DE1244444B - Verrichtung zum Vergleichen der relativen Groessen zweier elektrisch verschluesselter, binaer dargestellter Groessen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CI.:

G06f

Deutsche Kl.: 42 m3 - 7/02

Nummer: 1 244 444

Aktenzeichen: E 28728IX c/42 m3

Anmeldetag: 19. Februar 1965

Auslegetag: 13. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Vergleich von Zahlen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergleich der relativen Größe von zwei elektrisch verschlüsselten, binär dargestellten Größen.

Die Klassifizierung und Speicherung großer Mengen von Informationen macht es notwendig, alphabetische, numerische und chronologische Daten in eine der bekannten Codeformen zu überführen. Eine dieser Formen ist der binäre Code, dessen Wertstellengrößen »1« und »0« mittels bestimmter Spannungspegel dargestellt werden können.

Das Bestreben geht dahin, Schaltvorrichtungen und Schaltungen zu schaffen, die in Verbindung mit datenverarbeitenden Maschinen rasch irgendeine digitale Zahl oder mehrere Zahlen während eines Abtastprozesses auswählen können. Beispielsweise ist es manchmal erwünscht, von Dokumenten, die auf einem Mikrofilm chronologisch codiert sind, alle diejenigen Dokumente auszuwählen, die an, vor oder zo nach einem bestimmten Datum herausgegeben wurden.

Zum Vergleichen der relativen Größen binärer Zahlen wurden bisher Relaisschaltungen und komplizierte elektronische Systeme mit UND-ODER-Schaltungen verwendet. Ein Nachteil der mit Relais arbeitenden Vorrichtungen besteht darin, daß sie nicht in der Lage sind, einen bestimmten Ausgangspegel zu erzeugen, der gleichzeitig anzeigt, ob zwei miteinander verglichene binäre Zahlen gleich groß sind oder, wenn sie nicht gleich groß sind, welche die größere ist. Außerdem sind diese Vorrichtungen schwer, sperrig und benötigen eine aufwendige Verdrahtung. Die elektronischen Vorrichtungen, die solche Vergleiche auszuüben vermögen, sind üblicherweise mit aufeinanderfolgenden Stufen von UND-ODER-Schaltungen versehen. Die Zahl der Stufen hängt von der Zahl der Wertstellen der codierten Zahl ab. Die Schaltung einer solchen Vorrichtung ist daher kompliziert und infolgedessen der Bau und die Wartung der Vorrichtung teuer. Der große Aufwand und die mangelnde Anpassungsfähigkeit bei der Verarbeitung von binären Zahlen verschiedener Größe sind weitere Nachteile der bekannten Vorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die frei von diesen Nachteilen ist. Diese Aufgabe ist durch eine Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß eine der größtmöglichen Zahl von Wertstellen der Vergleichsgröße entsprechende Anzahl von Eingängen und eine um eins geringere Zahl von je einem Eingang zuordenbaren, Verrichtung zum Vergleichen der relativen
Größen zweier elektrisch verschlüsselter, binär
dargestellter Größen

Anmelder:

Eastman Kodak Company,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Wolff, H. Bartels

und Dipl.-Chem. Dr. J. Brandes, Patentanwälte,

Stuttgart 1, Lange Str. 51

Als Erfinder benannt:
Raymond Larter Nelson,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 22. April 1964 (361769)

elektrisch zusammengeschalteten Vergleichsbaugruppen, die den Signalen an den zugeordneten Eingängen entsprechende Steuersignale erzeugen, aufweist und die ferner mit einer auf Grund dieser Steuersignale die relative Größe der miteinander verglichenen Größen in Form von Ausgangssignalen erzeugenden Ausgangsstufe sowie mit einer Schalt- und Einstelleinrichtung zum wahlweisen Verbinden eines der Eingänge mit der Ausgangsstufe und der übrigen Eingänge mit je einer Vergleichsbaugruppe und zum Einstellen der Vergleichsbaugruppen und der Ausgangsstufe auf die Vergleichsgröße versehen ist.

