° C kerne bleibende Veränderung der magnetischen Eigenschaften bei weichmagnetiscten Werkstoffen verursachen, da zur Erreichung des gewünschten Effektes notwendig ist, daß im Material ein Rekristallisationsprozeß stattfindet, der eine gewisse Beweglichkeit der an der Behandlung teilnehmenden Elementarbereiche erfordert.

Die Entwicklung verschiedener Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Elektroblechen, unter anderem auch von Eisen-Silicium-Blechen, setzte etwa im Jahre 1933 mit dem sogenannten Goss-Verfahren ein. Seit der Zeit werden die Vorgänge bei der thermischen, mechanischen und der Magnetfeldbehandlung von Elektroblechen systematisch untersucht und verfolgt. Dabei wurden im Laufe der Zeit die verschiedensten Vorschläge für die Verfahren gemacht, die meistensin einer Kombination der obengenannten Behandlungsweisen bestehen.

Bei den ältesten Behandlungsverfahren wurden die zu behandelnden Bleche durch eine Magnetisierungsstrecke hindurchgeführt, jedoch gleichzeitig oder unmittelbar nach der Magnetfeldbehandlung noch einer mechanischen Verformung unterworfen, wodurch eine magnetische Verhärtung der fertigen Bleche und damit verbunden eine Erhöhung deren Wattverluste eintrat. Dieser Nachteil, der die bekannten Verfahren von der Anwendung in der Praxis ausschließt, ist der Grund dafür, daß diese und ähnliche bereits zu Beginn der Entwicklung der Behandlung zur Verbesserung der Magnetisierbarkeitseigenschaften von Elektroblechen im Jahre 1933 bekanntgewordene Verfahren keinen Eingang in die Praxis gefunden haben und darüber hinaus in der Folgezeit auf die Entwicklung der Blechbehandlungsverfahren keinerlei Einfluß ausübten.

Alle bisher bekanntgewordenen Verfahren und Versuche zur Verbesserung der magnetischen Eigen-Verfahren und Vorrichtung zur
Wärmebehandlung von Blechen, insbesondere
Elektroblechen im Magnetfeld

Anmelder:

Walzwerk Neviges G. m. b. H., Neviges (RhId.)

Als Erfinder benannt:

Willy H. Schlieker,

Friedrich Kunz,

Dr.-Ing. Alexander Mühlinghaus, Neviges (RhId.)

schäften weichmagnetischer Stoffe wiesen darauf hin, daß auch dann eine verhältnismäßig lange Behandlungszeit im Magnetfeld und gegebenenfalls Nachglühzeit erforderlich ist, wenn die Bleche während oder nach der Behandlung keiner mechanischen Verformung unterworfen werden. So wurde zunächst ein Verfahren bekannt, das vorsah, das Material zunächst 80 Minuten vorzuglühen, dann während der Magnetisierungsbehandlung das Magnetfeld schrittweise zu ändern und schließlich 36 Stunden nachzuglühen. Auch ein anderes bekanntes Verfahren zur Verbesserung der Permeabilität von Werkstücken in Ringoder Stabform durch Magnetfeldbehandlung sah vor, die Werkstücke zunächst 24 Stunden zu glühen, im Ofen abzukühlen und 2 Stunden einer Magnetfeldbehandlung zu unterwerfen. Nach einem anderen Verfahren erfolgt die Magnetfeldeinwirkung während der Abkühlung, der sich eine zweistündige Schlußglühung anschloß. Es sind auch kombinierte Wärme-Magnetfeldbehandlungsverfahren für Eisen-Silieium-Material bekanntgeworden, nach denen das Material zunächst längere Zeit im Ofen geglüht und abgekühlt wurde und danach Magnetfeldbehandlungen von 4 und 2 Stunden ausgesetzt wurde. Im Zusammenhang mit diesem Verfahren wurde darauf hingewiesen, daß ein kurzzeitiges Halten (5 bis 15 Minuten) bei 750° C im Magnetfeld und eine Abkühlung mit einer Ge-

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schwindigkeit von 340° C/Min. keinen Erfolg bringt. Zur Erzielung einer rechteckigen Hysteresisschleife von ferromagnetischen Legierungen ist es bekannt, nach 2stündigem Glühen die Magnetfeldbehandlung 18 Stunden lang während der Abkühlung von 500 auf 100° C erfolgen zu lassen. Schließlich ergaben auch die neuesten Laborversuche, daß eine Magnetfeldeinwirkung von mindestens 15 Minuten bis 1 Stunde zur gewünschten Verbesserung der Magnetisierbarkeit der weichmagnetischen Werkstoffe erforderlich ist.

