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System zur drahtlosen übertrag:,ung von Nachrichten, die nur aus wenigen
Zeichen bestehen Die Erfindung betrifft ein System zur drahtlosen Übertragungg von
Nachrichten, die nur aus wenigen Zeichen bestehen und von einer Station zu einer
oder mehreren entfernten Stationen in der Weise übermittelt werden, daß beliebige
Empfangsstationen die Nachricht zumindest mit großer Wahrscheinlichkeit nicht erfassen
können. Hierzu wird senderseitig die Nachricht in einen Speicher eingeschrieben,
von diesem mit sehr großer Geschwindigkeit entnommen und einer Trägerfrequenz aufmoduliert.
Diese Trägerfrequenz wird nur während der kurzen Zeit der Nachrichtenaussendung
auf die Antennen gegeben. Empfangsseitig wird die Nachricht empfangen, der Nachrichteninhalt
in einen Speicher eingeschrieben, und dieser wird zur Auswertung mit kleiner Geschwindigkeit
abgefragt.
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Es sei erwähnt, daß es bekannt ist, eine Nachricht zum Zweck der Geheimhaltung
auf einen Zeichenträger aufzuspeichern und mit e rhöhter Geschwindigkeit abzufragen
und zu übertragen. Außerdem ist es bekannt, die Hochfrequenzwellenzüge nur während
der Dauer der Nachrichtenaussendung auszustrahlen, um eine Anpeilung des Senders
möglichst zu verhindern.
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Ein Zeichensystem, wie es als Beispiel für die folgende Beschreibung
zugrunde gelegt werden soll, ist in F i g. 1 dargestellt. Es soll insgesamt
nur aus fünf verschiedenen Zeichen bestehen. Diese Zeichen sind in F i
g. 1 mit 1 bis V bezeichnet. Jedes dieser Zeichen besteht aus
7 Bits plus 3 Bits für den Abstand. Die einzelnen Bits tragen die
Ziffern 1 bis 10. Aus Gründen des einfacheren Aufbaus der Übertragungsanordnung,
wie sie später noch erläutert wird, sollen nur die Bits mit den Nummern 2, 4 und
6 veränderlich sein. Selbstverständlich kann man auch ein anderes Zeichensystem
zugrunde legen.
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Es zeigt sich jedoch, daß man die Nachricht, bestehend aus fünf Zeichen
mit je 10 Bits ohne besondere Maßnahmen nicht schnell genug aussenden kann,
um ein Erfassen durch andere Empfänger, für die die Nachricht nicht bestimmt ist,
zu verhindern. Betrachtet man den Aufbau von Empfangsstationen, die den Äther dauernd
überwachen, indem sie Frequenzbänder überstreichen, so kommt man zu dem Ergebnis,
daß man für die Aussendung der Nachricht maximal 200 msee brauchen darf, denn die
Panoramaempfangsanlage, d. h. der Empfänger, der automatisch ein Frequenzband
absucht, benötigt im Minimum etwa diese Zeit zur einmaligen Überstreichung des vorgegebenen
Frequenzbandes. Es ist natürlich möglich, daß auch die Sendung eines übertragungssystems
mit der Sendezeit kleiner 200 msec bei einem Suchvorgang des Panorainaempfängers
aufgefunden wird. Infolge der sehr kurzzeitigen Sendun o,
was einem Auffassen
nur während eines Suchvorganges gleichkommt, kann man jedoch die empfangene Nachricht
kaum von einer Störspitze unterscheiden. Auch die Peilbarkeit eines Senders mit
kürzerer Sendezeit als 200 msec ist sehr verringert.
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Um die geforderten kurzen Sendezeiten einhalten zu können, wird die
Nachricht, wie bereits oben an-,egeben, senderseitig in einen Speicher eingeschrieben
und dann mit sehr großer Geschwindigkeit entnommen, der Trägerfrequenz aufmoduliert
und ausgesendet. Empfangsseitig wird die von dem Sender ausgesendete Trägerfrequenz;
empfangen, der Nachrichteninhalt einem Speicher, z. B. einer Magnettonscheibe, zugeführt,
und diese wird zur Auswertung der Nachricht mit kleiner Geschwindigkeit abgefragt.
