DE1274649B - Verfahren zum Einschreiben binaerer Information in ein Magnetschichtspeicherelement mit einachsiger Anisotropie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

GlIc

Deutsche KL: 21 al -37/06

Nummer: 1274 649

Aktenzeichen: P 12 74 649.5-53 (S 97514)

Anmeldetag: 8. Juni 1965

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschreiben binärer Information in ein Magnetspeicherelement mit einachsiger Anisotropie, bei der ein angelegtes Schaltmagnetfeld den Magnetisierungsvektor im Speicherelement gegen die schwere Achse dreht, während ein angelegtes Informationsmagnetfeld der einen oder entgegengesetzten Polarität den stabilen Remanenzzustand des Speicherelementes längs seiner leichten Achse nach Entfernung dieser Magnetfelder bestimmt.

Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, anwendbar in Verbindung mit Magnetschichtspeichern, bei denen ein Speicherelement durch einen Teil einer auf der Oberfläche eines dünnen, nichtmagnetisierbaren Drahtes aufgebrachten dünnen, magnetisierbaren Schicht gebildet wird und die im folgenden als Drahtschichtspeicher bezeichnet werden.

Eine der Schwierigkeiten, denen man bei der Anwendung von Drahtschichtspeichern als Speichermedium begegnet, besteht darin, daß leicht Nachwirkungserscheinungen in den Speicherelementen auftreten können. Diese Nachwirkungserscheinungen äußern sich durch einen bleibenden magnetischen Zustand, der in einer zylindrischen Magnetschicht as durch wiederholtes Magnetisieren eines und desselben Speichersatzes in der gleichen Richtung hervorgerufen wird. Als Ergebnis dieser aufeinanderfolgenden Magnetisierungen in gleicher Richtung konnte folgende Wirkung beobachtet werden: Wenn an einem bestimmten Speicherplatz längs des beschichteten Drahtes mehrmals hintereinander eine binäre »1« eingeschrieben und anschließend diese »1« ausgelesen wird, so läßt sich durch eine geeignete elektronische Vorrichtung ein bestimmter Spannungswert feststellen. Wenn dagegen an einem bestimmten Speicherplatz mehrmals hintereinander eine binäre »1« und hierauf am gleichen Speicherplatz eine binäre »0« eingeschrieben wird, dann hat die während der Auslese durch die genannte Vorrichtung festgestellte Spannung nicht die gleiche Amplitude (bei entgegengesetzter Polarität) wie beim Auslesen der binären »1«.

Das Problem der eben behandelten Nachwirkungserscheinung ist besonders wichtig im Betrieb eines Digitalrechners, da dieser mit diskreten Spannungsimpulsen arbeitet. Für den Fall, daß diese Spannungsimpulse an Amplitude einbüßen oder nicht hinreichend genau bestimmt sind, neigt der Rechner zur Abgabe falscher Resultate, er verliert an Genauigkeit.

Zur Vermeidung des genannten Nachteils ist bei dem Verfahren nach der Erfindung das Speicherelement während der Einwirkung des Schaltmagnet-Verfahren zum Einschreiben binärer
Information in ein Magnetschichtspeicherelement mit einachsiger Anisotropie

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Mainzer Landstr. 134-146

Als Erfinder benannt:
Edward Nelson Schwartz,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Juni 1964 (373 211) --

feldes einem ersten Informationsmagnetfeld von einer Polarität und nach Beendigung desselben einem zweiten Informationsmagnetfeld von entgegengesetzter Polarität ausgesetzt, wobei das zuletzt angelegte Informationsmagnetfeld den stabilen Remanenzzustand des Speicherelementes längs seiner leichten Achse bestimmt.

