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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untersuchung
eines Keramiksubstrats auf Risse und insbesondere eines Keramiksubstrats,
das zur Herstellung eines Sensors, eines Widerstandselements, eines
Aktuators für
einen Tintenstrahldruckerkopf etc. verwendet wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Herkömmlicherweise
wurde ein mit einem leitfähigen
Film beschichtetes Keramiksubstrat als Elektrode, Widerstand, Zuleitung,
Ausgangsanschluss etc. in einem Sensor, einem Widerstandselement,
einem Aktuator für
einen Tintenstrahldruckerkopf etc. verwendet.
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Als
Verfahren zur Herstellung eines mit einem leitfähigen Film beschichteten Keramiksubstrats ist
ein Aufbringungsverfahren geeignet, in welchem eine leitfähige Paste
auf einem Keramiksubstrat aufgedruckt wird, da somit ein gleichmäßiger Film
mit einem komplizierten Muster effizient gebildet und der leitfähige Film
so eingestellt werden kann, dass er einen großen Dickenbereich aufweist,
indem die Viskosität
der leitfähigen
Paste angepasst wird.
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Um
den in der letzten Zeit vorgebrachten Erfordernissen eines miniaturisierten
und leichten Aktuators für
einen Tintenstrahldruckerknopf etc. zu entsprechen, wurde das Verdünnen eines
Keramiksubstrats vorangebracht, und kürzlich wurde ein Keramiksubstrat
mit einer Dicke von 10 μm
oder weniger verfügbar.
Dabei wird aber befürchtet,
dass die Handhabung eines Keramiksubstrats bei der Herstellung einen
Riss im Keramiksubstrat hervorrufen kann. Weist ein Keramiksubstrat
Risse auf, so wird nicht nur die mechanische Festigkeit des Keramiksubstrats
verringert, so dass es in der Praxis nicht verwendet werden kann,
sondern es kann auch zu einem Austreten von Tinte kommen.
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Als
ein Verfahren zur Untersuchung von Rissen in einem Keramiksubstrat
sind ein Red-Check-Test, ein Untersuchungsverfahren mittels visueller
Beobachtung oder mit einem Mikroskop unter Verwendung eines flüssigen Durchdringungsmittels,
so etwa ein fluoreszierender Durchdringungstest, ein Untersuchungsverfahren,
in welchem das Austreten eines Gases wie gasförmiges Helium oder Luft detektiert
wird, oder ein Verfahren unter Verwendung eines Bildverarbeiters
etc. allgemein bekannt.
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Der
flüssige
Durchdringungstest ist aber insofern problematisch, als er in großem Ausmaß von der
Geschicklichkeit der die Untersuchung durchführenden Person abhängig ist,
als es wahrscheinlich ist, dass Risse nicht detektiert werden und
das Untersuchungsergebnis nur sehr schwer als numerische Daten ausgedrückt werden
kann. Weiters gibt es im Fall, dass ein Keramiksubstrat, das z.B.
auf einen Schalter für
einen Tintenstrahldruckerkopf ausgebracht wird, darauf ausgebildet
einen vielschichtigen; funktionellen Film aufweist, das Problem,
dass es gemäß des Verfahrens
unter Verwendung eines flüssigen
Durchdringungsmittels lange dauert, bis das flüssige Durchdringungsmittel
eindringt.
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Das
Untersuchungsverfahren, in welchem das Austreten eines Gases detektiert
wird, ist insofern problematisch, als dies technisch schwierig ist und
die Vorrichtung groß sein
muss, da ein abgeschlossener Raum erforderlich ist.
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Weiters
ist das Verfahren unter Verwendung eines Bildverarbeiters insofern
problematisch, als abhängig
von der Auflösung
der Vorrichtung eine Detektion von mikroskopisch kleinen Rissen
schwierig sein kann.