Eine solche Vorrichtung ist einfach im Aufbau, genau und zuverlässig im Betrieb und ermöglicht es, in jedem Moment das Größenverhältnis einer digitalen Größe bezüglich einer anderen Größe zu bestimmen, unabhängig davon, ob beide Größen konstant bleiben oder ob die eine oder beide Größen sich ändern. Weitere Vorteile sind die geringen Herstellungs- und Wartungskosten, die ausreichende Anpassungsfähigkeit zur Verarbeitung binärer Zahlen verschiedener Größe sowie die Möglichkeit, jede beliebige Kombination von Wertstellen auswählen und vergleichen zu können.

Vorteilhafterweise weist jede Vergleichsbaugruppe einen im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden

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Transistor und ein Paar gegeneinandergeschaltete Dioden auf, wobei der Transistor mit der Basis des Transistors der einen benachbarten Baugruppe, die Kathode der einen Diode mit der Basis des Transistors und die Kathode der anderen Diode mit der Ausgangsstufe verbunden sind. Ferner kann die Schalt- und Einstelleinrichtung Schalter aufweisen, die je einer Vergleichsbaugruppe zugeordnet sind und mindestens zwei Schaltstufen aufweisen, in denen der Eingang mit der Basis des Transistors bzw. mit den zusammengeschalteten Anoden der Dioden verbunden ist. Man erreicht dadurch, daß das Überwinden der die Transistoren im Sperrbereich haltenden Vorspannungen und die resultierende Leitfähigkeit der Transistoren jeder Vergleichsbaugruppe von der Schaltstellung des zugeordneten Schalters und der Größe des am Eingang anliegenden Signals abhängen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausgangsstufe aus zwei Kreisen gebildet, von denen jeder einen im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden Transistor aufweist. Die Basis des Transistors des ersten Kreises ist mit dem Ausgang der letzten benachbarten Baugruppe verbunden. Dadurch wird dieser Transistor in den Sättigungsbereich umgesteuert, wenn eine oder mehrere der Vergleichsbaugruppen leitend werden, d. h., wenn ihr Transistor durch Veränderung der Vorspannung in den Durchlaßbereich umgeschaltet wird. Die Basis des Transistors des zweiten Kreises ist mit der Kathode der einen Diode jeder Vergleichsbaugruppe und sein Ausgang mit der Basis des Transistors des ersten Kreises verbunden. Dadurch gelangt der Transistor des ersten Kreises in die Sättigung, wenn der Transistor des zweiten Kreises in den Durchlaßbereich umgesteuert wird.

Vorzugsweise ist die Schalt- und Einstelleinrichtung mit einem Schalter versehen, der mindestens zwei Schaltstellungen aufweist und mittels dessen der der Ausgangsstufe zugeordnete Eingang wahlweise mit der Basis des Transistors des ersten Kreises oder mit den zusammengeschalteten Anoden der Dioden der Ausgangsstufe verbindbar ist. Die Ausgangssignale der Ausgangsstufe sind, da sie durch den Leitfähigkeitszustand der beiden Transistoren der Ausgangsstufe bestimmt sind, abhängig von der Stellung der Schalter und der Höhe der Spannungspegel, die über diese Schalter an die Vergleichsbaugruppen und die Ausgangsstufe angelegt werden.

Weitere Vorteile gehen aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, deren schematisches Schaltbild in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Vorrichtung erlaubt den Vergleich von zwei binär verschlüsselten Informationen B, S. Jede Information ist aus η digitalen Wertstellen zusammengesetzt, die nach dem Gefälle ihres Wertes oder ihrer Bedeutung zu je einer Reihe b_v b.„ ... b_n__v b_n bzw. S₁, s₂, ... j_n_₁₅ S_n geordnet sind. Die Wahl einer 0 oder einer 1 für das Bit jeder Wertstelle der Information S erfolgt durch Einstellen der entsprechenden Schalter S₁, S₂ ... S_n __v S_n in die gewünschte Schalterstellung 1, die einer 0 entspricht, oder die Schalterstellung 3, die einer 1 entspricht. In der Schalterstellung 2 ist der zugeordnete digitale Kanal abgeschaltet. Der Vergleich erfolgt dann nur bezüglich der verbleibenden Wertstellenkombination. Der Ausdruck »Bit« ist zur Bezeichnung der binären Information (1 oder 0) verwendet, die jede Wertstelle der gesamten Zahl enthält.

