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(D.B.Joy und E.R.Geib in „Jl. Soc. Mot. Pict. Eng." XXIV, Nr. 1, Januar 1935.)

Die Verfasser nehmen einleitend Bezug auf eine vor Jahresfrist veröffentlichte Arbeit *1), in der der Hoch-intensitäts-Gleichstrombogen mit nichtrotierender Kohle beschrieben wurde.

• Anmerkung : Es geht um die Lichtbogen-Lampe in alten Kinoprojektoren oder Hochleistungs-Scheinwerfern. Und immer wenn von einem "Bogen" die Rede ist, ist der "Lichtbogen" gemeint.

Dieser (Licht-) Bogen besitzt den charakteristischen tassenförmigen Krater des bekannten Hochintensitäts- Gleichstrombogens mit rotierender Positivkohle, wird aber mit dünneren Kohlenstiften erzeugt und bedarf nicht der Stromzuführung zu den Kohlen dicht am Bogen.

Es war ursprünglich nur daran gedacht, daß diese neuartige Projektionslampe in Verbindung mit einem geeigneten Lampenmechanismus und bei passender Stromversorgung sich zur Verbesserung der Projektion in solchen Kinos eignen werde, in denen mehr Licht und eine bessere Lichtqualität erwünscht ist, als sich mit der Niederintensitätslampe erreichen läßt, in denen aber andererseits die kompliziertere und teurere Apparatur zum Brennen des üblichen Hochintensitäts- Gleichstrombogens weder benötigt wird noch wirtschaftlich gerechtfertigt wäre.

Heute tritt die Notwendigkeit dieser Lichtquelle nach den Ausführungen der Verfasser im Hinblick auf die Fortschritte, die auf dem Gebiete des Farbenfilmes erzielt wurden, mehr denn je in die Erscheinung. Die Projektion, von Farbenfilmen erfordere eine höhere Lichtintensität, als die von Schwarz-Weiß-Filmen und vor allem die für das Licht der Hochintensitätslampe charakteristische schneeweiße Lichtfarbe. **)

(Die Verweise stehen ganz am Ende.)

Der frühere Aufsatz *1) beschränkte sich auf eine Besprechung des Lichtbogens und der Kohlen; eine eigens für den Gebrauch dieser Kohlen konstruierte Lampe war damals noch nicht im Handel. In der vorliegenden Arbeit wird der Lichtbogen in bezug auf die nunmehr geschaffene und gegenwärtig in den Theatern benutzte Ausrüstung sowie auf das Licht auf dem Projektionsschirm behandelt.

Die in Tafel I zusammengestellten Werte für Stromaufahme und Kohlenverbrauch weichen, wie die Verfasser bemerken, etwas von den früheren Angaben ab, da die Durchbildung gewisser Lampentypen dazu geführt hat, daß die Kohlen einen ruhigen Bogen bei geringerer Belastung als früher für angängig erachtet zu halten vermögen.

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Die in der letzten Spalte der Tafel enthaltenen Angaben über den wirksamen Kraterdurchmesser wurden durch Messung des Durchmessers zwischen den Innenkanten des Kraters erhalten, der etwa 0,5-1,0 mm kleiner ist als der zwischen den Außenkanten gemessene.

Die Verfasser weisen darauf hin, daß die in der Tafel mitgeteilten Werte unmittelbar für die Berechnung der Vergrößerung durch das optische System der Projektionslampe Verwendung finden können.

Den nachfolgenden Ausführungen liegt die Verwendung der heute am meisten benutzten Kohlen von 7mm (Pos.) und 6mm (Neg.) zugrunde. Die verschiedenen Faktoren, die das Licht auf dem Projektionsschirm gleichzeitig beeinflussen, wurden in ihrer Auswirkung unabhängig voneinander untersucht; durch Kombination der über die einzelnen Variablen gewonnenen Angaben läßt sich dann der Gesamteffekt Voraussagen. Die durchschnittliche Beleuchtungsstärke auf der Projektionswand wurde an neun Punkten gemessen, die Lichtverteilung ausgedrückt als das Verhältnis der Helligkeit in der Schirmmitte zu der an den Rändern.

