DE1591489B2 - Aus zwei gekreuzten runden hohlleitern bestehende anordnung - Google Patents
Aus zwei gekreuzten runden hohlleitern bestehende anordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine aus zwei gekreuzten runden Hohlleitern bestehende Anordnung, bei der im
Kreuzungsquerschnitt eine gegen die Hohlleiterachsen um 45° geneigte teildurchlässige Reflexionsplatte bzw.
-folie eingebaut ist, welche die in dem Eingangshohlleiter ankommende elektromagnetische Welle vom Typ
der Hoi -Welle zum größten Teil in den im rechten Winkel zu diesem Hohlleiter angesetzten Hohlleiter
umlenkt und Durchbrechungen von einer solchen Form und Größe und/oder eine Dicke von solcher Größe
aufweisen, daß die teildurchlässige Reflexionsplatte elektromagnetische Filtereigenschaften in bezug auf die
Auskopplung von Wellenenergie aus der im Hohlleiter ankommenden Energie annimmt.
Aus der DT-AS 12 09 623 ist ein quasi-optischer Verzweigungsverbinder bekannt, der aus einem ersten
und einem zweiten sich in der Form eines Kreuzes schneidenden Hohlleiter besteht, in deren Kreuzungsstelle ein ebenflächiger Reflektor angeordnet ist. Der
Reflektor schließt mit den Achsen der Hohlleiter einen Winkel von 45° ein. Er bewirkt eine Energieaufteilung in
zwei Hohlleiterarme, die eine kleinere Grenzfrequenz besitzen als der Eingangshohlleiter und daher als
Hochpaßfilter wirken. Wenn also die aufgeteilte Hochfrequenzenergie auf diese Hochpaßfilter trifft,
werden diejenigen Wellen, deren Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz der Filterleitungen liegen, zu der
Verzweigung zurückgeworfen. In dieser Verzweigung vereinigen sich die beiden reflektierten Energieanteile
wieder und treten so im vierten Arm des Hohlleiterkreuzes aus. Als ebenflächiger Reflektor für die
frequenzunabhängige Energieaufteilung kann eine Folie aus dielektrischem Material, ein Kupfermaschengitter
oder eine perforierte Metallplatte benutzt werden. Bei dieser bekannten Hohlleiterverzweigervorrichtung
werden die Filtereigenschaften, z. B. zum Zwecke einer Aufteilung eines Frequenzbandes in mehrere Teiibänder,
nur durch zusätzliche Filter, z. B. durch abgestimmte Leitungen, erreicht. Ganz bewußt wurde daher auf
eine frequenzunabhängige Durchlässigkeit der teildurchlässigen Schichten abgezielt.
Es ist ferner aus der US-Patentschrift 26 36 125 ein
ίο frequenzselektives Übertragungssystem für elektromagnetische
Wellen bekannt, bei dem eine Platte aus elektrisch leitendem Material verwendet wird, in der
eng benachbarte Öffnungen vorgesehen sind. Es entsteht dadurch ein in der Art von Wabenkaminen
ausgebildeter Spiegel, der einen Teil der ankommenden elektromagnetischen Energie reflektiert, während ein
weiterer Teil durch den Spiegel hindurchtritt, so daß sich eine Aufteilung eines breiten Frequenzbandes in
zwei schmalere Teilbänder erreichen läßt. Abgesehen davon, daß sich eine derartige Anordnung mit der im
Bereich der Mikrowellen erforderlichen Genauigkeit fertigungstechnisch verhältnismäßig schwer beherrschen
läßt, tritt für die durchzulassende Welle an den Oberflächen des Spiegels ein Wellenwiderstandssprung
auf, da der Wellenwiderstand der Wabenkamine unterschiedlich ist vom Wellenwiderstand der die
elektromagnetische Welle führenden Leitung. Derartige Wellenwiderstandssprünge haben jedoch zusätzliche
Reflexionen und damit zusätzliche Leistungsminderung der durchzulassenden Welle zur Folge. Es ist daher auch
bereits vorgeschlagen worden, die Wabenkamine mit einem verlustarmen dielektrischen Material zu füllen.
