DE1025931B - Vorrichtung zur Aufnahme und Wiedergabe eines Nachrichtenflusses hoher Bandbreite, insbesondere von Fernsehsignalen, auf ein mechanisch bewegtes Speichermittel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Aufzeichnung von Fernsehsignalen auf Magnetband wird durch verschiedene Verfahren verwirklicht, von denen einige Verfahren die volle Bandbreite von 0 bis S MHz in dem aufzeichnenden Magnetkopf übertragen sollen. Die dabei benötigte Bandgeschwindigkeit wird nach Möglichkeit niedrig gehalten, wie z. B. beim RCA-Verfahren durch extreme Steigerung aller zur guten Aufzeichnung wesentlichen Faktoren, wie Schichtdicke und Höhenempfindlichkeit der Magnetschicht des Bandes und Kleinheit des Magnetkopfspaltes und des Abstandes des Bandes vom Kopf, oder wie z. B. bei dem Ampexverfahren durch Ausnutzen der Breite des Bandes durch eine Schrift quer zur Bandrichtung.

Ein anderes bekanntes Verfahren versucht, die Bandgeschwindigkeit dadurch herabzusetzen, daß die Bildsignale jeder Zeile in Gruppen aufgeteilt und mit abwechselnder Polarität einer Reihe von Schaltern zugeführt werden, die durch Rechteckimpulse von etwa Bildpunktdauer mit durch eine Laufzeitkette bestimmter Phase getastet werden. Die am Ausgang der Schaltung auftretenden Bildimpulse werden auf eine entsprechende Anzahl von Magnetköpfen gegeben und in parallelen Spuren aufgezeichnet. Dadurch, daß die Zeitkonstanten der Magnetköpfe etwa der Dauer einer Bildpunktgruppe gleich sind und Impulse abwechselnder Polung gegeben werden, erhält man in jeder Spur eine modulierte Schwingung konstanter Periode. Eine Umkehrung dieses Verfahrens liefert durch Synthese der Schwingungen der einzelnen Spuren das eingegebene Fernsehsignal zurück.

Ferner ist es auch bekannt, eine große Anzahl von Spuren mit einer der Bildpunktzahl einer Zeile etwa entsprechenden Anzahl von Magnetköpfen zu schreiben. Nach einem weiteren bekannten Vorschlag sollen die einzelnen Kanäle noch mit Zeilenfrequenz moduliert werden.

Die erwähnten Aufzeichnungsverfahren haben mit großen konstruktiven und mechanischen Schwierigkeiten zu kämpfen, die besonders bei dem Verfahren, welches jedem Bildpunkt einen Magnetkopf zuordnet, unüberwindbar erscheinen. Bei den genannten Verfahren wurden 4c die Bildpunkte praktisch zeitlich nacheinander auf die verschiedenen Spuren übertragen. Es ist jedoch auch bereits vorgeschlagen worden, die Schwierigkeiten durch eine Zwischenspeicherung und ein gleichzeitiges Aufzeichnen der Spuren zu vermeiden.

Das Verfahren gemäß diesem Vorschlag zur Speicherung von bewegten Bildern, vorzugsweise Fernsehbildern, auf einem bandförmigen Magnetogrammträger, wobei die Aufzeichnung der Bildfrequenz mit der oberen Grenzfrequenz f_g, um eine relativ geringe Bandgeschwindigkeit zu erzielen, auf η Parallelspuren, jedoch mit der Grenzfrequenz — · f_g erfolgt, besteht darin, daß die aufeinanderfolgenden Einzelbilder in an sich bekannter Weise auf η Vorrichtung

zur Aufnahme und Wiedergabe

eines Nachrichtenflusses hoher Bandbreite,

insbesondere von Fernsehsignalen,

auf ein mechanisch bewegtes

Speichermittel

Anmelder:

Fernseh G. m. b. H.,

Darmstadt, Am Alten Bahnhof 6

Dipl.-Ing. Siegfried von Hase,

Jugenheim (a. d. Bergstraße),

ist als Erfinder genannt worden

kongruenten Hilfsspeichern, z. B. Speicherröhren, zwischengespeichert, von diesen Hilfsspeichern w-fach verlangsamt abgetastet und anschließend gelöscht werden und daß jedem Hilfsspeicher eine magnetische Spur zugeordnet ist, auf der die abgetasteten Impulse aufgezeichnet werden, so daß auf jeder Parallelspur eine Folge von zeitlich verschobenen, vollkommenen Einzelbildern gespeichert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem obigen Verfahren dadurch, daß die Dauer der gleichen Zeitabschnitte eine oder höchstens wenige Zeilen beträgt.