In der Praxis wird bei den angegebenen Kohlen die Bogenlänge gewöhnlich auf 7-8mm gehalten. Bei konstantem Strom und genauem Einhalten der Kraterstellung sind Aenderungen der Bogenlänge in dem Bereich von 4,8-9,5mm weder auf die Gesamthelligkeit der Projektionsfläche noch auf die Lichtverteilung von Einfluß; indessen bildet sich bei sehr kurzer Bogenlänge, wie beispielsweise 4,8mm, auf der negativen Kohle ein rötlicher Niederschlag, der, wenn er nicht entfernt wird, zu Schwierigkeiten durch Umschlagen des Bogens Anlaß geben kann.

Andererseits tritt bei großen Bogenlängen, wie 9,5mm und darüber, ein merkliches Flackern des Bogens auf, das Schwankungen des Projektionslichtes zur Folge hat.

Setzt man die Stromstärke herauf, während Bogenlänge und Stellung des Bogens zum Spiegel unverändert bleiben, so nimmt die Gesamthelligkeit der Projektionsfläche erheblich zu, während sich die Lichtverteilung nur wenig ändert.

Einer Zunahme der Stromstärke von 40 auf 50 Amp., also um 25 Prozent, entspricht eine Zunahme der Beleuchtungsstärke auf dem Schirm von 47 Prozent. Diese Lichtzunahme ist begleitet von einer Vertiefung des Kraters und beschleunigtem Abbrand der Kohlen.

Bei zu geringer Stromaufnahme ist der Krater sehr flach und das Licht besitzt keine gleichmäßige Farbe, ist die Stromaufnahme zu hoch, dann tritt übermäßiger Kohlenverbrauch ein und das Licht ist unruhig.
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Ändert man unter Konstanthalten der Belastung und Bogenlänge die Stellung des Bogens zum Reflektor, so nimmt die durchschnittliche Beleuchtungsstärke von einem Kraterabstand gleich 9cm bis zu einem solchen von etwa 9,7cm zu, erreicht hier ein Maximum, um dann in ähnlicher Weise wieder abzunehmen.

Das Verhältnis der Rand- zur Mittenhelligkeit verschlechtert sich um so schneller, je größer der Abstand des Kraters vom Spiegel wird; um eine gute Lichtverteilung auf der Projektionswand zu erzielen, muß deshalb die Kraterstellung innerhalb enger Grenzen eingehalten werden.

Bei den hier zugrunde gelegten Verhältnissen erzielt man gleiche Rand- und Mittenhelligkeit, wenn die Kraterkante einen Abstand von 9,4cm vom Mittelpunkt des Reflektors besitzt. Nähert man den Krater dem Reflektor, so werden die Schirmränder heller als die Mitte, was sehr unerwünscht ist. Bewegt man den Krater im entgegengesetzten Sinne, so nimmt die durchschnittliche Beleuchtungsstärke auf der Projektionswand unter Bevorzugung der Bildmitte bis zu dem vorstehend erwähnten Maximum zu; bei noch größerer Entfernung vom Reflektor sinkt die durchschnittliche Beleuchtungsstärke ab, und der Unterschied zwischen Rand- und Mittenhelligkeit vergrößert sich, um schließlich sehr erheblich zu werden. - Die geringe Toleranz für den Abstand des Kraters vom Spiegel ist in dem Zusammenwirken der Lichtverteilungskurve quer über den Krater, der Vergrößerung des optischen Systems, des Durchmessers der Krateröffnung und der Abmessungen des Filmfensters begründet.

Die letzteren sind genormt, und die Gestalt der Lichtverteilungskurve mit ihrer Spitze im Zentrum des Kraters ist eine charakteristische Eigenschaft des Gleichstrom-Hochintensitätsbogens.

Somit verbleiben nur die Vergrößerung des optischen Systems und die Krateröffnung als Faktoren zur Beeinflussung des Projektionslichtes übrig.

Die Krateröffnung wächst, wie aus Tafel I ersichtlich, mit dem Durchmesser der positiven Kohle und der Belastung. Durch Messungen wurde gefunden, daß die Verbindung: Positivkohle 8mm, Negativkohle 6,5mm, sowohl größeren Spielraum für die Verschiebung des Bogens aus der optimalen Stellung, wie auch mehr Licht gewährt.

