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Impuls generator
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Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator, der insbesondere die
Einschaltzeit bzw. Ein-Zeit, die Ausschaltzeit bzw. Aus-Zeit und die Frequenz von
Ausgangsimpulsen in einem extrem weiten Bereich zuverlässig einstellen kann; dieser
Impulsgenerator ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar, um eine Folge hochfrequenter
Rechteckimpulse zu erzeugen, die beispielsweise beim elektroerosiven oder elektrischen
Entladungs-Bearbeiten (EDM-Bearbeiten) benötigt werden.
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Ein Impulsgenerator, der Rechteckimpulse erzeugen kann, deren Ein-Zeit
(Impulsdauer),Aus-Zeit (Impulsintervall) und Frequenz (Folgefrequenz) veränderlich
eingestellt werden kann, hat sich als industriell immer wichtiger erwiesen. Typische
Beispiele gibt es beim elektrischen Bearbeiten. So werden beim EDM-Bearbeiten hochfrequente
elektroerosive Bearbeitungsimpulse einer genau eingestellten Impuls-Ein-Zeit und
-Aus-Zeit benötigt, bei denen diese Impuisparameter in einem weiten Einstellbereich
in
gewünschter Weise veränderbar sind. Der Bedarf an elektrischen Impulsen eines einstellbaren
Zeitverlaufes besteht auch beim elektrochemischen Bearbeiten (ECM-Bearbeiten), beim
elektrochemischen Entladungs-Bearbeiten (ECDM-Bearbeiten), beim elektrischen Sintern,
beim Elektroplattieren, beim Lichtbogenschweißen usw.
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Impulsgeneratoren, die bisher verwendet oder angeregt wurden, weisen
entweder extrem komplizierte Schaltungsanordnungen auf oder haben ernste Beschränkungen
in der möglichen Breite bzw. Weite und Anzahl der Einstellungen. So wird beispielsweise
in herkömmlichen relativ hochwertigen Schaltungsanordnungen mit einem weiteren Bereich
an Einstellungen und einer feinen Zwischeneinstellunterteilung ein Speicher hoher
Kapazität verwendet, um ein einfaches Einstellen zu gewährleisten. Daten für alle
wählbaren Ein-Zeiten und Aus-Zeiten werden im Speicher registriert, und aus diesen
Daten werden eine gewünschte Ein-Zeit und Aus-Zeit wahlweise ausgelesen und durch
eine Adreßwählschaltung wiedergewonnen. Jeder Ausgangsimpuls wird ein- oder ausgeschaltet
gehalten, bis mit einer vorgewählten Frequenz auftretende Taktimpulse einen eingestellten
Wert entsprechend der wiedergewonnenen Ein-Zeit oder Aus-Zeit erreichen. Dann wird
auf die Adreßwählschaltung eingewirkt, um die Ein-Zeitdauer oder die Aus-Zeitdauer
der Ausgangsimpulse zu steuern. Diese Vorrichtung ist daher äußerst kompliziert
und zwingend aufwendig. Da die Kapazität des Speichers erhöht ist, kann die Zugriffzeit
nicht vernachlässigt werden, und dies bedeutet eine ernste Einschränkung hinsichtlich
der Breite des Bereiches der wählbaren Ein-Zeit- und Aus-Zeit-Einstellungen, der
Anzahl der anlegbaren Einstellschritte und der höchsten Betriebsfrequenz.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Impulsgenerator ohne einen
Speicher hoher Kapazität anzugeben, der einen größeren Bereich an Einstellungen
und eine feinere Zwischeneinstellunterteilung besitzt sowie zuverlässig über einem
erhöhten Frequenzbereich betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der aufweist:
Eine Ein-Zeit-Einstelleinrichtung zum wahlweisen Einstellen von Ein-Zeiten, einen
ersten Codierer zum Codieren einer in der Ein-Zeit-Einstelleinrichtung eingestellten
Ein-Zeit, ein erstes Pufferregist:er zum Registrieren des codierten Ausgangssignales
des ersten Codierers, eine Aus-Zeit-Einstelleinrichtung zum wahlweisen Einstellen
von Aus-Zeiten, einen zweiten Codierer zum Codieren einer in der Aus-Zeit-Einstelleinrichtung
eingestellten Aus-Zeit, ein zweites Pufferregister zum Registrieren des codierten
Ausgangssignales des zweiten Codierers, einen Taktimpulsgeber zum Erzeugen von Taktimpulsen,
einen Voreinstellzähler zum Zählen der Taktimpulse, und eine Schaltungseinrichtung,
die im Voreinstellzähler einen ersten und einen zweiten Lastpegel abhängig von den
im
ersten bzw. zweiten Pufferregister registrierten Ausgangssignalen aufbaut und betreibbar
ist einerseits nachdem der Zählerstand des Voreinstellzählers in einer ersten Betriebsart
den ersten Lastpegel erreicht, um diesen zum zweiten Lastpegel zu schalten, und
andererseits nachdem der Zählerstand des Voreinstellzählers in einer zweiten Betriebsart
den zweiten Lastpegel erreicht, um diesen zum ersten Lastpegel zu schalten, wobei
die Schaltungseinrichtung so gestaltet ist, daß erzeugt wird ein Ein-Ausgangssignal,
während der Zähler in der ersten Betriebsart ist, und ein Aus-Ausgangssignal, während
der Zähler in der zweiten Betriebsart ist.