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Ein
Fehler, der für
die herkömmlichen
Verfahren insgesamt typisch ist, besteht in dem Problem, dass ein
Riss, der z.B. durch einen funktionellen Film wie einem leitfähigen Film
geschlossen wird und der somit nicht auf der Oberfläche eines
Keramiksubstrats freiliegt, nicht detektiert werden kann.
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JP-A-7-161570
beschreibt ein Verfahren zur positiven und schnellen Detektion von
inneren Rissen in einem vielschichtigen Keramik-Kondensator, ohne
dass dabei der Kondensator gebrochen wird, worin zumindest eines
von Kapazität
und dielektrischen Verlust gemessen und mit dem jeweiligen Wert für einen
Kondensator ohne innere Risse verglichen wird.
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Machine
Design, Band 53, Seite 40, Cleveland, Ohio, USA (1981) beschreibt
einen Stiftloch-Detektor zum Abfühlen
von Beschichtungsfehlern in Farben, Kunststoffmaterialien, Lack
und Epoxid auf leitfähigen
Substraten, welcher als Detektorsonde einen mit Leitungswasser benässten Schwamm
verwendet. Eine Zuleitung ist mit dem nackten leitfähigen Substrat
und die andere mit dem Schwamm verbunden. Der Schwamm wird über die trockene
Beschichtung bewegt, und Wasser, das in alle Fehlstellen eindringt,
schließt
einen elektrischen Schaltkreis, um einen hörbaren Alarm und eine lichtemittierende
Diode zu betreiben.
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JP-A-63177051
beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Position und Größe von Stiftlöchern in
Isolierschichten auf einem Substrat. Indem eine Spannung durch die
Isolierschicht zwischen einer zwischen dem Substrat und der Isolierschicht
angeordneten Elektrode und einer Anode in einer Plattierungsflüssigkeit
angelegt wird, können
die Position und Größe jedes
Stiftlochs visuell durch die resultierende elektrolytische Fällung detektiert
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
Hinblick des oben Dargestellten besteht ein Ziel der vorliegenden
Erfindung darin, ein Verfahren zur Untersuchung eines Keramiksubstrats
auf Risse bereitzustellen, das die zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten reduziert oder
eliminiert und z.B. selbst einen Riss detektiert, der nicht auf
der Oberfläche
eines Keramiksubstrats freiliegt, das keinen Riss undetektiert lässt und
das eine objektive Beurteilung ermöglicht, indem das Ergebnis
der Untersuchung als numerische Daten ausgedrückt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Untersuchung eines Keramiksubstrats auf
Risse bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist.
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Eine
Elektrode kann das Gesamte oder ein Teil eines Behältnisses
sein, das die leitfähige
Flüssigkeit
enthält.
Weiters kann der elektrische Kennlinienwert der dielektrische Verlust
sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel für eine Untersuchungsvorrichtung
zeigt, die in einem Untersuchungsverfahren für Risse gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des eingekreisten Abschnitts in 1;
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3 ist
eine Darstellung der Messergebnisse gemäß des Untersuchungsverfahrens
für Risse der
vorliegenden Erfindung; und
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4 ist
eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Untersuchungsvorrichtung,
die im Untersuchungsverfahren für
Risse gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Untersuchungsverfahren auf Risse der vorliegenden Erfindung wird
ein Riss im Keramiksubstrat detektiert, indem Leiter auf beiden
Flächen
eines Keramiksubstrats angeordnet und ein Isolationswiderstandswert
oder ein elektrischer Kennlinienwert, der vom Isolationswiderstandswert
abhängig ist,
gemessen werden, wobei die Leiter als Elektroden verwendet werden.
Hierin wird die leitfähige Flüssigkeit
als einer der Leiter verwendet.