Hieraus ergibt sich ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, da die Bildpunktkapazität der Zwischenspeicher sehr klein gehalten werden kann, so daß man entweder die für einen Bildpunkt zur Verfügung stehende Speicherfläche sehr groß wählen oder aber die Röhre sehr einfach und klein bauen kann.

Im einzelnen arbeitet die Vorrichtung dann folgendermaßen : Der gesamte Bildinhalt einer Zeile aus dem Fernsehsignal wird in einen Speicher eingebracht und mit verlangsamter Geschwindigkeit wiedergegeben. Jede nachfolgende Zeile wird in einen neuen Speicher eingebracht, bis die Abtastung und darauffolgende Löschung des erstbeschriebenen Speichers erfolgt und der erste Speicher wieder frei ist, so daß die nächste Zeile wieder in den ersten Speicher eingeschrieben werden kann. Die Zahl der benötigten Speicher ergibt sich aus dem Maß der Dehnung des Signals. Die Arbeitsfolge: Einschreiben, Abtasten, Löschen, erfolgt periodisch bei allen Speichern, nur ist dieser Rhythmus bei den einzelnen Speichern jeweils um

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die Dauer einer Zeilenlänge zeitlich verschoben. Das zeitlich, gedehnte Signal, welches aus jedem Speicherkanal herauskommt, hat das Aussehen eines Fernsehsignals eines Systems mit einer um den Dehnungsfaktor verminderten Zeilenzahl und einer entsprechend niedrigeren Bandbreite. Dabei wird in je einem Kanal nur jede dem Dehnungsfaktor entsprechende Zeile übertragen, während die dazwischenliegenden Zeilen in den anderen Kanälen übertragen werden. Der rückläufige Vorgang des Abdung ohne Belang, ob die Spuren längs oder quer zum Magnetband aufgezeichnet werden. Es wird nun durch die Dehnung der einzelnen Signalnüsse der Vorteil erhalten, daß die relative Geschwindigkeit des Bandes zu den Magnetköpfen kleiner sein kam, als dies bsi Verwendung nur eines einzigen Kanals und einss Magnetkopfes der Fall wäre. Daher erhält man eine wesentlich geringere Abnutzung der Magnetköpfe und eine bessere Übertragung des gesamten Frequenzbandes, als dieses in dem

nehmens der Signale und der Zusammensetzung zu einem i° anderen Fall mit nur einem Magnetkopf möglich wäre.

Fernsehsignal erfolgt in derselben Zeitdehnerschaltung. Die Signale der einzelnen Kanäle werden innerhalb der den Signalen entsprechenden gedehnten Zeilendauer in den jeweils dem Kanal zugehörigen Speicher eingeschrieben. Anschließend werden die Speicher in der normalen Zeilendauer nacheinander abgetastet, und die gewonnenen Signale setzen sich zu dem ursprünglichen Videosignal zusammen.

Die benötigten Speicher lassen sich auf verschiedene Die Zahl von vier Magnetköpfen ist hier nur als Beispiel gewählt, vorteilhaft werden mehr als vier, z. B. zehn, einzelne Kanäle verwendet. Die Abnahme der Signale erfolgt durch eine entsprechende Anzahl von Magnetköpfen zu gegebener Zeit, wobei durch ein umgekehrtes Verfahren in der Kompressionsvorrichtung 3 mit Hilfe von vier Speichervorrichtungen eine zeitliche Kompression des Nachrichtenflusses und eine Umwandlung der simultanen Übertragung in eine Folgeübertragung erfolgt.

