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Audio- und Videobänder: Geschichte, Aufbau und Archivierung
Ein Beitrag von Andreas Weisser, Freiburg

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1. Geschichte der Magnetbänder

In der Geschichte der Magnetbänder spielen drei Formate eine wichtige Rolle: Audiobänder, die der Vorläufer aller nachfolgenden Entwicklungen sind, sowie Video- und Datenbänder. Dieser Artikel beschränkt sich jedoch auf die beiden erstgenannten Formate.

Obwohl es bereits im Jahr 1888 erstmals gelang, Schall auf einem Eisendraht magnetisch aufzuzeichnen und wieder abzuspielen, kamen die ersten bandförmigen Speichermedien erst im Jahre 1928 auf den Markt. Praktisch zeitgleich wurden Bänder auf Stahl- und Papierbasis vorgestellt, die jedoch beide über gravierende Nachteile verfügten: Die Stahlbandspulen waren sehr schwer und gefährlich bei der Handhabung, weil das schnell laufende Band wie eine Kettensäge wirkte. Bei den Papierbändern behinderten die raue Bandoberfläche und die Reißanfälligkeit des Bandes ein gleichmäßiges Abspielen. Ein weiteres Problem stellte das hygroskopische Verhalten des Papiers dar. Deshalb erfolgten 1933 erste Versuche mit einem Band aus Cellulose-Acetat, das mit Carbonyl-Eisenpartikeln vermischt war. Als sich jedoch herausstellte, dass Carbonyl-Eisen die Reißfestigkeit der Cellulose-Acetat Bänder nachteilig beeinflusste, wurden die nachfolgenden Bandtypen als zweischichtige Folien produziert: Auf den Cellulose-Acetat Trägerfilm wurde ein Überzug aufgebracht, der neben dem Bindemittel Cellulose-Acetat auch die Magnetpartikel enthielt. An dem Aubau in Schichten hat sich bis zum heutigen Tag nichts geändert.

Bereits im Sommer 1935 wurde auf der Funkausstellung Berlin das erste Tonbandgerät, das "Magnetophon K1" präsentiert, das an professionelle Benutzer - wie z.B. Rundfunkanstalten - in Verbindung mit dem neuen Band verkauft wurde.

Um die magnetischen Eigenschaften der Tonbänder zu verbessern, wurden ab 1936 zuerst Fe3O4 ("Magnetit") und ab 1939 gamma-Fe2O3 als Magnetpartikel verwendet, das bis zur Einführung des Chromdioxids (CrO2) zwischen 1967 und 1971 ausschließlich in Verwendung blieb.

Der Wunsch nach längeren Spielzeiten verlangte nach immer dünneren Trägerfolien, um mehr Bandmaterial auf einer Spule aufwickeln zu können. Als Trägerfolie diente bis in die 1960er Jahre fast ausschließlich Cellulose-Acetat, das jedoch bereits in den 1950er Jahren Konkurrenz durch Polyvinylchlorid-Bändern (PVC) bekam. Ende der 1960er Jahre setzte sich dann Polyethylenterephthalat (PET) als Trägermaterial durch, das bis heute fast ausschließlich bei Magnetbändern verwendet wird.

Die Markteinführung der Compact Kassette von Philips im Jahr 1964 führte zu einer noch größeren Verbreitung von Magnetbändern als Speichermedium für die Aufzeichnung von Schall und Daten. Eines der neuesten Bandformate, das "Digital Audio Tape" (DAT), wurde 1986 eingeführt. Dieses digitale System arbeitet ähnlich wie alle gängigen Videoformate mit einer rotierenden Kopftrommel. Erst durch die Entwicklung dieser rotierenden Kopftrommel war seinerzeit eine qualitativ befriedigende Aufzeichnung von Bildern auf Magnetbändern gelungen.

