DE7114433U - Optoelektronisches koppelelement - Google Patents
Optoelektronisches koppelelementInfo
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- H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
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Description
optoelektronisches Koppelelement, das aus einer strom- oder apanmmg» ge steuerten iestkorperlicht quelle und einer
Jestkörperfotoselle, die das; von der Lichtquelle ausgesandte
Licht empfangt und das aufgenommene Licht in Strom oder in Spannung umwandelt, ist "bekannt. Sin derartiges Koppelelement
1st dann "besonders nützlich, lrann die unbeabsichtigte
lnkoppelung zwischen svei elektrischen Schaltkreisen sehr
vT ^i^ gehalten verden soll, denn «wischen der Lichtquelle
und der Jotoxelle "besteht; weder eine direkte elektrische,
Is/me - i - aoch
mit einer Lichtquelle und einer 7otoxelle. |
• ilii
»in» indirekt* kapazitiv* oder induktiv· Verbindung* Bekannt·
optoelektronisch· Koppelelemente sind teuer, denn si·
sind kompliziert· Einrichtungen· Lichtquelle und Totoselle
werden gewöhnlich getrennt hergestellt und in einem Gehäuse angeordnet· Derartige optoelektronische Koppelelement© hersusteilen
erfordert viele Verfahrensschritte und einen großen Aufwand an Material·
Ss ist Aufgabe u&r SrflBdüsg eis äd.% 5±£$s Übsrssg versehenes
einfaches optoelektronisches Koppelelement anzugehen, das aus
einer Festkörperlichtquelle und aus einer Festkörperfotozelle
besteht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daS die fotozelle wenigstens
swei Zuleitungen, von denen eine erste mit einer ersten Palme versehen ist, aufweist, daS ein auf der ersten lahne angeordneter Körper mit einer weiteren Zuleitung elektrisch verbunden ist, daS die Lichtquelle wenigstens swei Zuleitungen,
von denen eine erste mit; einer weiteren Jahne versehen ist}
aufweist, daS «in auf der weiteren. Tahn« angeordneter £erp»r
mit einer weiteren Zuleitung elektrisch verbunden ist, rad
daß die Körper sich gegenüber im Abstand voneinander angeordnet sind.
In vorteilhafter Weise wird das optoelektronische Koppelelement so hergestellt, daß ein Hahmen mit Totosellen, von
denen jede aus einem auf eijier Jahne angeordneten Korper und
aus Zuleitungen, von denen die erst· mit der Jahn· und di· weiter· mit d«m Körper elektrisch verbunden ist, bestehtt
in ein· Gulschal· gebracht wird, daS ein «weiter Sahmen mit
Lichtquellen, von denen 3«d· aus «inem auf *in*r Tann· angeordneten
Körper und aus Zuleitungen, von denen di· erst· mit der 7ahn· und di· w«it«r· mit dtm Kö:?p«r elektrisch v«r—
ist, bestehtf in. di«s*lb· Gulschal· gebracht wird,
di· Körper im Abstand g»g*nSb*r sueinander ang*ordn*t
warden, dal di· Gufischal* mit einem Satcpial, das im hart-
- 2 - ffwor
■ MM
* t i
* t i
gewordenen Zustand gegenüber den Licht der Lichtquelle durchlässig
ist, bis xu einer solchen Höhe gefüllt wird, daß mindestens ein Seil der Fahnen, die Körper und ein Teil der
Zuleitungen bedeckt werden, und daß das Material hart gemacht
wird.
Viele Festkörperlichtquellen und Festkörperfotozellen können
auf einem Rahmen oder Streifen angeordnet werden· Die einzelnen
Lichtquellen "osd die einzelnen Fotozellen werden so auf
dem Rahmen angebracht, dafi die aktivem Elemente sich gegenüber
und in kurzem Abstand voneinander befinden· TTn diese
relative Lage zu fixieren, werden die Rahmen sich gegenüber in ein«
GuBschale gebracht. Bann wird der Behälter der Gußschaie mit
einer Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit ist trockenbar und/oder härtbar und gegenüber dem Licht, weiches von der
Lichtquelle ausgestrahlt wird, im trockenen oder geharteten Zustand durchlässig. Dann wird die Flüssigkeit eingetrocknet.