Nachstehend wird an Hand der Zeichnung die Anwendung der Erfindung an einem Magnetelement näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 ein Blockschema einer Einrichtung, an der die Erfindung anwendbar ist,

F i g. 2 den Verlauf der bei der Einrichtung nach F i g. 1 während eines Schreibzyklus erzeugten Spannungsimpulse,

Fig. 2a einen anderen Verlauf der an der Einrichtung nach Fig. 1 erzeugten Spannungsimpulse,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung der Bit-Treibstufe in der Einrichtung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist der Speicherdraht 18 des Magnetschichtspeichers über einen Zweirichtungsschalter 12 mit der Bit-Treibstufe 10 verbunden. Das andere Ende des Speicherdrahtes 18 liegt an Erd-

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potential. In einer bevorzugten Ausführungsform be- die Magnetisierungsvektoren über die 90°-Lage der

steht der Speicherdraht 18 aus einem Beryllium- schweren Achse hinweg in die neue Orientierung

Kupfer-Draht mit einem Durchmesser von 0,025 mm längs der leichten Achse zu drehen, oder aber der

als Substrat und einer den Draht umgebenden dün- Bitstrom steuert die Magnetisierungsvektoren zurück nen, magnetisierbaren Schicht. Die magnetisierbare 5 in die alte Lage längs der leichten Achse, nämlich

Schicht besteht aus der unter dem Namen Permalloy für den Fall, daß keine neue Information einzu-

bekannten Nickel-Eisen-Legierung (etwa 8O^fl/o Nickel schreiben ist. Die Anwesenheit des Bitstromes im

und 20% Eisen) und weist eine Dicke von etwa Speicherdraht 18 lenkt also (durch Hinzufügen der

0,001 mm auf. Das Aufbringen der Schicht erfolgt erforderlichen zusätzlichen Bewegung) die Magnetidurch Elektroplattieren in Anwesenheit eines den io sierungsvektoren zur gewünschten Orientierung in

Draht umgebenden Magnetfeldes, das eine einachsige der leichten Achse. Sobald der Bitstrom und der

Anisotropie im rechten Winkel (d. h. in Umfangs- Schaltstrom verschwinden, kippen die Magnetisie-

richtung) zur Längsachse des Drahtes erzeugt. Durch rungsvektoren in eine Ruhelage längs der leichten

die einachsige Anisotropie ergeben sich eine leichte Achse zurück, welche davon abhängt, ob am Spei-

und eine schwere Magnetisierungsrichtung, und die 15 cherplatz 15 eine binäre »1« oder eine binäre »0«

Magnetisierungsvektoren der Magnetschicht sind nor- gespeichert wird. Die für den Schreibvorgang erfor-

malerweise in einer von zwei Gleichgewichtslagen derliche Höhe des Bitstromes im Speicherdraht 18 ist

längs der leichten Achse ausgerichtet, welche die für klein im Vergleich zum Schaltstrom in der Schalt-

die binäre logische Operation erforderlichen zwei leitung 16, weil der Strom in der Schaltleitung 16

bistabilen Zustände darstellen. An jeder Stelle des 20 zum Drehen der Magnetisierungsvektoren um nahezu

Speicherdrahtes kann also der Speicherplatz (d. h. 90° aus der leichten Achse benötigt wird, der Bit-

das Speicherelement) einen von zwei Zuständen sta- strom dagegen nur dazu, die Magnetisierungsvektoren

biler magnetischer Remanenz annehmen, und das über die 90°-Lage hinauszulenken.

Speicherelement kann durch passende Stromkreis- Bei den von der Bit-Treibstufe 10 abgegebenen

mittel, die später eingehender erläutert werden, in 35 Impulsen handelt es sich gemäß den Fig. 1, 2, 2a

einen dieser beiden Zustände geschaltet werden. um bipolare Impulse. Die Kennzeichnung der beiden

