DE102019103889A1 - Ein- und Auskoppelung von Daten und Datentransport über elektrische Versorgungsleitung von Beleuchtungssystemen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Netzwerkkomponente welche ein Teil einer Gebäudeinstallation ist, insbesondere Teil einer Beleuchtungseinrichtung, und eine Versorgungsschnittstelle aufweist, die eine Netzspannungsversorgung mit einem Powerline-Datensignal empfängt. Die Netzkomponente kann das über die Versorgungsleitung übertragene Datensignal aus- und/oder einkoppeln, ein Betriebsgerät, insbesondere eine Leuchte, ansteuern, das Datensignal an einer Kommunikationsschnittstelle für ein externes Gerät bereitstellen und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Datensignal zum Steuern des Betriebsgeräts nutzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in der Netzwerkkomponente ein Sensor angeschlossen werden, welcher die Sensorwerte in das Datensignal einkoppelt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Netzwerkkomponente für ein Netz, welches eine Vielzahl von gleichartigen Netzwerkkomponenten umfasst, die Teil der Gebäudeinstallation sind, insbesondere Teil einer Beleuchtungseinrichtung des Gebäudes, einschließlich des gebäudenahen Bereiches sowie des Außenbereiches, sowie gegebenenfalls weitere Teilen der Gebäudeinstallation, wie zum Beispiel einen Rollladenantrieb, Thermostat-Regler oder dergleichen.
- In modernen Bürogebäuden, aber auch in Wohngebäuden, werden netzwerkfähige Komponenten der Gebäudetechnik, einschließlich der Beleuchtungstechnik, verbaut und miteinander vernetzt, um eine zentrale Steuerung der Komponenten zu ermöglichen. Die einzelnen Komponenten der Gebäudeinstallation benötigen hierzu neben der Spannungsversorgung eine zusätzliche Verbindung mit einem Bussystem, um die benötigte Kommunikation untereinander und die Ansteuerung für die Gebäudeautomation zu gewährleisten. Bussysteme sind zum Beispiel KNX, DALI, ZigBee oder Bluetooth.
- Ein Nachteil besteht aber darin, dass Bussysteme einen erhöhten Aufwand bei der Planung, Realisierung und Inbetriebnahme aufweisen. Zudem sind diese Bussysteme hinsichtlich der nachträglichen Erweiterung des bestehenden Systems eingeschränkt, da bei kabelgebundenen Bussystemen in der Regel zusätzliche Busleitungen verlegt werden müssen, kabellose Busverbindungen hingegen in ihrer Reichweite und Störfestigkeit eingeschränkt sind. Darüber hinaus sind die Busleitungen der gängigen Bussysteme nicht dazu geeignet, Netzwerkgeräte mit einem hohen Bandbreitenbedarf, zum Beispiel PCs, Server, Fertigungsmaschinen oder dergleichen, zu verbinden. Daher muss für diese Netzwerkgeräte ein zusätzliches lokales Netzwerk, meistens eine Kombination aus gängigen Standards wie zum Beispiel Ethernet oder WLAN, eingerichtet werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einer Gebäudeinstallation eine Netzwerkkomponente bereitzustellen, welche im Hinblick auf Planungsaufwand, Realisierungsaufwand, Erweiterbarkeit, Störanfälligkeit und Kostenintensität bekannten Systemen überlegen ist.
- Gelöst wird die Aufgabe durch eine Netzwerkkomponenten nach Anspruch 1 und ein Netzwerk nach Anspruch 15.