Mit der 8mm-Kohle bei Belastung mit 60 Amp. wird die zulässige Verschiebung des Bogens bei gleicher relativer Aenderung der Lichtmenge und Lichtverteilung auf annähernd 35 Prozent gesteigert.

Die andere Möglichkeit besteht in der Steigerung der Vergrößerung des optischen Systems. Der Gebrauch entweder einer dickeren Kohle oder eines optischen Systems mit stärkerer Vergrößerung würde die Erzielung gleichmäßigen Lichtes auf der Projektionsfläche erleichtern.

Der Bogen wird nicht befriedigend brennen, wenn nicht für korrektes Ausrichten der Kohlen Sorge getragen wird.
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Aus Vorstehendem geht ohne weiteres hervor, daß ein gleichmäßiger Kohlennachschub von Wichtigkeit ist, damit Einhalten der Kraterstellung und gleichmäßiger Strom sichergestellt sind. Bei verschiedenen Lampen des Handels ist dies weitgehend erreicht.

Die positive Kohle wird kontinuierlich, die negative ebenso oder in sehr geringen Intervallen nachgeschoben. Das Verhalten zwischen Nachschub der positiven und negativen Kohle kann entweder an der Lampe selbst, oder durch verhältnismäßig einfaches Auswechseln von Lampenteilen geregelt werden.

Die vorstehenden Ausführungen haben einen vollkommen stetigen Bogen zur Voraussetzung, doch fanden die Verfasser, daß die Stabilität dieses Bogentyps stark durch die Kraftquelle und den magnetischen Fluß beeinflußt wird.

Die in USA gewöhnlich benutzte Kraft ist Gleichstrom von 115 Volt. Dieser bietet die Möglichkeit zum Vorschalten eines starken Beruhigungswiderstandes, der für den Niederintensitätsbogen bekanntlich eine Notwendigkeit darstellt. Wo eine solche Kraftversorgung nicht erhältlich war, lieferte auch ein Motorgenerator für 80 Volt einen stetigen Bogen bei 30 Amp., 55 Volt, Kohlenstifte 12 und 8mm.

Die dünnen Hochintensitäts-Kohlenstifte erfordern nur eine Bogenspannung von etwa 35 Volt; es wäre deshalb unökonomisch, sie mit einer Kraftquelle von 115 oder 80 Volt zu speisen. Es wurden deshalb Einrichtungen (Generatoren, Gleichrichter) entwickelt, die sehr gute Resultate lieferten, bei bemerkenswert viel ruhigerem Licht auf der Projektionsfläche.

Die untersuchten Kraftquellen waren;

• a) eine konstante Spannung von 115 Volt,
• b) eine konstante Spannung von 45 Volt,
• c) eine fallende Voll - Ampere - Kurve und verhältnismäßig niedrige Spannung bei Nichtbelastung,
• d) eine steigende Volt-Ampere-Kurve.

Bei den Kraftquellen a und b, die bei den betrachteten Strömen konstante Spannungscharakteristiken haben, wird "vor dem Bogen" ein Widerstand eingeschaltet, um die Spannung auf den geeigneten Wert herabzusetzen. Das charakteristische Merkmal einer Kraftquelle gemäß c oder d ist, daß der Arbeitsstrom eine Spannung passender Höhe erhält.
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Was die Stetigkeit des Bogens anbetrifft, so interessieren besonders die Volt-Amperekurven am Bogen selbst. Abb. 1 veranschaulicht den Einfluß der verschiedenen Kraftquellen auf die Volt-Ampere-Kurve über einen schmalen Stromstärkebereich für einen Bogen von 45 Ampere, 35 Volt zwischen einer Positivkohle von 7mm und einer Negativkohle von 6mm Durchmesser.

Bassett *2) hat gezeigt, daß der Spannungsabfall im Bogen von der positiven bis zur negativen Kohle verhältnismäßig gering ist und mit wachsender Stromaufnahme nicht zunimmt. Andererseits ist der Spannungsabfall im positiven Krater ziemlich hoch und wächst mit Zunahme des Stromes und der Kratertiefe.

