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Die Erfindung betrifft einen Taster mit einem Hallsensor und mit einem Magneten, der mittels eines, insbesondere geradlinig verschiebbaren, Tastknopfes relativ zu dem Hallsensor, insbesondere geradlinig, verschiebbar angeordnet ist.
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Mechanische Taster, bei denen ein Schaltkontakt geschlossen wird, haben den Nachteil, dass die Schaltkontakte einen Verschleiß unterliegen, was früher oder später zu einem Versagen des Tasters führt. Es kann beispielsweise vorkommen, dass die Schaltkontakte sich verklemmen, abbrechen oder festbrennen. Das Vorliegen eines Fehlers fällt in aller Regel erst auf, wenn der Taster betätigt wird. Die Art des vorliegenden Fehlers kann zumeist nur durch Zerlegen des Tasters festgestellt werden. Insoweit sind mechanisch Taster für sicherheitsrelevante Anwendungen nur bedingt einsetzbar.
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Es gibt auch kontaktlos arbeitende Schalter, die induktiv, beispielsweise mittels einer Spule, eine Tastknopfbetätigung detektieren. Bei solchen Schaltern ist zwar ein Versagen von Schaltkontakten vermieden, jedoch ist nachteiliger Weise keine Fehlerdiagnose möglich, wenn der Schalter nicht gedrückt wird. Gleiches gilt in Bezug auf bekannte Schaltvorrichtungen, die einen Hall-Schalter aufweisen. Hierzu sei beispielhaft auf
US 6,612,404 B2 verwiesen.
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Die
DE 22 42 175 A betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines kontaktlosen Schalters bei dem ein Magnet mit seinem Magnetfeld relativ zu einem Hallelement oder einem magnetfeldabhängigen Widerstand bewegbar ist.
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Die
DE 200 04 887 U1 betrifft einen Proportionaltaster für die Ausgabe eines variablen elektrischen Signals in Abhängigkeit von einem Tastweg mit einem ein elektrisches Ausgangssignal liefernden Hall-Sensor, einem ersten Dauer-Magneten auf einer Seite des Hall- Sensors und einem zweiten Dauer-Magneten auf einer hierzu gegenüberliegenden Seite des Hall-Sensors.
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Aus der
DE 10 2004 029 193 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen eines eine bestimmte Funktion auslösenden Betriebsparameters einer Betriebsvorrichtung bekannt, bei dem das Vorliegen des Betriebsparameters dadurch erfasst wird, dass ein entlang einer Bahn beweglicher Stellungsgeber wenigstens eine auf dieser Bahn liegende Funktionsposition einnimmt. Die Lage der Funktionsposition wird anhand einer vorgegebenen Strecke berechnet, die der Stellungsgeber, ausgehend von seiner Ausgangsruhelage zurücklegt. Die Ausgangsruhelage des Stellungsgebers wird wenigstens einmal während der Nutzungsdauer der Betriebsvorrichtung ermittelt.
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Die
US 2003/0 085 785 A1 betrifft einen Induktionsschalter.
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Aus der
US 2003/0 030 521 A1 ist eine programmierbare Schaltvorrichtung bekannt, die einen Hall-Effekt-Sensor und einen beweglichen Magneten aufweist. Der Hall-Effekt-Sensor ist elektrisch mit einem programmierbaren Mikroprozessor verbunden, welcher Änderungen der Hall-Effekt-Spannungen am Sensor erkennt. Durch Verwendung mehrerer Magnete und Hall-Effekt-Wandler und Ausrichtung einiger Magnete mit ihren Polaritäten in verschiedene Richtungen soll ein temperaturbeständiger Schalter realisiert werden.
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Die
US 2008/0 284 549 A1 betrifft ein kontaktloses Schaltmodul, das zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises und einer Position des offenen Stromkreises betätigbar ist sowie eine Vielzahl von Magnetfelderfassungssensoren und eine Vielzahl von Magneten aufweist. Das Schaltmodul umfasst auch einen Mehrkanal-Switch-Controller. Jeder der mehreren Magnetfelderfassungssensoren ist kommunikativ mit einem Eingangskanal der Mehrkanal-Schaltersteuerung gekoppelt. Die Mehrkanal-Schaltersteuerung soll einen Schalterzustand basierend zumindest auf den jeweiligen Zuständen seiner Eingangskanäle bestimmen.
