DE1497161A1

DE1497161A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektronischen Bildwiedergabe

Info

Publication number: DE1497161A1
Application number: DE19651497161
Authority: DE
Inventors: Elliot Berman
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1964-04-15
Filing date: 1965-04-14
Publication date: 1969-06-04
Also published as: GB1092182A; BE662493A; US3453639A; NL6504798A; CH456997A

Description

Sie vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie zugehörige Vorrichtungen«, womit die Bewegungsspur eine» Elektronenstrahls ohne Zuhilfenahme eines Fluoreszenzsohirras siohtbar gemacht werden kann« Xm einzelnen handelt es sich dabei um die Abtastung eines Aufzeichnungsträgers, der in einer Vakuumkammer angeordnet iat, durch einen Elektronen strahl. Haoh erfolgter Abtastung durch den Elektronenstrahl wird der Aufzeichnungsträger entwickelt und dadurch ein dauerhaftes positives Bild hergestellt· Das Auflösungsvermögen bei diesem Abbildungeverfahren ist den üblichen fotografischen Verfahren überlegen* Ferner wird die Abtasteinrichtung mit der Vakuumkammer durch die Anwesenheit des Aufzeichnungsträgers nicht beeinträchtigt.

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Die Spur eines Elektronenstrahls wird Üblicherweise dadurch wiedergegeben» daß der Strahl einer Kathodenstrahlröhre über einen fluoreezenaechira geführt und das so erhaltene sichtbare Bild fotografiert wird. Dies ist eine wenig wirksame Methode» de ein wesentlicher Anteil der Strahlungsenergie bei der Breeugung de» sichtbaren Bildes auf den fluoreszenz schirm sowie in des optischen System zwischen Schirm und Aufzeichnungsträger verlorengeht. Ein weiterer Nachteil der fotografischen Wiedergabe von Elektronenstrahlspuren ist das geringe Auflösungsvermögen, welohes geringer .als dasjenige dee Elektronenstrahls selbst ist. ,^

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist man bereits dazu übergegangen, »trehlungsouipfindliches Material aur unmittelbaren Einwirkimg eeitens des Elektronenstrahle in die Kathodenatrehlröhrö einzuführen (siehe z. B. US-Patentschriften 2.616.961 und 2*630.434). Bei diesen l>e?annt©n Einrichtungen fällt der Slektroneitstrahl auf tinen wärme» empfindlichen Aufswiichnungsträger. Bas erzeugt« Bild entstehtsekundär durch di· b#i der Absorbtion dta SIeIftronenstr il, hervorgebrachte Wore·. Diese bekannten AufsoiohnungstrSger für direkte Beetrehlung entwickeln im Betrieb Gase« die für den Elektronen»trtbl·rseuger schädlich sind« Insbesondere beeinträchtigen diese Oase die Elektronenemiseion von der Kathode dee Strahlerzeuger. Gaeebscheidungen zahlreicher

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Aufzeichnungsträger der bekannten Art beeinträchtigen ferner dae Vakuum in der Elektronenstrahlkatamer und rufen dadurch eine unerwünschte Streuung des Strahls hervor*

Auf gibe der Erfindung iet demzufolge die Schaffung eines Verfahrens und der augöhörigen Vorrichtungen zur Auf Belohnung der/Spur eines Blektronenetrahle, wobei hohe Wjirkaataköit und ebensolohöB AuflÖeungBTennögön er«ielbar ist. ferner eoll der StrahlerBeuger in der erfindungegemäflen Einrichtung beiB Betrieb keinen flohädliohen Sinflttseen seitens des Aufteiohnungetrögere außgeaetst eein. £ntspi»aüendes gilt für , die Aufreohtörhaltung des Vakuums in der Elektronenstrahlkammer. Hit der Erfindung kann ferner durch den Elektronenstrahl ein. dauerhaftes Bild hergestellt werden» das*gegebenenfalia but Aufnahme weiterer Bildinfonr titr^n geeignet ist* Daa erfindungagemäße Verfahren ermöglicht euier&em hohe iinearitÄt der Bildwiedergabe und rasche Ablenkung des Elektronenstrahls. Die genannten Vorteile ergeben sich durch Verwirklichung des Grundgedankens der Erfindung oder ssuoindest durch bestimmte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes» die ebenfalls im folgenden dargelegt sind·