Solche Anordnungen zur Aufteilung extrem breiter Frequenzbänder im Mikrowellenbereich in schmalere
Teilbänder sind natürlich sehr aufwendig und deshalb in vielen Fällen nicht einsetzbar.
Bei der Übertragung der Hoi-Welle über Hohlleiterstrecken besteht der Bedarf, direkt aus der Übertragungsleitung
mehr oder weniger schmale Bänder auszukoppeln. Dieses Problem tritt z. B. bei der
Überwachung von Hohlleiterstrecken durch Pilotsignale auf. Hier koppelt man an mehreren Stellen der
Strecke mit schmalbandigen Filtern Pilotträger aus. Zu diesem Zweck ist es bisher notwendig, schmalbandige
Auskoppelelemente zu schaffen. Diese sollen imstande sein, ohne nennenswerte Beeinflussung des gesamten
Übertragungsbandes an verschiedenen Stellen der Hohlleiterstrecke die Pilotträger auszufiltern. Extrem
schmalbandig ausgelegte Schwebungskoppler oder Schlitzkoppler können hierfür verwendet werden. Der
Nachteil dieser Koppler liegt für den Fall der Pilotauskopplung in der Notwendigkeit, vom großen
Querschnitt der Übertragungshohlleiter zu kleinen Querschnitten überzugehen. Die Verwendung sogenannter
Wabenkamine als Filter ist natürlich sehr aufwendig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, schmalbandige Filter für Hohlkabelstrecken
zu schaffen, bei denen die Filterung im großen Querschnitt des ÜbertragungshoHlleiters erfolgt und
einfache teildurchlässige Spiegel verwendet werden können. Bei einer solchen Anordnung fallen die bis zu
mehreren Metern langen, teueren galvanoplastischen Hohlleiterübergänge weg, die für das gesamte Band
konversionsarm ausgelegt werden müssen.
Die Anordnung nach der Erfindung der eingangs geschilderten Art ist nun dadurch gekennzeichnet, daß
von dem Eingangshohlleiter aus betrachtet hinter der
teildurchlässigen Reflexionsplatte bzw. -folie ein Resonator in Form des verlängerten Hohlleiters selbst
angeordnet ist. Auf diese Weise werden die sonst in der Hohlleitertechnik nur schwer lösbaren Probleme der
schmalbandigen Ausfilterung von Wellenenergie mit sehr geringem Aufwand und gutem Gesamtwirkungsgrad
gelöst. Die Abstimmung kann in einfacher Weise erfolgen, nämlich durch die bekannten Abstimmöglichkeiten
der Resonatoren, ohne daß irgendwelche Veränderungen an dem teildurchlässigen Spiegel
vorgenommen werden müssen. Die teildurchlässige Reflexionsplatte kann aus Isolierstoff, aus Metall oder
aus einer Kombination aus Metall und Isolierstoff bestehen. In vorteilhafter Weise kann man die
teildurchlässige Platte aus einer nur stellenweise mit Metall bedampften Folie oder aus einer metallenen
Loch- oder Schlitzblende herstellen.