Die einzelnen Vergleichsbaugruppen oder -stufen K₁, K₂ ... K_n __r sind identisch ausgebildet und parallel geschaltet. Jede Baugruppe weist einen im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden Transistor Q₁ bzw. O₂ ... bzw. Q_n-i und ein Paar gegeneinandergeschaltete Dioden CR_V CR₁ bzw. CR₂ und CR₂'... bzw. CA_n-1, CR_n „ , auf. Der Emitter jedes

ίο Transistors Q₁ bzw. Q₂ usw. ist mit der Basis des Transistors Q₂ bzw. Q₃ usw. verbunden. Der Kollektor liegt auf einem Potential von -2OVoIt. Die Basis jedes Transistors Q₁, Q₂ usw. ist einerseits über einen Widerstand R₁ bzw. R.₂' usw. an +12VoIt,

andererseits über die gegeneinandergeschalteien Dioden und einen allen Baugruppen gemeinsamen Widerstand R_z an -2OVoIt gelegt. Außerdem ist die Basis jedes Transistors Q₁, Q₂ usw. mit der Klemme 3 eines der Baugruppe zugeordneten Schalters S₁ bzw. S₂. .. bzw. S_n __t verbunden. Die miteinander verbundenen Anoden der Dioden CR₁ und CA₁' bzw. CR₂ und CR₂ ... bzw. CR_n__v CR_n
sind an die Klemme 1 der zugeordneten Schalter S, bzw. S₂ ... bzw. S_n-1 angeschlossen.

Ferner weist die Vorrichtung eine Ausgangsstufe K_n auf, die aus zwei Kreisen gebildet ist. Der erste Kreis enthält einen Transistor Q_n, dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand R₁ an —20 Volt liegt und mit einem Ausgang E verbunden ist. Der Emitter liegt an Masse. Die Basis des Transistors Q_n ist über einen Widerstand R_n' an 4-12 Volt gelegt und über einen Widerstand R_x mit dem Emitter des Transistors Q_n-1 verbunden. Ferner ist die Basis des Transistors Q_n über einen Widerstand R_v an den Kollektor eines Transistors Q₁, des zweiten Kreises der Ausgangsstufe angeschlossen. Der Kollektor dieses Transistors Q₆ ist außerdem mit dem Ausgang G verbunden. Der Emitter liegt auf einem Potential von — 4 Volt. Die Basis des Transistors Q_n ist einerseits über den Widerstand R, an — 20 Volt gelegt und andererseits über die zusammengeschalteten Dioden CR_n und CR_n mit dem Emitter des Transistors Q_n-1 und der Klemme 3 des der Ausgangsstufe zugeordneten Schalters S_n verbunden. Die miteinander verbundenen Anoden der beiden Dioden CR_n und CR_n' sind an die Klemme 1 des Schalters S_n angeschlossen.

Die Ausgangsstufe K_n ist so ausgebildet, daß die mittels des Widerstandes R_n' erzeugte Vorspannung beseitigt wird, wenn ein Signal ausreichender Größe über den Widerstand R_x oder R_x. an die Basis des Transistors Q_n gelangt, wodurch dieser Transistor umgeschaltet wird. d. h., leitend wird. Befindet sich der Transistor Q_n im Sperrbereich, so liegt am Ausgang Is eine Spannung von etwa -2OVoIt; ist der Transistor Q_n eingeschaltet, d. h., arbeitet er im Durchlaßbereich, dann ist am Ausgang E eine Spannung von etwa 0 Volt vorhanden.

