DE977457C - Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit statistisch schwankendem Impulsabstand - Google Patents
Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit statistisch schwankendem ImpulsabstandInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 3. NOVEMBER 1966
T 15920 Villa/ 21a1
ist als Erfinder genannt worden
Es ist bereits ein Radargerät bekannt, welches eine Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand
aussendet. Mit einem solchen Radargerät ist es möglich, Störungen, die durch Impulssender auf
dem Bildschirm verursacht werden, zu vermindern. Zur Aufhellung eines Punktes auf dem Bildschirm
eines Radargerätes sind im allgemeinen mehrere Echosignale notwendig. Ein Impulssender, der
wirksam stören soll, muß demnach eine Impulsfolge aussenden, die der Sendeimpulsfolge des
Radargerätes entspricht. Bei schwankender Radar Sendeimpulsfolgefrequenz ist ein rechtzeitiges Mitgehen
des störenden Impulssenders mit dieser Impulsfolgefrequenz schwer möglich. Wenn der störende
Impulssender mit konstanter Impulsfolgefrequenz sendet, erscheinen auf dem Radarbildschirm
als Störungen nur schwach leuchtende radiale Spuren, die von den Zielen klar unterschieden
werden können.
Bei einer bekannten Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit schwankenden Impulsabständen
für ein Radargerät ist ein Quarzoszillator vorgesehen, aus dessen Schwingung mittels eines
Sperrschwingers eine Impulsfolge mit konstantem Impulsabstand erzeugt wird. Aus dieser Impulsfolge
werden mit Hilfe einer Torschaltung einzelne Impulse herausgegriffen, deren Abstände verschieden
sind. Die zeitweilige Öffnung der Torschaltung wird mittels eines Torimpulses bewirkt, dessen
Phase sich laufend willkürlich ändert.
Der Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß die erzeugte Impulsfolge Impulsabstände
aufweist, die nicht völlig willkürlich schwanken, da die erzeugte Impulsfolge aus einer Impulsfolge mit
konstanten Impulsabständen abgeleitet wurde und die erzeugte Impulsfolge Impulsabstände aufweist,
die stets ganzzahlige Vielfache eines bestimmten Impulsabstandes sind. Dazu kommt noch, daß der
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technische Aufwand der bekannten Anordnung sehr groß ist.
Es ist ferner eine Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit statistisch schwankendem
Impulsabstand bekannt, bei welcher die Impulsfolge aus einer Rauschspannung mittels einer Kippschaltung
erzeugt wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Häufigkeitsverteilung der Impulsabstände
nicht einstellbar, desgleichen können hier
ίο die Impulsabstände jeden beliebigen Wert annehmen.
Für die Erzeugung einer Sendeimpulsfolge für ein Radargerät z. B. ist diese Anordnung nur
schlecht geeignet, da bei Radargeräten die Impulsabstände einen kleinsten und einen größten Grenzwert
nicht überschreiten sollten.
Zweck der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge zu schaffen, deren
Impulsabstände in bestimmter Häufigkeitsverteilung auftreten und statistisch zwischen zwei Grenzen
schwanken, wobei die statistische Schwankung von einer Rauschspannung abgeleitet wird. Die erfindungsgemäße
Anordnung ist insbesondere für Radargeräte zur Tastung der Sender geeignet, sie kann jedoch auch für andere Zwecke, z. B. zur
Nachrichtenverschlüsselung, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich
durch besondere Einfachheit aus.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang einer Rauschquelle frequenzselektive
Mittel angeschaltet sind, daß Mittel vorgesehen sind, um aus der frequenzmäßig begrenzten
Rauschspannung Impulse zu erzeugen, und daß die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel derart
gewählt ist, daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge in gewünschter Häufigkeitsverteilung
zwischen zwei Grenzwerten liegen.