Die aus Lichtquelle und Fotozelle bestehenden Paare werden voneinander
getrennt» Die Seile des Rahmens, die der Festigkeit während des Yergießens dienen, werden abgeschnitten, so daß
ein vergossenes optoelektronisches Koppelelement übrigbleibt, welches Tier Zuleitungen aufweist, von denen zwei den elektrischen
Eingang und zwei den elektrischen Ausgang darstellen. Venn es gewünscht wird, kann das vergossene Koppelelement mit
einem Material umhüllt werden, das gegenüber dem Licht undurchlässig
ist, auf welches die Fotozelle anspricht. Damit kann das Licht der Umgebung vom Koppelelement fern gehalten
werden. Das TJahüllungsmaterial kann auch reflektierend sein,
um den Wirkungsgrad des Koppelelementes zu verstärken. Dabei
ist die Grenzfläche zwischen dem Yergußmaterial und dem lichtundurchlässigen Material reflektierend. Tor dem Vergießen
können die Rahmen so ausgebildet werden, daß die Zuleitungen
auf derselben Seite, auf sich gegenüberliegenden Seiten oder
im rechten Winkel zueinander aus dem Koppelelement heraus-
- 3 - füares»
führen. Wenn eine !fotozelle mit drei Zuleitungen verwendet
wird, dann weist das eingekapselte Koppelelement fünf Zuleitungen auf · Sie Zahl der Zuleitungen kann jje
der Art der verwendeten Fotozellen und/oder Lichtquellen
variieren.
Weitere Kerkaaie imd Einzelheiten des Erfindung erg;s"b*2i sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfularungshei&piel
anhand der Figuren. Es zeigen:
Fig.1 auf einem Bahmen angeordnete Festkorperfotozallen in
Form von Dioden;
Fig. 2 Ebenfalls auf einem Rahmen angeordnete Festkörperfotoirllen
in Form von !Transistoren;
Fig. 3 Auf einem Rahmen angeordnete Festkorperlichtquellen
in Form von Dioden;
und einem Bahmen nach Fig.3, "bereit; zur Aufnahme der
für die Yerkapselung vorgesehenen Flüssigkeit;
Fig. 5 Nahezu fertiggestellte Koppelelementpaare mit Lichtquelle
und Fotozelle, die In einer Gußschale mit elliptischen Vertiefungen hergestellt wurden;
Fig.6 Ein optoelektronisches Koppelelement, hei dem die Zuleitungen
nach entgegengesetzten Seiten her&usragen;
Fig.7 "Tc* ~" optoelektronisches Koppelelement,, dessen Zuleitungen einen Winkel von ungefähr 90° "bilden.
In Fig.i ist ein. ziemlich starrer Bahmen 10 aus Metall dargestellt. Der T?«>y*Ti 10 umfaßt einen oheren, sich in Lang»-
Λψγ Ye2?Steüung rt'f ynyr^ffff Bttg#l
i2 *"^ einen. Tg*rfc»r#Ti j ebenfaHe der Versteifung
BSgel 14-. Pair· tub. Suleitungan 16, i8 erstrecken sicli Tom
■unteren Bügel 14 aus in Sichtung au* den oberen Bügel 12
Bio Zuleitung 13 überdruck« £s& d*n gesamten Abstand «wischen
dem Bügel 14 und der unten noch nSner "beschriebenen 2?ahn» 20·
Die Zuleitung 16 überbrückt den groSten 5eil des Jistandes
Bügel 12. ]f&cn der einen Seit» (in der ?ig.1 nacn der
4er S-aleitiaae 16 erstreckt sicn hinter dem Ende
*ml«it*fi£ ΙΑ a« tAkm· 20« Ui #·«ί« 5mA« 4«» *«JyU 20
d«t üii«l 12 ά*«α «la« t«x»imd^t 22 Τ«**«*·**
22 x«ftm Br«ite* «1« di« 2ml«iimmt 16 Hmd
d«r taM« 20 i«im* fiie t«ttm AH«m «·
«1« di« tuliituni id Had *lca im i«d«r
IHr ftltti dir f«hm« 20 tl«fimd«m« Si«
16 Ümd 18 Umd dl« t«mm« 20 t>ildin «im« fäiiHtti 24*
tiili tMimmi«m 24 «tillin din t«mft«m 10 d«?* ill« tml«i«
I64 1S4 All· tirbladlttiein 22 Umd All« f AmmAm 20
tÖrnmem im dirlil^im Ebini li«i«m* Auf i*Ut tamai 20 iftt
«im« «im«m tÄrpir 26 tildimd« Biedi torgiiiaia* 1>ir lodifi.