Der Schritt von der Schall- zur Bildaufzeichnung erwies sich anfangs als schwierig und kompliziert. Zwar zeigte die amerikanische Firma 3M bereits 1951, dass es möglich war, Bildsignale aufzuzeichnen und wieder abzuspielen, die Qualität der Aufnahmen war jedoch so schlecht, dass ausser schemenhaften Umrissen nichts zu erkennen war. Erst durch Verbesserung der Aufzeichnungsverfahren ("Helical Scan") und die Verwendung von Bändern auf Polyethylenterephthalat-Basis (PET) sowie feineren Magnetpartikeln, wurde dieses Problem gelöst. Das bis heute gebräuchliche gamma-Fe2O3 konnte durch geänderte Produktionstechniken in immer kleineren Korngrößen hergestellt werden und bekam erst in den 1970er Jahren Konkurrenz durch Chromdioxid (CrO2), das eine noch höhere Speicherkapazität besitzt. Bis Ende der 1960er Jahre waren die Videogeräte noch für den Spulenbetrieb konstruiert. Erst mit der Kassettierung wurde der Umgang mit den Videobändern auf das simple Einlegen der Kassette reduziert. In den Jahren 1972 (U-matic) und 1975 (Betamax) präsentierte die Firma Sony die ersten Video-Heimgeräte, die mit kassettierten Bändern funktionierten. Diese in einem Plastikgehäuse untergebrachten Videobänder verfügten über maximale Spiellängen von jeweils 60 Minuten. Kurz darauf, im Jahr 1976 stellte JVC das Format VHS vor, das sich zu einem der am weitesten verbreiteten Videoformate entwickelte. Daneben etablierte sich das Format Hi8, das 1984 vorgestellt wurde und eine kleinere Kassette besitzt.

 

2. Aufbau von Magnetbändern

Die meisten Magnetbänder - gleich ob Audio- oder Videobänder - setzen sich aus zwei bis drei Hauptkomponenten (Schichten) zusammen.

Die wichtigste Komponente eines Bandes ist der Trägerfilm, der heute meistens aus Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Bei der Herstellung wird PET unter Wärmezufuhr biaxial gereckt, wodurch es eine höhere Zugfestigkeit erhält, weil dadurch die zufällig angeordneten, federförmigen Makromoleküle partiell ausgerichtet werden. Der so entstehende Film ist sehr zugstabil und alterungsbeständig. Ausserdem ist er nicht hygroskopisch und resistent gegenüber den meisten Lösungsmitteln. In jüngerer Zeit fungieren unter anderem auch Polyethylen Naphthalat (PEN), Polyimid und Aramid als Trägerfilme für spezielle Bandtypen. Die Schichtstärke eines PET Trägerfilms variiert je nach Bandtyp und Produktionsepoche zwischen 7 und 40 µm.

Auf dem Trägerfilm befindet sich als zweite Komponente die magnetisierbare Schicht, die sich aus den Magnetpartikeln und einem polymeren Bindemittel sowie weiteren Additiven zusammensetzt. Das quervernetzte Polymer, bei dem es sich in den meisten Fällen um Polyester-Polyurethan handelt, bildet ein räumliches Gitter, in dem sich die Magnetpartikel zusammen mit Gleitmitteln, Weichmachern, Stabilisatoren, Antioxidantien, Fungiziden und mineralischen Füllstoffen befinden. Die Magnetschicht hat eine Stärke von 2 bis 12 µm, die je nach Bandtyp und Produktionsepoche variieren kann.

Bei der dritten Komponente handelt es sich um eine optionale Rückseitenbeschichtung des Trägerfilms, die zur Verbesserung der Wickeleigenschaften und zum Schutz des Trägerfilms aufgebracht wird. Sie besteht wie die Magnetschicht aus dem Bindemittel Polyester-Polyurethan sowie Kohlenstoffschwarz und ist 1 bis 2 µm dick.

 

3. Gefahren für die Langzeitstabilität

Magnetbänder sind schon aufgrund ihres dünnen Trägerbandes ein äußerst empfindlicher Datenträger. Doch nicht nur äussere Einflüsse - wie z.B. Schmutz und Klimabedingungen - zählen zu den Risikofaktoren, oftmals stellen schon die zur Produktion verwendeten Inhaltsstoffe ein nicht zu unterschätzendes Gefahrenpotential dar. Hinzu kommt, dass bei Magnetbändern eine Schädigung nur in den seltensten Fällen äußerlich sichtbar ist. Dies gilt insbesondere für Bänder, die in ein Kassettengehäuse eingebaut sind (z.B. Audio- und Videokassetten). Deshalb werden Schäden meist erst bei der Benutzung entdeckt - und können sich unter negativen Umständen dadurch noch verstärkenn.