Zur Filterung wird also ein um einen Winkel von 45° gegen die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen
Wellen vom Hoi-Typ geneigter, teildurchlässiger Spiegel verwendet, der infolge seiner Gestaltung bereits
eine breitbandige Filterung bewirkt. Die Wirkungsweise dieser teildurchlässigen Platten oder Folien kann auf
folgende Weise erklärt werden: Die Bandfilterung erfolgt im Vielwellenbereich des Übertragungshohlleiters
großen Querschnitts. Es ist hier jedoch die Möglichkeit der Wellenumwandlung bei jeder Art der
Störung im Hohlleiter gegeben. Eine Beeinflussung der Hoi-Welle vom Hohlleiterrand her ist wegen der
geringen Feldstärke im wandnahen Bereich nur durch eine relativ große Hohlleiterstörung möglich, die meist
zu größeren Wellenkonversionen führt Bei einem um 45° gegen die Ausbreitungsrichtung der Wellen
geneigten Spiegel aber wird im großen Hohlleiterquerschnitt eine relativ dämpfungsarme Umlenkung der
Hoi-Welle ermöglicht. Dabei erscheinen die Bereiche der maximalen Hoi-Feldstärken bei der Reflexionsplatte
an Stellen, für die eine Beeinflussung der Welle von außen gegeben ist. Durch eine teildurchlässige Reflexionsplatte,
z. B. mit Koppellöchern, Koppelschlitzen, Koppelleitungen usw., kann Wellenenergie in ein
anderes Hohlleitersystem abgezweigt werden und zwar frequenzabhängig von den Abmessungen der Durchbrechungen
und Materialdicken sowie von den Materialeigenschaften.
Diese breitbandige Ausfilterung kann man nun in vorteilhafter Weise dadurch ergänzen, daß man, von der
Übertragungshohlleitung aus betrachtet, hinter der teildurchlässigen Platte einen Resonator anordnet, z. B.
in Form der über die teildurchlässigen Platten hinaus verlängerten Hohlleiter, aus denen man dann die
entsprechenden ausgefilterten Wellen auskoppeln kann. Diese zweite Filterung ist gemäß der Natur der
Hohlleiterresonanzen sehr schmalbandig. Die Periodizität der Hohlleiterresonanzen kann dadurch vermieden
werden, daß der Kurzschluß der als Resonatoren wirkenden Hohlleiter spezielle Reflexionseigenschaften
aufweist. Durch eine weitere teildurchlässige Hohlleiterblende kann die gewünschte Welle, z. B. ein
Pilotträger für Überwachungszwecke, aus dem Resonanzraum ausgekoppelt werden. Die übrigen Signalbänder
werden durch die Art der Ankopplung in Gebieten außerhalb der Hohlleiterresonanz praktisch nicht
beeinflußt. Es ist mit Hilfe dieser Anordnung aber nicht nur die Auskopplung von Pilotträgern, sondern
grundsätzlich auch die Auskopplung von Signalübertragungsbändern direkt aus dem Hohlleiter möglich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Ein kombiniertes Filter ist in der Fig. 1 dargestellt.
Bei diesem bilden der Eingangshohlleiter 1 und der im rechten Winkel zu diesem angesetzte Hohlleiter 2 den
Übertragungshohlleiter, in welchem die elektromagnetischen Wellen mittels des teildurchlässigen Spiegels 3
umgelenkt werden. Die Figur läßt erkennen, daß der z. B. metallene Spiegel 3 mit Löchern versehen ist. Die
Verlängerungen 4 und 5 dieser Hohlleiter 1 und 2 über den Kreuzungsquerschnitt hinaus bilden einen Resonator
6. Gelangt nun über den Hohlleiter 1 eine elektromagnetische Welle vom Typ der Hoi-Welle auf
die um 45° geneigte teildurchlässige Platte 3, so wird sie um 90° in den Hohlleiter 2 umgelenkt. Die teildurchlässige
Platte 3 koppelt jedoch frequenzabhängig H01-Wellenenergie in den hinter diesem Element 3 liegenden
Resonanzraum 6 über, der seinerseits durch ein Reflexionselement 7 und ein Reflexionselement 8
begrenzt wird. Durch die Einschaltung von Reflexionselementen im an die teildurchlässige Platte anschließenden
Hohlleiterteil ist eine Transformation von äußeren Widerständen, z. B. von Verbrauchern, insbesondere
Empfängern, Signalempfängern oder dergleichen, an die Stelle der teildurchlässigen Platte 3 möglich. Hierdurch
kann der Anteil der ausgekoppelten Energie gesteuert werden. Das Reflexionselement 8 weist jedoch noch