di» t**$«*l 26 iflt Alt dir ♦ Ahm« 20 Umd damit Attftm mit dir
2ül«itttme 16 *«rfcitmd«m» Si« Oh«rtiit« di· X8r$i?s 26
mit dir Zuliitumg 18 duren iimim Sramt 30 Tir^imdim«
dim im «im«m B$itir«m T«rfakrimesonritt Torgiftiaimin
semiiiidim dir Bügel 12 -and 14 «teilt jedes Paar aus dan
Zuleitungen 16» 18 den elektrischen AnscnluS der Died* dar.
Vie bikannt ist, können Halbleiterdioden licnteapfindlicji
sein, wahrend ander· derartig· Bauelemente Licht ausstrahlen, vezm ihnen Energie sugeführt wird.
In ?ig;.2 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, wie in
Fig.1. Dabei werden für sich entsprechend» Teile die gleiches.
Eesugsseichen verwendet. Im Unterschied sum Gegenstand
- 5
der Uigur 1 1st auf der !ahn* 20 «in, einen Transistor
■bildenden I3rper 32 angebrannt. Statt «ines transistors
iann els ££rper 32 auch «in anderes lichtempfindliches Bauelement
sit drei Zonen Tcrwendet werden. Eine Basissuleitung
dl· gleich, lang 1st «ie Sie Zuleitung 18, ist zwischen
Zuleitungen 15 und 18 vorgesehen. Bi* Basiszuleitung 3^
ist an die Basis des Transistors durch eine Yerbindong 35
elektrisch angeschlossen· Die Zuleitung 16 stellt den lollektoranschluB des Transistors dar· Der Baitterar-schluß
wixd. dm*eh die imleiTwAf. ΛΒ tilU<» Bit !«leitungen 16*
die iasieittleituag 5*4 Al· ^AIm* 20 uad 41* ferbiadung 3?
AlA* fatnoe 25» ftiltf·»« fftjtfttittt*& 25 «lad ftttft
10 dir tif*2 iiUia^A&gefait« Äe^Aflntlica Ui dir in fit»2
daxfefttellte tfaAeietor liÄattmpfindlicn, ##ää der Ittitanscnlul
offin gelasftfta wird. Di* 24ftisfttllAiitlbt ^
tinem »olcÄin f«H gta* auegelasttn werden* 2s Ätgi'bt «loh
elÄ·, d*m OegtnetaÄd dir ti§»1 thalica· iªtttllft« in dtr
jedoch, ein lichtempfindlicher transistor etatt «intr
Diod· Ttrwindet ist»
Der in *ig»3 darg*et*Ut· Hahmtn 10 kann in stinir iorm dtr
gleich· sein wie dtr in der ?ig»i dargestellt· lahmen 10·
Er ist diesem gegenüber jedoch ?on links nach rtcht» gt·
dreht· Der in Jig. 3 dargestellte lahmen 10 umfaBt obere uad
untere Bügel 12 und 14-, Zuleitungen 16, 18 und fahnen 20
wie die in ?ig.i gezeigte inordnung· Die ?ahnen 20 weisen
aber in der ?ig*3 zuLCh der linken Seite der Zuleitungen 16·
AuT der Oberseite der Jahne 20 ist ein lichtaussendender
ESrpea? 23 angeordnet. Je nachdeia, ob der Körper 23 lichtaussendend
oder lichtempfindlich ist« ist der Körper 26 lichtenprindlicß oder lichtaussendend« Entscheidend ist
nur* daß ein lichtempfindlicher Korper mit einen llchtaussendeaden
Körper verbunden wird. Dor llcatausseadende Körper
kann ixt heetimeten Tillen mehr al» «wel Zuleitungen
- S - haben»
K181P/G-513/514
haben. Die Zuleitungen 16, 18, die Palm· 20 -and die Yerbindung
22 (fig.3} bilden «in· fassung 27. Die Rahmen der
figuren 1 und 2 auf der einen Seite und der Bahmsn der Figur
3 auf der anderen Seite sind se dimensioniert, daß,
wenn ein Körper 23 (Rg.3) «it einem E3rper 26 (fig.1) oder
mit einem Korper 32 (fig.2) sich gegenüberliegend susammenpaßt,
-und venn die Bügel 12, 14- des Sahmens der figur 3 mit
den Bügeln 12,14 des Rahmens der figuren 1 oder 2 zusammenpassen,
daß dann auch, alle übrigen Körper 26 (oder 32) der
beiden Rainen. 10 ebenfalls sich gegenüberliegend zusamaenpäiita.