Nachstehend sollen an Hand der Zeichnungen das Prinzip und Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer
Anordnungen näher beschrieben werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen -Anordnung zeigt die Fig. 1. Mit 1 ist eine
Rauschquelle bezeichnet, die eine Rauschspannung 2 abgibt. Als sehr einfach hat es sich erwiesen, als
Rauschquelle einen Pendelrückkoppler zu verwenden, der bekanntlich stark rauscht. Natürlich können
auch andere Rauschquellen, wie z. B. Widerstände, Halbleiter, Gasentladungen, vorgesehen
sein. Man könnte daran denken, aus der Rauschspannung durch bekannte Umformung direkt Impulse
zu erzeugen, deren Abstände dann tatsächlich statistisch schwanken würden. Im Rauschspektrum
sind aber im allgemeinen alle möglichen, auch sehr hohe und sehr niedrige Frequenzen vorhanden,
und man würde sehr kleine und mitunter auch sehr große Impulsabstände erhalten. Gerade für ein
Radargerät besteht jedoch die Forderung, daß der Abstand zwischen zwei Impulsen mindestens der
doppelten Laufzeit bei der maximalen Entfernung entsprechen muß, in der Praxis ist darüber hinaus
noch ein beträchtlicher Respektabstand zwischen zwei Impulsen vorgesehen. Außerdem sollen zwei
aufeinanderfolgende Sendeimpulse auch nicht zu weit auseinanderliegen, da dadurch die Trefferzahl
pro Ziel zu stark reduziert wird. Aufgabe eines Filters 3, welches an den Ausgang der Rauschquelle
1 angeschaltet ist, ist es, in dem Rauschen die sehr hohen und die sehr niedrigen Frequenzen
zu unterdrücken. Ein solches gefiltertes Rauschen ist bei 4 dargestellt. Die hinter dem Filter 3 vorgesehenen
Schaltelemente sind an sich bekannte Mittel, die aus einer Wechselspannung Impulse erzeugen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß 5 ein Spannungsdiskriminator,
wie z. B. ein Schmitt-Trigger oder ein Multiarkreis, ist. Dieser Spannungsdiskriminator erzeugt
jeweils, wenn die auf den Eingang gegebene Spannung 4 einen bestimmten Schwellwert überschreitet,
die Anstiegsflanke und, wenn die Eingangsspannung einen Schwellwert — der häufig niedriger als
der erste Schwellwert liegt — unterschreitet, die Rückflanke eines Impulses. Man erhält dann Rechteckimpulse,
wie sie in Fig. 1 mit 6 bezeichnet sind. Anstatt durch einen Spannungsdiskriminator können
die Rechteckimpulse auch durch große Verstärkung der gefilterten Rauschspannung und nachfolgende
Amplitudenbegrenzung erzeugt werden. Die Rechteckimpulse können mittels eines Differenziergliedes
7 in eine Impulsfolge umgewandelt werden, wie sie bei 8 dargestellt ist. Mittels einer Begrenzerschaltung
9 werden dann von der Impulsfolge 8 die negativen Spitzen abgeschnitten, so daß nur eine Folge von positiven Impulsen 10 übrigbleibt,
die dann, gegebenenfalls nach vorheriger Impulsformung, z. B. zur Tastung eines Radarsenders
benutzt werden können.
Als wesentliches Element dieser Schaltung soll nun das mit 3 bezeichnete Filter einer näheren Betrachtung
unterworfen werden. Es sei angenommen, daß von der Rauschquelle 1 weißes Rauschen abgegeben
werde, d. h., daß die Amplituden sämtlicher Frequenzkomponenten des Rauschens gleich groß
sind. In F i g. 2 ist das Spektrum des weißen Rauschens grafisch dargestellt, auf der Abszisse ist die
Frequenz / und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen.
Fig. 3 zeigt das Beispiel einer Durchlaßkurve des Filters 3, aufgetragen in Amplitudenwerten A
(Ordinate) gegenüber der Frequenz/ (Abszisse). Die hier dargestellte Durchlaßkurve ist speziell für
den Zweck gedacht, daß die Rauschquelle weißes Rauschen abgibt und alle möglichen Impulsabstände
der zu erzeugenden Impulsfolge zwischen dem kleinsten gewünschten Abstand Tmin und dem
größten gewünschten Abstand Tmax mit der gleichen
Häufigkeit auftreten sollen. Die untere Grenzfrequenz dieses Filters ist
f I
Jmin — Vf,
Jmin — Vf,
und entsprechend die obere Grenzfrequenz
f _ τ
J max —
J- min
Bei der unteren Grenzfrequenz soll die Durchlaßkurve möglichst steil bis zu einem großen Wert A
ansteigen, bis zur oberen Grenzfrequenz fmax etwa
nach hyperbolischem Verlauf auf einen kleinen Wert A und dann bei der oberen Grenzfrequenz
ebenfalls wieder möglichst steil auf den Wert Null abfallen. Eine solche Filterkurve hat zur Folge,
daß die im Durchlaßbereich niedrigen Frequenzen mit größerer Amplitude durchgelassen werden als
die höheren Frequenzen. Diese Filterbemessung hat folgenden Grund. Beim weißen Rauschen, in welchem
alle Frequenzen mit der gleichen Amplitude
ίο vorhanden sind, müssen zwangläufig wegen der
Unterschiede in den Periodendauern innerhalb einer Zeiteinheit mehr Perioden der hohen Frequenzen
vorhanden sein als Perioden der niedrigen Frequenzen. Da aber, wie an dem Ausführungsbeispiel der
Fig. ι gezeigt, die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge von den Nulldurchgängen der gefilterten
Rauschspannung abhängen, würden, wenn im Rauschspektrum, das zur Impulserzeugung ausgewertet
wird, alle Frequenzen mit gleicher Ampli-
ao tude vorhanden wären, kleine Impulsabstände, die den höheren Frequenzen im Rauschen entsprechen,
sehr viel häufiger auftreten als größere Impulsabstände, die den niedrigeren Frequenzen entsprechen.