eine Koppelmöglichkeit mit einer vom Resonator wegführenden Leitung auf. In diesem Zusammenhang
wird auf die Abbildung der F i g. 2 verwiesen, in der eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach F i g. 1
gezeigt ist. Man findet in dieser Figur wieder die Bezeichnungen 1 bis 8. An das Reflexionselement 8 mit
Auskoppeleigenschaften schließt sich der Übergängstrichter 9 an, über den der aus der Übertragungsleitung
1 und 2 ausgekoppelte geringe Energieanteil der Hoi-Welle, für welche Resonanz im abgewinkelten
Resonator 6 besteht, einem Modenwandler 10 zugeführt wird. In einfacher Weise kann der Resonanzraum auch
dadurch geschaffen werden, daß die beiden Hohlleiteransätze 4 und 5 eine eigene teildurchlässige Platte
aufweisen und mit dieser Platte Rücken an Rücken an die an der Übertragungsleitung 1 und 2 befindliche
teildurchlässige Platte gelegt werden. Der eine Hohlleiterarm wird mit einem Kurzschluß, der andere mit einer
Koppelblende versehen. Der Resonanzraum wird auf eine gewünschte Frequenz, z. B. auf eine Pilotfrequenz,
abgestimmt. Durch die geringe Bandbreite der Hohlleiterresonanz ist eine frequenzselektive Auskopplung
gewährleistet. Der Resonanzraum hat eine Länge, die durch die Summe der Strecken vom Mittelpunkt der
teildurchlässigen Reflexionsplatte 3 bis zur Abschlußebene in dem einen Hohlleiterarm 5 und bis zur
Auskoppelblende 8 im anderen Hohlleiterarm 4 gebildet wird. Die minimale Resonanzlänge ist gleich dem
Hohlleiterdurchmesser D. Hierfür ergibt sich eine periodische Wiederholung der Resonanzfrequenz Ir mit
einem Frequenzabstand Afwon 15 GHz/D[cm]. Für eine
Resonanzlänge Ir = (D + 0,5) cm = 7,5 cm erhält man einen Frequenzabstand von 2 GHz. Legt man z. B. die
Pilotfrequenz so, daß sie im Frequenzplan· eines Hohlkabel-Übertragungssystems zwischen zwei Frequenzgruppen
fällt, so ergibt sich wegen der 2-GHz-Periodizität keine Störung der Übertragungskanäle. Eine
breitbandige Frequenzselektion der Reflexionsspiegel kann z. B. mit Hilfe von radial angeordneten Schlitzen
oder Resonanzlöchern erreicht werden. Wenn man Pilotfrequenzen im oberen Übertragungsband verwendet,
ist eine breitbandige Selektion durch den Hochpaß-
Charakter von Reflexionsspiegeln mit Koppellöchern möglich. Die periodische schmalbandige Hohlleiterresonanz
hinter dem Reflexionsspiegel sowie das breitbandige Resonanzverhalten bzw. Hochpaßverhalten
des Spiegels bewirken eine Pilotfrequenzauskopplung ohne Rückwirkung auf die Signalbänder.
Die verschiedenen Ausführungsformen teildurchlässiger Platten sind beispielsweise in den Fig.3 bis 8
dargestellt. Lochdurchmesser und Schlitzbreite richten sich nach der auszukoppelnden Frequenz. Außer der
Form der Durchbrechungen oder Unstetigkeitsstellen sind in vorteilhafter Weise noch Kombinationen
verschiedenartiger Platten möglich. So zeigt F i g. 9 im
Querschnitt eine dünne Metallfolie, während die F i g. 10 den Querschnitt einer dicken Metallplatte erkennen
läßt. Fig. Π stellt den Querschnitt der Kombination einer Isolierschicht 11 mit einer Metallfolie 12 dar;
Fig. 12.zeigt die Verwendung eines Schichtaufbaues, der aus den beiden Metallplatten bzw. Folien 13 und der
Isolierschicht 14 besteht. Um die frequenzabhängige Durchlässigkeit der in einer Anordnung nach der
Erfindung benutzten teildurchlässigen Platten zu zeigen, ist in Fig. 13 die Reflexionsdämpfung in Abhängigkeit
vom Lochdurchmesser d einer Platte nach F i g. 6 in einem geraden Hohlleiter mit dem Durchmesser D, also
in einer Anordnung nach Fig. 14 dargestellt. Die Frequenz ist als Parameter angegeben. Man erkennt
hieraus den typischen Hochpaßcharakter von Lochblenden mit dem Durchmesser d Die Lochplatte nach F i g. 7
hat dagegen ein resonanzartiges Koppelverhalten. Die Dicke der Blenden ist ebenfalls für die Selektionseigenschaften
von großer Bedeutung. Unterschiedliches Frequenzverhalten zeigen dicke und dünne Metallschichten
mit und ohne zwischengeschaltetem Dielektrikum.