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Da
die Flüssigkeit
als einer der Leiter verwendet wird, tritt im Falle eines Risses
die leitfähige Flüssigkeit
aufgrund des Kapillarphänomens
in den Riss ein, um somit mit dem Leiter auf der gegenüberliegenden
Fläche
in Kontakt zu kommen, wodurch der Isolationswiderstandswert verringert
wird. Im Gegensatz dazu ändert
sich im Fall, dass es keinen Riss gibt, der Isolationswiderstandswert
nicht. Somit kann dadurch, dass die leitfähige Flüssigkeit verwendet wird, objektiv
und quantitativ ermittelt werden, ob es einen Riss gibt oder nicht.
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Das
Prinzip des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfordert, wie
dies zuvor erwähnt
wurde, dass ein Leiter auf einer Fläche des Keramiksubstrats eine
Flüssigkeit
ist und dass aber der Leiter auf der anderen Seite des Keramiksubstrats
ein Film ist. Um aber effizient zu untersuchen, ob es einen Riss gibt,
weist der Leiter, der auf der anderen Fläche angeordnet ist, vorzugsweise
einen ebenen, elektrisch verbundenen Abschnitt auf, der mit der
Fläche
des Keramiksubstrats in engem Kontakt ist. Weiters wird noch mehr
bevorzugt, dass ein ebener Leiter mit einer Fläche und Form, die im Wesentlichen
gleich jenen des Keramiksubstrats sind, verwendet wird. Darüber hinaus
kann, wenn ein Kunststoffmaterial als Leiter verwendet wird, dieses
auch zur Untersuchung eines gebogenen Keramiksubstrats angewendet werden.
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Somit
wird ein leitfähiger
Film auf einer Fläche
des Keramiksubstrats bereitgestellt und als Elektrode verwendet.
Insbesondere eine der Elektroden ist ein leitfähiger Film, der auf einer Fläche des
Keramiksubstrats bereitgestellt ist, während die andere Elektrode
ein Leiter ist, der aus der leitfähigen Flüssigkeit gebildet wird, die
auf der anderen Fläche
des Keramiksubstrats angeordnet ist. Indem der Isolationswiderstandswert
zwischen den zwei Flächen
auf diese Weise gemessen wird, kann ein Riss, der mit dem leitfähigen Film
beschichtet ist, detektiert werden.
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Im
Untersuchungsverfahren auf Risse der vorliegenden Erfindung kann
auch ein anderer Leiter, der mit der leitfähigen Flüssigkeit verbunden ist, als Elektrode
verwendet werden. So kann z.B. der gesamte oder ein Teil eines Behältnisses,
das die leitfähige
Flüssigkeit
enthält,
aus einem leitfähigen
Material gebildet sein, so dass das Behältnis oder der leitfähige Abschnitt
des Behältnisses
als Elektrode verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist der spezifische Widerstand der in der vorliegenden Erfindung
verwendeten leitfähigen
Flüssigkeit
klein. Insbesondere beträgt
der spezifische Widerstand vorzugsweise 0 – 20 Ω∙m und noch bevorzugter 0 – 2 Ω∙m.
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Auch
ist die Grenzflächenspannung
der leitfähigen
Flüssigkeit
vorzugsweise klein. Insbesondere beträgt die Grenzflächenspannung
vorzugsweise 0 – 8
dyn/cm und noch bevorzugter 0 – 50
dyn/cm. Beträgt
die Grenzflächenspannung
mehr als 80 dyn/cm, so ist die Benetzbarkeit so gering, dass das Kapillarphänomen nur
schwer auftreten kann, wodurch die Präzision der Detektion eines
Risses verringert wird.
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Die
Viskosität
der leitfähigen
Flüssigkeit
beträgt
vorzugsweise 0 – 1.000
mPa.s und noch bevorzugter 1 – 300
mPa.s. Beträgt
die Viskosität
mehr als 1.000 mPa.s, so ist die Fluidität der Flüssigkeit so gering, so dass
es wahrscheinlich ist, dass darin Bläschen enthalten sind.