Eine chemische Veränderung von Bandbestandteilen ist in vielen Fällen der Ausgangspunkt für eine nachfolgende physikalische Schädigung. Bei den älteren Bändern betrifft die Schädigung sowohl Träger- als auch Magnetschicht, bei Magnetbändern neueren Datums ist das Bindemittel betroffen.

 

3.1. "Vinegar-Syndrome"

Das sogenannte "Vinegar-Syndrome" befällt ausschließlich Magnetbänder aus Cellulose-Acetat - also jene Bänder, die aus der Zeit bis Mitte der 1960er Jahre stammen. Bei dem autokatalytischen Selbstzersetzungsprozeß, der sich durch erhöhte Temperatur und Luftfeuchtigkeitswerte beschleunigt, wird die namengebende Essigsäure freigesetzt. Während des Zersetzungsprozesses nimmt das geschädigte Band Feuchtigkeit auf, wodurch sich die Geschwindigkeit der Reaktion erhöht. Nach einer anfänglichen Erweichungsphase zerfällt die Trägerfolie letztendlich zu Pulver. Beim Abspielen macht sich ein beginnender Zerfall durch pudrigen Abrieb bemerkbar. Bisher sind keine Behandlungsmöglichkeiten bekannt, die in der Lage sind, diesen Prozess zu stoppen. Magnetbänder die vom "Vinegar-Syndrome" befallen sind, sollten von "gesunden" Bändern getrennt gelagert werden, um deren Kontaminierung zu verhindern. Gleichzeitig empfiehlt es sich, schnellstmöglich Kopien zu erstellen, um wenigstens den aufgezeichneten Inhalt vor der Zerstörung zu bewahren.

Um den Start der Zersetzungsreaktion zu verzögern, sollten niedrige Temperatur- und Luftfeuchtewerte bei der Archivierung eingehalten werden.

 

3.2 Hydrolyse des Bindemittels

Die größte Gefahr für die Langzeitstabilität bei Magnetbändern mit einem Polyester-Polyurethan Bindemittel besteht im hydrolytischen Abbau der magnetisierbaren Bindemittelschicht. Aufgrund ihrer porösen Oberflächenstruktur und der daraus resultierenden größeren Oberfläche ist sie besonders anfällig für Alterungsreaktionen.

Wasser - omnipräsent durch Luftfeuchtigkeit - kann sich dadurch leicht auf der Oberfläche anlagern, in die Bindemittelschicht eindringen und dort eine chemische Veränderung des Bindemittels verursachen, in deren Folge sich dessen physischen Eigenschaften ändern. Diese chemische Veränderung, bei der es sich um die hydrolytische Spaltung des Polyestersegments des Bindemittels handelt, führt zur nachhaltigen Schädigung und Destabilisierung der Magnetschicht. Problematisch hierbei ist, dass sich die Symptome einer Schädigung oft erst dann zeigen, wenn das Bindemittel schon längst Degradationserscheinungen aufweist. Weil das Bindemittel bei der Benutzung im direkten Kontakt mit den bandführenden Teilen und den Köpfen des Abspielgeräts steht, sind Schäden dort am ehesten feststellbar. Die Abbauprodukte (kürzerkettige Polymere) lösen sich von der Bandoberfläche und bleiben als klebriger Abrieb an den bandführenden Teilen und den Köpfen haften. Durch größere Ansammlungen klebrigen Abriebs erhöht sich die Reibung, da der Polymer-Polymer Kontakt einen höheren Reibungskoeffizienten besitzt, als der normale Kontakt zwischen Bandoberfläche und Geräteteilen. Die Folge sind eine Verlangsamung der Abspielgeschwindigkeit zumeist in Begleitung von hohen Quietsch- und Pfeifgeräuschen. Derartige Geräusche entstehen - teilweise in beachtlicher Lautstärke - durch die Reibung direkt an den bandberührenden Teilen. Die Verlangsamung der Abspielgeschwindigkeit führt zu verzerrter Wiedergabe und oftmals auch zum Stillstand des Bandes. Wird ein derart geschädigtes Band dennoch abgespielt, kommt es fast unweigerlich zu einer nachhaltigen - in manchen Fällen auch irreversiblen - Beschädigung. Erhöhter Bandzug kann zur Dehnung des PET Trägerfilms führen, was bei digitalen Formaten die vollständige Unleserlichkeit des Bandes und bei analogen Formaten Zeitfehler nach sich ziehen kann. Gleichzeitig wird bei jedem Abspielprozess auch magnetisches Material von der Oberfläche entfernt, so dass Informationen verloren gehen. Eine Reinigung des Geräts kann zwar zu einer kurzfristigen Linderung der Symptome beitragen, die Schädigung letztendlich jedoch nicht beheben. Dies ist nur durch eine thermische Behandlung möglich.