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Die
DE 10 2011 103 124 A1 betrifft eine elektrische Eingabetaste, mit einer Betätigungsfläche und mehreren Wegsensoren, die jeweils zur Erzeugung eines Wegsignals bei einer Berührung der Betätigungsfläche ausgebildet sind. Eine Auswerteeinheit ist zum Auswerten der Wegsignale und zum Ausgeben eines ermittelten Schaltzustands vorgesehen. Die Eingabetaste umfasst wenigstens einen analogen Wegsensor und wenigstens einen digitalen Wegsensor sowie eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren des analogen Wegsensors anhand von erfassten Wegsignalen des digitalen Wegsensors. Die Auswerteeinheit ist zur Durchführung einer Eigendiagnose anhand kalibrierter und erfasster Wegsignale ausgebildet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Taster, insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich anzugeben, der besonders zuverlässig ist und ein besonders hohes Sicherheitsniveau bietet.
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Die Aufgabe wird durch einen Taster gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, der Hallsensor als linearer Hallsensor ausgebildet ist, der ein von der Relativstellung des Magneten zu dem Hallsensor abhängiges, analoges Ausgangssignal erzeugt.
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Der Hallsensor kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass er ein zum von ihm detektieren magnetischen Feld proportionales, elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Der Hallsensor kann außerdem vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass er ein kontinuierliches, elektrisches Ausgangssignal erzeugt.
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Der erfindungsgemäße Taster bietet insbesondere auch deshalb besonders hohes Sicherheitsniveau, weil er eine zuverlässige Fehlerdiagnose ermöglicht. Insbesondere kann vorteilhafter Weise, wie im Folgenden noch detailliert aufgezeigt wird, eine zuverlässige Fehlerdiagnose allein durch Auswertung der Ausgangssignale des Hallsensors erfolgen.
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Insbesondere ist - anders als bei Tastern mit Schaltkontakten - eine Diagnose ob und ggf. welcher Fehler vorliegt, auch dann möglich, wenn der Tastknopf nicht betätigt wird. Vielmehr wir bei nahezu jedem Betriebszustand durch Auswertung der Analogsignale des Hallsensors sicher erkannt, ob Fehler vorliegen.
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In ganz besonders vorteilhafter Weise sind die bei mechanischen Tastern typischen Fehler, wie beispielsweise eine Beschädigung der Schaltkontakte, bei dem erfindungsgemäßen Taster vermieden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Tasters ist der Magnet relativ zu dem Tastknopf ortsfest angeordnet. Insbesondere kann der Magnet vorteilhaft in dem Tastknopf angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist der Tastknopf zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verschiebbar angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist der Hallsensor derart angeordnet und beschaltet, dass er ein von null Volt verschiedenes Ausgangssignal ausgibt, wenn sich der Tastknopf in einer der Endstellungen befindet. Eine solche Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass auch dann ein - insbesondere zur Fehlerdiagnose verwendbares - Ausgangssignal zur Verfügung steht, wenn der Taster nicht bedient wird, nicht gedrückt ist oder in gedrückter Stellung eingerastet ist.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Hallsensor ein erstes Ausgangssignal ausgibt, das einen ersten Spannungspegel aufweist, wenn sich der Tastknopf in der ersten Endstellung befindet und dass
der Hallsensor ein zweites Ausgangssignal ausgibt, das einen zweiten, vom ersten Spannungspegel verschiedenen, Spannungspegel aufweist, wenn sich der Tastknopf in der zweiten Endstellung befindet. Bei einer solchen Ausführung ist ein Arbeitsbereich definiert, dessen Grenzen durch voneinander verschiedene Ausgangssignale charakterisiert sind. Bei einer solchen Ausführung ist es insbesondere ermöglicht, das Vorliegen eines Fehlers festzustellen, indem überprüft wird, ob ein Ausgangssignal mit einem Spannungspegel ausgegeben wird, das außerhalb des Arbeitsbereichs liegt.
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Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Hallsensor derart angeordnet und beschaltet ist, dass er ein von Null Volt verschiedenes Ausgangssignal ausgibt, wenn der Magnet, beispielsweise auf Grund einer Beschädigung, entfernt ist. Insbesondere kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Hallsensor derart angeordnet und beschaltet ist, dass er ein vom ersten Ausgangssignal und vom zweiten Ausgangssignal verschiedenes Ausgangssignal ausgibt, wenn der Magnet, beispielsweise auf Grund einer Beschädigung, entfernt ist. Wenn das Ausgangssignal, das vorliegt, wenn der Magnet entfernt ist, außerhalb des Arbeitsbereiches liegt, kann vorteilhafter Weise sicher unterschieden werden, ob der Magnet vorhanden ist oder nicht.
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Bei einer besonderen Ausführung wird der Hallsensor mit einer Betriebsspannung von beispielsweise 5V betrieben. In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass dem Vorliegen eines Ausgangssignals mit einem Spannungspegel in Höhe der Betriebsspannung - beispielsweise von einer elektronischen Auswertevorrichtung - der Tasterzustand „Bauteil defekt“ zugeordnet wird. Insbesondere wenn durch Beschaltung und Anordnung des Hallsensors sicher gestellt ist, dass das Ausgangssignals diesen Spannungspegel bei fehlerfreiem Betrieb nicht annehmen kann, ist hierdurch eine sichere Möglichkeit der Funktionsüberwachung gegeben.