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Weiters
wird bevorzugt, dass die leitfähige Flüssigkeit
eine hohe Waschbarkeit und eine geringe Formbarkeit aufweist. Weiters
kann gegebenenfalls eine geringe Menge eines Antischaummittels wie
Alkohol zur leitfähigen
Flüssigkeit
zugegeben werden. Weist die leitfähige Flüssigkeit eine geringe Waschbarkeit
auf, so kann eine Komponente der Flüssigkeit auf dem Keramiksubstrat
zurückbleiben,
wodurch sich eine Verfärbung
oder eine fehlerhafte Isolierung ergibt. Weist die leitfähige Flüssigkeit
eine hohe Formbarkeit auf, so machen Bläschen zwischen der leitfähigen Flüssigkeit
und dem Keramiksubstrat den elektrischen Widerstand groß, wodurch
Störungen bei
der Messung vergrößert werden.
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Aus
den oben erwähnten
Gründen
werden als in der vorliegenden Erfindung verwendete leitfähige Flüssigkeit
synthetische Waschmittel, leitfähige Beschichtungen
etc. bevorzugt, und es werden insbesondere synthetische Waschmittel
mit einer geringen Schaumbildung bevorzugt.
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Als
andere Materialien, die mit der leitfähigen Flüssigkeit elektrisch verbunden
sind, und im Fall, dass die leitfähige Flüssigkeit allein auf einer Seite
eines Keramiksubstrats verwendet wird, werden als Material für den auf
der gegenüberliegenden
Seite der leitfähigen
Flüssigkeit
angeordneten Leiter Au, Ag, Pt, Cu, Al, SUS etc. verwendet. Vorzugsweise wird
ein Material mit einem geringen spezifischen Widerstand verwendet.
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Obwohl
ein Isolationswiderstand, ein dielektrischer Verlust, Q (Qualitätsfaktor)
etc. der elektrische Kennlinienwert sein können, der vom Isolationswiderstandswert
abhängig
ist, wird in Hinblick auf Einfachheit und Stabilität bevorzugt,
dass der dielektrische Verlust gemessen wird. Da die Beziehung zwischen
dem Isolationswiderstandswert R und dem Wert des dielektrischen
Verlusts D als D(tanδ)
= 1/ωCR
ausgedrückt
werden kann, erhöht
sich der Wert des dielektrischen Verlusts, wenn es einen Riss gibt.
Vorzugsweise wird entsprechend entschieden, welcher der elektrischen
Kennlinienwerte ausgewählt wird,
um zu beurteilen, ob es einen Riss gibt, wobei dabei die elektrischen
Eigenschaften der leitfähigen Flüssigkeit,
die Struktur des zu untersuchenden Keramiksubstrats etc. in die Überlegungen
miteinbezogen werden.
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Obwohl
bevorzugt wird, dass die Messspannung, wenn der dielektrische Verlust
gemessen wird, in einem Bereich liegt, in welchem ein gewöhnliches LCR-Messgerät eingestellt
werden, d.h. von 5 mV bis 2 V, wobei etwa 1,0 V, die gewöhnlich verwendet
werden, ausreichend sind.
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Weiters
beträgt
die Messfrequenz vorzugsweise 100 Hz – 100 kHz und noch bevorzugter
300 Hz – 1
kHz.
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr detailliert in Bezug auf die
in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Die
vorliegende Erfindung sollte aber nicht so konzipiert sein, dass
sie auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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(Beispiel 1)
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Gemäß des Untersuchungsverfahrens
auf Risse der vorliegenden Erfindung wurde die Messung durchgeführt, um
ein Keramiksubstrat auf einen Riss hin zu untersuchen. 1 zeigt
eine in der Messung verwendete Untersuchungsvorrichtung. 2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines in 1 dargestellten Teils.