Um zu verhindern, daß während des Abhörens des Speichers eine neu ankommende Nachricht
verloren-Oreht, sieht man günstigerweise mehrere Speicher bzw. t# C C
Magnettonscheiben
vor, die nacheinander an den Empfangskanal angeschaltet werden.
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Zweck der Erfindung ist es, die Anschaltung der verschiedenen Speicher
an den Empfangskanal zu automatisieren.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß senderseitig vor jeder
Nachricht ein Vorsignal bestimmter Frequenz erzeugt, dem Träger aufmoduliert und
ausgesendet wird, daß empfangsseitig wenigstens zwei Speicher vorgesehen sind, daß
das Vorsignal vor dem Hauptsignal abgespalten wird und daß durch dieses Vorsignal
Schaltmittel gesteuert werden, die das Aufschalten des Nachrichtenkanals von dem
vollaeschriebenen auf den anderen, leeren Speicher und die Umschaltung der Abfragegeschwindigkeit
des
vollgesehriebenen Speichers bewirken, und daß die durch das
Vorsignal gesteuerten Schaltmittel derart verzögert arbeiten, daß die Aufschalt-
bzw. Umschaltvorgänge erst nach Speicherung der Nachricht erfolgen.
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Die Umschaltung von einem auf den anderen Speicher, z. B. von einer
auf die andere Magnettonscheibe, nachdem die eine Scheibe vollgeschrieben ist, und
die Umschaltung der Dreligeschwindigkeit der gerade voll gewordenen Magnettonscheibe
erfolgt somit automatisch. Sie wird durch die Verwendung des Vorsignals bewirkt.
Dieses Vorsignal kann z. B. aus einigen Impulsen bestehen.
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Es sei noch erwähnt, daß es bekannt ist, zwei getrennte Speichersvsteme
vorzusehen, welche abwechselnd in Beriiiitzung genommen werden.
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Geaenstand der Erflndung ist es somit, diese Umschaltung automatisch
zu bewirken. An sich wäre es für die Empfangsseite am geeignetsten, das Umschaltsignal
am Ende der Nachricht zu übermitteln. Wird jedoch dieses Signal als Vorsignal, also
vor der eiaentlichen Nachricht ausgesendet, so erreicht man beim Sender, daß dieser
zu Beginn des Hauptsignals unter allen Umständen sendebereit ist und daß gewisse
unvermeidliche Einschwingvorgänge durch das Vorsignal überbrückt werden. Empfängerseitig
muß man einen Kanal zur Abspaltung des Vorsignals vorsehen. Wie bereits gesagt,
muß das Vorsignal über entsprechende Mittel die Umschaltung des Empfängerausgangskanals
bzw. der Ernpfängerausgangskanäle auf einen leeren Speicher bewirken. Außerdem werden
die gerade vollgeschriebenen Magnettonscheiben auf eine langsamere Drehgeschwindigkeit
aebracht. Man muß hierbei, wie schon erwähnt, noch, beachten, daß das Steuersignal
zur Umschaltung bereits zu Beginn der Nachricht ankommt. Es muß also so lan-e verzögert
werden, bis die Nachricht in den Speicher eingeschrieben ist.
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Es ist bekannt, daß bei der Nachrichtenübermittlung Selektivschwund
auftritt. Bei normalem Morsebetrieb wirkt diese Erscheinung nicht allzu störend,
weil die Morsezeichen relativ lang dauern, während die Selektivschwünde nur in kurzen
Zeitintervallen auftreten. Es ist jedoch leicht verständlich, daß bei einem Kurzzeitübertragungssystem
die Nachricht verlorengeht, wenn derartige Selektivschwünde auftreten. Ein Erfahrungswert
zeigt, daß die Signale mit einer Wahrscheinlichkeit von 100io verlorengehen können.
Da die Nachricht, ebenfalls bedingt durch die Kurzzeitigkeit, nur aus wenigen Zeichen
besteht, ist es auch nicht möglich, an Hand der übrigen Zeichen eine Ergänzung des
fehlenden Teils der Nachricht vorzunehmen. Es erscheint deshalb besonders vorteilhaft,
Doppel-Diversity-Empfang anzuwenden.