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In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass dem Vorliegen eines Ausgangssignals mit einem Spannungspegel von Null Volt - beispielsweise von einer elektronischen Auswertevorrichtung - der Tasterzustand „Kurzschluss“ zugeordnet wird. Dies ist insbesondere dann eine eindeutige und zuverlässige Fehlerdiagnose, wenn durch Beschaltung und Anordnung des Hallsensors sicher gestellt ist, dass das Ausgangssignals diesen Spannungspegel bei fehlerfreiem Betrieb nicht annehmen kann, ist hierdurch eine sichere Möglichkeit der Funktionsüberwachung gegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Auswertevorrichtung vorgesehen, die das jeweilige Ausgangssignal des Hallsensors empfängt und auswertet.
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Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung das Ausgangssignal des Hallsensors einem Tasterzustand zuordnet. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung das Ausgangssignal einem der Tasterzustände: „Tastkopf gedrückt“ oder „Tastknopf nicht gedrückt“ oder „Magnet fehlt“ oder „Hallsensor fehlt“ zuordnet. Eine solche eindeutige Zuordenbarkeit wird dadurch erreicht, dass der Hallsensor derart beschaltet und derart - insbesondere relativ zum Magneten - angeordnet ist, dass jeder Ausgangspegel eindeutig nur bei einem bestimmten Tasterzustand vorliegen kann. Dies ist, wie bereits erwähnt, insbesondere dann der Fall, wenn die Fehlerzustände voneinander verschiedene Ausgangssignalpegel erzeugen, die außerhalb der Ausgangssignalpegel des Arbeitsbereichs liegen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Auswertevorrichtung das Ausgangssignal einem Fehlerzustand zuordnet, wenn der Spannungspegel des Ausgangssignals außerhalb eines vorbestimmten und/oder vorbestimmbaren Arbeitsbereichs liegt.
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Erfindungsgemäß ist auf dem Verschiebeweg zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung ein Schaltpunkt definiert. Ferner gibt der Hallsensor bei Erreichen des Schaltpunktes ein Ausgangssignal aus, das von Null verschieden ist und das vom ersten Ausgangssignal verschieden ist und das vom zweiten Ausgangssignal verschieden ist und das von dem Ausgangssignal verschieden ist, das ausgegeben wird, wenn der Magnet entfernt ist.
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Es kann darüber außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung ein Ausgangssignal mit einem Spannungspegel zwischen dem Spannungspegel des ersten Ausgangssignals und dem Spannungspegel bei Erreichen des Schaltpunktes einem Tasterzustand „Tastkopf gedrückt“ zuordnet. Darüber hinaus kann zusätzlich vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung ein Ausgangssignal mit einem Spannungspegel zwischen dem Spannungspegel bei Erreichen des Schaltpunktes und dem Spannungspegel des zweiten Ausgangssignals und einem Tasterzustand „Tastkopf nicht gedrückt“ zuordnet.
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Bei einer vorteilhaften und besonders kompakten Ausführung ist der Hallsensor unmittelbar auf einer Elektronikplatine angeordnet. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Hallsensor die Auswertevorrichtung auf einer gemeinsamen Elektronikplatine angeordnet sind. Eine solche Ausführung ist besonders störunanfällig, weil sie eine weitgehend sichere Übertragung der Ausgangssignale des Hallsensors zu der Auswertevorrichtung gewährleistet.
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Der erfindungsgemäße Taster lässt sich besonders vorteilhaft in Kraftfahrzeugen und bei Vorrichtungen Vorrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Gangschaltungen oder Parkbremsen oder Antiblockiersystemen oder zur Airbagein- und Abschaltung einsetzen.
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Der erfindungsgemäße Taster kann allein oder im Verbund mit anderen, insbesondere erfindungsgemäßen Tastern, beispielsweise in einem Tastenfeld eingebaut sein.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Taster,
- 2 eine grafische Darstellung des Arbeitsbereichs und des Schaltpunktes in einer Grafik, in der die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit vom Ort des Magneten relativ zum Hallsensor aufgetragen ist und
- 3 eine grafische Darstellung des Arbeitsbereichs und des Schaltpunktes in einer Grafik, in der das Ausgangssignal gegen die magnetische Feldstärke aufgetragen ist.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Taster 1 mit einem Hallsensor 2, der gemeinsam mit einer Auswertevorrichtung 3 auf einer Platine 4 angeordnet ist. Der Taster 1 weist einen Magneten 5 auf, der mittels eines geradlinig verschiebbaren Tastknopfes 6 relativ zu dem Hallsensor 2 verschiebbar angeordnet ist. Es sind Führungen 15 vorgesehen, die den Tastknopfes 6 geradlinig verschiebbar führen.