Arten verwirklichen. Die bekannteste Art eines Speichers 20 Auf Grund der Tatsache, daß in dem Zeitdehner bei der

für ein kompliziertes Signal ist die Photokathods, wie sie am Orthikon benutzt wird. Durch einen Lichtstrahl oder einen Elektronenstrahl wird ein Ladungsbild in den Speicher eingeschrieben und auf gleiche Art wieder abgetastet. Eine andere, theoretisch wesentlich zweckmäßigere Art der Speicherung ist das Einspeichern einer Nachricht in eine homogene Laufzeitleitung mittels eines Elektronenstrahles, wobei der Einspeicherungspunkt für Zeitdehnung entgegen der Laufrichtung der Signale Aufzeichnung und Abnahme vom Magnetband nennenswerter Bandbreitenverlust eintritt, erhält man am Ausgang der Kompressionseinrichtung 3 da; praktisch unverfälschte Signal zurück.

Zum besseren Verständnis des Aufteilung- und Dehnungsvorganges sei im folgenden die Wirkungsweise einer Speicheranordnung betrachtet, bei der vier Speicherkathoden für eine Dehnung in einem einzigen Kolben vereinigt und parallel etwa in Zeilenart horizontal

in der Laufzeitleitung wandern muß. Der Signalanfang 30 angeordnet seien: Zur Einspeisung der Eingangssigaale,

wird am Anfang der Laufzeitkette eingespeist und gelangt unverzögert in den abgehenden Verstärker, während das Signalende am Ende der Laufzeitleitung eingespeist wird und um die volle Leitungsverzögerung

z. B. Fernsehsignale, sei ein Eingabestrahlsystem vorgesehen, von dem her ein Elektronenstrahl mit Zeilenfrequenz die vier Speicherzellen in normaler Abtastgeschwindigkeit nacheinander in horizontaler Richtung

verzögert wird. Hierdurch entsteht die zeitliche Dehnung 35 durchläuft. Die vertikale Kippfrequenz soll sich dabei

des Signals.

Beide Speicherarten arbeiten unter Vakuum in einer Kathodenstrahlröhre. Es können hierbei sowohl alle für die Schaltung benötigten Speicher in einem gemeinsamen wie etwa 1 : 4 zur Zeilenfrequenz verhalten. Jede einzelne Speicherzeile wird während einer Zeilendauer beschrieben und während der drei Zeilen Dauer abgetastet, während der Eingabestrahl die anderen drei Speicher überstreicht.

Kolben untergebracht als auch mehrere Kolben mit der 40 Jede Speicherzeile hat ihr eigenes Abtaststrahlsystem,

entsprechenden Teilzahl von Speichersystemen zusammengeschaltet sein.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung wird an Hand der Fig. 1 bis 6 weiter erläutert. Von diesen zeigt

Fig. 1 eine rein schematische Darstellung der Vorrichtung mit der Zeitdehnereinheit bzw. der entsprechenden Zeitkompressionseinheit,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für die Abtastung und Aufzeichnung der verschiedenen Speicher,

Fig. 3 a und 3 b eine Aufsicht- und eine Schnittansicht einer vorteilhaften Speicherröhre,

Fig. 4 eine weitere vorteilhafte Ausführung einer Speicherröhre zur Ausführung einer zeitlichen Kompression oder Dehnung,

Fig. 5 eine Teilansicht der Umschaltung auf verschiedene Speicher und

Fig. 6 ein Blockschema der gesamten Schaltung zur welches mit einem Viertel der Zeilenfrequenz, also mit der Vertikalfrequenz des Eingabestrahles, die betreffende Zeile abtastet, wobei die Phase der einzelnen Abienkperioden zu der Phase der Vertikalablenkung um ein der Speichernummer entsprechendes Vielfaches der Zeilendauer zeitlich verschoben ist.

Ein Zeitdiagramm der Abtastung ist aus Fig. 2 zu ersehen. In diesem Diagramm sind in der Ordinatenlänge die. einzelnen Speicherzeilen und in der Abszisse die Zeit aufgetragen.