Wie oben ausgeführt, bringt das Anwachsen von Spannung und der Kratertiefe in der positiven Kohle, das mit der Stromzunahme Hand in Hand geht, einen beträchtlichen Gewinn hinsichtlich des nutzbaren Kraterlichtes. Es ist deshalb sehr wichtig, daß die Verhältnisse am positiven Krater möglichst konstant gehalten werden.

Die Kurven in Abb. 1 zeigen nur den Einfluß der Stromquellen auf die Wirkung, welche Störungen des Bogens auf Bogenstrom und -Spannung ausüben, berücksichtigen indessen nicht Aenderungen der Eigenschaften des Bogens selbst, durch welche die Volt-Ampere-Kurve umgekehrt beeinträchtigt werden kann.

Innerhalb des engen Stromstärken- und Spannungsbereiches, der hier betrachtet wird, kann man annehmen, daß Stromquellen nach b und c etwa gleiche Volt-Ampere-Kurve besitzen. Bei Kraftquelle a, bei der die Spannung durch einen verhältnismäßig großen Widerstand von 115 Volt auf 35 Volt herabgesetzt wird, ist die Volt-Ampere-Kurve sehr steil. Ein Absinken der Bogenspannung würde eine geringe Zunahme der Stromstärke von der Kraftquelle bewirken. Kraftquellen gemäß b und c zeigen bei gleicher Abnahme der Bogenspannung ein viel stärkeres Anwachsen der Stromstärke. Andererseits würden Kraftquellen, die eine ansteigende Volt-Ampere-Charakteristik besitzen, eine Abnahme der Stromstärke bei Abnahme der Bogenspannung zeigen, wie aus Kurve D ersichtlich.

Die Verfasser führen im folgenden den Nachweis, daß diese Unterschiede in der Einwirkung der verschiedenen Stromquellen auf den Bogen die Stabilität desselben beeinträchtigen.

Verursacht beispielsweise eine Störung ein momentanes Absinken der Bogenspannung um 1 Volt, so gestaltet sich die unmittelbare Einwirkung der Kraftquellen auf den Bogen, gem. Abb. 1, wie in Tafel II angegeben.

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Bei geringer Zunahme der Stromstärke im Bogen, wie sie bei Kraftquelle a eintritt, besteht sehr wenig Neigung zur Wiederanpassung der Kratertiefe. Andererseits würden, wenn die Stromstärke, wie im Falle d, bei nachgebender Spannung abnimmt, die Kratertiefe weiter vermindert und die Bedingungen verschlechtert werden.

Bei Benutzung der Kraftquellen b oder c aber träte ein deutliches Anwachsen der Stromstärke ein, wodurch die richtige Kratertiefe unmittelbar wiederhergestellt würde. Hierdurch würde umgekehrt die Bogenspannung steigen und eine Wiederherstellung der normalen Stromstärke, Bogenspannung und Kratertiefe herbeiführen.

Es ist daher offensichtlich, daß Kraftquellen gemäß d untauglich sind, diejenigen nach b oder c sich aber zur Erzielung eines Bogens konstanter Eigenschaft wesentlich besser eignen als die Kraftquelle a.

Kraftquellen gemäß b und c wurden neuerdings für die Versorgung von Gleichstrom- Hochintensitäs-Bogenlampen, die mit den dünnen, nichtrotierenden Positivkohlen ausgestattet sind, entwickelt.
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Nachstehend werden einige Typen derselben aufgeführt:

• 1. Ein Niedervolt-Motorgeneratorsatz mit konstanter Spannungscharakteristik; 2 Lampen sowie ihre Vorschaltwiderstände sind zum Generator parallel geschaltet.
• 2. Ein Motorgeneratorsatz mit fallender Volt-Ampere-Charakteristik, der keinen Beruhigungswiderstand benötigt, aber je einen separaten Generator, möglicherweise vom gleichen Motor angetrieben, für jede Lampe erfordert.
• 3. Ein Gleichrichter mit fallender Volt-Ampere-Charakteristik. Hier ist ebenfalls für jede Lampe ein besonderer Gleichrichter notwendig.

