DE1278891B - Anordnung zur Ortung einer Schallquelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIs

Deutsche Kl.: 74 d-6/12

Nummer: 1278 891

Aktenzeichen: P 12 78 891.9-35 (C 33710)

Anmeldetag: 25. August 1964

Auslegetag: 26. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ortung einer Schallquelle, insbesondere für die Unterwasser-Schallortung, mit einer Gruppe von Empfängern, welche im wesentlichen in einer die Schallquelle enthaltenden Ebene angeordnet sind und in dieser Ebene richtwirkungsfrei sind, mit Abtasteinrichtungen zum zeitlichen Abtasten der von der Schallquelle ausgesendeten Signale, mit Einrichtungen zum Ausgleich der unterschiedlichen Laufzeiten zwischen der Schallquelle und den verschiedenen Empfängern, wenn die Schallquelle in einer von mehreren vorgegebenen Bezugsrichtungen liegt, und mit einem Register mit in Kaskade geschalteten Kippschaltungen.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art enthält der Speicher für jeden Empfänger ein Kippschaltungsregister. Die zuvor begrenzten und verstärkten Signale werden periodisch abgetastet und in das entsprechende Register eingegeben. Sie gehen in der gleichen periodischen Folge in jedem Register von einer Kippschaltung zur nächsten. Jede Bezugsrichtung ist dann durch eine elektrische Verbindung zwischen den Ausgängen derjenigen Kippschaltungen definiert, an denen die Signale gleichzeitig ankommen, welche von der gleichen in dieser Richtung liegenden Quelle stammen. Diese elektrische Verbindung ermöglicht es, periodisch die Summe der von jedem der Empfänger abgegebenen Signale so zu bilden, als ob diese Empfänger in der gleichen Entfernung von der Quelle lägen, also so, als ob alle Signale gleichphasig an allen Empfängern ankämen.

Der Nachteil dieser Anlagen besteht darin, daß es nicht möglich ist, die von den einzelnen Empfängern stammenden Signale zu trennen, weil die Ausgangssignale der verschiedenen Empfänger für eine in einer bestimmten Richtung liegende Schallquelle gleichzeitig am Ende der dieser Richtung entsprechenden elektrischen Verbindung erscheinen, so daß man nur die Summe dieser Ausgangssignale erhalten kann. Es ist daher nicht möglich, die Ausgangssignale der verschiedenen Empfänger getrennt auszuwerten, beispielsweise mit Hilfe von Korrelationsanordnungen, bei deren Verwendung der Störabstand der Ortung verbessert werden kann.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, bei der eine getrennte Auswertung der der gleichen Schallquelle entsprechenden Ausgangssignale der verschiedenen Empfänger möglich ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß wenigstens eine Matrix aus magnetischen Ring-Anordnung zur Ortung einer Schallquelle

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegrapbie

sans FiI, Paris

Vertreter:

ίο Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

^J5 Als Erfinder benannt:
Francois Orieux, Paris

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 26. August 1963 (945 645)

kernen vorgesehen ist, deren Zeilen jeweils einem der Empfänger und deren Spalten jeweils einer der Kippschaltungen zugeordnet sind, daß ein Signalgenerator zu jeder Matrixzeile Signale liefert, welche für alle Zeilen die gleiche Periode haben und gegeneinander um die gleiche feste Zeit verschoben sind, daß jede Matrixzeile außerdem über logische Schaltungen, welche an den Ausgang von Anordnungen angeschlossen sind, die zur Verstärkung und Begrenzung der Ausgangssignale jedes Empfängers auf wenigstens zwei Amplitudenwerte 0 und 1 dienen, mit der ersten Kippschaltung des Registers verbunden ist, daß der Eingang jeder weiteren Kippschaltung einerseits mit einer Matrixspalte und andererseits mit der unmittelbar vorangehenden Kippschaltung verbunden ist und daß die Laufzeitunterschiede durch ebenso viele Verbindungen zwischen den Ringkernen verschiedener Zeilen kompensiert werden, wie vorgegebene Richtungen bestehen.