Aus den bekanntgewordenen Verfahren und Versuchen ergab sich also, daß sehr lange Einwirkzeiten für das Magnetfeld erforderlich sind, welche großtechnisch lediglich einen abschnittsweise kontinuierlichen Betrieb ermöglichen und einen hohen apparativen Aufwand erfordern. Sämtliche Verfahren sind für einen Durchlaufbetrieb nicht geeignet, auch wenn grundsätzlich sogenannte Ziehöfen für reine Wärmebehandlungen von Blechen od. dgl. auch für sehr hohe Temperaturen bis zu 1500° C bekannt waren. Obwohl in den letzten 20 Jahren Verfahren zur Verbesserung der Magnetisierbarkeitseigenschaften von weichmagnetischen Elektroblechen immer mehr vervollkommnet wurden und obwohl von der Magnetisierbarkeitsbehandlung von magnetisch harten Werkstoffen her bekannt war, daß bei Anwendung relativ hoher Feldstärken über 1000 Oe mit Magnetfeldbehandlungszeiten von 60 bis 90 Sekunden auszukommen ist, hat sich die Meinung durchgesetzt, daß die Magnetfeldbehandlung bei magnetisch weichen Elektroblechen eine relativ lange Behandlungszeit bei niedrigen Feldstärken erforderlich macht und daher nicht zu einem großtechnisch ausführbaren kontinuierlichen Verfahren ausgestaltet werden kann.

Im Gegensatz hierzu wurde nun gefunden, daß die gewünschte Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Elektroblechen, insbesondere auch Eisen-Silicium-Blechen bei einer Wärmebehandlung im Magnetfeld, während der Abkühlung von Temperaturen oberhalb des Curie-Punktes auf Temperaturen von etwa 300 bis 400° C erreicht werden kann, wenn die Bleche das Magnetfeld in einer Zeit von nur einigen Minuten, etwa 1 bis 3 Minuten, durchlaufen und sich die Magnetfeldbehandlung der Bleche unmittelbar an die im Rahmen der thermischen Behändlung erfolgende Glühung anschließt und im Rahmen dieses Verfahrens im Durchlauf erfolgt.

Durch die Eingliederung der Magnetfeldbehandlung in den an sich bekannten kontinuierlichen Arbeitsgang der reinen Wärmebehandlung von Elektroblechen und dort in die Abkühlungsstrecke kommt man erstmalig mit einer relativ kurzen Einwirkzeit des Magnetfeldes von etwa 1 bis 3 Minuten aus, was nunmehr die wirtschaftliche und großtechnisch vorteilhafte Realisation der kontinuierlichen Magnetfeldbehandlung von weichmagnetischen Elektroblechen zuläßt. Die kontinuierliche Arbeitsweise erlaubt die Verwendung von Öfen, die auf Grund der nur kurzen Einwifkungszeiten mit verhältnismäßig kurzen Abmessungen ausgeführt werden können.

Durch besondere-Ausgestaltung der Magnetisierungsstrecke und durch Auswahl der Stromartj Stromstärke und Windungszahl der Magnetisierungseinrichtüng können den Blechen vorbestimmte Eigenschaften erteilt werden. Vorzugsweise ist die Anordnung daher so getroffen, daß die Magnetisierungsbedingungen veränderbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt es zu, in gewünschter Weise' die Hysteresis- und Wirbelstromverluste von Elektroblechen zu verringern und die Permeabilität zu erhöhen oder umgekehrt. Auf diese Weise kann man unter anderem eine Verbesserung des Werkstoffes für die Verwendung bei elektrischen Maschinen, beispielsweise im Elektromaschinenbau oder Transformatorenbau, erzielen.

Es wurde gefunden, daß mit Feldstärken im Bereich zwischen etwa 4 und 30 Oe in der Magnetisierungsstrecke die gewünschte Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften der Elektrobleche besonders vorteilhaft auch bei der niedrigen Magnetisierungszeit erzielbar ist.

Die Einwirkung des Magnetfeldes, die sieh unmittelbar an die im Rahmen der thermischen Behandlung der Bleche folgende Glühung anschließt, erfolgt vorteilhafterweise mit einer Durchlaufgeschwindigkeit der Bleche von 6 bis 12 m/Min. Für diese Durchlaufgeschwindigkeit ist eine besonders günstige Abstimmung der erforderlichen Ofenlänge auf die Durchlaufzeit möglich.