taÜbilfth iit tutta iini Uldiri Ittifcildiülg dt* Mtnftin
10 1ttd dir ittrtep *e|littk» StrtioheideAd iii HIAp4 dal dii
iinielain ÜtiAto. *44p4 tlüdia« die tetlteieiiien, dii dii
lieh
In fi|«4 itti ein· (Hilioliale dar«·iUUt4 dii dUtL diiüt4 Ain
10 dir tifüreü 1 edir 2 in iiüi ei|iftÜ1)iriii|iadi
ttit ÄiJttaü 10 dir Ki. 3 in toififtüu Dii faliafaali 36
tird dHroÄ iiair Aintitir mit offiftir Obirüiti4 mit Äiitintlttdiü
5«* atirnttndiM 40 tlnd mit iiaim iodin 42 gi-bildit»
Dii Ötirntändi 40 Und dir Boden 42 itiisia piralleli I1UIiI
Aiii« In dii dii Obi^iiiti und dii ßütliohen tiktin. dir
SÜgtl 12 dir San»*n 10 «ifleibraott #irdin. Dii 25ultilrungi;i
16« 18 4 odttr» «ifin iiiii iotoiillii Tom franeietottyp (fig«;2)
T«r»#ndtt i#ird4 dii 2ul«itungin 16« 18 und dii Baftiuuliitung
34 «iietn nach oben» KnoMem tin Sathmin nach der
figur 1 odiir nach dir figur 2 in diit tin· *ugt 44 und tin
Bahnen nach der figur 3 in dit andere fugt 44 gestellt worden ist, wird dit Gußschale 36 mit finer flüssigkeit so
hoch gefüllt, daß dit Zuleitung 16 tailwtist tedeckt ist. Die flüssigkeit ist im eingetrockneten oder gehärteten
Zustand gegenüber dem von der Lichtquelle ausgesandttn Licht durchlässig· Dann wird die flüssigkeit eingetrocknet
oder hart gemacht· Die vergossene Anordnung wird aus der Gußschale 36 herausgenommen. Die Bügel 12 und 14 werden ab-
— 7 — gesehnttten.