Bei der nach der Erfindung ausgeführten Anordnung erscheint am Ausgang einer einer bestimmten Ortungsrichtung zugeordneten Verbindung zwischen den Ringkernen, die praktisch ein Lesedraht ist, nicht mehr eine einzige Summe aller entsprechenden Signale, sondern eine Folge von zeitlich gestaffelten Signalen, die den einzelnen Empfängern entsprechen. Diese einzelnen Signale können dann in jeder gewünschten Weise ausgewertet werden. Einerseits

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kann daraus die Summe gebildet werden, andererseits Kippschaltung B₁₊₁ und andererseits mit den η in kann aber auch mit Hilfe einer Korrelationsanord- Serie geschalteten Wicklungen der Spalte mit der nung der Störabstand verbessert werden. Ordnungszahl / in der Ringkernmatrix M verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Jeder magnetische Ringkern k.j (wobei der Index

Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt 5 zunächst die Ordnungszahl der Zeile und dann die

F ig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ordnungszahl der Spalte angibt) trägt ferner eine Anordnung, Zeilenwicklung. Die Zeilenwicklungen der Ring-

F i g. 2 die Hysteresisschleife eines magnetischen kerne der gleichen Zeile liegen in Serie in einer Ringkerns, Steuerleitung, die zu einer gemeinsamen Steuer-

F i g. 3 zeitliche Diagramme der Amplituden des io schaltung gehört. Die Steuerleitung der Ordnungs-Steuersignals und der von ihm ausgelösten Signale, zahl k verbindet einen Ausgang s_k eines Signal-Fig. 4 eine andere Ausführungsform der erfin- generators G, der von einem Taktgeber O gespeist dungsgemäßen Anordnung mit zwei Ringkern- wird, mit dem zweiten Eingang der Und-Schaltung mastrizen, die gleichzeitig abgetastet werden, mit der gleichen Ordnungszahl (ET_k).

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfin- 15 Für jede feste Bezugsrichtung verbindet eine Lesedung mit mehreren Ringkernzeilen für jedes Hydro- leitung Ringkerne, von denen jeweils einer in jeder phon, Zeile liegt, während ihre Spalten so bestimmt sind,

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wir- daß die entsprechenden Eingabezeiten, weiche den kungsweise und Ordnungszahlen der Spalten proportional sind, im

Fig. 7 ein Einzelteil der Anordnung von Fig. 1. 20 wesentlichen die Unterschiede der Laufzeiten kom-Zum besseren Verständnis sind nachstehend Aus- pensieren, welche von einer in der betreffenden führungsbeispiele Tjeschrieben, welche sich auf den Richtung liegenden entfernten Quelle bis zu den in der Praxis sehr wichtigen Sonderfall beziehen, verschiedenen Empfängern bestehen, daß die Codierung der von den Empfängern abge- Es gibt beispielsweise hundert Leseleitungen V₁

gebenen Signale in einer einfachen Begrenzung 25 bis F₁₀₀, welche jeweils einer von hundert festen besteht, also in einer binären Codierung, bei welcher Richtungen zugeordnet sind, die in gleichen Abständie Ziffer 0 der negativen Halbwelle des Signals und den liegen, so daß eine Seitenwinkelortung der die Ziffer 1 der positiven Halbwelle entsprechen. aufgefaßten Quelle bis auf +1,8° möglich ist

In Fig. 1 sind η Empfänger dargestellt; dies sind /360 _ ₁ „\ beispielsweise Hydrophone H₁, H₂ ... H_k ... H_n. 30 \ 200 ~~ ' j'