Durch geeignete Wahl der Bedingungen der Magnetfeldeinwirkung können auch Texturen in den Blechen hervorgerufen — oder umgekehrt bei Texturblechen die Texturunterschiede verringert werden. Hierzu ist es vorteilhaft vorzusehen, daß die Richtung des Magnetfeldes bei Durchlaufrichtung der Bleche geneigt gewählt wird und/oder die Bleche während des Durchlaufs der Einwirkung von Magnetfeldern unterschiedlicher Größe und/oder Richtung unterworfen werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. In diesen Ausführungsbeispielen wird das magnetische Feld durch eine vom elektrischen Strom durchflossene Spule erzeugt. Das magnetische Feld kann jedoch gegebenenfalls auch auf anderem Wege erzeugt werden.

Fig. 1 veranschaulicht sch'ematisch eine Ausführungsform für die Anordnung einer Magnetisierungsstrecke für die im Durchlauf erfolgende Behandlung des Gutes;

F i g. 2 bis 8 veranschaulichen Einzelheiten;

F i g. 2 und 3 zeigen schematisch im Längsschnitt den Transport des Gutes durch eine Magnetisierungsstrecke;

F i g. 4, 5, 6 und 8 zeigen in Draufsicht vier verschiedene Ausführungsformen für die Spulenanordnung;

F i g. 7 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform für das Aufhängen der Spule.

Gemäß F i g. 1 durchläuft das Gut zunächst eine bei A schematisch angedeutete Walzstrecke und sodann eine bei B schematisch angedeutete, mit feuerfestem Mauerwerk ausgestattete Glühzone mit den Heizkörper 4 und eine bei C angedeutete Kühlzone. Vorzugsweise wird das Blech warm gewalzt. Es kann aber auch ein Kaltwalzverfahren oder eine Kombination von Warmwalz- und Kaltwalzstufen angewendet werden. Die Bleche können einzeln oder als zusammengeheftete Tafeln oder auch als Band durch die Glühzone und durch die Kühlzone hindurch'geführt werden. ...

' Im ersten Teil der Kühlzone C ist die Magnetisierungsstrecke M eingeschaltet. In Fig. 1 ist die Magnetisierungsstrecke schematisch durch die Spule 1 angedeutet. Es sind ferner Heiz- und/oder Kühlorgane 3 vorgesehen. Es ,können auch Organe vor-

gesehen sein, die wahlweise als Heizorgane oder als Kühlorgane betrieben werden können.

Anstatt gesonderte Kühlorgane vorzusehen oder im Zusatz zu solchen Kühlorganen, kann man auch ein Kühlmittel durch die Magnetisierungsspule hindurchleiten. Die Spule kann dann, wie in F i g. 1 bei 1' angedeutet, durch die ganze Kühlzone C hindurchgeführt werden, wird aber nur auf der als Magnetisierungsstrecke vorgesehenen Weglänge elektrisch erregt, wie durch die Stromzu- und -ableitungen 7, 8 angedeutet ist. Dabei kann die Einrichtung so getroffen sein, daß, in Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse, verschieden lange Strecken der Spule als Magnetisierungsstrecke betrieben werden können. Hierfür kann beispielsweise die Stromableitung 8 verstellbar angeordnet sein, oder es können mehrere Anschlüsse für die Stromableitung 8 längs der Spule vorgesehen sein.

In der Regel wird die Blechtemperatur während des Durchgangs durch die Magnetisierungszone allmählich abnehmen. Zur Erzielung besonderer Wirkungen kann es aber auch zweckmäßig sein, die Magnetisierungsstrecke in mehrere unterschiedliche Temperaturbereiche zu unterteilen, was mit Hilfe der Heiz- und Kühlorgane 3, 3' ohne weiteres möglich ist.

Es ist ratsam, die Heiz- und Kühlorgane einzeln oder gruppenweise unabhängig voneinander regelbar auszubilden. Es kann zweckmäßig sein, die der Glühzone B zunächst liegenden Organe 3' als Heizorgane zu betreiben.