Diese drei Typen von Kraftquellen sind gegenwärtig zur Speisung der Hochintensitäts- Gleichstromlampen mit nichtrotierenden Kohlenstiften auf dem Markte.

Wie die Verfasser bemerken, hat jeder Typ seine eigenen Vorzüge, allen indessen ist charakteristisch ein bei der Arbeitsstromstärke und -Spannung des Bogens verhältnismäßig starkes Anwachsen der Stromstärke, wenn die Bogenspannung sinkt.

Dies gilt als entschiedener Vorteil zur Erhaltung der Stabilität des Bogens. Alle diese Kraftquellen besitzen einen sehr viel höheren Wirkungsgrad als die 80- oder 115-Volt- Generatoren konstanter Spannung mit den unvermeidlichen Vorschaltwiderständen.

Es wird als sehr erwünscht bezeichnet, daß die Kurzschlußstromstärke dieser Kraftquellen so klein als möglich sei; ist sie übermäßig groß, so wird der Krater zerstört, und der Docht wird leicht ausgeblasen; die Folge ist ein unbefriedigendes Licht auf der Projektionsfläche, bis sich wieder ein normaler Krater gebildet hat.

Bei Gebrauch von 3-Phasen- oder 2-Phasen-Gleichrichtung sind die Schwankungen der momentanen Werte der Stromstärke, Spannung und Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche verhältnismäßig gering und nicht wahrnehmbar.

Einphasenverstärker, wie sie gewöhnlich zur Versorgung von Niederspannungs- Spiegelbogenlampen benutzt werden, verursachen beträchtliche Schwankungen der Stromstärke und Spannung, die bei den hohen Lichtintenstäten der Hochintensitäts-Gleichstrombogenlampen unter gewissen Bedingungen einen recht merklichen Lichtwechsel auf der Projektionswand zur Folge haben können.

Dieser Mangel läßt sich dadurch weitgehend beheben, daß hinter dem Einphasengleichrichter eine hinreichend große Drosselspule eingeschaltet wird.
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Bei der gewöhnlichen Hochintensitätsbogenlampe, bei welcher die Positivkohle rotiert und die Stromzuführung nahe dem Krater erfolgt, gab man der Negativkohle immer eine um mehr als 90° und weniger als 180° zur Positivkohle geneigte Stellung.

Abb. 2 zeigt die Verteilung der Kraftlinien, die durch den elektrischen Strom um den Bogen erzeugt werden. Da die negative Kohle um einen Winkel von weniger als 180° gegen die positive geneigt ist, drängen sich die Kraftlinien unmittelbar unter dem Bogen zusammen, während die Stromdichte oberhalb desselben geringer ist.

Hieraus resultiert eine Kraft in Richtung des eingezeichneten Pfeiles, die, in Verbindung mit dem natürlichen Fluß des Bogenstromes, das bekannte Ausstrahlen der Bogenflamme nach vorwärts - aufwärts bewirkt.

Bei den neuen Hochintensitätslampen werden die Kohlen, da sie ohne Rotieren der Positivkohle brennen und die Stromzuführung nicht nahe dem Krater zu erfolgen braucht, in gleicher Weise gehalten, wie dies bei den Niederspannungslampen üblich ist und auch nicht gegeneinander gewinkelt.

Die durch den Bogenstrom erzeugten Kraftlinien verteilen sich unter diesen Bedingungen, wie Abb. 3 zeigt, gleichmäßig auf die Kohlenstifte, ebenso umgibt die Flamme gleichförmig den Bogen. - Sind die Kohlenstifte nicht sehr genau aufeinander eingerichtet, so brennt der Krater an einer Seite durch; dies bewirkt, namentlich wenn die Speisung aus der 115-Volt- Netzleitung erfolgt, eine beachtliche Aenderung der Kratertiefe und des Lichts auf der Projektionsfläche.

Sorgt man indesesn durch einen zusätzlichen Magnetstrom dafür, daß die Stromdichte unter dem Bogen erhöht, über ihm vermindert wird, so entsteht eine aufwärts gerichtete Kraft, durch die Gestalt und Eigenschaften des Bogens verändert werden.