Diese Empfänger werden als punktförmig ange- Es soll nun gezeigt werden, wie die schrittweise

nommen. Dies bedeutet, daß ihre Abmessungen gegen Eingabe und das zeilenweise Ablesen des zuvor die Wellenlänge der zu analysierenden Signale ver- beschriebenen Ringkernspeichers erfolgen, nachlässigbar sind. Sie sind einander gleich und Wenn bei den Empfängern H₁ ... H_n eine von

jeweils in der gleichen Ebene, die Bezugsebene 35 einer gleichen Quelle stammende ebene Welle eingenannt wird, richtwirkungsfrei. Diese Ebene liegt trifft, empfangen sie Signale/^ ... h_n (Fig. la) von horizontal, wenn die Quelle dem Seitenwinkel nach gleicher Frequenz, die in zeitlicher Korrelation zugeortet werden soll. einander stehen. Diese Signale werden von den Ver-Diese Empfänger sind in einer geeigneten Grup- stärkern A_h (Jc = 1... n) verstärkt und durch die pierung in der Nähe dieser Bezugsebene verteilt; 4° Begrenzer E_k begrenzt. Am Ausgang der Begrenbeispielsweise bildet um den Rumpf eines Schiffes zer E_k erhält man Signale e_k. Diese Signale sind eine lineare Gruppierung von Hydrophonen mit Rechtecksignale mit zwei Amplitudenwerten, von vertikaler Achse einen im wesentlichen horizontalen denen der eine dem Zustand 0 und der andere dem Gürtel. Zustand 1 zugeordnet sind.

Der Ausgang jedes Empfängers ist mit dem Ein- 45 Die magnetischen Ringkerne haben die in F i g. 2 gang der ersten Kippschaltung B₁ eines Registers R dargestellte Hysteresisschleife, welche die Induktion B mit ρ KippschaltungenB₁.. .Bj.. .B„ jeweils über als Funktion des angelegten FeldesH zeigt. Diese einen Verstärker A₁, A₂ ... A_k ... A_n, einen diesem Kurve ist annähernd rechteckig und weist ein oberes Verstärker nachgeschalteten Begrenzer E₁, E₂.. .E_k Niveau auf, das dem Wert 0 zugeordnet ist, und ein .. . E_n und erne Und-Schaltung ET₁, ET₂ ... ET_n 5° unteres Niveau, das dem Wert 1 zugeordnet ist. verbunden. Jede Und-Schaltung hat einen Ausgang, Wenn sich der Ringkern auf dem Niveau 0 befindet, der mit dem Eingang der Kippschaltung JS₁ verbun- kann er durch einen Stromimpuls I, der einer FeIdden ist, und zwei Eingänge, von denen einer an den stärke — H_T entspricht, auf das' Niveau 1 gebracht Ausgang des entsprechenden Begrenzers angeschlos- werden. Dagegen bleibt er beim Anlegen eines sen ist. 55 Stromimpulses mit dem Wert —7/2 auf dem Niveau 0.

Das Registers R ist beispielsweise mit in Kaskade Befindet sich dagegen der Kern auf dem Niveau 1, geschalteten Transistorschaltungen ausgestattet, wie werden entsprechende Ergebnisse mit Stromimpuldie Register, die insbesondere in dem DIMUS- sen +7 erhalten, welche ihn auf das Niveau 0 System verwendet werden, das in der Zeitschrift bringen, und mit Stromimpulsen +1/2, welche ihn »Journal of the Acoustical Society of America«, 60 auf dem Niveau 1 lassen. Die Impulse ±7 sollen Juli 1960, S. 867 ff., beschrieben ist. nachstehend als »Ummagnetisierungsstrom« und die

Der Ausgang der Kippschaltung Ti₁ ist einerseits Stromimpulse +7/2 als »halber Ummagnetisierungsmit dem Eingang der Kippschaltung Ti₂ und anderer- strom« bezeichnet werden.

seits mit den η in Serie geschalteten Wicklungen Der Generator G gibt an seinen Ausgängen S₁... s_n

der ersten Spalte einer Magnetkernmatrix M mit 65 Signale a_v a₂ ... a_n ab (F i g. 3 e). Diese Signale sind η Zeilen und ρ Spalten aus Ringkernen verbunden. positive Impulse mit der Amplitude 7, auf die jeweils In gleicher Weise ist der Ausgang einer beliebigen ein negativer Impuls mit dem halben Ummagnetisie-Kippschaltung Bj einerseits mit dem Eingang der rungsstrom 7/2 folgt (F i g. 3 a). Diese Impulse kehren