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Um gleichzeitig auch noch die Störmöglichkeit durch fremde Sender
herabzumindern, ist es vorteilhaft, den Diversity-Effekt durch Anwendung von Frequenz-Diversity-Empfang
zu erzielen. Man kann hierzu z. B. zwei getrennte Sender verwenden ' die
mit A 1-Modulation betrieben werden. Diese Möglichkeit ist jedoch bedienungs-
und aufwandmäßig ungünstig. Die günstigste Methode scheint die zu sein, daß man
einen Fi-Sender einsetzt. Dieser F,-Sender wird mit einem Hub von ±AF umgetastet.
Empfangsseitig muß man dann Empfangsmittel vorsehen, um die um 2AF auseinanderliegenden
Frequenzen F + A F und F - A F zu trennen.
Man baut diese Kanäle noch derart auf, daß die Nachricht nach dem Ai-Verfahren gewonnen
wird. Allerdings sind hierbei die Zeichen der Nachricht des einen Kanals negativ.
Es macht jedoch keine Schwierigkeiten, diese negativen Zeichen in positive umzuwandeln.
Zur Aufzeichnung bzw. zum Abhören benutzt man den Frequenzkanal, der im Augenblick
gerade das bessere Zeichen anbietet. Man kann auch die Nachricht beider Kanäle speichern
und zur Auswertung der Nachricht des einen Kanals die Nachricht des anderen Kanals
mit heranziehen.
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Gerade für das Vorsignal ist die Verwendung von Frequenz-Diversity-Empfang
sehr wichtig, da im Fall des Ausfalls des Vorsignals infolge Selektivschwund keine
Umschaltung zustande kommt und damit die gesamte Nachricht verlorengeht. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel soll nun angenommen werden, daß die Frequenz-Diversity-Empfangstechnik
angewendet wird.
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Ist nun, wie oben beschrieben, zur Erzielung von Frequenz-Diversity
auf derEmpfangsseite derSender ein F,-Sender, der z. B. um einen Hub von
1 kHz durch die Nachricht umgetastet wird, so entstehen die in der F i
g. 4 dargestellten Frequenzen 38 und 39. Wie in der F,-Technik,
soll auch hier die Frequenz 38 als Zeichenfrequenz und die Frequenz
39
als Trennfrequenz bezeichnet werden. Entsprechend werden empfangsseitig
die Kanäle für die beiden Frequenzen mit Zeichenkanal oder Trennkanal bezeichnet.
Damit die Tastung noch unverschliffen durchkommt, müssen die beiden Empfangskanäle
eine Breite von 0,5 kHz aufweisen. Die entsprechenden Seitenbänder sind in
der F i g. 4 mit eingezeichnet.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die erfindungsgemäße Anordnung
beschrieben werden. Um einen Einblick in die möglichen Zeiten zu erhalten, ist ein
gesamtes Signal in der F i g. 2 dargestellt. Das Vorsignal besteht hierbei
aus elf einzelnen Impulsen 11, die jeweils 2 nisee lang sind. Für das Vorsignal
benötigt man mit den Abständen somit etwa 50 msec. Jedes Zeichen I bis V
des Hauptsignals umfaßt mit den Abständen 10 Bits, was einer gesamten Dauer
eines Zeichens von 20 msec entspricht, wenn 1 Bit die Länge von 2 msec hat.
Das Hauptsignal benötigt somit insgesamt 100 msec, das gesamte Signal
150 msec. Man liegt also, wie gefordert, unter 200 msec.
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In der F i g. 3 ist die Sendestelle für das übertragungssystem
dargestellt. Es wird ein üblicher Sender 12 mit einer Antenne 13 benutzt.
Der sendeseitig benutzte Speicher beruht auf elektronischer Grundlage und trägt
das Bezugszeichen 14. Er besteht aus fünf Elementen 15a bis 15e und dem Schieberegister
16. Das Element 15a ist mit Hilfe des Drehknopfes 17a auf eines der Zeichen
I bis V einstellbar. Der mit Hilfe des Drehknopfes einstellbare Schalter besteht
aus drei Kontaktebenen18. Diese drei Kontaktebenen entsprechen den 3 veränderlichen
Bits eines Zeichens des verwendeten Zeichensystems (Fig. 1). Gemäß den fünf
möglichen Zeichen 1 bis V umfaßt jede der Kontaktebenen 18
fünf Stellungen.