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Die Ein-Zeit-Einstelleinrichtung und die Aus-Zeit-Einstelleinrichtung
können jeweils ein Wählerschalter sein. Der erste und der zweite Codierer können
jeweils eine Diodenmatrix sein. Der Taktimpulsgeber kann mehrere Kanäle aufweisen,
um Taktimpulse verschiedener Perioden zu erzeugen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des Impulsgenerators nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und Fig. 2 ein Schaltbild des Impulsgenerators nach einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Impulsgenerator wird im folgenden insbesondere
anhand einer EDM-Strom- bzw. -Spannungsversorgung
(vgl. Fig. 1
und 2) erläutert, die eine Folge elektroerosiver Impulse an einem Bearbeitungsspalt
erzeugt, der zwischen einem Werkstück 1 und einer Werkzeugelektrode 2 ausgeführt
und mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespült ist. Die Grund-EDM-Strom- bzw. -Spannungsversorgung
hat eine Gleichstromquelle 3 und einen Leistungsschalter 4, beispielsweise eine
Reihe von Leistungstransistoren, wobei die Hauptelektroden mit der Gleichstromquelle
3 verbunden sind, während die Werkzeugelektrode 2 und das Werkstück 1 in Reihe mit
einem Widerstand 5 liegen. Der Leistungsschalter 4 hat Steuerelektroden, die über
einen Anschluß 4a durch Ausgangsimpulse eines zu beschreibenden Impulsgenerators
erregt werden, um abwechselnd die Gleichstromquelle 3 mit der Werkzeugelektrode
2 und dem Werkstück 1 zu verbinden bzw.
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von diesen zu trennen, so daß der Bearbeitungsspalt mit aufeinander
folgenden zeitlich beabstandeten Spannungsimpulsen versorgt wird. Jeder Spannungsimpuls
kann zu einer elektrischen Entladung einer extrem hohen Stromdichte führen, um elektroerosiv
Material vom Werkstück 1 abzutragen, und eine Folge solcher diskreter und zeitlich
beabstandeter elektrischer Entladungen liefert eine additive oder kumulative Material-
bzw. Stoffabtragung vom Werkstück 1. Eine Verstärkerstufe wird gewöhnlich zur Verbindung
zwischen dem Anschluß 4a und dem Leistungsschalter 4 verwendet; sie ist jedoch zur
Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.
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In der Fig. 1 umfaßt der Impulsgenerator eine Ein-Zeit-Einstelleinheit
6 und eine Aus-Zeit-Einstelleinheit 7, deren jede ein Wählerschalter eines herkömmlichen
Aufbaues sein kann, der entweder manuell oder automatisch, beispielsweise über eine
durch ein elektrisches Eingangssignal angeregte Relaisanordnung, betrieben wird.
Die Einheiten
6 und 7 werden verwendet, um die Ein-Zeit oder Impulsdauer
t ein und die Aus-Zeit oder das Impulsintervall z aus einer Folge von zum Anschluß
4a gelieferten Signalimpulsen und damit aufeinander folgende Spannungsimpulse einzustellen,
die am Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode 2 und dem Werkstück 1 liegen.
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Es wird angestrebt, daß die Ein-Zeit-Einstelleinheit 6 30 bis 50 Wählabgriffe
aufweist, und daß die Aus-Zeit-Einstelleinheit 7 10 bis 30 Wählabgriffe besitzt,
obwohl zur Vereinfachung der Darstellung eine geringere Anzahl für jede Einheit
gezeigt ist, wobei die Abgriffe von beispielsweise 1 /us bis 256 /us reichen, um
einen ausgedehnten Bereich und eine feine Auswahlunterteilung zu überdecken.