Claims (1)

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   alle mit der gleichen Periode T wieder; die Verzöge- auf die zweite Zeile ein usw., bis schließlich das rung der Impulse a_k gegenüber den Impulsen a_k__x Signal a_n in gleicher Weise auf die letzte Zeile ein-

   I wen» N die Zahl der Zeilen is, «<£ E%JZZ$Z StZ 5ΪΪ

   Der Impuls / des an der ersten Zeile der Ring- 5 in F i g. 3 d dargestellte Impuls, wenn einer der Ringkernmatrix ankommenden Signals a_x hat zwei Wir- kerne der betreffenden Gruppe seinen Zustand

   kungen: ändert.

   ν „,. , _Λ ,. _TT , _ , . „„ Die größte Zahl von Impulsen erscheint auf der-

   a) Wirkung auf die Und-Schaltung ET_{1 jenigen Leseleitun& welche der} R_icht_Ung zugeord-

   Wenn der Impuls am Eingang der Und-Schaltung io net ist, aus der die aufgefangene Schallstrahlung

   UT₁ gleichzeitig mit einer positiven Halbwelle des kommt. Die Zählanordnung von F i g. 7 enthält eine

   Signals e_t eintrifft (weiche dem Wert 1 entspricht), Anordnung 10 zur Rückstellung auf 0, auf die ein

   erscheint am Ausgang der Und-Schaltung ET₁ der in Integrator 11 folgt. Anordnungen dieser Art sind an

   F i g. 3 b dargestellte positive Impuls. Dieser Impuls sich allgemein bekannt. Jeder Leseleitung ist eine

   läßt die Kippschaltung B₁ umkippen. Diese gibt dann 15 solche Anordnung zugeordnet. Sie zählt die Anzahl

   den in Fig. 3c dargestellten negativen Impuls —1/2 der Impulse, weiche auf der betreffenden Leseleitung

   ab. Die Schaltungen sind so bemessen, daß der während einer Leseperiode erscheint.

   Impuls von Fig. 3c gleichzeitig mit dem negativen Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der

   Impuls des in F i g. 3 a gezeigten Signals auftritt, der Erfindung mit zwei Anordnungen der in F i g. 1 ge-

   gleichfalls die Amplitude —112 hat. Diese beiden 20 zeigten Art. Die Hydrophone H₁ bis H₁₀ sind einem

   Impulse bringen zusammen den Ringkern 1.1 in den ersten Register R₁ und einer Matrix M₁ zugeordnet.

   Zustand 1, wenn er diesen nicht bereits hatte. Die Hydrophone Ji₁₁ bis H₂₀ sind einem zweiten

   Wenn das Signal von Fig. 3a gleichzeitig mit Register R₂ und einer Matrix M₂ zugeordnet. Die

   einem Wert 0 des Signals e_t eintrifft, erscheint kein Leseleitungen verbinden die Ringkerne der ersten

   Ausgangssignal am Ausgang der Und-Schaltung ET₁. 25 Matrix und die Ringkerne der zweiten Matrix in

   Da der Ringkern 1.1 durch den positiven Teil des Serie.

   in F i g. 3 a dargestellten Impulses in den Zustand 0 Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß die Zahl

   gebracht worden ist, bleibt er in diesem Zustand. der Hydrophone vervielfacht werden kann, ohne daß

   Somit nimmt der Ringkern 1.1 den Zustand 1 an, die Leseperiode Γ vergrößert wird. Diese Leseperiode

   wenn das Eingangssignal den Wert 1 hat, und den 30 ist nämlich durch die Ummagnetisierangszeitkonstante

   Zustand 0, wenn das Eingangssignal den Wert 0 hat. der Ringkerne begrenzt. Die Ummagnetisierungszeit

   ,>.„,., . j „. , ^ · /τ μ 1 c 1* λ ^eines Kleinstringkerns beträgt beispielsweise 3 μβ.

   b) Wirkung auf den Ringkern 1./ (Zeile 1, Spalte j) _{Hn Taktgeber mit der Freque}nz 33 kHz, also der

   Dieser Ringkern hatte vor dem Impuls entweder Periode 30 μβ, kann nur zehn Ringkernzeilen aus-

   den Zustand 0 oder den Zustand 1. Wenn er den 35 lösen.