Durch Drehen des Drehknopfes 17a läßt sich also das gewünschte Zeichen einstellen.
Das Element 15 a weist zehn Ausgänge auf, die zum Schieberegister
16 geführt sind. Unter diesen zehn Ausgängen befinden sich die drei für die
veränderlichen Bits des Zeichens, während die Ausgänge für die bei jedem Zeichen
gleichbleibenden Bits direkt
an die Leitungen 19 und 20 angeschaltet
sind. Die Leitung 19 führt Zeichenpotential, während die Leitung 20 Trennpotential
führt. Neben diesen zehn Ausgängen sind die drei linken Anschlußpunkte des Schiebereaisters
16 noch mit drei Leitungen belegt, die den Abstand des Hauptsignals zum Vorsignal
bewirken.
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Entsprechend dem Aufbau des eben geschilderten Elements 15a sind auch
die anderen vier Elemente 15 b bis 15 e aufgebaut.
Es erübrigt sich daher, auch diese noch im einzelnen zu beschreiben. Die Zeichen
der gesamten Nachricht können bei dieser Anordnung langsam durch die Drehknöpfe
17 a bis 17 e
voreingestellt werden. Will man nun die Aussendung
der Nachricht in Gang setzen, so wird der Startknopf 21 gedrückt. Dieser bewirkt
über den Schalter 22, daß der Träger des Senders eingeschaltet wird. Gleichzeitig
werden noch Kontakte 23 und 24 ge-
schlossen. Somit wird der Taktgeber
25, der mit einer Taktfrequenz von 250 Hz arbeitet, auf den Sender
12 geschaltet. Er sendet nun das Vorsignal aus. Gleichzeitig werden die Impulse
des Taktgebers 25
dem Impulszähler 26 zugeführt. Nach einer vorgegebenen
Anzahl von Impulsen bewirkt der Impulszähler 26 das Anziehen des Relais
27, welches den Kontakt 27 a öffnet und den Kontakt
27 b schließt. Der Taktgeber ist nun nicht mehr an den Sender angeschaltet,
d. h., das Vorsignal ist beendet. Statt dessen steuert nunmehr der Taktgeber
25 über die Umformerstufe 28 das Schieberegister 16. Die Umformerstufe
verwandelt die rechteckigen Wechsel des Taktgebers in die erforderlichen Umschaltimpulse.
Die Ausgangsleitung 29 dieses Schieberegisters wird nacheinander mit den
als Punkten dargestellten Ausgängen der Elemente 15,- bis 15
e verbunden. Das Schiebereaister entspricht somit einem vielstuficTen Schalter.
über den Kontakt 27a ist die Ausgangsleitung 29 mit dem Sender verbunden.
Ist der Schleifer 30 bei der letzten Ausganusleitun- des Elements 15e anaelangt,
so wird aus dem Schieberegister 16 über die Leitung 31 ein Impuls
abgegeben. Dieser hat drei Aufgaben. Eimnal öffnet er den Schalter 22 und schaltet
somit die Trägerfrequenz des Senders ab, zum anderen wird der Impulszähler
26 wieder in seine ursprüngliche Lage zurückgeschaltet, und drittens wird
durch diesen Impuls über das Rückstellglied 32 die Rückstellung des Schleifers
in die dargestellte Ausgangsstellung bewirkt.
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Da jedes Bit 2 msee lang sein soll, muß die Schaltgeschwindigkeit
des Schieberegisters 2 msee pro Stufe betragen. Derartige Schieberegister mit elektronischem
Schaltmechanismus sin.d in der Rechnertechnik bekannt.