Das erfindungegemäße Verfahren sur Wiedergabe eines Elektronen» strahlsusters in einem sichtbaren Bild kenneeichnet sioh

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hauptsächlich dadurch, daß ein Elektronenstrahl auf einen fotoleitenden Aufzeichnung^träger projiziert wird, wodurch in dem Auf zeichnungeträger durch chemische Aktivierung der bestrahlten Flächenbereiche ein latentes Bild gemäß dem Elektronenstrahlmuster entsteht, worauf das latente Bild in ein sichtbares umgewandelt wird. Bas Verfahren kann ferner derart ausgestaltet werden, daß die Umwandlung des latenten in ein sichtbares Bild durch Behandlung zumindest der aktiviertem Bereiche des Aufzeichnungsträgers mit einem flüssigen Redoxsystem vorgenommen wird, wobei durch chemische Reaktionen zwischen den aktivierten Bestandteilen und der Entwicklerflüssigkeit ein sichtbares Bild des Elektronenstrahlmusters entsteht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in der Zeichnung sohematieoh dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wiedergabeeinrichtung Bezug genommen. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

Die dargestellte Einrichtung umfaßt einen üblichen Elektronenstrahlerzeuger 10, der in. einer. Vakuumkammer 12 in einem paeeend aus Glas bestehenden Behälter 13 angeordnet ist.

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Der Strahlerzeuger 10 leitet seinen Elektronenstrahl 14 durch eine Ablenk- und Modulationseinrichtung 1€, die en eine entsprechende Steuereinrichtung mit Informationsquelle angeschlossen ist. Der Unterdruck in dor Kammer 12 wird in Üblicher Weise durch eine Vakuumpumpe 11 über eine Saugleitung 15 aufrechterhalten. Am anderen Ende des Gehäuses 13 trifft der Elektronenstrahl 14 auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger 20, der ohne Beeinträchtigung des Valmums durch Leckverluste über Abdichtungen 22 und 24 in die Vakuumkammer gelangt. ■ --■

Der Aufzeichnungsträger enthält eine fotoleitende Substanz bereits vorgeschlagener Art (siehe US-Patentanmeldung Serie Ho. 199*211), z. B. Ge, BH, TiO₂, ZnO, ZrO₂? In₂O-, K₂AIgSl₆Og₂ _t 2H₂O, SnO₂, Bi₃O₅₈ PbO, BeO, SiO₂, BatiO,, Ta₂O₅, TeO₂, B₂O₅, SnS, und SnSg. Viele dieser fotoleitenden Stoffe sind Verbindungen von Metallen mit Nichtmetallen der Gruppe VX A des periodischen Systems, s. B. Metalloxide und Metalleulfide. Der dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende Aufzeichnungsträger enthält als strahlungsempfindliche Substanz Titandioxid (TiO₂) auf einer geeigneten Unterlage, z. B. aus Titan.

Der Aufzeichnungsträger verläßt das Gehäuse 13 Über die Dichtung 24 und gelangt sodann über eine insgesamt mit 34 bezifferte Entwicklungseinrichtung zu einer Aufwiekelspule %.

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Wenn der Aufzeichnungsträger von der Vorratsspule 26 kontinuierlich durch die Vakuumkammer 12 zur Aufwickelspule 36 läuft, wird der Elektronenstrahl durch die Ablenkeinrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers ausgelenkt. Die Einrichtung arbeitet dabei insoweit ähnlich einem registrierenden Bandschreiber. Ebenso kann der Aufzeichnungsträger auch absatzweise von Aufnahsaefeld zu Aufnahmefeld fortschreitend durch die Kammer 12 geführt werden. Für diese Arbeitsweise ist ein weiterer Satz von Zeitgeberelektroden 58 vorgesehen, zwischen denen der Elektronenstrahl 14 ebenfalls hindurchläuft. Die Einrichtung kann ioi übrigen gemäß üblicher Technik ausgebildet sein«

Durch Auftreffen des Elektronenstrahls wird das Titandioxid chemisch aktiviert« Die Strahlenergie erzeugt dadurch unmittelbar ein latentes Bild auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträger», welches genau der Bewegungsspur des Elektronenstrahls entspricht. Das latente Bild bleibt bestehen» wenn der Aufzeichnungsträger 20 die Vakuumkammer 12 verläßt und in den Entwickler 34 eintritt. Xn einer ersten Entwicklerstufe 40 wird der bestrahlte Aufzeichnungsträger 20 mit einer Lösung von MetirlriTonen, poasenderweise etwa 5ilfo@?nitrat, behandelt. Die chemisch aktiven Bereiohe des Aufzeichnungsträgers reduzieren dabei die S über ionen zu molekularem Silber, das eich auf dem Aufzeichnungsträger absetzt. Letzterer verläßt so