»5 Daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge
auch von den Amplitudenverhältnissen der Frequenzanteile des Rauschens, aus dem die
Impulsfolge abgeleitet wird, abhängen, soll nachstehend an Hand der Fig. 4 und 5 erläutert werden.
In den Fig. 4 und 5 ist der Einfachheit halber angenommen, daß sich das »Rauschen« nur aus zwei
Schwingungen, einer mit niedriger Frequenz (strichpunktiert gezeichnet) und einer mit hoher Frequenz
(gestrichelt gezeichnet), zusammensetzt. Im Beispiel der Fig. 4 sind die Amplituden der Schwingungen
mit der höheren und der niedrigeren Frequenz gleich, wie es auch beim weißen Rauschen
der Fall ist, und im Beispiel der Fig. 5 ist die Schwingung der höheren Frequenz, ähnlich wie
man es am Ausgang eines Filters mit einer Filterkurve gemäß Fig. 3 erhält, kleiner als die Amplitude
der Schwingungen mit der niedrigeren Frequenz. Addiert man in den Beispielen der Fig. 4
und 5 die beiden Schwingungen verschiedener Frequenzen, dann erhält man einen Verlauf, wie er
durch die voll ausgezogenen Kurven dargestellt ist. Man erkennt sofort, daß die erhaltene Schwingung
gemäß Fig. 4 wesentlich mehr Nulldurchgänge der Spannung aufweist als die Schwingung gemäß
Fig. 5. Nutzt man die gefilterte Rauschspannung, wie das im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 getan
wird, zur Tastung beispielsweise eines Schmitt-Triggers aus, der — dies sei der Einfachheit halber
angenommen ■— die Impulsflanken jeweils beim Nulldurchgang der Schwingung erzeugt, dann erhält
man Impulsverläufe, wie sie in den Fig. 4 und 5 unten dargestellt sind. Man sieht sofort, daß der
Impulsverlauf gemäß Fig. 4 wesentlich mehr, ja praktisch überhaupt nur kurze Impulse aufweist,
während im Impulsverlauf der Fig. 5 auch längere Impulse auftreten. Durch ein Filter mit der in
Fig. 3 dargestellten Durchlaßkurve werden die niedrigeren Frequenzen im Vergleich zu den höheren
Frequenzen mit größerer Amplitude durchgelassen, so daß die verschiedenen Abstände zwischen
den Nulldurchgängen mit positiver Flanke und damit die verschiedenen Impulsabstände der zu erzeugenden
Impulsfolge von Tmin bis Tmax etwa mit der
gleichen Häufigkeit auftreten.
Die am Ausgang des Filters 3 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhaltene Häufigkeitsverteilung
der Abstände T zwischen den Nulldurchgängen der Rauschspannung mit positiver Flanke in Abhängigkeit
von T aufgetragen, hat etwa die Form, wie in Fig. 6 dargestellt. Ar stellt die Häufigkeit des Austretens
einer Schwingung mit bestimmter Periodendauer, über lange Zeit beobachtet, dar. Abstände T
jenseits der Grenzwerte Tmin und Tmax treten nicht
mehr auf, und die Häufigkeitsverteilung zwischen diesen beiden Grenzwerten ist nahezu konstant, d.h.,
alle Impulsabstände in der erzeugten Impulsfolge treten mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auf.