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Bei einem derartigen Kurzzeitübertragungssystem läßt sich nicht die
einfache und übliche Art der Betriebskontrolle anwenden. Jedoch läßt sich hier in
einfacher Weise die Betriebskontrolle wie folgt durchführen: Man sieht neben dem
Kontaktgeber mit der Frequenz 250 Hz noch einen Taktgeber 33 mit der
Frequenz 5 Hz vor. Wird der Kontakt 34 in die gestrichelt gezeichnete Lage
gebracht und außerdem der Kontakt 35 von der Antenne auf das Dämpfungsglied
36, an dem ein Kontrollempfänger 37 angeschaltet ist, so kann man
an diesen die ganzen Vorgänge mit einem Fünfzigstel der Geschwindigkeit der Aussendung
abhören. 1 Bit benötigt nunmehr 100 msee. In der F i g. 5 ist
nun die Empfangsstation für das Kurzzeitübertragungssystem dargestellt. Die Antenne,
die üblicher Bauart sein kann, ist mit 40, der Empfänger, der ebenfalls üblicher
Bauart sein kann, mit 41 bezeichnet. Der Empfänger ist so breitbandig ausgelegt,
daß über ihn sowohl die Trenn- als auch die Zeichenfrequenz empfangen wird. Beide
Frequenzen werden auf Zwischenfrequenzen, die sich um 2 kHz unterscheiden, umgesetzt.
Erst hinter dem Enipfän,-er 51 spaltet man die zwei Empfangskanäle auf. In
beiden Kanälen sind Mischstufen 42 a bzw. 42 b mi t angeschlossenen
Oszillatoren 43 a und 43 b vor-- ge sehen. Diese Oszillatoren sind
derart bemessen, daß beide Frequenzen auf eine Frequenz von genau 25 kHz
umgesetzt werden. An die Mischstufen 42 a
und 42 b schließen sieh Filter
44 a und 44 b an. Diese Filter sind so bemessen, daß sie einmal die
Zeichenfrequenz, zum anderen die Trennfrequenz gerade durchlassen, desgleichen noch
die Seitenbänder dieser Frequenzen, wie sie in der F i g. 4 dargestellt sind.
Hinter diesen Filtern sind die beiden Kanäle in einen Hauptsigral- und einen Vorsignalteil
aufgespalten. Im Hauptsignalteil schließen sich an die Filter44a und 44b Verstärker
45a und 45b an. Deren Ausgänge sind über die Kontakte 46 a und 46
b mit den Auf sprechknöpfen für die Magnettonscheiben 47a und 47
b verbunden. Der Motor 48 dreht die beiden Scheiben mit einer Geschwindigkeit
von z. B. 300 Umdr./Min. Bei dieser Geschwindigkeit wird die ankommende Nachricht
auf den Maiznettonscheiben 47a und 47b auf-eschrieben. Neben den Magnettonscheiben
47a und 47b sind noch zwei weitere Magnettonseheiben 49a und 49b mit einem
Motor 50 vorhanden, die dann an die Ausgänge der Verstärker 45a
und 45b geschaltet werden, wenn auf den Macnettonscheiben 47a und
47b bereits eine Nachricht aufgesprochen ist. Zum Abhören der Ma-,anettonscheiben
wird der Motor 48 mit einer kle;neren Geschwindigkeit, z. B. mit 6 Umdr./Min.,
gedreht. Ein Abhören ist dann für jeden Funker mit Leichtigkeit möglich. Bei Magnettonscheiben
kann man die Nachricht mehrmals hintereinander abhören und somit die Nachricht mit
Sicherheit entziffern.
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Die Umschaltung vom vollgesehriebenen auf den leeren Speicher sowie
die Umschaltung der Motordrehzahl wird durch das Vorsignal über das Vorsianalteil
bewirkt. Die Ausgänge der Filter 44 a und 44 b sind noch an die Demodulatoren
51 a und 51 b
des Vorsignalteils angeschaltet.
Am Ausgang dieser Demodulatoren erscheint, durch das Vorsignal bedingt, eine 250-Hz-Schwingung,
wenn die Frequenz des Taktgebers auf der Senderseite 250 Hz war. Diese 250-Hz-Schwingung
wird den Filtern 52a und 52b
zugeführt, die Frequenzen zwischen
150 und 350 Hz durchlassen. Die Ausgänge der Filter 52 a und
52 b
sind mit Gleichrichtern 53 a und
53 b verbunden. Die Ausgänge der beiden Kanäle sind an Tiefpässe
54 a
und 54 b gelegt, deren Ausgänge parallel ##eschaltet und
schließlich mit dem Eingang einer Kippschaltung 55 verbunden sind.