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Die Ein-Zeit-Einstelleinheit 6 ist an einen ersten Codierer 8 angeschlossen,
während die Aus-Zeit-Einstelleinheit 7 mit einem zweiten Codierer 9 verbunden ist,
wobei jeder Codierer 8 und 9 in der Form einer Diodenmatrix ausgeführt ist. Die
Funktionen der Codierer 8 und 9 bestehen im Codieren jeder Ein-Zeit c fein die zur
Auswahl in der Ein-Zeit-Einstelleinheit 6 eingestellt ist, und jeder Aus-Zeit 2
, die zur Auswahl in der Aus-Zeit-Einstelleinheit 7 eingestellt ist. Somit wird
jede eingestellte Ein-Zeit r ein und jede eingestellte Aus-Zeit aus durch den Codierer
8 bzw. 9 in Binärzahlen umgesetzt, die ihrerseits in einem ersten Pufferregister
10 bzw. in einem zweiten Pufferregister 11 gespeichert werden. Die codierten oder
Binärsignale von den Pufferregistern 10 und 11 werden zu einem Voreinstellzähler
14 geliefert.
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Ein dargestellter Taktimpulsgeber 13 umfaßt einen Oszillator 14,
UND-Gatter 15 und 16, einen Vergrößerungswählerschalter
17, einen
Frequenzteiler 18 und ein ODER-Gatter 19. Der Voreinstellzähler 12 hat einen Ausgangsanschluß
12a, der zu seiner Lasteinstellstufe 12b über einen monostabilen Multivibrator (Monoflop)
20 zurückgeführt und auch an ein T-Kippglied(bistabiles T-Element) 21 angeschlossen
ist, das aufweist einen Q-Anschluß, der zum Ausgangsanschluß 4a des Systems führt
und auch zum ersten Pufferregister 10 rückgeführt ist, und einen Q-Anschluß, der
zum zweiten Pufferregister 11 rückgeführt ist. Das UND-Gatter 15 spricht auf Taktsignale
vom Oszillator 14 und auf das Q-Anschluß-Ausgangssignal des bistabilen Elementes
21 an, während das UND-Gatter 16 auf Taktsignale vom Oszillator 14 und auf das Q-Anschluß-Ausgangssignal
des bistabilen Elementes 21 anspricht.
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Somit hat der Voreinstellzähler 12 einen ersten Lastpegel entsprechend
dem codierten Wert, der im ersten Pufferregister 10 gespeichert ist, wenn das T-Kippglied
21 ein "1"-Ausgangssignal an seinem Q-Anschluß besitzt, und einen zweiten Lastpegel
entsprechend dem codierten Wert, der im zweiten Pufferregister 11 gespeichert ist,
wenn das Kippglied 21 ein "O"-Ausgangssignal an seinem Q-Anschluß oder ein "1"-Ausgangssignal
an seinem Q-Anschluß aufweist.
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Im Taktimpulsgeber 13 werden die Impulse des Oszillators 14 freigegeben,
wenn der Q-Anschluß des bistabilen Elementes 21 das "1"-Ausgangssignal aufweist,
um durch das UND-Gatter 15 zu verlaufen und um dann das ODER-Gatter 19 direkt oder
über den Frequenzteiler 18 abhängig von der Stellung des Wählerschalters 17 tu erreichen.
Wenn der Q-Anschluß das "O"-Ausgangssignal aufweist oder der Q-Anschluß das "1"-Ausgangssignal
besitzt, dann können die Impulse des Oszillators 14 durch das UND-Gatter 16 verlaufen,
um das ODER-Gatter 19 zu erreichen.
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Der Wählerschalter 17 und der Frequenzteiler 18 werden verwendet,
um die in der Einheit 6 eingestellte Ein-Zeit ein N-fach, beispielsweise 10-fach,
auszudehnen. Mit dem in der durch x10 angezeigten Stellung gehaltenen Schalter 17
wird die Periode des vom Taktimpulsgeber 13 abzugebenden Ausgangsimpulses auf die
Periode des Ausgangsimpulses vom Oszillator 14, multipliziert mit 10, ausgedehnt,
wenn der Q-Anschluß das "1"-Ausgangssignal abgibt und in den Voreinstellzähler 12
der registrierte Wert des ersten CodLerers 10 eingegeben ist.