Deshalb gilt es, eine Umgebung zu schaffen, bei der die Hydrolyse nur in einem sehr begrenzten Umfang stattfindet, so dass eine lange Lebensdauer der Bänder gewährleistet ist.

 

3.3 Schäden am Bandwickel

Die Archivierung von Magnetbändern kann nicht losgelöst von mechanischen Risiken bei der Lagerung betrachtet werden. Deshalb werden diese im Folgenden näher erläutert.

Magnetbänder sollten niemals teilbespielt archiviert werden. Dies bedeutet, dass sich das gesamte Bandmaterial auf einer Spule befinden sollte - im Optimalfall wird das Band im abgespielten Zustand gelagert, was ein Zurückspulen vor dem Abspielen erfordert und das Band neu und gleichmäßig spannt. Das Materialgedächtnis eines Kassettenbandes (Audio- oder Videokassette) führt bei einer partiell abgespielten Position zur Deformation des Bandes, da es sich um die Führungsschienen innerhalb der Kassette formt. Daraus können beim späteren Abspielen Signalstörungen entstehen.

Ebenso wichtig wie das vollständige Aufwickeln des Bandes auf eine Spule ist ein glatter und nicht zu straffer oder zu lockerer Bandwickel. Ein unregelmäßiges Wickelbild führt oft zu herausstehenden Bandlagen, die an der Kante beschädigt werden können, was zu Signalverlusten führen kann.

Durch falsch eingestellte oder defekte Bandgeräte können ungleichmäßige oder zu große Spannungen beim Umspulen der Magnetbänder entstehen. Kunststoffpolymere, wie das Trägermaterial PET gleichen solche übermäßigen Spannungen solange durch Dehnung aus, bis diese Zugspannung ausgeglichen ist. Diese Dehnung bewirkt jedoch einerseits eine Verlängerung des Bandes und führt andererseits zu einem ungleichmäßigen Bandwickel. Dehnungen verursachen bei analogen Tonbändern Zeitfehler, bei Schrägspurvideoformaten Bildstörungen und bei digitalen Magnetbändern (z.B. DAT) teilweise sogar Unlesbarkeit. Einzelne Lagen können durch den übermäßigen Zug aus dem Wickel herausgepresst und dabei beschädigt werden. Zudem besteht die Gefahr, daß sich eingewickelte Schmutzpartikel in die Bandlagen einpressen und diese dadurch beschädigen.

Zu lockere Wickel hingegen können beim Abspielen zum Durchrutschen der Bandlagen führen, zuweilen bilden sich sogar Fenster oder eingefaltete Lagen. Ausserdem können sich die zu locker gewickelten Lagen gegeneinander verschieben was in sich durch verutschte Lagen im Bandwickel oder Knitterstellen bemerkbar macht.

Von einigen Autoren wird empfohlen, archivierte Bänder regelmäßig umzuspulen, um sie dadurch gleichmäßig zu spannen. Für die Bänder bedeutet dies jedoch eine vermeidbare Belastung. Deshalb sollten Bänder nur direkt vor dem Abspielen zurückgespult werden.

 

4. Archivierung von Magnetbändern

Die Lebensdauer eines Magnetbandes hängt - neben den produktionsspezifischen Parametern - vor allem von den Bedingungen ab, bei denen es gelagert und verwendet wird. Hierbei spielen klimatische Einflüsse eine wichtige Rolle, wenn ein Band über Jahrzehnte intakt bleiben soll. Zwar garantiert eine optimale Archivierung keine ewige Lebensdauer - insbesondere, wenn die bei der Produktion verwendeten Materialien von minderer Qualität waren - kann diese jedoch signifikant beeinflussen.