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Zu Zeiten, in denen kein Vorsignal empfangen wird, ist an den Ausgängen
der Gleichrichter 51a und 51b ein etwa gleichmäßig verteiltes Rauschen zwischen
150 und 500 Hz vorhanden. Dieses Rauschen könnte an den Ausgängen
der Gleichrichter53a und 53b eine Gleichspannung liefern, die eine falsche
Auslösung der Kippschaltung 55 bewirken könnte. Um dem zu begegnen, ist parallel
zu
den Gliedern 52a und 53a ein Hochpaß 56a, dessen untere Grenzfrequenz
400 Hz ist, mit angeschaltetem Gleichrichter 57a vorgesehen. Entsprechend ist im
anderen Kanal ein Hochpaß 56 b und ein Gleichrichter 57 b vorgesehen.
Die Hochpässe 56 a und 56 b
lassen das Rauschen höherer
Frequenz als 400 Hz durch. Die Gleichrichtung wird so vorgenommen, daß die Spannung
an den Ausgängen der Gleichrichter 57a und 57b der Ausgangsspannung der Gleichrichter
53 a und 53 b entgegenwirkt. Der Pegel beider
Zweige wird so abgeglichen, daß sich an den Ausgängen der Gleichrichter
53 a/57 a bzw. 53 b1157 b
die Gleichspannungen gerade
aufheben, wenn am Eingang nur Rauschen liegt. Trifft jedoch ein Vorsignal ein, so
überwiegt die Gleichspannung der Gleichrichter 53a und 53b, und nunmehr wird
die Kippschaltung 55 durch diese Spannung gesteuert. Die Tiefpässe 54a
und 54b dienen lediglich zum Ausfliltern von kurzen Störimpulsen.
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Die Gleichspannung an den Ausgängen der Tiefpässe 54a und 54b
bringt die Kippschaltung 55 in die Arbeitslage, wenn eine eingestellte Spannungsschwelle
überschritten wird. Hierdurch wird das polarisierte Relais58 in die andere Lage
gegenüber der vorher gerade bestehenden Stellung gebracht. Der Kontakt 58a verbleibt
im unerregten Zustand des Relais58 entweder in der Links- oder Rechtslage. Durch
diese Schaltung erreicht man, daß sich nach jedem Impuls aus der Kippschaltung die
entgegengesetzte Lage einstellt. Außer dem Kontakt 58a besitzt das polarisierte
Relais 58 noch einen Kontakt 58 b, der je nach Lage
des polarisierten Relais ein weiteres Relais 59 aus- und einschaltet. Dieses
Relais 59 besitzt Kontakte 46a und 46b sowie 59a und 59b, die einmal
die Ausgänge der Verstärker45a und 45 b von den Maanettonscheiben
47 a und 47 b
auf die Magnettonscheiben 49a und 49b schalten und zum
anderen die Umschaltung der Drehzahl des Motors 48 auf kleine Geschwindigkeit bewirken.
An der Klemme 60 liegt eine Spannung, die über dem Motor 48 bzw.
50 eine Drehung der Magnettonscheiben mit 300 Umdr./Min. bewirkt,
während an der Klemme 61 eine derartige Spannung eingespeist wird,daßdieMagnettonscheibennurmit
6Umdr./Min. gedreht werden. Außerdem besitzt das Relais 59
noch Kontakte 59c
und 59d, die bewirken, daß die vollgesehriebenen Magnettonscheiben wahlweise
(durch Einschaltung eines Kontaktes 63) über den Empfänger 62 abgehört
werden können.
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Das Signal, welches die Umschaltung der Drehzahl bzw. die Anschaltunc,
verschiedener Magnettonscheiben bewirkt, wirdaus 7 bereits erörterten Gründen
vor dem Hauptsignal ausgesandt. Die Umschaltung darf jedoch erst nach Aufsprechen
der Nachricht auf die Magnettonscheiben vorgenommen werden. Es ist daher notwendig,
das Signal über das Vorsignalteil und die Umschaltmittel so lange zu verzögern,
daß es erst zur Wirkung kommt, wenn die Nachricht bereits aufgeschrieben wurde.