Die Magnetisierungsstrecke wird vorzugsweise unter Schutzgas gehalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die magnetische Feldstärke und/oder sonstige innerhalb der Magnetisierungszone wirksamen Größen durch ein der Magnetisierungsstrecke nachgeschaltetes Ganztafel-Meßgerät überwacht. Weichen die in dem Ganztafel-Meßgerät gemessenen Eigenschaften der Blechtafel von der vorgegebenen Norm ab, so kann von dem Meßgerät aus beispielsweise eine am Ort der Magnetisierungseinrichtung wahrnehmbare Signaleinrichtung betätigt werden. Die Einrichtung kann auch so getroffen sein, daß in solchen Fällen von dem Ganztafel-Meßgerät aus die auf der Magnetisierungsstrecke herrschenden Bedingungen selbsttätig ver- ändert werden.

Handelt es sich um bandförmiges Gut, so kann das Gut entweder frei schwebend oder auf Rollen abgestützt durch die Magnetisierungsstrecke hindurchgeführt werden. F i g. 2 veranschaulicht schematisch das bandförmige Glühgut 12, welches, auf den Rollen 13 abgestützt, durch die Magnetisierungsspule 11 hindurchgeführt wird.

Handelt es sich um einzelne Tafeln, so kann der Magnetisierungszone ein endloses Förderband zugeordnet werden, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet ist. Das in einzelnen Tafeln 22 vorliegende Gut wird durch die Magnetisierungsspule 21 mit Hilfe eines endlosen Förderbandes 24 hindurchgeführt, das über Rollen 23 läuft. Die Windungen der Spule 21 liegen zwischen dem Ober- und dem Unterlauf des Bandes 24.

Gemäß F i g. 4 läuft das Gut in Form eines Stahlbandes 32 auf der Magnetisierungsstrecke durch eine Kupferspirale 31 hindurch. Der durch den Pfeil H angedeutete Feldstärkenvektor liegt parallel zu der durch den Pfeil t bezeichneten Durchlaufrichtung. Pfeil i gibt im Fall der Anwendung von Gleichstrom die Durchgangsrichtung des elektrischen Stromes durch die Spule 31 an. Die Magnetisierungsstrecke kann auch mit Wechselstrom betrieben werden. Der Innenraum der letzten Windungen der Spule 31 ist von dem Innenraum der anderen Windungen abgeschlossen, beispielsweise durch einen Verschluß 35: Die letzten Windungen sind an einem Kühlwasserumlauf mit Pumpe 36, Zulauf 37 und Ablauf 38 angeschlossen.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Form der Spule 41 ergibt sich eine im wesentlichen senkrecht zur Durchlaufrichtung t des Gutes verlaufende Lage des Feldstärkenvektors H.

Gemäß F i g. 6 ist die Spule 51 so angeordnet, daß der Feldstärkenvektor H mit der Durchlaufrichtung t einen Winkel von etwa 45° bildet.

Es kann zweckmäßig sein, die Windungen der Magnetisierungsspule durch hitzebeständige Armaturen und Verstärkungen zu stützen, um zu verhindern, daß die Spule bei den in der Nähe der Glühzone herrschenden hohen Temperaturen ihre Form verändert. In F i g. 7 sind gitterartig angeordnete Verstärkungsträger 65 und 69 angedeutet, die aus hitzebeständigem Material bestehen und an denen die einzelnen Windungen der Magnetisierungsspule 61 elektrisch isoliert aufgehängt sind.

Um an der Magnetisierungsspule bei Benutzung größerer Windungszahlen nicht zu praktisch unzulässigen Spannungswerten zwischen dem Anfang und dem Ende der Wicklung zu gelangen, kann man die Wicklung in Teilspulen unterteilen und durch galvanisch getrennte Stromkreise speisen.

Durch geeignete Wahl der Bedingungen bei der Wärmebehandlung im Magnetfeld können auch Texturen in den Blechen hervorgerufen oder umgekehrt bei Texturblechen die Texturunterschiede verringert werden. «

In F i g. 8 ist schematisch die Unterteilung der Magnetisierungsspule in zwei mit Gleichstrom betriebene Teilspuren 71, 71' veranschaulicht, um zu vermeiden, daß zwischen den Spulenenden zu große Spannungsunterschiede auftreten.

Für Elektroblech« einer Stärke von 0,5 mm und mit Wattverlust unter etwa 1,5 Watt/kg hat sich beispielsweise eine Magnetisierung in einer Schutzgasatmosphäre vorzugsweise reduzierenden Charakters bei etwa 12 AW/cm als zweckmäßig erwiesen, um den Wattverlust merklich zu verbessern.