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Der Voreinstellzähler 12 ist so aufgebaut, daß er die Ausgangsimpulse
des Taktimpulsgebers 13 zählt. Wenn der Zählerstand einen voreingestellten Wert
oder einen Lastpegel erreicht, dann gibt der Zähler 12 ein Ausgangssignal ab, das
am Kippglied 21 liegt, um dessen Zustände umzukehren, so daß dadurch der voreingestellte
Wert oder Lastpegel des Zählers 12 geändert oder geschaltet wird, wie dies oben
erläutert wurde. Auf diese Weise wird eine Folge von Signalimpulsen am Ausgangsanschluß
4a des Impulsgenerators erzeugt, um eine Folge von Bearbeitungsspannungsimpulsen
einer genau eingestellten Ein-Zeit s ein Aus-Zeit s aus und Frequenz f zwischen
der Werkzeugelektrode 2 und aus dem Werkstück 1 zu erzeugen.
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Gegebenenfalls können ein weiteres UND-Gatter 22 und eine Detektorschaltung
23 vorgesehen werden. Die Detektorschaltung 23 wird verwendet, um die Entwicklung
einer elektrischen Entladung als Ergebnis der Einwirkung eines Spannungsimpulses
am Bearbeitungsspalt zu erfassen. Das zwischen dem ODER-Gatter 19 und dem Voreinstellzähler
12 liegende UND-Gatter 22 spricht auf das Fühlersignal der Detektorschaltung 23
an, um dem Zähler 12 zu erlauben, das Zählen der Taktimpulse vom ODER-Gatter 19
nur nach der Entwicklung einer elektrischen Entladung zu beginnen, so daß
die
elektrische Entladung iür die Ein-Zeit f ein fortdauert, die in der Einstelleinheit
6 aufgebaut ist.
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Ein Anschluß 24 kann auch verwendet werden, um gegebenenfalls auf
den Bearbeitungszustand der Last oder des EDM-Spaltes anzusprechen, wie dieser durch
jede übliche Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) festgestellt wird, und um den ersten
Eingangsanschluß eines UND-Gatters 25 zu versorgen, dessen zweiter Eingangsanschluß
auf das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 20 anspricht, das über eine
Schaltungsleitung 25a eingespeist ist. Wenn ein Eingangssignal am Anschluß 24 auftritt,
wird das UND-Gatter 25 freigegeben, um auf den Wählerschalter 17 einzuwirken, so
daß das UND-Gatter 15 mit dem Frequenzteiler 18 verbunden wird, wodurch die Zeitdauer
einer elektrischen Spaltentladung länger oder kürzer als die Ein-Zeit s ein sein
kann, die an der Einstelleinheit 6 entsprechend einem besonderen erfaßten Spaltzustand
aufgebaut wird. Eine ähnliche Steuerungsmöglichkeit kann zusätzlich oder alternativ
für die Aus-Zeit-Einstellung verwendet werden Ein (nicht gezeigter) Schalter für
"keine Abnutzung", beispielsweise ein Druckknopf schalter, kann weiterhin in der
Ein-Zeit-Einstelleinheit 6 vorhanden sein, der - wenn er eingedrückt oder betätigt
ist - eine neue Ein-Zeit aufbaut, die auf einer Multiplikation der registrierten
Ein-Zeit um beispielsweise den Faktor 10; (x10) beruht, und wirkt auf den Wählerschalter
17 ein, um eine Multiplikation durch 10 Kanäle im Frequenzteiler 18 zu erzielen.
Alternativ kann ein Drehschalter, der 10 Wählabgriffe besitzt, die längere Ein-Zeit-Einstellungen
bis beispielsweise 2560 /us erlauben, in der Einheit 6 vorhanden sein, so daß -
wenn eine Ein-Zeit T ein größer als 256 /us gewählt wird - der entsprechende
Kanal
im Frequenzteiler wirksam werden kann, um zu erlauben, daß eine Betriebsart "keine
Abnutzung" in der Strom- bzw. Spannungsversorgung hergestellt wird.
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Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 20 kann auch über
eine Schaltungsleitung 26 eingespeist sein, um den Frequenzteiler 18 zu löschen
oder rückzusetzen, wenn ein wirksamer Zustand vorliegt, so daß kein Fehlersignal
vorhanden sein sollte, das auf irgendeinem unvollständigen Signal beruht, das zur
Speicherung im Register 10 oder 11 vorangehen kann.