- Eine Besonderheit der vorliegenden Netzwerkkomponente besteht darin, dass die Netzwerkkomponente über die Spannungsversorgung zugleich ein Datensignal empfängt, welches als Powerline-Signal hochfrequent auf die Versorgungsspannung moduliert wurde. Dieses Datensignal wird einerseits von der Netzwerkkomponente zur Ansteuerung des mindestens einen Betriebsgeräts der Gebäudeinstallation genutzt und andererseits an eine Kommunikationsschnittstelle der Netzwerkkomponente ausgegeben. Um das Datensignal zu erhalten, wird dieses vom Powerline-Modul der Netzwerkkomponente verarbeitet, also aus der Netzfrequenz der Spannungsversorgung aus- bzw. eingekoppelt. Erfindungsgemäß ist dieses Datensignal unter anderem dazu eingerichtet, um von dem Steuergerät der Netzwerkkomponente verarbeitet zu werden, um das mindestens eine Betriebsgerät anzusteuern. Ferner stellt das Datensignal über die Kommunikationsschnittstelle einen Anschluss für ein physikalisches Übertragungsmedium bereit, um ein Netzzugang für weitere Netzwerkkomponenten anzubieten. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente besteht darin, dass die Netzwerkkomponente über die elektrische Versorgungsleitung auch ein Datensignal erhält, welches von dem Powerline-Modul extrahiert wird, dieses Datensignal zur Ansteuerung des mindestens einen Betriebsgeräts der Gebäudeinstallation genutzt werden kann und zugleich ein Netzwerkzugang für weitere Netzwerkkomponenten bereitgestellt wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät dazu eingerichtet, das mindestens eine Betriebsgerät unter Nutzung des Datensignals anzusteuern. Dies ermöglicht das individuelle Ansteuern, um beispielsweise eine Automation des Betriebsgeräts zu erreichen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Netzwerkkomponente ferner wenigstens einen Sensor, der Betriebs-, Umgebungs- oder Umweltzustände erfassen kann.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor in der Netzwerkkomponente integriert und zwischen dem Powerline-Modul und der Kommunikationsschnittstelle angeschlossen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfasst der Sensor Werte und speist diese Sensorwerte in das Datensignal ein, wodurch die weitere Datennutzung innerhalb der Leuchte ermöglicht wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Steuergerät der Netzwerkkomponente den Sensor durch das Nutzen des Datensignals ansteuern und somit die Automation der Netzwerkkomponenten verbessert werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Steuergerät Parameter von Betriebsgeräten der Netzwerkkomponente auswerten und in das Datensignal einspeisen. Dies ermöglicht das Ansteuern der Netzwerkkomponente von außen, in denen das Datensignal angepasst wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Steuergerät Sensorwerte des Sensors empfangen, verarbeiten, und zur Ansteuerung des Betriebsgeräts verwenden, aber gegebenenfalls auch in das Datensignal einspeisen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Powerline-Modul eine interne Recheneinheit, ein Powerline-Interface, ein Hardware-Verbindungselement und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle, wobei die Art der Hardware des Hardware-Verbindungselement, welche das Powerline-Modul mit der Kommunikationsschnittstelle verbindet, höchstens der vierten Schicht des OSI Modells zugeordnet ist. Dadurch kann das Hardware-Verbindungselement der Netzwerkkomponente an die individuellen Anforderungen der externen Geräte angepasst werden. Beispielsweise kann je nach Anzahl der externen Geräte lediglich ein Hub oder aber ein Switch in der Netzwerkkomponente verbaut sein.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nutzt das physikalische Übertragungsmedium die Netzzugangsschicht zur Datenübertragung, und verwendet hierbei Protokolle nach IEEE Norm 802.X, wobei das Übertragungsmedium insbesondere als eine Ethernet-Verbindung nach IEEE Norm 802.3 oder als eine drahtlose Netzwerkverbindung nach IEEE Norm 802.11 ausgestaltet ist, um eine große Kompatibilität für eine Vielzahl von externen Geräten zu erreichen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt das physikalische Übertragungsmedium eine Schnittstelle nach EIA-485 bereit, wodurch insbesondere die Kompatibilität beim Einsatz in Industrieanlagen gewährleistet wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nutzt das physikalische Übertragungsmedium zur Datenübertragung Lichtwellenleiter, um hohe Datenraten zu gewährleisten und um große elektromagnetische Verträglichkeit zu erreichen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nutzt das physikalische Übertragungsmedium zur Datenübertragung eine optische Drahtlosübertragung, um über längere Strecken mit hoher Zuverlässigkeit und Datenrate kommunizieren zu können.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ethernet Verbindung voll-duplex fähig, um insbesondere in Netzwerken mit hohen Anforderungen an die Datenrate Verwendung zu finden.
- Ferner sieht die Erfindung ein Netzwerk vor mit wenigstens einer der vorhergehend beschriebenen Netzwerkkomponente und mindestens einer weiteren Netzwerkkomponente, welche über die Kommunikationsschnittstelle mit der Netzwerkkomponente verbunden ist und das Datensignal über das physikalische Übertragungsmedium empfängt, wodurch die Verkabelung der Netzwerkkomponente stark vereinfacht wird und zudem der weiteren Netzwerkkomponente eine Datenverbindung zur Verfügung gestellt wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die weitere Netzwerkkomponente des Netzwerks das Datensignal aufzeichnen und zugleich oder alternativ zum Betreiben eines weiteren Betriebsgeräts der Gebäudeinstallation nutzen. Dies ermöglicht, dass die Netzwerkkomponente im Verbund von Netzwerken mit komplexen Anforderungen betrieben werden kann, da die Kommunikation unter den Teilnehmern gewährleistet wird, aber beispielsweise auch die Betriebssicherheit erhöht wird. Das Netzwerk kann beispielsweise ein Netzwerk einer Gebäudeinstallation sein, wie es in einer der deutschen Patentanmeldungen „Upgradbares Stufenkonzept für Beleuchtungssysteme“, „Projektfile für Beleuchtungsanlagen“ und „Analysetool zur Auswertung von Bedarfs- und Aufzeichnungsdaten von Beleuchtungsanlagen“ der gleichen Anmelderin mit dem selben Anmeldetag wie die vorliegende Anmeldung beschrieben ist.
- Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden auf den nachfolgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführungsform deutlich, welche in Verbindung mit dem beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist folgendes dargestellt:
-
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Netzwerkkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt schematisch den Aufbau und die Datenleitungen des Power Line Moduls in1 . -
3 zeigt schematisch den Aufbau einer Netzwerkkomponente nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt schematisch den Aufbau der Netzwerkkomponente, welche um einen Sensor erweitert wurde, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. - Die Erfindung sieht eine Netzwerkkomponente mit Netzwerkanschluss vor, die Teil einer Gebäudeinstallation, insbesondere für eine Beleuchtungseinrichtung und sonstige Betriebsgerät der Gebäudetechnik, ist. Als Gebäude wird in dieser Anmeldung jede Form von Bauwerken bezeichnet, einschließlich Wohn- und Bürohäuser, Produktionshallen, sowie Straßen und Wege. Die Netzwerkkomponente umfasst eine Versorgungschnittstelle
109 , ein Powerline-Modul106 , ein Steuergerät112 , mindestens ein Betriebsgerät107 der Gebäudeinstallation, und eine Kommunikationsschnittstelle110 , wie in1 dargestellt ist. Über die Versorgungsschnittstelle109 der Netzwerkkomponente ist diese mit einer elektrischen Versorgungsleitung101 verbunden, die der Netzwerkkomponente108 als Spannungsversorgung dient und zusätzlich ein Datensignal (Powerline-Signal) zur Datenübertragung trägt. Die Spannungsversorgung ist beispielsweise eine gängige Einphasen- oder Dreiphasenwechselspannungsquelle des Niederspannungsnetzes beispielsweise das europäische Versorgungsnetz mit 230 V bzw. 400 V bei jeweils 50 Hz. Powerline, auch PowerLAN genannt, beschreibt eine Technik, die die vorhandenen Leitungen des Niederspannungsnetzes zum Aufbau eines lokalen Netzwerks zur Datenübertragung nutzt, in dem das Datensignal hochfrequent auf das Spannungssignal aufmoduliert wird. Dieses Datensignal wird von dem Powerline-Modul106 aus dem Wechselspannungssignal des Versorgungsnetzes aus- bzw. eingekoppelt, wobei Einkoppeln das Überlagern des Datensignals auf das Spannungsversorgungssignal meint und Auskoppeln das Trennen des Datensignals von dem Spannungsversorgungssignal meint. Der Koppelprozess kann unidirektional, nur Einkoppeln oder nur Auskoppeln, oder bidirektional, Einkoppeln und Auskoppeln, erfolgen. Wie in1 dargestellt, wird das Datensignal aufgeteilt und an das Steuergerät112 , welches über eine Leitung203 das Betriebsgerät107 ansteuert, und die Kommunikationsschnittstelle110 übermittelt. Die Kommunikationsschnittstelle110 stellt einen Anschluss für mindestens ein physikalisches Übertragungsmedium204 bereit, beispielsweise eine Ethernet-Buchse, elektrische Klemme, optischen Anschluss oder eine Antenne. Über die Kommunikationsschnittstelle110 kann das Datensignal an externe Netzwerkgeräte, beispielsweise PCs, Kameras, Server oder Steuerungen, zum Beispiel von Verkehrseinrichtungen, weitergeleitet werden. Das Betriebsgerät107 ist in1 als LED dargestellt, ist jedoch nicht allein auf diese Ausführungsform beschränkt. Alternative Varianten eines Betriebsgeräts sind andere Leuchtmittel, oder Aktoren, wie zum Beispiel Rollladenmotoren, oder Sensoren oder Signalgeber. - Der Verlauf der Datenleitungen innerhalb des Powerline-Moduls
106 ist in2 illustriert. Die Kopplung der Datenübertragung erfolgt zwischen den Leitungen der Spannungsversorgung101 und den Datenleitungen zu einer Ein-/Ausgabe-Schnittstelle304 und dem Hardware-Verbindungselement303 zum physikalischen Übertragungsmedium204 . Die Powerline-Signale, d.h. Datensignal der Versorgungsspannungüberlagert, werden über ein Powerline-Interface302 eingekoppelt, in einem analogen Frontend umgewandelt (Analog-Digital-Wandlung) und von einer internen Recheneinheit301 verarbeitet. Das Datensignal wird über eine Schnittstelle an ein, je nach physikalischem Übertragungsmedium, geeignetes Hardware-Verbindungselement303 an die Leitung310 zur Kommunikationsschnittstelle110 weitergeleitet. Zudem wird das Datensignal an die Einrichtung zum Datenaustausch, Ein-/Ausgabe-Schnittstelle304 , zwischen der internen Recheneinheit301 und der Leitung311 zum Steuergerät112 weitergeleitet. -