 

4.1 Klimabedingungen für die Archivierung

Einer der wichtigsten Faktoren bei der Erhaltung von Magnetbändern ist die Bewahrung der chemischen Struktur und der physikalischen Stärke des Polyester-Polyurethan Bindemittels der Magnetschicht. Beide werden durch die klimatischen Bedingungen stark beeinflusst. Einerseits begünstigen hohe Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte die hydrolytische Spaltung des Polyester-Polyurethan Bindemittels, andererseits können sie zu einer physischen Deformation des Bandwickels beitragen.

Deshalb sollte bei der Archivierung von Magnetbändern, neben den eigentlichen Sollwerten für Temperatur und Luftfeuchtigkeit, ganz besonders darauf geachtet werden, eine möglichst geringe Schwankung der beiden Parameter zuzulassen. Magnetbänder besitzen einen Klimareflex, der dazu führt, dass sich ein Band bei klimatischen Änderungen ausdehnt oder kontrahiert.

In der Literatur unterscheiden sich die Vorschläge bezüglich der empfohlenen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte erheblich. Allerdings ist eine deutliche Tendenz zu erkennen: Fast alle Autoren empfehlen niedrige Temperaturen und niedrige Luftfeuchtigkeitswerte mit ebenso geringen Schwankungen von beiden Parametern. Oft liegen diese "niedrigen" Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte in der Nähe von 20ºC und 20-40 % relativer Luftfeuchtigkeit (rLF). Diese Werte eignen sich jedoch eher für benutzerorientierte Archive (z.B. Rundfunk- und Fernseharchive), bei denen ein schneller Zugriff auf die gelagerten Bänder gewährleistet sein muß. Für Archive oder museale Depots, deren primäre Aufgabe in der längstmöglichen Bewahrung der Magnetbänder (gleich ob Audio-, Video- oder Datenbänder) besteht, sollten jedoch andere Maßstäbe gelten. Hier müssen die klimatischen Werte in einem Bereich angesiedelt sein, bei dem autokatalytische Prozesse - wie die Hydrolyse - nur erschwert oder gar nicht ablaufen. Als Richtlinie sollten Klimawerte in einem Bereich von 8ºC und 25 % rLF angestrebt werden. Klimatische Bedingungen unterhalb der beiden genannten Werte sollten jedoch vermieden werden, da es nicht auszuschließen ist, dass diese eine Schädigung der Bänder verursachen könnten.

Als Richlinien für die Langzeitarchivierung sollten 8ºC (±2ºC in 24 Stunden) und eine relative Luftfeuchtigkeit von 25 % rLF (±5 % rLF in 24 Stunden) eingehalten werden.

Der Nachteil einer Archivierung unter den empfohlenen Bedingungen liegt in der Notwendigkeit, die Bänder vor dem Abspielen akklimatisieren zu müssen. Je nach Bandtyp sind dafür unterschiedlich lange Zeiten einzuhalten. Die untenstehende Tabelle gibt Aufschluss über die Dauer der Akklimatisierung. Durch mehrmaliges Umspulen eines Bandes kann die Wartezeit jedoch erheblich verkürzt werden.

 

Akklimatisierungszeiten für Magnetbänder (nach AES)
Format; Bandbreite in mm/inch Dauer in Stunden pro 5ºC Temp.-Anstieg* Dauer in Tagen pro 10% rLF-Anstieg*
Audiospule; 6,25 (1/4) 0,5 1
Beta, VHS; 12,70 (1/2) 0,5 1
U-matic; 19 (3/4) 1 8
Video; 25,4 (1) 1 14
Video; 50,8 (2) 4 50

 