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In 1 ist
ein Keramiksubstrat 3 auf einem Behältnis 2 montiert,
das aus einem leitfähigen
Metall, das mit einer leitfähigen
Flüssigkeit 1 gefüllt ist, gebildet
ist, so dass eine Fläche
des Keramiksubstrats 3, die keinen leitfähigen Film 4 aufweist,
mit der Flüssigkeit 1 in
Kontakt ist. Der leitfähige
Film 4 und das Behältnis 2 sind
mit einem LCR-Messgerägt über Zuleitungen 6 verbunden.
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Wie
in 2 dargestellt ist, wird, wenn es einen Riss gibt,
da die Flüssigkeit 1 aufgrund
des Kapillarphänomens
durch den Riss 5 hinaufgeht, um so mit dem leitfähigen Film 4 in
Kontakt zu kommen, die Flüssigkeit 1 elektrisch
mit dem leitfähigen
Film 4 verbunden, um so den Isolationswiderstandswert zu
verringern, wodurch der Wert des dielektrischen Verlusts erhöht wird.
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Die
Untersuchung wurde durchgeführt,
indem der dielektrische Verlust unter den folgenden Bedingungen
gemessen wurde: die Messspannung betrug 1 V; die Messfrequenz betrug
1 kHz, die Vorspannung betrug 0 V; und der spezifische Widerstand,
die als Grenzflächenspannung
ausgedrückte Benetzbarkeit
sowie die Viskosität
der leitfähigen Flüssigkeit
betrugen 1,0 Ω∙m, 28,0
dyn/cm bwz. 50 mPa.s.
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(Beispiele 2 bis 10)
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Die
Messung wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt, um
andere Keramiksubstrate auf Risse zu untersuchen.
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3 zeigt
die Messungsergebnisse der Untersuchung der Keramiksubstrate auf
Risse. Zusätzlich
dazu sind die Untersuchungsergebnisse aus dem flüssigen Durchdringungstest in 3 in
Klammern angegeben. "OK" bedeutet, dass die
Beurteilung so war, dass es keinen Riss gab, während "NG" bedeutet,
dass die Beurteilung ergab, dass es einen Riss gab.
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(Beispiel 11)
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4 zeigt
ein anderes Beispiel für
eine im Untersuchungsverfahren auf Risse gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendete Untersuchungsvorrichtung. In 4 ist das
Keramiksubstrat 3 in Serie mit einem Referenzwiderstand
Rref verbunden. Die Spannung VC des
Keramiksubstrats 3 wird gemessen, wenn eine konstante Spannung
VS angelegt wird. Indem der Isolationswiderstand
R des Keramiksubstrats 3 nach der folgenden Gleichung berechnet wird: R = (VS – Vc)/Vc × Rref, kann
ein Riss ganz einfach detektiert werden.
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Als
ein Messergebnis der Untersuchung auf Risse mit der in 1 oder 4 dargestellten
Vorrichtung gemäß des obig
erklärten
Verfahrens wurden dieselben Ergebnisse wie bei der Untersuchung nach
dem flüssigen
Durchdringungstest erhalten. Weiters wurde die Effizienz der Untersuchung
in Vergleich zum flüssigen
Durchdringungstest stark verbessert, da es nur einige Dutzend msec
dauert, um eine Probe zu messen.
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Indem
das Verfahren verwendet wird, in welchem ein Keramiksubstrat auf
Risse gemäß der vorliegenden
Erfindung untersucht wird, kann selbst ein Riss, der mit einem leitfähigen Film
beschichtet ist und nicht auf der Oberfläche eines Keramiksubstrats freiliegt,
detektiert werden, es bleibt kein Riss undetektiert, und es ist
eine objektive Beurteilung möglich, da
das Untersuchungsergebnis als numerische Daten ausgedrückt werden
kann. Da es nur einige Dutzend msec dauert, um eine Probe zu messen,
kann weiters eine mechanisierte und mit hoher Geschwindigkeit verlaufende
Verarbeitung durchgeführt
werden.