3 beschreibt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine zusätzliche Einrichtung308 zur Datennutzung innerhalb der Netzwerkkomponente108 vorsieht. Hierzu werden die ursprünglich Funktionen des Betriebsgeräts107 erweitert, indem das Steuergerät112 auch das Datensignal, welches zwischen Versorgungs- und Kommunikationsschnittstelle110 übertragen wird, berücksichtigt, wenn das mindestens eine Betriebsgerät107 der Netzwerkkomponente108 angesteuert wird. Diese Ausführungsform ermöglicht beispielsweise dass das Betriebsgerät107 , zum Beispiel eine Lampe, nun nicht nur über einen Taster geschaltet oder geregelt werden kann, sondern auch ein Ansteuern des Betriebsgeräts107 über das Datensignal erfolgen kann, beispielsweise über eine Smartphone Applikation. -
4 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die, neben der Datennutzung innerhalb der Netzwerkkomponente, zusätzlich wenigstens einen Sensor312 aufweist, der in der Netzwerkkomponente108 angeschlossen ist. Die Position des Sensoranschlusses in der Netzwerkkomponente108 ermöglicht es, dass die Sensorwerte in das Datensignal eingespeist werden, und somit innerhalb der Netzwerkkomponente108 von dem Steuergerät112 verarbeitet und interpretiert werden können. Zudem werden die Sensorwerte durch das Datensignal auch dem gesamten Netzwerk zur Verfügung gestellt. In einer erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente108 kann auch ein Interface vorgesehen sein, um zum späteren Zeitpunkt einen Sensor einzubauen. In der illustrierten Ausführungsform ist das Betriebsgerät107 beispielhaft als LED ausgeführt. Ein mögliches Anwendungsbeispiel des Sensors312 ist ein Bewegungssensor, um Personenverkehr zu erkennen. Durch die Sensorwerte könnte einerseits die Lichtintensität der LED107 beeinflusst werden und zudem ein angeschlossenes externes Gerät, welches eine Netzwerkverbindung, beispielsweise zu einem Datenserver, benötigt, zum Beispiel eine Überwachungskamera, aus dem Ruhemodus aktiviert werden. Ein denkbares Szenario besteht in einem Beleuchtungssystem mit Überwachungskamera. Wenn keine Person erkannt wird, wird die Helligkeit der LED auf die eine Notbeleuchtung gedimmt und die Überwachungskamera zeichnet nur alle 2 Sekunden ein Bild auf. Wird eine Person erkannt, dimmt die LED voll auf und die Überwachungskamera nimmt alle 100 ms ein Bild auf und sendet diesen Datenstrom über die Netzwerkverbindung mit der Netzwerkkomponente an einen Server. In einer weiteren Ausführungsform kann an der Kommunikationsschnittstelle110 eine weitere Leuchte angeschlossen sein. Beim Detektieren einer Person in der ersten Netzwerkkomponente108 kann dieses Ereignis als Datensignal über die Kommunikationsschnittstelle110 zur nächsten Leuchte weitergegeben werden, so dass z.B. in Laufrichtung der Person die nächstfolgende Leuchte ebenfalls eingeschaltet wird. - Bezugszeichenliste
-
- 101
- elektrische Versorgungsleitung;
- 106
- Powerline-Modul;
- 107
- Betriebsgerät;
- 108
- Netzwerkkomponente;
- 109
- Versorgungsschnittstelle;
- 110
- Kommunikationsschnittstelle;
- 112
- Steuergerät;
- 203
- Leitung;
- 204
- physikalisches Übertragungsmedium;
- 301
- interne Recheneinheit;
- 302
- Powerline-Interface;
- 303
- Hardware-Verbindungselement;
- 304
- Ein-/Ausgabe-Schnittstelle;
- 308
- Einrichtung;
- 310
- Leitung;
- 311
- Leitung;
- 312
- Sensor
Claims (16)
- Netzwerkkomponente (108) für ein Netz, welches eine Vielzahl von gleichartigen Netzwerkkomponente (108) umfasst, und die Netzwerkkomponente (108) Teil einer Gebäudeinstallation, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung, ist, wobei die Netzwerkkomponente (108) eine Versorgungsschnittstelle (109) für eine elektrische Versorgungsleitung (101), welche eine Spannungsversorgung für die Netzwerkkomponente (108) sowie ein Datensignal trägt, sowie ein Powerline-Modul (106), ein Steuergerät (112), mindestens ein Betriebsgerät (107) der Gebäudeinstallation, und eine Kommunikationsschnittstelle (110) umfasst, wobei das Powerline-Modul (106) eingerichtet ist, das über die Versorgungsleitung (101) übertragene Datensignal aus- und/oder einzukoppeln, und das Steuergerät (112) mit dem mindestens einen Betriebsgerät (107) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Betriebsgerät (107) anzusteuern, und das Powerline-Modul (106) mit der Kommunikationsschnittstelle (110) verbunden ist, um das Datensignal an die Kommunikationsschnittstelle (110) zu übertragen und/oder von dieser zu empfangen; und die Kommunikationsschnittstelle (110) eingerichtet ist, einen Anschluss für ein physikalisches Übertragungsmedium (204) bereitzustellen.