Die Linie 4 stellt den Verlauf der Aufzeichnung, die Linien 5, 6, 7 und 8 den entsprechenden Verlauf der Abtastung dar. Man erkennt, daß, nachdem die erste Zeile aufgezeichnet ist, sofort die Abtastung mit einer langsameren Geschwindigkeit einsetzt. Am Ende der Abtastung, während deren Verlauf der Aufzeichnungsstrahl die anderen Zeilen 2 bis 4 überstrichen hat, setzt von neuem die Aufzeichnung ein. In den anderen Zeilen erfolgt die Abtastung jeweils um eine der Aufzeichnung

so daß die Ablenksämtlich verschiedene

Ausführung der Erfindung.

In Fig. 1 ist 1 eine Schalteinheit, die zur Auiteilung 60 entsprechende Zeit verspätet,
eines Fernsehsignals und zur zeitlichen Dehnung der spannungen der Abtaststrahlen
aufgeteilten Nachrichteninhalte dient. Es sind bei dieser Phasen haben.
Einheit vier Ausgänge gezeichnet, was im vorliegenden
Fall bedeutet, daß jeweils vier aufeinanderfolgende Zeilen

Dieser Abtastmechanismus setzt voraus, daß die Aufzeichnung wie bei vielen nach dem bekannten

in vier verschiedene Speicher eingebracht und in diesen 65 Ikonoskopprinzip arbeitenden Speicherröhren von der auf eine Gesamtzeit gedehnt werden, die gleich derjenigen Abtastung zeitlich getrennt sein muß. Es sind jedoch auch von drei Zeilen ist. Die vier simultan erhaltenen Video- solche Speicherröhren bekannt, bsi denen entweder auf signale werden auf ebenso viele Magnetköpfe gegeben, Grund der besonderen Schaltung (Hochfrequenzmoduwelche auf dem magnetischen Band 2 eine magnetische lation) oder auf Grund der Konstruktion der Röhre eine Spur aufzeichnen. Dabei ist es für das Wesen der Erfin- 70 gleichzeitige Aufzeichnung und Abtastung möglich ist,

ohne daß eine Kreuzmodulation der am Ausgang der Speicherröhre erhaltenen Signale durch die Eingangssignale eintritt. In diesem Fall erfährt das Zeitdiagramm eine Abwandlung in dem Sinne, daß bei η Speichersystemen auch η Zeilen gleichzeitig wiedergegeben werden und die Abtastdauer sich auf η Zeilenlängen statt n—l Zeilenlängen vergrößert.

Eine besonders zweckmäßige Ausführung einer Speicherröhre zeigen Fig. 3 a und 3 b. Es kann nämlich vorteilhaft sein, an Stelle einer einzigen, kompliziert aufgebauten Speicherröhre mit mehreren Speicherzellen und entsprechenden Abtaststrahlsystemen eine Mehrzahl einfach gebauter Speicherröhren zu verwenden. Die in Fig. 3 gezeigte Röhre weist eine Speicherkathode 9 auf, die auf der Stirnfläche 10 eines Röhrenkolbens in ringförmiger Ausführung angebracht ist. Die Speichersignale werden mit Hilfe einer als Gitter oder Wandbelag ausgebildeten Anode 11 abgenommen. Die Funktion dieser Röhre ist dann die folgende: Der Elektronenstrahl wird durch ein Ablenksystem 12 auf einer Kreisbahn auf der Speicherkathode umgelenkt, und zwar während der Aufzeichnungsperiode mit hoher Geschwindigkeit und während der Abtastperiode mit langsamer Geschwindigkeit. Während d?r Aufzeichnung wird der Elektronenstrahl dichtemoduliert, während der Abtastung dagegen auf einem konstanten Strom gehalten. Besonders zweckmäßig kann es sein, den Elektronenstrahl wenigstens während der Aufzeichnung quer zum Umfang zu wobbsln oder auf andere Art zu einem radialen Strich auseinanderzuziehen. Hierdurch wird erreicht, daß Störungen durch äußere magnetische Felder u. dgl. unwirksam werden, da eine Verlagerung des Abtaststrahles nicht zu einem Verfehlen der Aufzeichnungsspur führt und die Sp sicherfläche vergrößert wird.