4.2 Magnetbänder im Depot

Magnetbänder sollten in einem separaten Raum - getrennt von anderem Sammlungsgut - archiviert werden. Daneben gilt als wichtigste Raumanforderung, eine funktionierende, regelmäßig gewartete Klimaanlage mit Staub- bzw. Partikelfilter, die in der Lage ist, auch bei erhöhten Außentemperaturen die o.g. Klimawerte einzuhalten. Eine Voraussetzung dafür sind dicht schließende Fenster und Türen, wobei die Fenster abgedunkelt sein sollten. Auch im Interesse der Sauberkeit sind dies wichtige Kriterien. Deshalb ist es sinnvoll, Teppichböden zu vermeiden, da diese Schmutz binden und Staub sowie Fussel in die Raumluft abgeben können. Besser geeignet sind daher Böden mit einer glatten Oberfläche. Zu empfehlen sind versiegelte Holzböden, Kunststoff-Beläge, versiegelter Estrich oder Fliesen. Zur Reinigung dürfen keinerlei ätzenden Putzmittel verwendet werden, nach Möglichkeit sollte auch nur mit einem Minimum an Wasser gearbeitet werden.

Für Archivräume wird ein leichter Überdruck im Vergleich zum äußeren Luftdruck empfohlen, damit Staub und Luftschadgase nicht so leicht eindringen können. Gerade Schadgase stellen eine Gefahr dar, da sie den chemischen Abbauprozeß - z.B. Hydrolyse oder Angriffe auf die Magnetpartikel - der Bandmaterialien beschleunigen können.

Die eigentliche Aufbewahrung der Magnetbänder sollte sich an dem Erscheinungsbild einer Bibliothek orientieren - stehend auf Regalen.

 

4.3 Gefahr durch externe Magnetfelder

Im Gegensatz zu der weit verbreiteten Annahme, ist die Entmagnetisierung einer Aufzeichnung durch externe Magnetfelder ein selten auftretendes Phänomen. Es wird allerdings angenommen, dass es bei manchen Gepäck- und tragbaren Personendetektoren, wie sie auf Flughäfen verwendet werden, zu einer partiellen Löschung von Magnetbändern kommen kann. Deshalb sollten Magnetbänder aus Sicherheitsgründen von solchen Geräten fern gehalten werden. Bei Transformatoren oder Elektrogeräten ist die Gefahr einer Löschung sehr gering, deshalb reichen Abstände von ein bis zwei Metern aus. Unter normalen Umständen genügen jedoch schon wenige Zentimeter Abstand um Gefahren auszuschließen. Eine Art Maschendraht-Käfig zum Schutz der Bänder vor äußeren Magnetfeldern erscheint vor diesem Hintergrund nicht notwendig zu sein.

Die größte Gefahr einer Löschung besteht, wenn versehentlich die Aufnahme- statt der Wiedergabetaste eines Gerätes gedrückt wird. Aus diesem Grund sollte diese in Archiven gesperrt bzw. mit einer Verriegelung versehen sein.

 

5. Ausblick

Aufgrund der Risiken, denen Magnetbänder ausgesetzt sind, wird deutlich, dass es in der Zukunft notwendig sein wird, sich vom Gedanken der Einheit von Datenträger und aufgezeichnetem Inhalt zu lösen. Ein simpler Grund ist dafür verantwortlich: Es existieren keine beständigen Datenträger. Der Weg führt also weg vom "ewigen Datenträger" und hin zu den "ewigen Daten". Da diese Daten aufgrund wechselnder Trägersysteme in der Zukunft möglichst verlustfrei kopierbar sein sollten, bieten sich digitale Speichersysteme als neues Medium für vormals analoge Daten an. Im Gegensatz zum analogen Kopiervorgang, kommt es beim Kopieren von digitalen Daten zu keinem Qualitätsverlust.

Allerdings ist die Digitalisierung teuer und nur mit einem erhebliche Personalaufwand zu bewältigen. Angesichts leerer Kassen allerorten ist zu befürchten, dass wichtige Bestände deshalb nicht mehr rechtzeitig migriert werden. Deshalb ist es dringend notwendig, Magnetbänder unter den bestmöglichen Bedingungen zu archivieren, um die längstmögliche Erhaltung zu gewährleisten.

Denn wir sollten alles daran setzen, unseren Nachfahren nicht nur die Beschriftungen der jeweiligen Ton- und Bildträger zu hinterlassen, sondern auch deren Inhalt, denn auf den kommt es ja schließlich an.

 

 

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Zum Autor:
Andreas Weißer
Diplom-Restaurator, Magnetbandrestaurierung und konservatorische Beratung
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Stand: Juni 2003

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