Das magnetische Feld kann anstatt durch eine stromdurchflossene Spule auch durch Dauermagnete erzeugt werden. Auch andere Anordnungen können benutzt werden. Beispielsweise kann man ein geschichtetes Eisenjoch mit Polschuhen vorsehen, zwischen denen das zu magnetisierende Blech angeordnet wird, wobei das Joch durch eine oder mehrere stromdurchflossene Spulen auf eine magnetische Spannung erregt wird.

Es kann ferner zweckmäßig sein, auf der Magnetisierungsstrecke verschiedene Spulenformen zu kombinieren. Durch die voneinander abweichenden FeIdstärkenvektorrichtungen können dabei jeweils gewünschte Eigenschaften des Gutes erzielt werden. Es können auch Spulen kombiniert werden, die mit untereinander verschiedenen Stromstärken oder mit verschiedenen Stromarten betrieben werden.

In den gezeichneten Ausführungsbeispielen wird jeweils das Innenfeld einer Spule zum Magnetisieren benutzt. Es ist auch möglich, anstatt dessen das

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Außenfeld zu benutzen sowie die Außen- und/oder Innenfelder zweier oder mehrerer Spulen entsprechend zn kombinieren.

Es hat sich herausgestellt, daß man gemäß der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise die gewünschte Veränderung der elektrischen und magnetischen Kennwerte von Elektroblechen hervorrufen kann.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Wärmebehandlung von Elektrodenblechen, insbesondere Eisen-Silicium-Bleehen, bei welcher die fertiggewalzten Bleche während der Abkühlung von Temperaturen im Bereich wenig oberhalb des Curie-Punktes bis auf etwa 300 bis 400° C der Wirkung eines Magnetfeldes ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rahmen der thermischen Behandlung erfolgende Glühung und die sich unmittelbar anschließende Einwirkung des Magnetfeldes in an sich bekannter Weise in einem kontinuierlichen Arbeitsgang und im Durchlauf erfolgt und daß die Bleche das Magnetfeld in einer Zeit von einigen Minuten, etwa 1 bis 3 Minuten, durchlaufen.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche durch die Magneti-

   " sierungsstrecke mit einer Geschwindigkeit zwischen 6 und 12 m/Min, hindurchgeführt werden.

   3: Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche beim Durch-• laufen der Magnetisierungsstrecke Magnetfeldern in der Größe zwischen 4 und 30 Oe ausgesetzt werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die, Richtung des Magnetfeldes zur Durchlaufrichtung der Bleche geneigt gewählt wird und/oder die Bleche während des Durchlaufs' der Einwirkung von Magnetfeldern . unterschiedlicher Größe und/oder Richtung unterworfen werden.

   ■■. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-. rens nach mindestens einem der vorhergehenden . Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleehbehandlungsanlage den Fertigwalzstufen naehgeschaltet eine Strecke thermischer Einwirkung mit wenigstens einer das Magnetfeld erzeugenden Draht- oder Rohrspule, vorzugsweise in Form einer Kupferspirale, enthält, durch welche die fertiggewalzten Bleche hindurchtransportierbar sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spule durch hitzebeständige Armaturen oder Verstärkungen (65, 69) gestützt sind,

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Magnetisierungsstrecke Heizorgane (3') und/oder Kühlorgane (3) oder Organe vorgesehen sind, die sowohl zum Beheizen wie zum Kühlen verwendbar und vorzugsweise einzeln regelbar sind.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsspule zumindest auf einem Teil ihrer Länge zugleich auch als Kühlorgan dient.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld erzeugende Länge der Spule veränderbar einstellbar ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsspule voneinander getrennt gespeiste Teilspulen (7J) enthält.

   11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer quer zur Transportrichtung der Bleche gerichteten Magnetisierung (F i g. 5) die Windungen (41) der Magnetisierungsspule die Bleche (42) von deren Längsseiten her klammerartig umgreifen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 569 351, 590 506,
   670601,763 989,919953;

   britische Patentschriften Nr. 366 523, 639252,
   422347;

   USA.-Patentschriften Nr. 1965 599, 2.307 60S;

   Pawlek, »Magnetische Werkstoffe«, 1952, S. 68;

   Zeitschrift »Metall«, Dezember 1954, S: 929 bis 935;

   Zeitschrift »Stahl; und Eisen«, 1942, S. 486;

   Zeitschrift »The Iron Age«, 5. Februar , 1953,-S. 147 bis 152;

   Zeitschrift »The Wireless Engineer and Experimental Wireless«, April 1933, S. 183, 184.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   G09 669/284 9. 66 © Bundesdruckerei Berlin