In Fig. 4 ist 13 ein Röhrenkolben, in dem an Stelle einer normalen Spsicherkathode eine Laufzeitkette 14 untergebracht ist. Diese Laufzeitkette kann z. B. aus einer Mischung eines hochpermeablen. Stoffes, z. B. eines Ferrites, mit einem Halbleiter hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. unter Verwendung von Barium-Titanat als einer Komponente, oder aus Ferrit allein bestehen. Diese Laufzeitkette wirkt als homogene Leitung mit solchen Leitfähigkeitseigenschaften, daß ein die Oberfläche derselben treffender Elektronenstrahl einen Impuls in derselben hervorruft, der nach beiden Seiten mit einer für die homogene Leitung charakteristischen Geschwindigkeit weiterläuft. Lenkt man den Elektronenstrahl mit der Aufzeichnungsgeschwindigkeit über einem solchen Laufzeitglied ab, so werden je nach der Stellung des Elektronenstrahles verschiedene Laufzeiten bzw. Leitungslängen für die jeweils auf den Elektronenstrahl modulierten Signale eingeschaltet. Bei einer kleineren Laufzeit der Impulse in dem Laufzeitglied als die Abtastgeschwindigkeit des auf dem Leiter entlang laufenden Elektronenflecks erhält man eine zeitliche Dehnung der Signale, wenn man den Anfang der Aufzeichnungsspur an das Ausgangsende des Laufzeitgliedes legt. Die homogene Leitung wird zweckmäßig an beiden Enden mit Widerständen so abgeschlossen, daß keine Reflexionen stattfinden.

Die praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfordert die Verwendung einer Anzahl Schalter und phasenverschiebender Glieder, um die einzelnen Speichereinrichtungen mit phasenrichtigen Ablenkspannungen zu versorgen und den Nachrichteninhalt in der gewünschten Weise auf die einzelnen Systeme zu verteilen.

Fig. 5 zeigt in einfacher Form die Aufteilung eines am Eingang des Schaltsystems 15 eintreffenden Signals auf mehrere Speicher 1 bis 4. Die Einrichtung 15 kann

z. B. aus mehreren parallel geschalteten Taststufen bestehen, die durch phasenmäßig zu verschiedenen Zeiten eintreffende Impulse in zyklischer Reihenfolge geöffnet und wieder geschlossen werden.