Wird an die Basis des Transistors Q., eine positive Spannung angelegt, die genügend groß ist, um diesen im Ruhezustand gesperrten Transistor in die Sättigung zu bringen, so tritt am Ausgang G eine Spannung von etwa — 4 Volt auf. Außerdem bewirkt diese Umschaltung einen Strom durch den Widerstand R_x.

der ausreicht, um den Transistor Q_n einzuschalten, d. h. in den Durchlaßbereich umzusteuern.

Ein Signal von — 20 Volt am Ausgang E ist also gleichbedeutend mit »£ eingeschaltet«, und ein

Signal von —4 Volt am Ausgang G bedeutet »G eingeschaltet«. Das Fehlen eines Signals an E oder G bedeutet, daß der zugeordnete Transistor Q_n bzw. Q„ »ausgeschaltet« ist. Wie auch noch die folgende Beschreibung der Arbeitsweise der Ausgangsstufe zeigt, ist G ausgeschaltet, wenn E eingeschaltet ist, und E ausgeschaltet, wenn G eingeschaltet ist.

Beim Ausführungsbeispiel sind die »Bits« der Wertstellen der binären Zahl B durch Signale mit — 8 Volt für »0« und durch Signale mit Massepotential (also etwa 0 Volt) für »1« an den Eingängen B₁, B₂...B_n _j und B_n gebildet. Wie die Figur zeigt, sind diese Eingänge mit den zugeordneten Schaltern über Widerstände R₁ bzw. R₂ usw. verbunden.

Wenn die höchsten Wertstellen der zu vergleichenden Zahlen gleich sind (also beispielsweise O₁ und S₁ beide 0 sind), bleiben die Dioden CR₁ und CR₁ ohne Vorspannung und damit die Transistoren Q₁ und Q_p ausgeschaltet. Die Folge ist, daß der Transistor Q_n ebenfalls ausgeschaltet bleibt und damit der Ausgang E eingeschaltet ist. Dasselbe gilt, wenn O₁ und S₁ beide die Größe »1« aufweisen. Dasselbe Ergebnis würde man unter diesen Bedingungen auch für die anderen Wertstellen erhalten. Eine Bedingung für die Gleichheit der beiden Größen (B=S) ist daher, daß der Ausgang E eingeschaltet und der Ausgang G ausgeschaltet ist.

Wenn die Wertstelle O₁ größer ist als die Wertstelle S₁ (beispielsweise O₁ = 1, S₁ = 0), bleibt der Transistor Q₁ ohne Vorspannung, aber die Diode CR₁' wird leitend infolge der Erdung des Eingangs BS₁, so daß durch den Widerstand R₁ und die Diode CR₁ ein Strom fließt. Dadurch wird der Transistor Q₁, umgeschaltet, d. h., er kommt in die Sättigung, und der infolgedessen durch den Widerstand R_y fließende Strom verursacht eine Umschaltung des Transistors Q_n. Das Ergebnis ist, daß der Ausgang G eingeschaltet und der Ausgang E ausgeschaltet ist.

Wenn die wichtigste Wertstelle O₁ kleiner ist als die Wertstelle S₁ (O₁ = 0, S₁ = 1), wird der Transistor Q₁ infolge der an seiner Basis angelegten Spannung von —8 Volt in den Durchlaßbereich gesteuert. Die Folge ist eine Umsteuerung aller übrigen Transistoren Q₂ ... Q_n _ j und Q_n. Da der Transistor Q₁, ausgeschaltet ist, sind bei diesem Vergleich beide Ausgänge E und G ausgeschaltet.

Wenn die Wertstelle ö₂ größer ist als die Wertstelle s₂ (b₂ = 1, S₂ = O) und die Wertstellen b₁ und J₁ gleich sind, ist "der Ausgang G eingeschaltet und der Ausgang E ausgeschaltet, da der Transistor O₁, in den Durchlaßbereich umgeschaltet wird. »G eingeschaltet« und »E ausgeschaltet« zeigt also an, daß die Zahl B größer ist als die Zahl S. Wurden sich die Bedingungen dahingehend ändern, daß b_t kleiner ist als J₁, so würden die Transistoren Q₁, Q₂ ... O_n-1 umgeschaltet, und eine ausreichend große negative Spannung würde an der Basis jedes dieser Transistoren auftreten, um den Dioden CR₂ ... CR_n __t, CR_n eine Vorspannung zu geben und den DiodenCR/... C-R], _ _l5 CR_n die Vorspannung zu nehmen. Dadurch würde der Ausgang G ausgeschaltet und der Ausgang 2? ausgeschaltet bleiben. Dies würde also eine Bedingung!? kleiner als S anzeigen. Ähnlich ist es, wenn b₂ kleiner ist als s₂ und die Bedingung O₁ = J₁ sich dahingehend ändern würde, daß O₁ größer ist als S₁. Der Ausgang G würde dadurch eingeschaltet, wodurch der Ausgang £ ausgeschaltet würde. Dies würde dann die Bedingung B größer als S anzeigen. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die an den Ausgängen E und G auftretenden Signale von den wertmäßig größten oder bedeutendsten, einander nicht gleichen Wertstellen der Größen B und S abhängig sind. Wenn also b₁ nicht gleich J₁ ist, ist ohne Bedeutung, wie die Größenverhältnisse in den restlichen Wertstellen sind, weil in der bedeutendsten Wertstelle eine Ungleichheit vorhanden ist. Wenn b₁ = S₁ wäre, würden die Signale an den Ausgängen durch das nächste Paar von Wertstellen bestimmt, die einander nicht gleich sind. Daher kann das Größenverhältnis der Größen B und S jederzeit auf Grund der Spannungen an den Ausgängen E und G bestimmt werden. Eine Zusammenfassung der Bedingungen zeigt die folgende Tabelle:

B größer als 5: G eingeschaltet, E ausgeschaltet. B kleiner als 5: G ausgeschaltet, E ausgeschaltet. B gleichgroß S: E eingeschaltet, G ausgeschaltet.

Die Zahl der Wertstellen der digitalen Zahlen, die mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung miteinander verglichen werden können, kann durch Hinzufügen oder Wegnehmen der erforderlichen einzelnen Vergleichsbaugruppen geändert werden. Ferner würde man, wenn man das Signal des Ausgangs E umkehren und an einen Eingang C einer zweiten, mit der beschriebenen und dargestellten Vorrichtung identischen Vorrichtung anlegen würde und wenn in diesem Falle die beiden Ausgänge G derart miteinander verbunden würden, daß sie unter gegenseitiger Steuerung immer gleich wären, eine Vorrichtung erhalten, deren Wertstellenkapazität doppelt so groß wäre wie diejenige der beschriebenen Vorrichtung.

Bei der beschriebenen Vorrichtung ist es auch möglich, eine positive Spannung an eine Klemme D der Ausgangsstufe mit einer ausreichenden Größe anzulegen, um den Transistor Q_n in den Sperrbereich umzuschalten, sofern er im Durchlaßbereich gearbeitet hat, und dadurch am Ausgang E den Zustand »eingeschaltet« herzustellen. Auf diese Weise kann also eine künstliche Gleichheitsbedingung erzeugt werden. Man ist dadurch in der Lage, die Ungleichheitsbedingungen unwirksam zu machen, ohne die Größe B zu beeinflussen. Der Transistor Q₁, müßte in diesem Falle aber davon abgehalten werden, eine gleichzeitige Erzeugung von Signalen an den Ausgängen E und G zu verhindern. Bei der Verwendung einer in dieser Weise modifizierten Vorrichtung beim Abtasten von Dokumenten, die auf Mikrofilmen aufgezeichnet sind, könnte der Abtaster dahingehend programmiert werden, daß er bei einer Gleichheitsbedingung anhält. Durch Anlegen eines positiven Signals an die Klemme D und Festhalten des Transistors Q₁, in der Sperrstellung könnte der Datenvergleich in jedem beliebigen Punkt angehalten werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vergleichen der relativen Größen zweier elektrisch verschlüsselter, binär dargestellter Größen, gekennzeichnet durch eine der größtmöglichen Zahl von Wertstellen (S₁, J₂... s„) der Vergleichsgröße S entsprechenden Anzahl von Eingängen (B₁, B₂ ... B_n), einer um eins geringeren Zahl von je einem Eingang (B₁... B_n) zuordenbaren, elek-

trisch zusammengeschalteten Vergleichsbaugruppen (K₁, K₂.. .K_n-^), die den Signalen Q)₁, b₂ ... b_n_₁) an den zugeordneten Eingängen (B₁, B₂.. -B_n-1) entsprechende Steuersignale erzeugen, eine auf Grund dieser Steuersignale die relative Größe der miteinander verglichenen Größen (B, S) in Form von Ausgangssignalen anzeigenden Ausgangsstufe (K_n) und eine Schalt- und Einstelleinrichtung (S₁, S₂...S_n) zum wahlweisen Verbinden eines der Eingänge (B_n) mit der Ausgangsstufe (K_n) und der übrigen Eingänge (B₁... S_n-1) mit je einer Vergleichsbaugruppe (K₁... K_n-1) und zum Einstellen der Vergleichsbaugruppen und des Ausgangskreises auf die Vergleichsgröße (S).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vergleichsbaugruppe (K₁ ... K_n _ j einen im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden Transistor (Q₁₁ G₂ · ■ · O_n-1) und ein Paar gegeneinandergeschaltete Dioden so

CR₁';

CR,

2>

CR/

, CR_n-1, CR_n^₁) aufweist, wobei der Transistor (Q₁...j mit der Basis des Transistors (Q₂ ...) der einen benachbarten Baugruppe, die Kathode der einen Diode (CR₁, CR₂...) mit der Basis des Transistors (Q₁, Q₂...) und die Kathode der anderen Diode (CR₁, CR₂ ...) mit der Ausgangsstufe (K_n) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Einstelleinrichtung Schalter (S₁, S₂ ... S_n-1) aufweist, die je einer Vergleichsbaugruppe zugeordnet sind und mindestens zwei Schaltstellungen (I₅ 3) aufwei-

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sen, in denen der Eingang (B₁, B₂...) mit der Basis des Transistors (Q₁, Q₂...) bzw. mit den zusammengeschalteten Anoden der beiden Dioden (CR₁, CR₁'; CR₂, CR₂ .. .) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe (K_n) aus zwei Kreisen gebildet ist, von denen der erste einen im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden Transistor (O_n), dessen Basis mit dem Ausgang der letzten, benachbarten Vergleichsbaugruppe (K_n-1) verbunden ist, und der zweite einen ebenfalls im Ruhezustand im Sperrbereich arbeitenden Transistor (Q„) aufweist, dessen Basis mit der Kathode der einen Diode (CR' CR₂'... CR^ {\ jeder Vergleichsbaugruppe (K₁.. .K_n-1) und dessen Ausgang mit der Basis des Transistors (Q_n) des ersten Kreises verbunden sind, und daß in der Ausgangsstufe ein Paar gegeneinander geschaltete Dioden (CR_n, CR_n) vorgesehen ist, deren Kathoden mit der Basis des Transistors (Q_n) des ersten Kreises bzw. mit der Basis des Transistors (Q₁,) des zweiten Kreises verbunden sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Einstelleinrichtung einen Schalter (S_n) mit mindestens zwei Schaltstellungen (1, 3) aufweist, mittels dessen der der Ausgangsstufe (K_n) zugeordnete Eingang (B_n) wahlweise mit der Basis des Transistors (Q_n) des ersten Kreises oder den miteinander verbundenen Anoden der Dioden (CR_n, CR_n) der Ausgangsstufe (K_n) verbindbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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