Bei herkömmlichen drahtförmigen Magnetschicht- Teile des bipolaren Impulses in F i g. 1 bezieht sich speichern dient der Speicherdraht nicht nur als auf die Polarität des Signals, das zur Erzeugung eines Speicherglied, sondern auch als Leseleitung, die Bitstromes zum Einschreiben einer binären »1« oder durch geeignete Stromkreise mit einem Leseverstär- 30 binären »0« am Speicherplatz 15 erforderlich ist. Es ker (nicht dargestellt) verbunden ist. Es ist bekannt, wird später noch eingehender dargelegt werden, daß zum Lesen und Interpretieren einer an einem be- zum Einschreiben einer binären »0« am Speicherstimmten Speicherplatz längs des Speicherdrahtes ge- platz 15 die Bit-Treibstufe zunächst eine binäre »1« speicherten Information, d. h. zur Feststellung, ob liefert, die vorübergehend vorgespeichert wird. In die gespeicherte Information eine binäre »1« oder 35 ähnlicher Weise erzeugt die Bit-Treibstufe zunächst eine binäre »0« ist, einen Leseverstärker zu benutzen. eine binäre »0«, welche vorübergehend vorgespeichert

An den Speicherdräht 18 ist eine wenigstens an- wird, wenn am Speicherplatz 15 eine binäre »1« einnähernd senkrecht zu diesem verlaufende Schalt- zuschreiben ist.

leitung (oder Schaltspule) 16 angelagert. Die Stelle, Da der Bitstrom den Speicherdraht 18 in der einen an der sich der Speicherdraht 18 und die Schalt- 40 oder anderen Richtung passieren können muß (bei leitung 16 kreuzen, bildet einen Speicherplatz bzw. einem positiven Signal von der Bit-Treibstufe 10 zum ein Speicherelement 15. Es ist nicht notwendig, daß Erdpotential bzw. bei einem negativen Signal vom die Schaltleitung 16 genau senkrecht zum Speicher- Erdpotential zur Bit-Treibstufe 10), ist ein Zweidraht 18 angeordnet ist; sie können ohne Nachteil richtungsschalter 12 für die Übertragung dieses Stroauch etwas schräg zueinander verlaufen. Die Schalt- 45 mes vorgesehen. Es kann irgendeiner der zahlreichen leitung hat eine charakteristische Breite von etwa bekannten Zweirichtungsschalter hierzu benutzt wer-0,5 mm und ist an eine geeignete Treibstufe 14 an- den, beim bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält geschlossen. Die Schaltleitung 16 kann ein Ein- dieser Schalter jedoch PNP- und NPN-Transistoren schleifensolenoid aufweisen oder, wie dargestellt, aus in einer Schaltung mit niedriger Verlagerungseinem gestreckten Streifen bestehen, dessen eines 50 spannung.
Ende geerdet ist. Die Arbeitsweise eines derartigen Zweirichtungs-

Die Schaltleitung 16 wird durch die Wort-Treib- schalters ist kurz folgende: Ein PNP- und ein NPN-

stufe 14 erregt, und zwar mit einem Signal, das in Transistor sind mit ihren Emitter- und Kollektor-

F i g. 2 als zweistufiger, unipolarer Impuls, in F i g. 2 a elektroden zusammengeschaltet. Die beiden mitein-

dagegen als einstufiger unipolarer Impuls dargestellt ist. 55 ander verbundenen Emitter sind an eine Bit-Treib-

Die Bit-Treibstufe 10 ist dem Speicherdraht 18 zu- stufe und die beiden miteinander verbundenen Kolgeordnet und mit diesem über den Zweirichtungs- Iektoren sind an einen einzelnen Speicherdraht anschalter 12 verbunden. Um eine neue Information geschlossen. Wenn somit auf Grund eines von der am Speicherplatz 15 einzuschreiben, ist es notwendig, Bit-Treibstufe ausgesandten positiven Signals für das daß dem Speicherdraht 18 selektiv Strom zugeführt 60 Einschreiben einer binären »1« ein Strom zur Erde wird, und zwar zu gleicher Zeit, in der die Schalt- fließen soll, dann wird der PNP-Transistor durch ein leitung 16 Strom führt. Der Strom in der Schalt- von der Bit-Treibstufe den Emittern zugeführtes posileitung 16 dreht die Magnetisierungsvektoren aus tives Signal (unterstützt durch das gleichzeitig der ihrer Ruhelage längs der leichten Achse um einen Basis des PNP-Transistors zugeführte negative Signal) Winkel von etwas weniger als 90° in die Nähe der 65 in den leitenden Zustand versetzt. Wenn demgegenschweren Achse der Magnetisierung. Der von der über auf Grund eines von der Bit-Treibstufe aus-Bit-Treibstufe 10 gelieferte Strom erzeugt die zusatz- gesandten negativen Signals für das Einschreiben liehe magnetisierende Kraft, die erforderlich ist, um einer binären »0« ein Strom von der Erde fließen