Eine ausführlichere Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung zeigt Fig. 6. In dieser Figur ist 17 eine Eingangsstufe, in der die ankommenden Fernsehsignale verstärkt und von den Synchronisierimpulsen getrennt werden. Die Synchronisierimpulse werden einem Gerät 18 zugeführt, welches sie verformt und z. B. in Gestalt von Rechteckwellen an den Frequenzteiler 19 weitergibt, in dem vier phasenverschobene Tastimpulse von ^x/₄ Zeilenfrequenz für das Schaltgerät 16 erzeugt werden. Dem Schaltgerät 16 ist die Speichervorrichtung 20 nachgeordnet, die hier mit vier Speichereinheiten dargestellt ist. Aus den Synchronisierimpulsen bzw. den von ihnen abgeleiteten phasenmäßig verschobenen Rechteckwellen werden die erforderlichen Ablenkspannungen für die Aufzeichnung und Abtastung in der phasenmäßigen Verschiebung um je eine Zeile gewonnen und von dem Gerät 21 dem Speichersystem 20 zugeführt. Am Ausgang des Speicheisystems befinden sich noch entsprechende Niederfrequenz-Verstärkerkanäle, durch die die aufzuzeichnenden Magnetköpfe 22 gespeist werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit besonderem Vorteil in Kombination mit Geräten zur Durchführung von Filmaufnahmen verwendet werden, wobei die Tatsache, daß nunmehr keine Begrenzung des Frequenzbandes durch die Aufzeichnung auf Magnetband und seine Wiederabnahme erfolgt, die Möglichkeit zu einer getreuen Wiedergabe eines z. B. mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Bildes mit Tonfilmqualität schafft. Man kann also mit einer derartigen Anlage die aufzunehmende Szene mit einer hochauflösenden Fernsehkamera aufnehmen, dabei gleichzeitig sowohl das unmittelbar aufgenommene Bild als auch das am Ausgang der magnetischen Speicherungsanlage erhaltene Bild betrachten und nach Verarbeitung des Magnetbandes (cuttern, synchronisieren usw.) die Filmszene auf photographischen Film mit Hilfe eines üblichen Aufzeichnungsverfahrens übertragen. Die Vorteile eines solchen Verfahrens sind auch gegenüber dem sogenannten Electronicam-Verfahren beträchtlich, bei dem gleichzeitig mit einer normalen Kinoülmkamera eine Fernsehkamera betrieben und von den im Ausgang der Fernsehkamera erhaltenen Videosignalen eine Schmalfilmaufzeichnung aufgenommen wird, da man die Kontrastveränderungen beim Entwickeln und Kopieren des Schmalfilms vermeiden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufnahme und Wiedergabe eines Nachrichtenflusses hoher Bandbreite, insbesondere von Fernsehsignalen, auf ein mechanisch bewegtes Sp eicher mittel mit frequenzmäßig begrenzter Aufnahmefähigkeit, insbesondere ein Magnetband, bei welcher der in gleiche Zeitabschnitte unterteilte Nachrichtenfluß abschnittsweise und zyklisch auf η elektronische Einrichtungen, z. B. Speicherröhren mit schnell aufzeichnendem und langsam abtastendem Elektronenstrahl, verteilt wird, welche infolge einer gewählten relativen Geschwindigkeit zwischen dem gespeicherten Nachrichteninhalt und einem Abtastorgan eine zeitliche Dehnung eines jeden Nachrichtenabschnittes auf die gesamte Dauer der η Zeitabschnitte, gegebenenfalls unter Abzug der Aufzeichnungszeit, bewirken, und bei der die am Ausgang des Zeitdehners erhaltenen Signale simultan auf das mecha-

nisch bewegte Speichermittel übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der gleichen Zeitabschnitte eine Zeile oder wenige Zeilen beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastvorgang periodisch in den jeweiligen Pausen zwischen den Aufzeichnungszeiten eines Speichers und der Löschvorgang gleichzeitig mit oder nach dem Abtasten erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronisches Speicherglied eine homogene Laufzeitleitung benutzt wird, in welche das Signal durch einen auf der Leitung entlang wandernden Auftreffpunkt eines Elektronenstrahles eingebracht wird, und daß das entsprechend der eingeschalteten zu- oder abnehmenden Leitungslänge gedehnte oder komprimierte Signal am Ende der Leitung abgenommen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Speicherröhre eine Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahl und mit ringförmig in sich geschlossener Speicherbahn verwendet wird und daß der Elektronenstrahl in jeder Speicherröhre während des Aufzeichnungsvorganges die Speicherbahn bei der Aufzeichnung mit einer bestimmten Geschwindigkeit und bei der Abtastung mit einer anderen Geschwindigkeit umläuft.

5. Speicherröhre mit Elektronenstrahlaufzeichnung und -abtastung zur Verwendung in einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei der Aufzeichnung eine Wobbelung oder ein elektronenoptisches Auseinanderziehen des bzw. der Elektronenstrahlen quer zur Speicherbahn erfolgt.

6. Verfahren zur Durchführung von Filmaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die ausschließlich fernsehmäßig, z. B. mit einer Fernsehkamera, aufgenommene Bildfolge mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 5 auf Magnetband aufgenommen und nach der Verarbeitung (z. B. cuttern, synchronisieren) auf photographischen Film übertragen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 950 560;
USA.-Patentschrift Nr. 2 517 808;
»Preceedings of the Institution of Electrical Engineers*, 1951, S. 29 bis 34.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 957 763.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen