DE1180405B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von impulsfoermigen Schwingungen insbesondere fuer akostische Zwecke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1180 405

Aktenzeichen: T 22626 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 22. August 1962

Auslegetag: 29. Oktober 1964

Die vorliegende Erfindung, die eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsmustern betrifft, geht aus von Erkenntnissen auf dem Gebiet der Akustik, spezieller der Analyse von Sprachschwingungen. Danach ist es möglich, aus den zweckmäßig ins Elektrische übersetzten Sprachschwingungen die einzelnen Laute wieder zu extrahieren, indem, abweichend von den bisher üblichen Methoden der Frequenzanalyse, die Kriterien unmittelbar aus der von den Schwingungen gebildeten Wellenfonn selbst entnommen werden. Prüft man, gemeinsam oder auch je für sich, die Maxima bzw. Minima der Schwingungen, deren zeitliche Abstände und die Abstände der Nulldurchgänge (Momentanfrequenzen), so ergeben sich in deren Verlauf aufeinanderfolgend Stellen, an denen ein Übergang von abnehmenden auf zunehmende Maximalamplituden bzw. Zeitabstände stattfindet, und die durch fortgesetzte Vergleiche der aufeinanderfolgenden genannten Schwingungsgrößen festgestellt werden können. Stellt man neben der zeitlichen Länge der durch solche Sprungstellen abgegrenzten Abschnitte noch die Anzahl bzw. Dauer der innerhalb eines jeden Abschnitts stattfindenden Schwingungsvorgänge fest, so genügen die vorstehend genannten Kriterien zur Wiedererkennung der Laute. Man kann daher den Wellenzug mit seinen aufeinanderfolgenden Abschnitten und darinliegenden Schwingungsvorgängen durch ein Impulsmuster z. B. von gleich hohen Rechteckimpulsen ersetzen.

F i g. 1 a zeigt beispielsweise einen einem Laut (i) entsprechenden natürlichen Wellenzug, in

Fig. Ib ist dieser Wellenzug, auf die Nullinie gebracht, nochmals dargestellt;

F i g. 1 c zeigt ein Impulsmuster als eine Folge von gleich hohen Rechteckimpulsen, wie man sie aus dem Wellenzug in bekannter Weise durch Beschneidung usw. erhalten kann.

Unterhalb dieser Darstellungen sind durch auf einer Abszisse aufgetragene senkrechte Linien Abschnitte markiert, welche Abschnitten entsprechen, die man in der natürlichen Wellenform findet. Sie beginnen jeweils mit größeren Schwingungen und enden mit kleineren, worauf sich ein neuer, wieder mit größeren Schwingungen beginnender Abschnitt anschließt. So erkennt man im mittleren Teil einen solchen Abschnitt mit vier Maxima, daran anschließend einen mit zwei Maxima, danach einen mit drei Maxima. Diese bilden zusammen wiederum einen größeren Abschnitt mit neun Maxima. Die Bildung derartiger Abschnitte mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Schwingungen darin ist typisch, für die Schaltungsanordnung zur Erzeugung von
impulsförmigen Schwingungen, insbesondere
für akustische Zwecke

Anmelder:

Telefunken Patentverwertungsgesellschaft

m. b. H., Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:
Heinz Kusch, Berlin

verschiedenen Laute aber verschieden. Es gelingt daher, durch Einrichtungen, die die Impulse eines repräsentativen Musters wie das nach F i g. 1 c abschnittsweise unter Berücksichtigung ihrer Dauer bzw. Momentanfrequenz zählen, eine Dekodierung des Impulsmusters herbeizuführen, die den zugehörigen Laut ergibt. Derartige Einrichtungen sind bereits vorgeschlagen.

Andererseits gelingt es aber auch, aus Impulsmustern der genannten Art die zugeordneten Laute akustisch zu erzeugen, womit eine neuartige Methode zur synthetischen Spracherzeugung gewonnen ist.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in erster Linie für diesen Zweck geeignet. Sie verwendet eine an sich bekannte Kette von Verzögerungsgliedern, die nacheinander Impulse abgeben, wobei diese Kette ζ. B. durch eine Reihe von monostabilen Kippschaltungen, von denen jede die nachfolgende anstößt, oder durch eine mit Anzapfungen versehene Laufzeitkette gebildet sein kann. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die impulsabgebenden Leitungen der Verzögerungsglieder von gerader Ordnung innerhalb der Kette an einen Ausgangskanal und die der Verzögerungsglieder von ungerader Ordnung an einen zweiten Ausgangskanal angeschlossen sind und daß eine bistabile Kippschaltung oder ein tastbarer Frequenzgenerator durch einen Impuls in dem einen Ausgangskanal zur Erzeugung einer Impulsspannung und durch einen Impuls in dem anderen Ausgangskanal zur Abschaltung dieser Spannung angeregt wird. Vorzugsweise ist an die bistabile Kippschaltung bzw. den tastbaren Frequenzgenerator, gegebenenfalls über eine verstärkende und/oder integrierende Stufe, ein Schallsender angeschlossen. Weitere Merkmale der Erfindung, die in Unteransprüchen gekennzeichnet sind, werden

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nachfolgend bei der Beschreibung von Ausführungs- ertönt. Die Kette kann erstmalig angestoßen werden

beispielen näher erläutert. z. B. durch Niederdrücken einer Taste T, wodurch

In F i g. 2 sind mit /F₀, /F₁... /F_n monostabile einmalig ein Kippimpuls auf die erste monostabile

Kippschaltungen bezeichnet mit Kippeingängen e₀, Kippschaltung/F₉ gegeben wird, wobei durch die ^₁... e,, sowie den Ausgängen e₀, O₁..-. . a„ und 5 Taste T zugleich auch der Schalter ZZR geschlossen

c:₀, U₁... Zi_n. Die Ausgänge a₀, c₂, a₄, ,e„ .... a_n~^x werden kann. Der Laut ertönt dann so lange, wie die

liegen über Entkoppeldioden an einer Sammelleitung Taste T niedergedrückt ist. Die Anordnung kann

S₁, die Ausgänge a_v a₃, a₅, a₇ ... a_n ebenfalls über aber auch so getroffen werden, daß das Wiederöffnen

Entkoppeldioden an einer Sammelleitung S₂. Die des Schalters UR von der Taste unabhängig gemacht Kippeingänge e_x... e_n sind normalerweise über Um- io und z. B. durch einen Zähler Z bewirkt wird, der bei

schalter U₁.. .u_n jeweils mit dem α-Ausgang der vor- jedem Durchlauf der Kette z. B. von der letzten

angehenden Kippschaltung verbunden, so, daß wenn Kippschaltung einen WeiterzähUmpuls erhält und bei

beim Zurückkippen einer Kippschaltung aus dem in- Erreichen eines bestimmten Wertes den Schalter UR

stabilen Zustand an seinem α-Ausgang ein Impuls öffnet.

entsteht, die nachfolgende Kippschaltung über ihren 15 Um mit einer Kette der beschriebenen Art unter-

Kippeingang in den instabilen Zustand gekippt wird, schiedliche Impulsmuster erzeugen zu können, kann

aus der sie nach einer bestimmten Eigenzeit wieder vorgesehen werden, daß die Eigenzeiten der mono-

in den stabilen Zustand zurückfällt. Wird also die stabilen Kippschaltungen /F veränderbar sind, bei-

monostabile Kippschaltung /F₀ durch einen Kipp- spielsweise durch Verändern des Widerstandes in der impuls auf ihren Eingang e₀ in die astabile Lage ge- ao für die Eigenzeit maßgeblichen i?C-Kombination, wie

kippt, so stößt sie nach Ablauf ihrer Eigenzeit beim durch den veränderlichen Widerstand P angedeutet,

Zurückfallen in den stabilen Zustand die zweite oder durch Zuschalten von Kondensatoren in diese

Kippschaltung an, diese nach Ablauf ihrer Eigenzeit Kombination, wie durch den einen Kondensator ein-

die dritte usf. schaltenden Schalter S angedeutet. Ferner können die

Die Sammelleitung S₁ führt in den Kippeingang E₁ 25 bereits erwähnten Umschalter U₁.. .U_n auch umge^ einer bistabilen Kippschaltung FF, die Sammelleitung legt werden, wodurch die zugehörige Kippschaltung 5., in den Rückkippeingang E₂ dieser Kippschaltung. aus der Kette herausgenommen wird, da ihr EinEiner der Ausgänge A _t oder A₂ der bistabilen Kipp- gang e abgeschaltet und der Weiterschaltimpuls der schaltung FF stellt den Ausgang der Schaltungs- vorangehenden Kippschaltung an eine später folgende anordnung dar. An ihm entsteht, wie bekannt, beim 30 Kippschaltung weitergeleitet wird. Hierdurch kann Kippen der Kippschaltung in einer Richtung ein also ein Ausgangsimpuls bzw. eine Impulslücke an Spannungssprung und beim Zurückkippen der dem Ausgang <4, erheblich verlängert werden.
Kippschaltung ein Spannungssprung in der entgegen- ' Es kann' nun weiterhin vorgesehen werden, daß gesetzten Richtung. Beim Kippen jeder mono- Elemente, wie P, S und U₁. ..U_n durch Programmstabilen Kippschaltung/F erzeugt diese über ihren 35 schalter für die ganze Kette verstellbar sind zur Era-Ausgang in der zugehörigen Sammelleitung S₁ oder zeugung jeweils bestimmter Impulsmuster und entr S.> einen Impuls, der als Kippimpuls für die Kipp- sprechender Laute. Dies könnte z. B. durch Nocken schaltung FF wirksam wird. Man erkennt mithin, daß scheiben geschehen, wobei dann durch Drehen der bei einem Durchlauf der Kette der monostabilen Nockenwelle der gewünschte Laut vor dem Drük-Kippschaltungen/F, bei dem diese sich nacheinander 40 ken der Taste T einstellbar ist oder aber auch durch erregen, an dem z. B. bei A₁ angeschlossenen Aus- elektrische Stellmittel, die durch die einzelnen Laute gang ein aus Rechteckjmpulsen bestehendes Impuls- auswählende Tasten, die dann zugleich die Kette anmuster erscheint, wobei die Vorderflanken durch Im- stoßen, betätigt werden.

pulse der monostabilen Kippschaltungen/F von ge- An der Stelle der bistabilen Kippschaltung FF rader Ordnung und die Rückflanken durch Impulse 45 kann z. B. auch ein tastbarer Frequenzgenerator von den monostabilen Kippschaltungen /F ungerader treten, beispielsweise ein astabiler Multivibrator, der Ordnung erzeugt werden. Die Abstände und die Rechteckschwingungen mit einer oberhalb der Hör-Längen der Impulse werden dabei durch die Eigen- grenze liegenden Frequenz erzeugt. Der Frequenzzeiten der monostabilen Kippschaltungen bedingt, generator wird dann z. B. durch einen Impuls über und man kann durch Wahl dieser Eigenzeiten das 50 die Sammelleitung S₁ angestoßen und durch einen Impulsmuster festlegen, insbesondere so, daß das Impuls auf der Sammelleitung S₂ wieder gesperrt. An Impulsmuster nach dem, was weiter oben erläutert seinem Ausgang entstehen dann mithin getastete wurde, einen Laut repräsentiert. Gibt man dieses Im- Impulszüge, die ebenfalls Laute darstellen können pulsmuster, z. B. über einen Niederfrequenzverstärker und ebenfalls hörbar gemacht werden können.
NF, auf einen Schallsender, z. B. einen Laut- 55 Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 zeigt wiesprecher L, so wird der zugeordnete Laut hörbar. derum das als bistabile Kippschaltung ausgebildete

Sieht man von dem Ausgang S_n der letzten mono- Ausgangselemnet FF, den Niederfrequenzverstärker stabilen Kippschaltung zum Eingang e₀ der ersten NF und den Lautsprecher L. Jedoch ist die Kette, die eine Rückverbindung R vor, so stößt die letzte die Impulse zur Erzeugung der Impulsanfänge bzw. Kippschaltung wiederum die erste Kippschaltung 60 Impulsenden in die Sammelleitungen S₁ und S₂ an, und die im Ring geschaltete Kette wird wieder- schickt, hier anders ausgebildet. LS ist eine Impulsholt durchlaufen, so lange, bis ein Unterbrechungs- Laufzeitstrecke oder Verzögerungskette bekannter schalter UR in der Rückverbindung geöffnet wird. Art, die z. B. eine Flip-Flop-Kette sein kann, eine Durch das Schließen der Kette zu einem Ring i?L-Verzögerungstrecke, eine Magnetostriktionswird mithin das durch die Kette erzeugte Impuls- 65 Laufzeitstrecke od. dgl., und bei der ein in den Einmuster nacheinander mehrfach ausgegeben, wodurch gang LSE eingespeister Impuls die Strecke mit Verman erreicht, daß der Laut im Lautsprecher L für zögerung durchläuft bis zum Ende LSA der Strecke, längere Zeit, nämlich für die Dauer der Umläufe, Dieses ist durch eine Rückführungsleitung R mit dem

Eingang LSE verbunden, so daß also der Impuls die Strecke LS aufeinanderfolgend immer wieder durchläuft. Die Strecke LS ist an aufeinanderfolgenden Anzapfpunkten AZ angezapft, die je nach den zu erzeugenden Impulsmustern aufeinanderfolgend entsprechend dicht zu legen sind und auch unterschiedliche Abstände haben können. Der Impuls läuft an durch die Lage der Anzapfungen bestimmten Zeitpunkten an diesen vorbei und kann zu den betreffenden Zeitpunkten in den Anzäpfungsleitungen jeweils ιό einen Ausgangsimpuls erzeugen. Um diese Impulse auf die Sammelleitungen S₁, S₂ zu bringen, sind an die zur Erzeugung eines Impulsmusters geeignet ausgewählten Anzapfungsleitungen Koinzidenztore gelegt, wie z. B. die der Reihe K₁₀, K₁₁, K₁₂... K_1n. Diese Tore sind mit ihren Ausgängen aufeinanderfolgend abwechselnd an die Leitungen S₁ bzw. S₂ angeschlossen.