geschnitten. Die ei Tit einen eingekapselten optoelektronischen
Σορρβίβΐerneute, von denen jedes eine fassung 24- oder 25« eise
?assuas 27, Zuleitungen und Xorper umfaBt, werden
durch .Anritzen oder Brechen oder durch Sagen getrennt. Schlieiflich
wird das optoelektronische Koppelelement dadurch fertiggestellt, da£ die eingekapselte Anordnung alt einem Material
(siehe di© Schicht 62 in den fig.6, 7) umhüllt wird* das gegenüber dem LichtT/ auf das die fotozelle anspricht, undurchlässig
und vorzugsweise reflektierend ist-
tu der HqA ist Aiii· t^Äfthtieki*· Qttlechal* dm*&»«t«ilv*
Innere d·* Schalt ktaa j ;dt gewttneohte fOÄ haben»
«•is· di· fett ton durok tirt»inltlÄtitÄile miiÄilUndir
dinin illiptiechin 2ylinderü* »Ttdoeh #Λ···η die ft·
Oüleolillill tugiil litt» AuffläoÄ· dir JHIgAl 12 AufwAiieft»
•iü· SölOflt Oueöchäl· mit tlliptiaoaen t«»ti«fittt(|«m
dft wird t dafln terdin mitfillattdtr tttbHftd·»
optoiliktroüiioh· Elitfnt* 50 (*ift»5) atatt
«i· durch di· atiÄsöhtl· 36 (fi|.4) hirtÄitellt* Di· U*->
hifldüfleöttil· 52 könnin rial leichter weggctroohta «^ din«
tut di· fintflnin toppililittnt· 50 (tig. 5) hertutUll·^ «1·
di· duroh di· Quischtl· 36 hirgittillttn Χορρ·1·1·Α·Α%·«
Jtdl9 tinliln· ioppoliltmtnt umfiftt *in· erit· Jahn· 20 #
•intn darAuf ftetgiaaohttn Körper 26 (oder 32) uad ^ul·!-
ttingtnt wodurch insgtstftt tin.· fotoiillt g#"bildit wirdt imä
•in· »woit· ?thnt 20« «inen darauf festgemachten KSrpe* 23
und Zuleitungen« wodurch insgesamt eine Lichtquelle gebildet
wird· Die Körper 23 und 26 (oder 23 und 32) liegen sich
im Abstand gegenüber. Jedes optoelektronische Koppelelement hat vier Zuleitungen 16, 18 und 16, 18 oder fünf Zuleitungen
16, 34, 18 und 16, 18, die in der fig. 5 nicht dargestellt
sind. Wenn drei Zuleitungen 16, 54, 18 verwendet werden,
^g1TVn werden die Zuleitungen 16, 54, 18 an den «Inen Transistor
darstellenden Körper 32 nach Art einer Diode «age« ^
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M181P/G- 513/514
schlossen· Hit der in Fig*4- dargestellten Gußschale oder einer
ähnlichen Gußschale kann ein Koppelelement hergestellt werden,
bei dem alle Zuleitungen zueinander parallel sind und nach
dersolben Richtung aus dem vergossenen Körper des eingekapselton
Koppelelements herausreichen.
Wenn ©in optoelektronisches Koppelelememt gewünscht wird, hei
den die Zuleitungen nach entgegengesetzten Richtungen weisen und in derselben Ebene liegen, dann kann die in Fig.6 dargestellte
Anordnung benutzt werden. Die Hahmen 11 (Fig.6) könnon durch Biegen der Rahmen 10 hergestellt werden. Die
Korpur 26, 25 (oder 25» 52) liegen sich gegenüber und sind
etwa» voneinander entfernt. Der Bügel 12 des einen Rahmen 11
ist titwas von den Zuleitungen 16, 18 des anderen Rahmen 11 getrennt.
Dies kann dadurch erreicht werden, da3 die Zuleitung 16 in stumpfen Winkel gerade bis unter die Fahne 20 gebogen
und drain wieder zurückgezogen wird, so daß der untere !Seil der ableitung 16 parallel zur Fahne 20 ist. Um die Bügel 12,
die ]?ahnen 20 und die oberen Teile der Zuleitungen 16, 18 (oder 16, 18, 5*0 ainter den Biegungen wird Gußmateriai/gegossnn.