Natürlich kann es auch erwünscht sein, eine andere Häufigkeitsverteilung als die in Fig. 6 dargestellte
zu erzeugen, beispielsweise ist es möglich, daß einzelne Periodendauern besonders bevorzugt
auftreten sollen. In gleicher Weise ist es möglich, daß die Rauschquelle nicht weißes Rauschen abgibt,
sondern beispielsweise Rauschen, bei dem die Effektivwerte der Frequenzanteile mit wachsender
Frequenz linear abnehmen. In diesem Fall müßte natürlich das Filter 3 eine andere Durchlaßkurve
erhalten. Die Filterdurchlaßkurve wird am besten empirisch ermittelt, da das Rauschen einer exakten
Berechnung nur schwer zugänglich ist. Die empirische Ermittlung geschieht etwa in der Weise,
daß man an den Ausgang des Filters die gewünschte Häufigkeitsverteilung für die Zeitabstände T zwischen
zwei Nulldurchgängen mit positiver Flanke der Rauschspannung bestimmt und das Filter so
lange abstimmt, bis man am Ausgang die gewünschte Häufigkeitsverteilung erhält.
In der Praxis empfiehlt es sich, das Filter in der Weise veränderbar auszubilden, daß wahlweise verschiedene
Durchlaßkurven erzeugt werden können. Verschiedene Durchlaßkurven sind insbesondere erwünscht,
wenn man die Anordnung in einem Radargerät benutzt, in welchem der Entfernungsmeßbereich
umschaltbar ist. In diesem Fall können die Grenzfrequenzen fmin und fmax und damit Tmin und
Tmax wahlweise zusammen mit der Entfernungsumschaltung,
insbesondere durch elektronische Abstimmittel, wie z. B. Reaktanzröhren, verändert
werden.
Bisher wurde stets angenommen, daß das EIement 3 ein Filter sein soll. Selbstverständlich kann
an Stelle eines passiven Filters natürlich auch ein frequenzselektiver Verstärker mit Bandpaßverhalten,
dessen Durchlaßkurve zweckmäßigerweise ebenfalls veränderbar ist, verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Das
Prinzip dieser Schaltungsanordnung soll an Hand der Fig. 8 und 9 näher erläutert werden. Die Fig. 7
zeigt, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, eine Rauschquelle 1. Zwischen diese Rauschquelle 1 und
das Filter 3 ist ein nichtlineares Glied, z. B. ein Gleichrichter 11 mit quadratischer Kennlinie, ein
geschaltet. In den übrigen nachfolgenden Teilen entspricht diese Schaltung völlig der gemäß Fig. 1
Es sei angenommen, daß die Rauschquelle ein Spektrum abgibt, wie es etwa in Fig. 8 dargestellt
ist. Dieses Spektrum stellt ein innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches Δ f vorhandenes weißes
Rauschen dar. Führt man dieses Spektrum dem ίο quadratischen Gleichrichter 11 zu, so erhält man ein
Spektrum, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das im Bereich niedrigerer Frequenzen vorhandene dreieckförmige
Spektrum kommt durch Mischung der Frequenzen des Spektrums gemäß Fig. 8 mit sich
selbst zustande. Gleichrichtung einer Frequenz bedeutet nämlich nichts anderes als Mischung einer
Frequenz mit sich selbst. Die großen Amplituden des dreieckförmigen Spektrums im unteren Frequenzbereich
nahe der Frequenz Null und die kleinen Amplituden bei den höheren Frequenzen dieses
Spektralbereiches erklären sich einfach daraus, daß jede der im Spektrum gemäß Fig. 8 vorhandenen
Frequenzen mit sich selbst gemischt (Differenzfrequenz) die Frequenz Null ergibt, während die
höchste Frequenz des dreieckförmigen Spektrums nur einmal erscheint. Diese Frequenz ist nämlich
die Differenzfrequenz zwischen der oberen Grenzfrequenz und der unteren Grenzfrequenz des Spektrums
gemäß Fig. 8. Mit niedriger werdenden Frequenzen werden die Amplituden der Schwingungsanteile immer größer, da zu kleineren Frequenzen
hin immer mehr Differenzfrequenzen der im Spektrum gemäß Fig. 8 vorhandenen Frequenzen möglich
sind. Natürlich sind auch im Spektrum der Fig. 9 noch höhere Frequenzen vorhanden, die jedoch hier
nicht gesondert dargestellt sind, da sie später sowieso weggefiltert werden. Aufgabe des Filters 3
ist es, bei dieser Ausführungsform, einfach einen bestimmten Spektralbereich des Gesamtspektrums
gemäß Fig. 9 durchzulassen. Entsprechend den geforderten Werten von Tm;„ und Tmax liegen die
Grenzfrequenzen dieses Filters bei fmax und /„,,·„.
Alle übrigen Frequenzen jenseits dieser Grenzfrequenzen werden ausgefiltert. Man erhält dann
zwischen den Grenzfrequenzen fmin und fmax ein
Spektrum, das angenähert dem Spektrum entspricht, wie man es am Ausgang des Filters 3 im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhält.
Um sicherzustellen, daß der kleinste Impulsabstand Tm!-„ nicht unterschritten wird, müssen
frequenzselektive Mittel relativ großer Flankensteilheit verwendet werden. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung ist es möglich, auch frequenzselektive Mittel mit relativ kleiner Flankensteilheit
zu verwenden, wenn man hinter den frequenzselektiven Mitteln eine Torschaltung vorsieht,
die jeweils am Ende der Zeit, zu der ein Impuls der Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand erzeugt
wird, gesperrt wird und dann für eine Zeitspanne gesperrt bleibt, die dem kleinsten zulässigen
Impulsabstand Tmin entspricht. Die Torschaltung
kann an irgendeiner Stelle hinter den frequenzselektiven Mitteln vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 könnte demnach die Torschaltung hinter den Gliedern 3, 5, 7 oder 9 eingeschaltet
sein.
Bei Radargeräten benötigt man im allgemeinen mehrere gleiche, jedoch gegeneinander zeitverschobene
Impulsfolgen. Eine erste Impulsfolge dient beispielsweise zur Sichtgerätrückstellung, d. h. zur
Beendigung der vorangegangenen Elektronenstrahlablenkungen in der Radaranzeigeröhre und die verzögerten
Impulsfolgen zur Sendertastung und zur Auslösung der neuen Ablenkperiode des Sichtgerätes.
Diese beiden letztgenannten Vorgänge können häufig durch einen Impuls ausgelöst werden,
so daß man in Radargeräten für diese Zwecke im allgemeinen zwei gleiche Impulsfolgen benötigt.
Die Erzeugung mehrerer gleicher, gegeneinander zeitverschobener Impulsfolgen aus einer in der erfindungsgemäßen
Anordnung erzeugten Impulsfolge kann in an sich bekannter Weise durch Verzögerungsglieder
erfolgen.
Claims (9)
- Patentansprüche:ι. Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand, insbesondere für Radargeräte, unter Verwendung einer Rauschquelle, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Rauschquelle frequenzselektive Mittel (3) angeschaltet sind, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um aus der frequenzmäßig begrenzten Rauschspannung Impulse zu erzeugen, und daß die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel derart gewählt ist, daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge in gewünschter Häufigkeitsverteilung zwischen zwei Grenzwerten liegen.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rauschquelle eine Pendelrückkopplungsschaltung vorgesehen ist.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung einer Impulsfolge, deren Impulsabstände zwischen den Werten Tmj-„ und Tmax schwanken sollen, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektiven Mittel Bandpaßcharakteristik aufweisen, daß die untere Grenzfrequenzjmin = -^und die obere GrenzfrequenzJmax = ifJ minist und daß die Durchlaßkurve bei der unteren Grenzfrequenz steil bis auf einen hohen Wert ansteigt, bis zur oberen Grenzfrequenz etwa nach einem hyperbolischen Verlauf auf einen endlichen Wert abnimmt und bei der oberen Grenzfrequenz steil auf Null heruntergeht.
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenz-selektive Mittel ein Filter aus passiven Elementen vorgesehen ist.
- 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzselektive Mittel ein frequenzselektiver Verstärker vorgesehen ist.
- 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rauschquelle zur Erzeugung eines innerhalb eines begrenzten Frequenzbandes auftretenden Rauschens und vor den frequenzselektiven Mitteln ein nichtlineares Glied vorgesehen ist und daß die frequenzselektiven Mittel alle Frequenzen innerhalb der Grenzfrequenzen mit gleicher Amplitude durchlassen.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen und/oder die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel insbesondere mittels elektronischer Abstimmittel veränderbar sind.
- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung von Impulsen aus der frequenzmäßig begrenzten Rauschspannung ein Spannungsdiskriminator (z. B. ein Schmitt-Trigger oder eine Multiarschaltung), ein Differenzierglied und eine Amplitudenbegrenzerschaltung vorgesehen sind.
- 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an irgendeiner Stelle hinter den frequenzselektiven Mitteln eine Torschaltung vorgesehen ist, die am Ende der Zeit, zu der ein Impuls der Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand erzeugt wird, geschlossen wird und für die Zeit Tmin geschlossen bleibt.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 958 933;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 022 637.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen\ 609 715/8 10.6S
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