soll, so wird der NPN-Transistor durch ein von der Bit-Treibstufe den Emittern zugeführtes negatives Signal (unterstützt durch das gleichzeitig der Basis des NPN-Transistors zugeführte positive Signal) in den leitenden Zustand übergeführt. Auf diese Weise ist es offensichtlich möglich, über den Zweirichtungsschalter 12 Strom in der einen oder anderen Richtung durch den Speicherdraht 18 zu leiten.

Der von der Bit-Treibstufe 10 ausgehende bipolare Impuls ist in den Fig. 2 und 2a vergrößert dargestellt. Im Impulsprogramm des ersten und zweiten Schreibzyklus nach F i g. 2 fällt jeder Teilimpuls des bipolaren Impulses zeitlich größtenteils mit einem der von der Wort-Treibstufe 14 erzeugten unipolaren Impulsen zusammen. Fig. 2a zeigt eine Impulsbeziehung für einen ersten und zweiten Schreibzyklus, bei dem nur ein einzelner, der Schaltleitung 16 zugeführter unipolarer Impuls mit dem von der Bit-Treibstufe 10 ausgehenden bipolaren Impuls zeitlich größtenteils zusammenfällt. ao

Die Fig. 2 und 2a zeigen das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Aufzeichnungstechnik, bei der zum Einschreiben einer binären »1« in das Speicherelement 15 (F i g. 1) während eines ersten oder zweiten Schreibzyklus vorab eine binäre »0« vorübergehend an demselben Speicherplatz vorgespeichert wird.

Verfolgt man den Ablauf des ersten und zweiten Schreibzyklus in den Fig. 2 und 2a, so erkennt man am letzten Impuls in jedem Zyklus, daß eine binäre »1« einzuschreiben ist. Falls jedoch statt dessen im ersten Schreibzyklus eine binäre »1« und ferner im zweiten Schreibzyklus eine binäre »0« einzuschreiben ist, dann ist der von der Bit-Treibstufe 10 ausgehende bipolare Impuls während des zweiten Schreibzyklus zuerst positiv und dann negativ, wie das in F i g. 2 durch den gestrichelten Impulsverlauf im zweiten Schreibzyklus angedeutet ist. Aus dieser Darstellung ist ohne weiteres ersichtlich, daß immer nur höchstens zweimal hintereinander eine binäre Information eingeschrieben werden kann, und zwar tritt dieser Fall nur dann ein, wenn in ein und dasselbe Speicherelement eine binäre »1« und während eines zweiten Schreibzyklus eine binäre »0« einzuschreiben ist. In allen anderen Fällen findet kein Wiedereinschreiben der Information statt. Soll beispielsweise eine binäre »1« und hierauf nochmals eine binäre »1« eingeschrieben werden, so folgt auf die Speicherung einer binären »1« in einem ersten Schreibzyklus eine vorgespeicherte binäre »0« im zweiten Schreibzyklus. Offensichtlich lassen sich also mit dem beschriebenen Schreibverfahren die eingangs erwähnten Nachwirkungserscheinungen tatsächlich eliminieren.

F i g. 3 zeigt eine ausführlichere Schaltungsanordnung zur Ausführung des an Hand der Fig. 1, 2 und 2 a erläuterten Schreibverfahrens. Allerdings ist zu bemerken, daß die Schaltung nach F i g. 3 nur ein Beispiel unter verschiedenen möglichen Lösungen darstellt. Die Bit-Treibstufe 10 (Fig. 1), welche einen bipolaren Impuls erzeugt, enthält einen Transformator T, der mit einem bistabilen Multivibrator oder Flip-Flop 4 (durch gestrichelte Linien umrahmt) zusammenarbeitet. Bekanntlich kann ein Flip-Flop einen von zwei stabilen Zuständen einnehmen; wird er durch einen Eingangsimpuls getriggert, schaltet er in einen zweiten stabilen Zustand um, in dem er verbleibt, bis er durch einen weiteren Impuls getriggert wird. Der erste stabile Zustand sei als Arbeitszustand und der zweite stabile Zustand als Ruhezustand bezeichnet.