Abb. 4 zeigt in schematischer Darstellung den Verlauf der Kraftlinien zusätzlichem Magnet unter dem kombinierten Einfluß des die Kohlen durchfließenden Stromes und eines Magneten, wie er in verschiedene Lampen eingebaut wird.

Die durch den Lampenstrom erzeugten Kraftlinien umfließen die Kohlen gleichmäßig, wie schon in Abb. 3 dargestellt, werden aber durch die Kraftlinien des Magneten überlagert. Der Fluß der magnetischen Kraftlinien ist so gestaltet, daß er die Kraftlinien des Lampenstromes oberhalb der Kohlenstifte aufzuheben strebt, den Gesamtfluß unterhalb derselben aber verstärkt, wodurch die Flamme aufwärts getrieben und nach Länge und Richtung konstant gehalten wird.
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Die Negativkohle soll ein klein wenig tiefer gelagert sein, um den Bogenstrom für diese Richtung zu kompensieren; es besteht dann keine Neigung zum Ausbrechen des Kraters nach irgendeiner Richtung. - Wie die Verfasser bemerken, ist die Verbesserung, die durch den Magneten zur Erzielung eines ruhigen Lichtes erzielt wird, beim Betrieb mit 115-Volt-Netzstrom sehr merklich, beim Anschluß an Kraftquellen gemäß b und c geringer, da hier der Hochintensitätseffekt stabiler ist.

Kb.
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*1) Joy, D.B., und Downes, A.C: „Direct Current High-Intensity Arc with Non-Rotating Positiv Carbons", Jl. Soc. Mot. Pict. Eng., XXII (Jan. 1934), Nr. 1, S. 42.

**) Wir vermögen diesen Ausführungen nicht ohne weiteres beizupflichten. Was den Lichtbedarf der Farbenfilme anbetrifft, so ist uns allerdings bekannt, daß es vor der Aufführung des vor einigen Jahren in Deutschland gezeigten, nach dem amerikanischen Technicolor-Verfahren hergestellten Farbenfilms „Cilly" in einem der größten deutschen Lichtspieltheater des Einbaus von Hochintensitätslampen bedurfte, um genügend helle Bilder zu erzielen.

Das bei uns seit mehr als Jahresfrist (vor 1934) in die Praxis eingeführte "Gasparcolor-Verfahren" zeichnet sich dagegen durch eine so große Transparenz der Farben aus, daß die danach hergestellten Bilder keinerlei Intensitätssteigerung des Projektionslichtes erfordern. - Bezüglich der Farbe des Projektionslichtes ist zu sagen, daß es hier ganz darauf ankommt, wie die Abstimmung der Farbbilder erfolgte.

Theoretisch kann freilich nur ein rein weißes Projektionslicht reine "Weißen" liefern, doch ist es hinreichend bekannt, daß dem menschlichen Auge auf Grund der Kontrastwirkung Flächen rein weiß erscheinen können, die weit davon entfernt sind, es zu sein.

Ist also ein Farbenfilm auf ein gelbliches Projektionslicht abgestimmt, so werden darin vorkommende Schneeflächen usw. dem Zuschauer auch rein weiß erscheinen. Wurde die Abstimmung freilich auf ein sehr weißes Licht vorgenommen, so werden die Bilder bei Projektion mit weniger weißem Licht aus einem anderen Grunde nicht befriedigen: sie werden, wenn schon Weiß noch immer als Weiß erscheint, im ganzen Kolorit zu rötlich wirken, weil die bei der Abstimmung im Projektionslicht vorhandene Blaukomponente jetzt reduziert ist.

Nun erfreut sich bekanntlich in USA das weiße Projektionslicht, das sich bei uns nicht hat einführen können, großer Beliebtheit, und da die größeren Theater alle mit entsprechenden Projektionslichtquellen versehen sind, werden auch die Farbenfilme auf diese Lichtfarbe abgestimmt sein und demgemäß eine Einbuße erleiden, wenn sie bei weniger weißem Licht vorgeführt werden.

In diesem Sinne dürften die Ausführungen der Verfasser zu verstehen sein. Die einheitlichere Projektionslichtfarbe in Deutschland schafft diesbezüglich einfachere Verhältnisse. - Der Ref.
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