Ein zweiter Eingang jedes Koinzidenztores liegt an einer EinschaltleitungEL₁, auf die z.B. durch eine Taste T₁ ein Potential gegeben werden kann, das die zugehörigen Tore durchlässig macht. Es werden also nach Drücken der Taste T₁, wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, Impulse nacheinander auf die Leitungen S₁, S₂ gegeben, deren zeit- as liehe Abstände durch die Wahl der Anzapfungen bestimmt sind, an die die Koinzidenztore angeschlossen sind, und die in der bereits angegebenen Weise das gewünschte Impulsmuster bzw. einen Laut in dem Lautsprecher L erzeugen. Dieser Vorgang dauert 3σ an, solange die Taste T₁ niedergedrückt ist, da der Impuls in LS ständig umläuft. Es ist auch eine zweite Reihe von Koinzidenztören K₂₀, K₂₁, K₂₂ . .. K_2n dargestellt, die an andere Anzapfungen angeschlossen sind, und nach Drücken einer in der Einschaitleitüng EL₂ liegenden Taste T₂ ein anderes Impulsmuster bzw. einen anderen Laut erzeugen. Entsprechende können weitere Koinzidenztorketten an die 'Anzapfungen AZ angeschlossen werden.

Anstatt durch Anregung jeweils einer einzelnen Kette jeweils einen einzelnen Laut zu erzeugen, können auch mehrere Ketten der genannten Art, von denen z. B. jede ein lautcharakteristisches Impulsmuster erzeugt, in Serie hineinandergeschaltet und an die Sammelleitungen S₁, S₂ angeschlossen werden, wie das in Fig. 4a dargestellt ist. Durch Schließen eines Kontaktes W wird die erste Kette X₁ angestoßen, der letzte Impuls der Kette wird zum Anstoßen der zweiten Kette K₂ benutzt, diese stößt, nachdem sie durchlaufen ist, die Kette K_s an usf. Die durch die einzelnen Ketten gebildeten Laute können ein Wort bilden, so daß also nach Schließen des Schalters W dieses Wort durch den Lautsprecher L ausgesprochen wird. Dabei kann es unter Umständen zweckmäßig sein, einzelne Laute dadurch zu verlängern, daß die zugehörige Kette, zu einem Ring zusammengeschlossen, mehrmals durchlaufen wird, wie in Fig.4b schematisch dargestellt. Nach Schließen des Schalters W wird zunächst die den ersten kurzen Laut erzeugende Kette K₁ durchlaufen, diese stößt die Kette K₂ an. Diese hat eine Rückführungsleitung R₂ mit einem Schalter ZZR₂, der zugleich mit dem Schalter W geschlossen worden war. Die Kette K₂ wird also mehrmals durchlaufen und der von ihr erzeugte Laut entsprechend verlängert. Ein Zähler Z wird bei jedem Durchlauf um eine Einheit weitergeschaltet, beim Erreichen einer vorgebbaren Zahl von Durchläufen sendet er einen Ausgangsimpuls aus, der einerseits den Schalter UR₂ öffnet und andererseits in den Eingang der Kette K₃ geleitet wird, um nunmehr diese anzustoßen.

Eine Laute bzw. Wörter synthetisch erzeugende Schaltungsanordnung nach dör Erfindung,kann beispielsweise dazu benutzt werden, um automatisch gelesene Zeichen bzw. Texte akustisch auszusprechen. Eine hierfür geeignete Einrichtung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Hierbei ist ZF eine die Zeichen tragende Fläche, die fortlaufend abgetastet wird, z. B. von einem magnetischen Abtastkopf AK, oder einem Lichtstrahl od. dgl. Eine Zeichenerkennungseinrichtung ZE, wie solche in den verschiedensten Formen bekanntgewordöri Sind, diskriminiert 'aus empfangenen Zeichenabtastsignalen ^; die' einzelnen Zeichen und erregt je'nach dem erregten Reichen einen der Zeichenkanäle ZK: Dfe' ZetCherrkänäle sind an einen synthetisclren Lautbildher SB der vofbeschriebenen Art angeschlossen, der insbesondere, wie schematisch angedeutet, Ketten K₁, K₂ . .. der vorbeschriebenen Art enthält. Ein Signal in einem der Kanäle ZK erregt die zugehörige Kette, und der zugehörige Laut wird über den Verstärker NF, an den sämtliche Ketten parallel angeschaltet sind, in dem Lautsprecher L erzeugt. Fortlaufend nacheinander gelesene Zeichen werden-"alsü akustisch zu Wörtern zusammengesetzt.

Selbstverständlich können die nach der Erfindung erzeugten Laute auch in anderer Weise, z. B. zu Prüfzwecken, verwendet werden. Der Ausgang des NF-Verstärkers kann statt auf einen Lautsprecher auch auf einen Tönband-Aufzeithnungskopf geschaltet werden, um die Zeichen· zu speichernd Man kann also z. B. die von einem automatischen 25eichenleser gewonnenen Zeicheninformatioaen' niederfrequent auf das Magnetband übertragen. Femer kann die Schaltungsanordnung auch ohne Benutzung der akustischen Mittel zur Erzeugung gewünschter Impulsmuster verwendet werden.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von impulsförmigen Schwingungen, insbesondere für akustische Zwecke, mit einer Kette von Verzögerungsgliedern, die nacheinander Impulse abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsabgebenden Leitungen der Verzögerungsglieder (jF bzw. AZ, K) von gerader Ordnung innerhalb der Kette an einem Ausgangskanal (S₁) und die der Verzögerungsglieder von ungerader Ordnung an einen zweiten Ausgangskanal (S₂) angeschlossen sind und daß eine bistabile Kippschaltung (FF) oder ein tastbarer Frequenzgenerator durch einen Impuls in dem einen Ausgangskanal zur Erzeugung einer Impulsspannung und durch einen Impuls in dem anderen Ausgangskanal zur Abschaltung dieser Spannung angeregt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die bistabile Kippschaltung (FF) bzw. den tastbaren Frequenzgenerator, gegebenenfalls über eine verstärkende und/ oder integrierende Stufe (NF), ein Schallsender (L) angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette durch monostabile Kippschaltungen (fF) unterschiedlicher Eigenzeiten gebildet wird, wobei jeweils

beim Zurückkippen einer Kippschaltung in den stabilen Zustand eine nachfolgende Kippschaltung in den instabilen Zustand gebracht wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette durch in unterschiedlichen Abständen aufeinanderfolgende Anzapfungen (AZ, K) einer Impuls-Laufzeitstrecke (LS) gebildet wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenzeiten der monostabilen Kippschaltungen (fF) oder einiger davon veränderbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den monostabilen Kippschaltungen (fF) Umschalter (u) zugeordnet sind, die je nach ihrer Voreinstellung einen eintreffenden Kippimpuls entweder auf die ihnen zugeordnete oder auf eine nachfolgende Kippschaltung leiten.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenzeiten und/oder die Umschalter eines Satzes von monostabilen Kippschaltungen (fF) über einen mechanischen oder elektrischen Programmgeber einstellbar sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette zu einem Ring geschaltet ist durch eine Ringschlußletiung (IV), die vorzugsweise einen Unterbrecherschalter (UR) enthält.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrechungsschalter (UR) durch ein Zeitglied, z. B. einen in Abhängigkeit vom Kettendurchlauf geschalteten Impulszähler (Z), betätigt wird.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ketten parallel an den Ausgangskanälen (S₁, S₂) liegen.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltablauf der Kette (bzw. der einzelnen Ketten) durch eine der (bzw. jeder) Kette zugeordnete Betätigungstaste (T) einschaltbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 10 bzw. den übrigen, dadurch gekennzeichnet, daß Anzapfungen (AZ) der Laufzeitstrecke an Eingänge von Koinzidenztoren (K) geführt sind, deren zweite Eingänge zum Einschalten der Kette dienen und deren Ausgänge an dem jeweils zugehörigen Ausgangskanal (S₁ bzw. S₂) liegen.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils ein Impulsmuster erzeugende Ketten (K₁, K₂, K₃.. .) in Serie hintereinandergeschaltet an den beiden Ausgangskanälen liegen.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne der in Serie hintereinandergeschalteten Ketten als Ring geschaltet sind, wobei ein Umlauf-Schlußimpuls die nachfolgende Kette anstößt.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Anordnungen zur synthetischen Spracherzeugung, insbesondere in Verbindung mit einer automatischen Zeichenleseeinrichtung als Programmgeber.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 895 539.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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