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In der Fig. 2, in der einander entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugszeichen (1 bis 5, 10 bis 13, 20 und 21) versehen sind, ist ein abgewandelter
Impulsgenerator nach der Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen
die Ein-Zeit-Einstelleinheit und die Aus-Zeit-Einstelleinheit aus einer einheitlichen
Zeit-Einstelleinheit 27, die 10 Einstelltasten aufweist und der eine Ein-Zeit-Anzeige
28 und eine Aus-Zeit-Anzeige 29 zugeordnet sind. Jede Ein-Zeit Z ein und jede Aus-Zeit
raums werden mit der Einheit 27 eingestellt und durch die Anzeigen 28 und 29 angezeigt
sowie in zwei Binärzahlen umgesetzt, die dann im ersten bzw. zweiten Pufferregister
10 bzw. 11 registriert werden.
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Die Pufferregister 10 und 11 versorgen eine Verarbeitungseinheit
36, die mit dem Voreinstellzähler 12 verbunden und mit einem dritten sowie einem
vierten Pufferregister 35 bzw. 36 versehen ist, in denen Multiplizierer zur Korrektur
der Ein-Zeit r ein und der Aus-Zeit raus jeweils abhängig vom Steuerausgangssignal
einer SpaltentLadungs-Uberwachungsschaltung 30 eingestellt sind, die mit der Werkzeugelektrode
2 und dem Werkstück 1 verbunden
ist. Eine Schmitt-Trigger-Schaltung
31 ist auch an den Bearbeitungsspalt angeschlossen und versorgt einen Eingangsanschluß
eines UND-Gatters 32, dessen anderer Eingangsanschluß zum Q-Anschluß des T-Kippgliedes
21 führt.
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Das UND-Gatter 32 ist mit seinem Ausgang an einen Eingangsanschluß
eines ODER-Gatters 34 angeschlossen, dessen anderer Eingangsanschluß mit dem Q-Anschluß
des T-Kippgliedes 21 verbunden ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 34 ist an einen
Eingang eines weiteren UND-Gatters 33 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit
dem oben beschriebenen Taktimpulsgeber 13 verbunden ist. Diese Bauelemente sind
vorhanden, um zu verhindern, daß Taktimpulse des Taktimpulsgebers 13 in den Voreinstellzähler
12 gelangen, solange keine elektrische Entladung durch den Bearbeitungsspalt im
Anschluß an den Zeitpunkt entsteht, in dem der Leistungsschalter 4 eingeschaltet
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel folgt daher, daß die Zeitdauer jedes Entladungsimpulses
wie die Ein-Zeit T ein eingestellt ist. Die Aus-Zeit r ist hier das ein aus Zeitintervall
zwischen aufeinander folgenden Spannungsimpulsen oder die Zeitdauer, in der der
Leistungsschalter ausgeschaltet ist.
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Es ist zu ersehen, daß in diesem Ausführungsbeispiel weder die Ein-Zeit
Tein noch die Aus-Zeit raus direkt durch die im Register 10, 11 gespeicherte Zahl
bestimmt ist. Die Ein-Zeit tein ist bestimmt durch die im Register 10 gespeicherte
Zahl und durch den im Register 35 gespeicherten Multiplikator, und die Aus-Zeit
1haUs ist beaus stimmt durch die im Register 11 gespeicherte Zahl und durch den
im Register 36 gespeicherten Multiplikator. Die in den Registern 35 und 36 gespeicherten
Zahlen werden automatisch durch die Uberwachungseinheit 30 so eingestellt, daß ein
optimaler Entladungszustand im Bearbeitungsspalt aufrecht
erhalten
wird. Demgemäß ist die Ein-Zeit 1Sein und die Aus-Zeit T aus von Entladungsimpulsen
eine Zeit, die durch eine Bezugseinstellung bestimmt ist, die mit einem Korrekturfaktor
multipliziert wird, der aus dem Bearbeitungsspalt erhalten wird, um einen optimalen
Entladungszustand aufrecht zu erhalten.
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Die Erfindung ermöglicht so einen vorteilhaften Impulsgenerator,
der ohne Rückgriff auf einen Speicher großer Kapazität Einstellungen über einem
erweiterten Bereich und mit feinerer Unterteilung erlaubt, der hochfrequente Rechteckimpulse
erzeugen kann, und der in vorteilhafter Weise mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgung
zum elektrischen Bearbeiten zusammenfaßbar ist.
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L e e r s e i t e