Unter der Annahme, es sei schließlich eine binäre »1« zu speichern, muß der erste Teilimpuls des bipolaren Impulses zum Vorspeichern einer binären »0« positiv sein, und der in der Sekundärwicklung des Transformators T, die der Mittelanzapfung 13 gegenüberliegt, induzierte Strom I₅ muß die in Fig. 1 angedeutete Richtung haben. Der Strom I₅ nimmt diese Richtung, sofern der in der Primärwicklung des Transformators T fließende Strom I₁ größer ist als I₂. Derartige Stromverhältnisse lassen sich mit Hilfe des an die Primärseite des Transformators T angeschlossenen bistabilen Multivibrators leicht erzielen. Bevor ein Schreibzyklus stattfindet, befindet sich der Flip-Flop 4 durch vorherige Rückstellung desselben mit einem an die Eingangsklemme 8 angelegten positiven Impuls im Ruhezustand. Im Ruhezustand ist der Transistor Γ 2 leitend, wogegen im Arbeitszustand der Transistor Π leitend ist. Das Informationssignal wird über die Eingangsklemme 7 zugeführt, und da zunächst eine binäre »0« einzuschreiben (vorzuspeichern) ist, erhält die Basis 11 des Transistors Π einen positiven Impuls, so daß dieser leitend wird und somit der Flip-Flop in den Arbeitszustand gelangt. Während sich der Flip-Flop im Arbeitszustand befindet, werden den Mittelanzapfungen 13 und 15 Impulse^ und B in der angedeuteten Zeitfolge (d. h. der Impuls A an 13 eilt dem Impuls B an 15 vor) zugeführt. Sobald der Transistor Π in der genannten Weise leitend wird, entsteht infolgedessen ein Strom von der Mittelanzapfung 13 über die Diode Dl, den Widerstand R 3, die Diode D 2, den Kollektor 20 und den Emitter 24 zur Erde. In der Primärwicklung des Transformators T fließt auch der Strom I₂ ; dieser ist jedoch geringer, da derselbe über die Diode D 3, die Widerstände R 4 und R 2 und die Dioden DA, D 5 und D 6 zur Basis 11 geleitet wird. Es ist somit ersichtlich, daß der in der Sekundärwicklung des Transformators T induzierte Strom I₅ die angezeigte Richtung hat, weil der Strom I₁ größer ist als I₂ und wegen der besonderen Wicklungsanordnung des Transformators T. Der positive Pol der erzeugten Spannung liegt am oberen Wicklungsende.

Der zweite Teilimpuls des bipolaren Impulses zum Einschreiben einer binären »0« soll negativ sein, weshalb die in der Sekundärwicklung des Transformators T, welche der Mittelanzapfung 15 gegenüberliegt, induzierte Spannung negativ sein muß. Um in der Sekundärwicklung ein negatives Signal zu erzeugen, muß der Strom/₆ in der angezeigten Richtung fließen; ferner muß der Primärstrom I₃ größer sein als der Primärstrom /₄. Es ist noch zu erwähnen, daß beim Anlegen des Impulses B an die Mittelanzapfung 15 der Flip-Flop im Arbeitszustand bleibt (Tl ist leitend). Deshalb kann der Strom I₃ von der Mittelanzapfung 15 über die Diode D 9, den Widerstand R3, die DiodeD2, den Kollektor 20 und den Emitter 24 zur Erde fließen. Der Strom I₁ ist geringer als Z₃, da der erstere über die Diode Dl, die Widerstände RA und R2 und die Dioden D4, DS und D6 zur Basis 11 fließt. Auf Grund der Tatsache, daß der Strom I₃ größer ist als I₁, nimmt der in der Sekundärwicklung des Transformators T induzierte Strom die angezeigte Richtung. Da jedoch die der Mittelanzapfung 15 gegenüberliegende Sekundärwicklung entgegengesetzt gepolt ist in bezug auf die der Mittelanzapfung 13 gegenüberliegende Sekundärwicklung,

liegt am oberen Wicklungsende der negative Pol der induzierten Spannung. Da die Sekundärwicklungen des Transformators T parallel gewickelt und geschaltet sind, folgt auf den durch den Strom I₅ erzeugten positiven Impuls der durch den Strom I₆ erzeugte negative Impuls.