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die Entwickleretufe 40 mit einem Bildmuster aus metallischem Silber, welches de« Bestrahlungsmuster infolge entsprechender Modulation und Ablenkung des Elektronenstrahls genau entspricht»

Bei entsprechend langer Behandlungeseit in der Entwicklerstufe 40 sowie unter Voraussetzung entsprechend intensiver Bestrahlung kann in dieser Stufe unmittelbar ein positives, sichtbares Bild erhalten werden. Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen» daß der Aufzeichnungsträger hier nur kursseitig behr ,delt und vorangehend auch nur einer Bestrahlung geringer Energie ausgesetzt wird-. Bas in der Entwickle rs tufe 40 hergestellte , unsichtbare Silberbild wird dann in einer zweiten Entwicklerstufe 42 verstärkt. Sie letztgenannte Entwicklerstufe verwendet vorzugsweise einen in der Silberhalogenldfotografie üblichen Entwickler, der weiteres freies Metall an jenen Stellen und nur an solchen des Aufzeichnungsträgere abscheidet, die bereits eine erste Ablagerung von Silber im vorangehenden ersten Entwickler erhalten haben.

Es ist also hervorzuheben, daß hier die Strahlenergie unmittelbar in Anregungsenergie innerhalb des Aufzeichnungs-, trägers umgesetzt wird, ohne daß weitere Energieumwandlungen entsprechend der bekannten Technik auftreten. Die .Folge hiervon let eine hohe Auflösung des sich ergebenden dauerhaften Bildes. Aus dieser hohen Auflösung ergibt sich weiter eine ebensolche Verbesserung der Linearität der Abbildung, wie sogleich dargelegt wird. ,

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Bekanntlich nimmt die linearität der Ablenkung des Elektronenstrahls im Feld der Ablenkeinrichtung ΐβ mit sunehmendem AuslenkungBwinkel ab. Außerdem nimmt die Brennschärfe und damit die Abbildungsschärf© des Elektronenstrahls tait su- * nehmender Auslenkung ab. Andererseits wurden bei den bekannten Abbildungseinrichtungen, die mit Fluoresssensschirm und auftreffendem Elektronenstrahl arbeiteten, gerade wegen der geringen Auflösung vergleichsweise große Auslenkungen benötigt, um trotzdem ausreichende Beobschtungs·= möglichkeit für die Strahlbewegung zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Aufzeiehnungseinriohtung ergibt jedoch wie erwähnt Bilder hoher Auflösung. Demgemä0 kommt man mit geringer Auslenkung des abbildenden Elektronenstrahls ®us₉ wodurch eich wiederum eine verbesserte Linearität und Fokussierung bei_xhoher Bildgenauigkeit ergibt.

Einweiterer Vorteil der erfindungsgemäSen Aufzeichnung besteht in der Möglichkeit, den Elektronenstrahl rasch auszulenken und daher die anstehende Bildinformetion s?at3ch abzufragen,. Dabei kann der zeilenartige Aufbau des aufgezeichneten Bildes entsprechend der Arbeitsweise üblicher Bandschreiber durch kontinuierliche Fortbewegung des Aufzeichnungsträgers während der Querbewegung des Strahles erreicht werden. Zur Trennung der aufeinanderfolgenden ' Querauslenkungen bzw. Zeilen nimmt die Geschwindigkeit des

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Aufzeichnungsträgers mit der Auslenkgeschwindigkeit des Elektronenstrahls zu. Je geringer die Auflösung des aufgezeichneten Bildes ist, umso größer muß die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers sein, um die aufeinanderfolgenden Auslenkungen der Elektronenstrahlspur zu trennen. Da nun erfindungsgemäß Bilder hoher Auflösung erzielt werden, die also aus dünnen und scharf begrenzten Linien bestehen, wird eine äußerst rasone Querauslenkung des Strahls zulässig, ohne die Trennung der Zeilen zu beeinträchtigen.

Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor der Vakuumdichtung 22 ein Erhitzer 2Θ angeordnet, der etwaige chemisch aktive Bereiche des Aufzeichnungsträgers vor dem Eintritt in die Vakuumkammer auslöscht. Solche restlichen Bildmuster können durch unbeabsichtigte Einwirkung von aktivierenden Strahlen auf den Träger hervorgerufen werden, z. B. durch Sonneneinstrahlung oder üuoreszenzlicht. Der Erhitzer 28 fccrgt also für gleichmäßige Deaktivierung des Aufzeichnungsträgers im Ausgangszustand.

Der Erhitzer 28 besitzt Beizelemente, die von einer Energiequelle 46 gespeist werden und den Aufzeichnungsträger mit infraroter Strahlungsenergie beaufschlagen. Daduroh wird die Temperatur des Aufzeichnungsträgers kurzzeitig auf das zur Deaktivierung erforderliche Haß erhöht. Vor der Bestrahlung in der Vakuumkammer hat der Aufzeichnungsträger wieder Raumtemperatur angenommen. , ^:

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Fttr den Fall, daß der Aufzeichnungsträger außerhalb der Einrichtung aktivierenden Strahlen ausgesetzt ist, kann ein Strahlungssohirm 48 vorgesehen werden, der in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien angedeutet ist und sich unmittelbar an den Behälter 13 anschließt. Entsprechend ist auch an der Ausgangseite der Vakuumkammer ein Strahlungsschild 50 jangeordnet, welcher den austretenden Aufzeichnungsträger bis zum Verlassen des Entwicklers 34 umgibt. Letzterer ist also ins^A gesamt in gegen Störstrahlung empfindlichem Zustand lückenlos abgeschirmt.

FUr den Fall, daß eiste bleibende Aufzeichnung der Elektronenstrahlspur nicht erforderlich 1st, kann das latente Bild durch Erhitzen des Aufzeichnungsträgers, z. 3. na oh Art des Erhitzers 28, leicht wieder ausgelöscht werden. Der Aufzeichnungsträger wird durch die Bestrahlung allein nicht bleibend beeinflußt und kann nach dem Löschen wieder benutzt werden.

Ferner ist zu beachten* daS die Empfindlichkeit der Halbleiter» schicht des Aufzeichnungsträgers durch die Entwicklung in den nioht bestrahlten Berelohen unbeeinflußt bleibt. Demgemäß kann der Aufzeichnungsträger nach Entwicklung eines Bildes wiederum elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt und dadurch mit einer weiteren Aufzeichnung zusätzlich zu der bereits vorhandenen versehen werden.

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Die erfindungsgemäße Bildaufzeichnung findet zahlreiche Anwendungen, wobei sich die hohe Linearität und Aufseichnungagesohwindigkeit jedoch insbesondere für Ausgabeeinrichtungen von Datenverarbeitungsanlagen als vorteilhaft erweisen. Bei dieser Anwendung kann die ausgegebene Information sowohl in digitaler wie auch in analoger Form aufgezeichnet werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei der erfindungsgeraäßen Aufzeichnung ein fotoleitender Aufzeichnungsträger unmittelbar der Einwirkung eines Elektronenstrahls ausgebet ist wird, wodurch ein unsichtbares, jedoch beständiges Bild von beträchtlicher Lebensdauer entsteht, letzteres kann anschließend leicht in ein andauernd sichtbares Bild umgewandelt werden. .Das latente Bild beeitat hohe Auflösung und behält diese auch während des Entwicklungsvorganges. Die hohe Auflösung der erzielten Aufseichnung ist insbesondere sur Wiedergabe von rasch veränderlicher Bildinformation geeignet, wobei keine Übermäoeige Vorschubgsschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers erforderlich ist. Die unmittelbare Einwirkung des Elektronenstrahls auf den Aufzeichnungsträger hat einen hohen energetischen Wirkungsgrad bei der Bildwiedergabe nur Folge, so daß auch Elektronen-trahlen vergleichsweise geringer Energie verwendbar sind.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur elektronischen Bildauf zeichnung ι bei dem ein sichtbares Bild mit Hilfe eines Elektronen-trahlmusters hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl auf einen fotoleitenden Aufzeichnungsträger projiziert wird, wodurch in dem Aufzeichnungsträger durch chemische Aktivierung der bestrahlten ELäohenbereiche ein latentes Bild gemäß dem Elektronenstrahliauster ent- > . steht, worauf das latente Bild in ein sichtbares umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung des latenten in ein sichtbares Bild durch Behandlung zumindest der aktivierten Bereiche des Aufzeichnungsträgers mit einem flüssigen Redoxsystem vorgenommen wird, wobei durch ohemlsohe Reaktionen zwischen den aktivierten Bestandteilen und der Bntwieklerfittssigkeit ein siohtbares Bild dee Elektronenstrahlmaetere entsteht»

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3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsträger mit einem als strahlungaetnpfindliche. Komponente für sich ausreichenden Fotoleiter verwendet wird.

4« Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprache, daduroh gekennzeichnet, dad als Fotoleiter Titandioxid verwendet wird.

5. Verfahren nach einen oder mehreren der vorangehenden Ansprache, daduroh gekennzeichnet, daß der zur Bildaufzeichnung verwendete Elektronenstrahl einer zeitlich ver~ änderliohen Auslenkung unterworfen wird. ■

6. Verfahrennaoh Anspruch 5» daduroh gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger während der Strahleinwirkung im wesentlichen quer zur Auslenkriohtung des Strahles sowie zur Strahlriohtung bewegt wird.

7· Verfahren nach Anepruoh 6, daduroh gekennzeichnet» daß der Elektronenstrahl in zeitlicher Aufeinanderfolge Auelenkungen In zwei zueinander senkrechten Richtungen erfährt«

8. Verfahren nach Anepruoh 7» daduroh gekennzeiohnetf daß der Elektronenstrahl bei der Bildaufzeichnung durch Relativbewegung zua Aufzeichnungsträger eine zellenförmige Abtastung des Bildfeldes ausführt.

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9. Verfahren nach einen oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger vor dem Aufbringen eines latenten Bildes durch Elektronenstrahlabtastung einer gleichmäßigen Deaktivierung unterzogen wird.

10* Verfahren nach Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet, daß die Deaktivierung des Aufzeichnungsträgers vor der Sinwirkung des StrahlungsmuBtere durch Erwärmung ausgeführt wird. ss.: -·-·

11· Verfahren naoh einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche» daduroh gekennzeichnet, daß der aufzeichnende Elektronenstrahl eine duroh ein Informationssignal gesteuerte Auslenkung erfährt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,, daduroh gekennaeichnet, daß der auf zeichnende Elektronenstrahl während seiner Abtastbewegung Über das Bildfeld in ssiner Intensität gemäß der Helligkeit sys , teilung des aufeueeiohnenden Bildes moduliert wird.

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13· Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, deduroh gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger eine Vakuumkammer durchläuft und da κ-i η einer zellenförmig gegliederten Abtastung duroh den aufzeichnenden Elektronenstrahl unterworfen wird, wodurch ein latentes Bild entsteht, und daß der Aufzeichnungsträger nach Verlassen der Vakuumkammer in Berührung mit einem flüssigen Redoxsystem gebracht wird» wodurch unter ■-»*■,« Ablauf entsprechender Reaktionen mit den chemisch aktivierten Bereichen des Aufzeichnungsträgers ein latent entwickeltes Bild entsteht.

14· Verfahren,nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger die Yakkumkammer kontinuierlich durchläuft.

15· Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger die Vakuumkanmer absatzweise durohläuft, wobei der aufzeichnende Elektronenstrahl unter 8tiilstand dea Aufzeichnungsträgers eine zweidimenoionale, zeilenfurmig gegliederte Abtastbewegung ausführt. . .

16. Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrene nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet defl an der Eintrittsstelle des Aufzeichnungsträgers in die Vakuumkammer eine Heizeinrichtung

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zur gleichmäßigen Seaktivierung der strahlungsempfindliehen Oberfläche sowie im Anschluß an die Austrittsotelle des Aufzeichnungsträgers aus der Vakuumkammer eine Entwicklereinrichtung angeordnet ist und daß die Durchlaufbahn des Aufzeichnungsträgers zwischen der He iss einrichtung und dem Ausgang der Entwicklereinrichtung gegen Störstrahlung abgeschirmt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet_s daß eis Heizeinrichtung am Eingang der Vakuumkammer ein Wärmestrahler vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 171 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Heizeinrichtung und der Bestrahlungsstellung des Aufzeichnungsträgers in der Vakuumkammer entsprechend der Eintrittsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers zu dessen WiederabkUhlung auf Raumtemperatur ausreichend bemessen ist.

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