Eine weitere Möglichkeit für eine Frequenzselektion und Auskopplung von Energie wird durch ein
frequenzabhängiges Reflexionselement 7 bzw.8(Fig. 1
und 2) geschaffen. Hierzu eignen sich die sogenannten Folienfilter, die aus einer Hintereinanderschaltung von
mehreren achsensenkrechten dielektrischen Folien oder Platten 15 bestehen. Fig. 15 zeigt den Aufbau eines
solchen Filters. Für ein Filter aus 47 im Abstand 1 hintereinander angeordneten Folien ist der Reflexionsfaktor
rin Abhängigkeit von der Frequenz /in Fig. 1b
dargestellt. Diese Folienfilter haben die Eigenschaft, nur bei bestimmten Frequenzen Kurzschlußverhalten zu
zeigen und zwar im Abstand einer Oktave.
Die Selektionswirkung der Anordnung nach der Erfindung läßt sich näherungsweise über eine Ersatzschaltung
dadurch erklären, daß man die Koppeleigenschaften von teildurchlässigen Metallschichten durch
einen Transformator darstellt. Die Frequenzabhängigkeit kann durch einen speziellen Funktionsverlauf der
Kopplung beschrieben werden. In Fig. 17 wird die Funktionsweise einer Pilotauskopplung dargestellt. Die
Nachrichtenkanäle Sund der Pilotträger Pwerden beim Durchlaufen eines gegen die Wellenausbreitungsrichtung
um 45° geneigten Spiegels geringfügig gedämpft. Die Verluste charakterisiert der Parallelwiderstand R.
Durch einen parallelliegenden Transformator wird im resonanzfreien Fall des angekoppelten Kreises 16 der
Leitungswiderstand Rl hochtransformiert, so daß kaum eine Beeinflussung in der Hauptübertragungsleitung 17
durch den sehr hohen Eingangswiderstand Rc des Transformators vorhanden ist. Im Resonanzfall ist der
Eingangs widerstand des Kreises 16 Rl sehr niedrig, so daß auch der Widerstand Re klein bleibt und somit ein
Teil der Energie der Hauptleitung 17 abgezweigt wird. Statt der Kurzschlußleitung 18 am Ausgang 16' des
Kreises 16 kann auch ein passiver Zweipol 19 angeschlossen sein, der z. B. die Eigenschaften eines
Folienfilters darstellt. Hierbei wird der Eingangswiderstand des Zweipols im resonanzfreien Betrieb gleich
dem Leitungsabschlußwiderstand 20 und nur bei Resonanz entsteht ein Kurzschluß. Für die verschiedenen
Arten der Kopplung ist in den Fig. 18 bis 20 die Lage des Pilotträgers relativ zu den Übertragungskanälen
einer Frequenzobergruppe gezeigt.
Im Falle der Auskopplung mit Folienfilter oder mit
ähnlich wirkenden Filtern ist der Pilotträger nach Fig. 18 zwischen zwei Gruppen in einem 0,5GHz
breiten Leerband gelegen. Koppelspiegel mit naturgemäß breitbandigem Resonanzcharakter (Schlitzkopplung,
kombinierte Lochschlitzkoppler oder geschichtete Koppelspiegel) weisen nach Fig. 19 mehrere Nebenpilotträger
auf, die aber rechts und links vom Hauptträger P mehr öder weniger stark gedämpft werden. Ohne
besondere Maßnahmen funktioniert die Hochpaßkopplung. Hier muß die Pilotträgerfrequenz nach der
Darstellung in Fig.20 möglichst am oberen Übertragungsband
sein, damit die Koppelmöglichkeit über mehrere Obergruppen vermieden wird. In Fig.2i sind
Messungen über die Selektionsschärfe der Frequenzfilterung eingetragen. Die Amplitude b des gefilterten
Meßsignals ist bei dem in F i g. 22 gezeigten Meßaufbau um 7 dB gegenüber dem Eingangssignal gedämpft.
Dieser Wert kann durch die Koppelgröße, z. B. Lochdurchmesser der Reflexionsspiegel, beliebig eingestellt
werden. Die gesamte Bandbreite beträgt 20,35 MHz. Die Bandbreite kann durch den Reflexionsspiegel
3, durch die Koppelblende 8 und durch einen verlustbehafteten Kurzschluß 21 verändert werden.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Aus zwei gekreuzten runden Hohlleitern bestehende Anordnung, bei der im Kreuzungsquerschnitt
eine gegen die Hohlleiterachsen um 45° geneigte teildurchlässige Reflexionsplatte bzw. -folie
eingebaut ist, welche die in dem Eingangshohlleiter ankommenden elektromagnetischen Wellen vom
Typ der Hoi-Welle zum größten Teil in den im
rechten Winkel zu diesem Hohlleiter angesetzten Hohlleiter umlenkt und Durchbrechungen von einer
solchen Form und Größe und/oder eine Dicke von solcher Größe aufweisen, daß die teildurchlässige
Reflexionsplatte elektromagnetische Filtereigenschaften in bezug auf die Auskopplung von
Wellenenergie aus der im Hohlleiter .ankommenden Energie annimmt, dadurch gekennzeichnet,
daß von dem Eingangshohlleiter aus betrachtet, hinter der teildurchlässigen Reflexionsplatte
bzw. -folie ein Resonator in Form des verlängerten Hohlleiters angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Resonator aus den beiden im rechten Winkel zueinander stehenden Hohlleiterverlängerungen
besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hohlleiterverlängerung mit
einem Reflexionselement und die andere Hohlleiterverlängerung mit einem Auskoppelelemente aufweisenden
Reflexionselement abgeschlossen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1967S0109630 DE1591489B2 (de) | 1967-04-28 | 1967-04-28 | Aus zwei gekreuzten runden hohlleitern bestehende anordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1967S0109630 DE1591489B2 (de) | 1967-04-28 | 1967-04-28 | Aus zwei gekreuzten runden hohlleitern bestehende anordnung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1591489A1 DE1591489A1 (de) | 1970-04-16 |
DE1591489B2 true DE1591489B2 (de) | 1976-10-21 |
Family
ID=7529674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1967S0109630 Granted DE1591489B2 (de) | 1967-04-28 | 1967-04-28 | Aus zwei gekreuzten runden hohlleitern bestehende anordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1591489B2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017110150A1 (de) * | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Technische Universität Darmstadt | Hohlleiteranordnung für sich kreuzende Hohlleiter zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
FR2488055A1 (fr) * | 1980-07-31 | 1982-02-05 | Thomson Csf | Transducteur d'antenne pour antenne d'emission-reception et source primaire d'antenne equipee d'un tel transducteur |
-
1967
- 1967-04-28 DE DE1967S0109630 patent/DE1591489B2/de active Granted
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017110150A1 (de) * | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Technische Universität Darmstadt | Hohlleiteranordnung für sich kreuzende Hohlleiter zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen |
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Publication number | Publication date |
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DE1591489A1 (de) | 1970-04-16 |
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