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Der Hallsensor 2 ist als linearer Hallsensor ausgebildet ist, der ein von der Relativstellung des Magneten 5 zu dem Hallsensor 2 abhängiges, analoges Ausgangssignal erzeugt.
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Der Tastknopf 6 ist zwischen einer ersten Endstellung 10 und einer zweiten Endstellung 11 verschiebbar angeordnet, die einen maximalen Verschiebeweg 12 definieren.
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2 zeigt eine grafische Darstellung des Arbeitsbereichs 7 und eines Schaltpunktes 8 in einer Grafik, in der die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit vom Ort des Magneten 5 relativ zum Hallsensor 2 aufgetragen ist. Der Grafik ist zu entnehmen, dass die magnetische Feldstärke von der Relativstellung des Magneten 5 zu dem Hallsensor 2 abhängig ist. Der Schaltpunkt 8 befindet sich im Arbeitsbereich 7. Zu ihm gehört ein Verschiebeweg, der zwischen der ersten Endstellung 10 und einer zweiten Endstellung 11.
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3 zeigt eine grafische Darstellung des Arbeitsbereichs 7 und des Schaltpunktes 8 in einer Grafik, in der das Ausgangssignal 9 (Ordinate) des Hallsensors 2 gegen die magnetische Feldstärke (Abszisse) aufgetragen ist. Der Hallsensor 2 ist derart ausgebildet, dass er ein zum von ihm wahrgenommenen magnetischen Feld proportionales Ausgangssignal erzeugt.
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Der Hallsensor 2 gibt ein erstes Ausgangssignal aus, das einen ersten Spannungspegel 13 aufweist, wenn sich der Tastknopf 6 in der ersten Endstellung 10 befindet. Der Hallsensor gibt ein zweites Ausgangssignal aus, das einen zweiten, vom ersten Spannungspegel 13 verschiedenen, zweiten Spannungspegel 14 aufweist, wenn sich der Tastknopf 6 in der zweiten Endstellung 11 befindet.
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Die Auswertevorrichtung 3 ordnet einem Ausgangssignal mit einem Spannungspegel zwischen dem ersten Spannungspegel 13 des ersten Ausgangssignals und dem Spannungspegel, der zum Schaltpunkt 8 gehört, einem Tasterzustand „Tastkopf gedrückt“ zu. Die Auswertevorrichtung 3 ordnet darüber hinaus einem Ausgangssignal mit einem Spannungspegel zwischen dem Spannungspegel, der zum Schaltpunkt 8 gehört, und dem zweiten Spannungspegel 14 des zweiten Ausgangssignals und einem Tasterzustand „Tastkopf nicht gedrückt“ zu.
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Bei dieser Ausführung wird das Vorliegen eines Fehlers insbesondere dadurch festgestellt, dass überprüft wird, ob ein Ausgangssignal 9 mit einem Spannungspegel ausgegeben wird, das außerhalb des Arbeitsbereichs 7 liegt.
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Konkret wird der Hallsensor 2 mit einer Betriebsspannung von 5V betrieben. Einem Ausgangssignal 9 mit einem Spannungspegel im Bereich von 4,9 V und der Betriebsspannung von 5V ordnet die Auswertevorrichtung 3 den Tasterzustand „Bauteil defekt“ zu. Einem Ausgangssignal 9 mit einem Spannungspegel in Bereich von Null bis 0,1 Volt ordnet die Auswertevorrichtung 3 den Tasterzustand „Kurzschluss“ zu; denn in diesem Fall liegt am Hallsensor 2 keine ausreichende Betriebsspannung an.
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Einem Ausgangssignal mit einem Spannungspegel in Höhe der Betriebsspannung von 2,5 V ordnet die Auswertevorrichtung 3 den Tasterzustand „Magnet fehlt“ zu. Der Hallsensor 2 ist relativ zum Magneten derart angeordnet und Beschaltet, dass er im Falle des Abhandenkommens des Magneten 5 ein Ausgangssignal mit einem Spannungspegel außerhalb des Arbeitsbereichs 7 ausgibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Taster
- 2
- Hallsensor
- 3
- Auswertevorrichtung
- 4
- Platine
- 5
- Magnet
- 6
- Tastknopf
- 7
- Arbeitsbereich
- 8
- Schaltpunkt
- 9
- Ausgangssignal
- 10
- erste Endstellung
- 11
- zweite Endstellung
- 12
- maximaler Verschiebeweg
- 13
- erster Spannungspegel
- 14
- zweiter Spannungspegel
- 15
- Führungen