- Netzwerkkomponente nach
Anspruch 1 , wobei das Steuergerät (112) dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Betriebsgerät (107) unter Nutzung des Datensignals anzusteuern. - Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Netzwerkkomponente (108) ferner wenigstens einen Sensor (312) enthält.
- Netzwerkkomponente nach
Anspruch 3 , wobei der Sensor (312) in der Verbindung zwischen Powerline-Modul (106) und Kommunikationsschnittstelle (110) angeschlossen ist. - Netzwerkkomponente nach
Anspruch 3 oder4 , wobei der Sensor (312) eingerichtet ist, um Ergebnisse von Sensormesswerten in das Datensignal einzuspeisen. - Netzwerkkomponente nach
Anspruch 5 , wobei das Steuergerät (112) dazu eingerichtet ist, die eingespeisten Sensorwerte zu verarbeiten, und zur Ansteuerung des Betriebsgeräts (107) zu nutzen. - Netzwerkkomponente nach
Anspruch 3 bis6 , wobei der Sensor (312) von dem Steuergerät (112) durch das Nutzen des Datensignals ansteuerbar ist. - Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuergerät (112) eingerichtet ist, Parameter des mindestens einen Betriebsgeräts (107) auszuwerten, und die ausgewerteten Parameter in das Datensignal einzuspeisen.
- Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Powerline-Modul (106) eine interne Recheneinheit (301), ein Powerline-Interface (302), ein Hardware-Verbindungselement (303) und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle (304) umfasst, wobei die Art der Hardware des Hardware-Verbindungselements (303), welche das Powerline-Modul (106) mit der zur Kommunikationsschnittstelle (110) verbindet, höchstens der vierten Schicht des OSI Modells zugeordnet ist.
- Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das physikalische Übertragungsmedium (204) die Netzzugangsschicht zur Datenübertragung und ein Protokoll nach IEEE Norm 802.X nutzt, insbesondere eine Ethernet-Verbindung nach IEEE Norm 802.3 oder eine drahtlose Netzwerkverbindung nach IEEE Norm 802.11.
- Netzwerkkomponente nach
Anspruch 10 , wobei die Ethernet-Verbindung nach IEEE Norm 802.3 voll-duplex fähig ist. - Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das physikalische Übertragungsmedium (204) Lichtwellenleiter zur Datenübertragung nutzt.
- Netzwerkkomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das physikalische Übertragungsmedium (204) optische Drahtlosübertragung nutzt.
- Netzwerkkomponente nach
Anspruch 1 bis9 , wobei das physikalische Übertragungsmedium (204) eine Schnittstelle nach EIA-485 aufweist. - Netzwerk mit wenigstens einer Netzwerkkomponente (108) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und das Netzwerk mindestens eine weitere Netzwerkkomponente aufweist, welche über das physikalische Übertragungsmedium (204) mit der Kommunikationsschnittstelle (110) der Netzwerkkomponente (108) nach einem der vorherigen Ansprüche verbunden ist und die weitere Netzwerkkomponente das Datensignal über das physikalische Übertragungsmedium (204) empfängt.
- Netzwerk nach
Anspruch 15 , wobei die weitere Netzwerkkomponente eingerichtet ist, um das Datenübertragungssignal aufzuzeichnen und/oder zum Betreiben eines weiteren Betriebsgeräts der Gebäudeinstallation zu nutzen.
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