Zwischen den parallelen und sich gegenüberliegenden Teiles, der Zuleitungen 16, und der Bügel 12 können Abstands-Etüclte*
60 vorgesehen werden, die einen genauen Abstand Mischen den Korpern 25, 26 (oder 23, 52) gewährleisten
iond einen Kursschluß zwischen de» Bügel 12 und den Zuleitungen
16, 18 verhindern. Fach dem Trennen in die «in-
*»oji*£i Kopp*lel*m*nte wird, wie bereits oben beschrieben wurde,
«la. lichtundxtcchlassiges und vorzugsweise reflektierendes
Material 62 auf das GuBm&terial 58 gebracht. Das fertige
optoelektronische Koppelelement hat Zuleitungen, die in derselben Eben* nach verschiedenen Sichtungen weisen. Wenn es
gewünscht wird, daS die Zuleitungen nach entgegengesetzten
Sichtungen weisen ·ητκ* eine JLlnie bilden, dann können dl«
!ahnen 20 nach, derselben Sicatung von den Zuleitungen. 16
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während di* Körper auf sieh gegenüberli*g&£äs~
Seiten der Fahnen angebracht sind. Venn die Zuleitungen
nicht in derselben Ebene liegen sollen, dann brauchen die
Fassungen nicht gebogen *u werden, wlhrend die Abstands·«
stucke dicker sein können.
Wie in der Fig* 7 dargestellt ist, können die Zuleitungen
auch senkrecht zueinander sein. Es ist notwendig, daß die £örper 25, 26 \.oö.bt 2*5,, 5^y» αχ» is -ga^ltgs Xd.ui.9u
dargestellt sind, sich im Abstand gegenüberliegen, und daß
die Fahnen 20, die Zuleitungen 16, 18 und die Drähte 30 der Fotozelle und dor Lichtquelle voneinander isoliert sind«
Bank des einfachen Herstellungsprosesses für die Fassungen.
24-, 25 und 27 der Fotozellen und Lichtquellen durch Stanzen
und dank des GuBprozesses, um die Koppelelemente am bilden,
können viele optoelektronische Koppelelevente schnell, einfach und billig gefertigt werden. Ein Koppelelement umfaßt
dabei zwei Elemente, nämlich eine Lichtquelle und ein« Fotozelle, die miteinander eingekapselt sind*
— iO —
Claims (5)
- H181P/G-513/514SchutzansprruelieOptoelektronisches fcopptltltmtiit «it tint*und tint* fotoitlli« dadurch gektnnieichtet, dti toioitllt «taigettne mti Ζ*1·ϋιΐ磫Α*(ΐ6* 18)* rom denen «in« fist· «it tint* ifatia fihn· (20) 1st« Aliftttiflt« dtB «ill iUf dif t^etiA ί«2υΐ· (20) otdiiitfr Kötpit (ί»Β* 26) mit §i&·*(18) iltottftiaefe Ytfbtindtfl. 1st ^ daA di* irtfiigettAB ι#·1 2ul#itüng«a (16« 1 tieti mit finer %*it»itn Jthnt (20) Ttrattittfi. ist, «•ist» daß ein auf dt£ wtit^rtü fahne (20) r:jgioi'da»t«ir (t«B« 25) mit tin·« «tittrtA Zultürung (18) btmdtn itst, und dtfi dit Körptr sich gtgtntfetr im Absttad vontinandtr ang·ordnet sind·
- 2. Optoelektronisches Koppeleleaent xuicn Anspruch 1t gekennzeichnet, daß zwischen den Körpern (23, 26) ein Ratdrial vorgesehen ist, das gegenüber dem Licht durchlässig ist, auf welches die Fotozelle anspricht*
- 3. Opt ο elektronisch«) s Koppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material die Fahnen (20), die Körper (23, 26) imd mindestens einen £eil der Zuleitungen (16, 18) umgibt.- 11M 181P/G-515/514 T
- 4-. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch. 2 -and 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen, in derselben Eichtung aus dem Material herausragen·
- 5. Optoelektronisches Koppelelement n&ch Anspruch 2 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen in entgegen gesetzten Sichtungen aus dem H&terial herausragen.6*. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 2 und 3t dadurch gttitUltiiahnet, daß die Zul«i1m&e«a im saahtea ¥i&k*l sttfttfitzidir tue d·* MaterialOptoeliktroniachta Koppeltltltnt üaob Aheprtioh 2 utul 3« dadurch gikiflÄliichiiit» dal dii ZulfituaeiH in ttitMIAn* e#sitftt«A Hichtungtn uad in elntr Ebiüt tue dam Wttiriäl- 12 -
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