Bei einem Schreibzyklus, in dem auf eine binäre »0« eine binäre »1« folgt, gelangt der Flip-Flop zuerst durch einen an die Eingangsklemme 8 angelegten positiven Impuls in den Ruhezustand. Hierbei befindet sich die Eingangsklemme 7 auf Erdpotential (kein positives Signal), wodurch der Transistor Π gesperrt und der Transistor Γ 2 leitend gehalten wird. Der Flip-Flop verharrt somit im Ruhezustand. Hierauf werden die Signale A und B den Mittelanzapf ungen 13 und 15 zugeführt. Die Stromleitung durch den Transistor Γ 2 hat zur Folge, daß die Ströme I₅ und I₆ in den Sekundärwicklungen des Transformators T ihre Richtungen umkehren, so daß ein negatives gefolgt von einem positiven Signal darin induziert werden.

Der durch den aus einem positiven Signal und einem nachfolgenden negativen Signal zusammengesetzten bipolaren Impuls erzeugte Strom wird durch den Zweirichtungsschalter 12 auf den Speicherdraht 18 übertragen. Dieser Schalter ermöglicht den Stromfluß von der Sekundärwicklung des Transformators T zum Erdpotential, sofern ein positiver Impuls darin induziert wird, praktisch in derselben Zeitperiode, während der durch die Wort-Treibstufe 14 der Schaltleitung 16 ein Impuls zugeführt wird. Dadurch wird im Speicherelement 15 eine binäre »0« vorübergehend vorgespeichert. Außerdem fließt Strom über den Speicherdraht 18 von Erde zur Sekundärwicklung des Transformators T, wenn in der letzteren ein negatives Signal induziert wird. Dieser Stromfluß tritt praktisch gleichzeitig mit einem der Schaltleitung 16 zugeführten Impuls auf, so daß eine binäre »0« in das Speicherelement 15 eingeschrieben wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschreiben binärer Information in ein Magnetschichtspeicherelement mit einachsiger Anisotropie, bei dem ein angelegtes Schaltmagnetfeld den Magnetisierungsvektor im Speicherelement gegen die schwere Achse dreht, während ein angelegtes Informationsmagnetfeld der einen oder entgegengesetzten Polarität den stabilen Remanenzzustand des Speicherelementes längs seiner leichten Achse nach Entfernung dieser Magnetfelder bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement während der Einwirkung des Schaltmagnetfeldes einem ersten Informationsmagnetfeld von einer Polarität und nach Beendigung desselben einem zweiten Informationsmagnetfeld von entgegengesetzter Polarität ausgesetzt ist, wobei das zuletzt angelegte Informationsmagnetfeld den stabilen Remanenzzustand des Speicherelementes längs seiner leichten Achse bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schaltfeld und das Informationsfeld je durch einen Stromimpuls in einer Wicklung des Speicherelementes erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromimpulse, welche die beiden entgegengesetzt polarisierten Informationsfelder erzeugen, während der Dauer eines einzelnen Stromimpulses zur Erzeugung des Schaltfeldes nacheinander angelegt werden (Fig. 2a).

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schaltfeld und das Informationsfeld je durch einen Stromimpuls in einer Wicklung des Speicherelementes erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromimpulse, welche die beiden entgegengesetzt polarisierten Informationsfelder erzeugen, nacheinander je während der Dauer eines einzelnen von zwei gleichen aufeinanderfolgenden Impulsen, von denen jeder ein Schaltfeld erzeugt, angelegt werden (Fig. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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