   Zustand 1 hatte, wird er durch den Impuls +/ des Fig. 5 zeigt eine allgemeinere Ausführungsform, Signals von F i g. 3 a in den Zustand 0 ummagneti- bei welcher das von jedem Hydrophon abgegebene siert. Die dadurch hervorgerufene plötzliche Induk- Signal mit Hilfe von mehreren Impulsen in binärer tionsänderung läßt in der Spalte/ auf der Spalten- Zahlendarstellung verschlüsselt wird. Die Ausgänge leitung einen positiven Impuls der in F i g. 3 b gezeig- 40 des Verschlüßlers N_k, weiche den verschiedenen ten Art erscheinen, der die Kippschaltung B₁ um- Codeimpulsen oder Binärziffern entsprechen, sind kippen läßt. Man kommt dadurch wieder zum vor- mit den Zeilenleitungen des Ringkernspeichers in hergehenden Fall zurück. Der Ringkern 1./+1 emp- gleicher Weise wie die Ausgänge der Begrenzer E₁₁ fängt einen Impuls, welcher der Summe des Impulses von F i g. 1 über Und-Schaltungen ET verbunden, von Fig. 3c und des negativen Teils des Signals 45 In diesem Fall kann die Folge des Ausgangssignals von Fig. 3a entspricht, d. h. einen Impuls —/. jedes Kanals in ebenso viele Elementarsignale zerWenn er sich im Zustand 0 befand, geht er in den legt werden, wie Hydrophone vorhanden sind, wobei Zustand 1. War er dagegen im Zustand 1, so bleibt jedes dieser Elementarsignale ebenso viele Binärer in diesem Zustand. ziffern enthält, wie Ausgänge am Verschlüßler N vorWenn dagegen der Ringkern I.; den Zustand 0 50 handen sind.

   hatte, tritt nichts ein; der Ringkern 1./+1 würde Es ist zu bemerken, daß bei der erfindungsgemäßen durch den positiven Impuls +/ des Signals von Anordnung ein einziges Register R dazu dient, in F i g. 3 a in den Zustand 0 gebracht. die Spalten einer Matrix aus magnetischen Ring-Für sämtliche Zeilen gilt also folgendes: Bei jeder kernen die Angaben einzuschreiben, weiche den EinAbgabe eines Signals von F i g. 3 a nimmt der Ring- 55 gangen der η Zeilen dieser Matrix zugeführt werden, kern k.l den Wert des Signals am Eingang des Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht Empfängers H₁ auf, und jeder Ringkern der betreffen- jedoch darin, daß die bei jedem Steuersignal in jedem den Zeile überträgt seinen Zustand auf den unmittel- Lesekanal erhaltenen Signale γ_Δ nacheinander erbar folgenden Ringkern in der gleichen Zeile. scheinen, so daß es möglich ist, sie getrennt derart F i g. 6 zeigt ein Beispiel der verschiedenen Zu- 60 zu verwerten, daß der Rauschabstand bei der Ortung stände, weiche die Ringkerne beim Anlegen der vergrößert wird.
   Signale _% ... a_n annehmen können Patentansprüche:

   In dieser Darstellung ist zu erkennen, daß die

   Folge der vom Generator G kommenden Signale die 1. Anordnung zur Ortung einer Schallquelle,

   Zustände 1 bzw. 0 der Ringkerne nacheinander nach 65 insbesondere für die Unterwasser-Schallortung,

   rechts verschiebt. mit einer Gruppe von Empfängern, weiche im

   Das Signal Ci₁ wirkt in dieser Weise auf die erste wesentlichen in einer die Schallquelle enthalten-

   Zeile ein, dann wirkt das Signal a₂ in gleicher Weise den Ebene angeordnet sind und in dieser Ebene

   iichtwirkungsfrei sind, mit Abtasteinrichtungen zum zeitlichen Abtasten der von der Schallquelle ausgesendeten Signale, mit Einrichtungen zum Ausgleich der unterschiedlichen Laufzeiten zwischen der Schallquelle und den verschiedenen Empfängern, wenn die Schallquelle in einer von mehreren vorgegebenen Bezugsrichtungen liegt, und mit einem Register mit in Kaskade geschalteten Kippschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Matrix aus ma- ίο gnetischen Ringkernen vorgesehen ist, deren Zeilen jeweils einem der Empfänger und deren Spalten jeweils einer der Kippschaltungen zugeordnet sind, daß ein Signalgenerator zu jeder Matrixzeile Signale liefert, welche für alle Zeilen die gleiche Periode haben und gegeneinander um die gleiche feste Zeit verschoben sind, daß jede Matrixzeile außerdem über logische Schaltungen, welche an den Ausgang von Anordnungen angeschlossen sind, die zur Verstärkung und Begrenzung der Ausgangssignale jedes Empfängers auf wenigstens zwei Amplitudenwerte 0 und 1 dienen, mit der ersten Kippschaltung des Registers verbunden ist, daß der Eingang jeder weiteren Kippschaltung einerseits mit einer Matrixspalte und andererseits mit der unmittelbar vorangehenden Kippschaltung verbunden ist und daß die Laufzeitunterschiede durch ebenso viele Verbindungen zwischen den Ringkernen verschiedener Zeilen kompensiert werden, wie vorgegebene Richtungen bestehen.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Empfang von Schallwellen, welche sich horizontal im Wasser ausbreiten, die Empfänger Hydrophone sind, die in einer im wesentlichen horizontalen Ebene angeordnet sind.

   3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den verschiedenen Empfängern kommenden Signale verstärkt und auf zwei Spannungswerte begrenzt werden, von denen der eine dem Signalwert 0 und der andere dem Signalwert 1 zugeordnet sind, und daß der Signalgenerator mit der Periode T Signale liefert,, von denen jedes einen Impuls enthält, der im wesentlichen gleich einem positiven Ummagnetisierungsstrom für die Ringkerne ist, und auf den mit einer vorgegebenen Verzögerung ein Impuls folgt, welcher einem negativ gerichteten halben Ummagnetisierungsstrom entspricht, wobei die Verzögerung gleich der Summe der Ummagnetisierungszeit eines Ringkerns und der Umschaltzeit einer Kippschaltung des Registers ist.

   4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kippschaltung des Registers mit den Ausgängen von ebenso vielen Und-Schaltungen verbunden ist, wie Zeilen vorhanden sind, daß ein Eingang jeder dieser Und-Schaltungen mit der entsprechenden Zeilenleitung der Matrix verbunden ist und daß der andere Ausgang jeder Und-Schaltung mit dem Ausgang der zu dem entsprechenden Empfänger gehörenden Begrenzungsanordnung verbunden ist.

   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung der Signale einer Zeile gegenüber den Signalen der

   folgenden Zeile den Wert -^- hat, wobei N die Zahl der Zeilen und T die gemeinsame Periode der Signale sind.

   6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kompensationsverbmdung eine Zähl- und Integrationsanordnung zugeordnet ist.

   7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger in Untergruppen von gleicher Anzahl zusammengefaßt sind, daß jeder dieser Untergruppen eine eigene Matrix zugeordnet ist und daß'die~ Kompensationsverbindungen Ringkerne verschiedener Leitungen der verschiedenen Matrizen miteinander in Serie verbinden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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