DE1802218A1 - Signalauswahlschaltung - Google Patents

Description

IBQ221B

Patentanmeldung

?lufigeratewerk Bodeneee GmbH, Überlingen/Boaenaee

Signalauswahlechaltun«

Die Erfindung betrifft eine Signalauswahlschaltung xur Auswahl eines Ausgangeaignale aus den Signalen redundanter Systeme, z.B. von Flugreglern» mit einer mit Dioden aufgebauten Logikachaltung, durch welche von drei Eingangseignalen jeweils der mittlere Wert auf einen Signalausgang durchechaltbar iat (Voter).

Für den Aufbau von Systemen, bei denen es auf hob· Zuverlässigkeit ankörnet, z.B. von Flugreglern, werden oft redundante Anordnungen gewählt. Hierbei werden Bauteile, Baugruppen oder vollständige Anlagen vemehrfacht. Jede· dieser Teilsysteme liefert ein Signal. Durch ein· geeignete Zusammen*aβeung der Teilsysteme wird erreicht,' daß bei einem Ausfall eines solchen Teilsystems die funktion dee Gesamtsystems nicht beeinträchtigt wird· Die Zusammenfassung der Teilsysteme kann durch eine Schaltungsanordnung erfolgen, die aus drei ankommenden Signalen «in geeignetes Auegangesignal bildet· Hierfür gibt es *wei Möglichkeiten» Es kann der Mittelwert der drei Signale ale Ausgangssignal gebildet werden. Diese Möglichkeit

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hat jedocli dan Nachteil, daß ein grober Fehler einea der Eingangssignale in diesen Mittelwert eingeht und zu einer starken Verfälachung dee Ausgangssignals fuhren kann. Die zweite Kögliobkeit besteht in einer logischen Schaltungsanordnung (Voter), welche von d®n drei Eingangs™ eignalea Jeweils den altfeieren Wert (eu untere®oeideh von dem Mittelwert) auf den Ausgang durahscbaXtet· Der mittlere Wert iat also dasjenige Signal» ieeaen Betrag »wischen r den Beträgen der beiden anderen Signale liegt· Ist also von drei Signalen Bj, E^ und B5 If ^Eg ^Ej, »o wird das Signal £3 ^au* ^äen Ausgang dureJbgeeclialtet, usid zwar unabhängig davon, wie groß Bi und £5 sind» Auf @iä3 Schaltungsanordnung dor letetgenannteE Art besieht sloli die vorliegende Erfindung·

Eine bekannte Anordnung «or Hittelwerfalbiiriuiig arbeitet mit dr«i Operatioiieverietirkern« ienen ■·-' d?ei Signale E^, Eg and E3 aber 5« ein·» Wlieretiifea sta^efHhrt werden. Die Ausginge der Q-peretiOBew'snt&rtef- liegen über Widerstände an ein«» geneiaiaeon Sigiiiilatitig&ng für das Auagangssignal E^« ¥oa dem Signaiaueeang erfolgt über Wider« stand« «in« SegeiikoppMiEig &iif den Eingang d@r Operationsverstärker«

line betasirte Signalauswahlsclieltuiig zum Durchschalten dee i®m Betrag nach mittleren von drei Signalen auf einen Signalausgang ist folgenderma@en aufgebaut? Bor Signalauagang liegt über einen Widerstand am Pluspol einer Spannungaquelle« Er ist über drei Dioden in Durchlaß-

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richtung mit je einem in Reihe damit liegenden Widerstand mit den Minuspol der Spannungaquelle verbunden. Die drei Signaleingänge für die Signale E-j, £2 und E3 sind über Dioden mit der Durohlaßriohtung von den Signaleingängen «eg alt je zwei Verbindungepunkten von jeweils einer der erstgenannten Dioden und de« zugehörigen Widerstand verbunden. Bei einer solchen Schaltung stellt sich in diesen letzteren Verbindungepunkten jeweils das größere der beiden Signale ein, deren Eingänge über Dioden alt diesen Punkten verbunden sind. An swei solchen Verbindungspunkten wird daher das größte der drei Signale auftreten. Der dritte Verbindungepunkt ist Über Dioden alt dem mittleren und den kleinsten 'Signal verbunden. Dort stellt sich also das mittlere Signal »in. Man hat somit zwei Punkte, an denen das größte der drei Signale liegt, und einen weiteren Funkt, an welchen das mittlere der drei Signale liegt. Diese drei Funkte sind Über Dioden mit den Signalausgang verbunden, wobei die Durchlaßrichtung der Dioden von dem Slgnalausgeng weggerichtet ist. Der Signaleuagang wird αβηη das niedrigste Potential dieser drei Punkte annehmen. Die su diesem Punkt führende Diode-wird leitend und die anderen Dioden werden gesperrt. Dieses niedrigste Potential der drei Yerblndungspunkte ist aber das mittlere der drei Eingangssignal. Eine solche Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sich der Ausfall eines ihrer Bauelemente nicht bemerkbar nacht. Sie weist jedoch eine Reihe von Hachteilen auf. Diese Nachteile liefen darin, daß eine niederohmige Einspeisung notwendi/j ist_f wfihrend oich ein hochohniger Auageng ergibt.

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BAD ORIGINAL

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Außerdem kann eine gewisse Verfälschung des Ausgangesignals durch unvollkommene Bauelemente auftreten. Diese Verfälschung ist besondere nachteilig, da sie temperaturabhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Schaltungsanordnung zu vermeiden.

^ Erfindungsgemäfl wird das bei einer Signalauswahlschaltung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Eingangesignale Über Operationsverstärker auf die Loglksohaltung gegeben werden und eine Gegenkopplung von dem einen Signalauegang der logikschaltung auf die Eingänge der Verstärker vorgesehen ist.

Dadurch erhält man als Ausgangssignal daß mittlere 4er drei Eingangseignale multipliziert mit dem die Gegenkopplung bestimmenden WIderstandsverhältnie· Die Besohaltung der Operationsverstärker kann in üblicher Weise durchgeführt werden. Die Verfälschung des Ausgangselgnals duroh die Signalauswahlechaltung wird um den Faktor der EreisverStärkung (Operationsverstärker-Gegenkopplung) reduziert und ua den gleichen Paktor wird der dynamische Ausgarigewiderstand verkleinert. Bei der hohen Crelsveretärkung, wie eie in der OperatlonsverStärkertechnik Üblich ist, sind damit die geschilderten Nachteile Vermieden.

Die Logikechaltung kann in dsr vorstehend geschilderten bekannten Weise aufgebaut sein. Manchmal macht es eich jedoch dabei nachteilig bemerkbar, daß die zur Verfügung stehende Ausgangeleietung relatiy gering ist. Außerdem wird die Zuverlässigkeit der Logikschaltung durch dae Erfordernis einer zusätzlichen Spannungsquelle beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher weiter die Aufgabe zugrunde, eine Logikschaltung (Voter) der vorliegenden Art zu schaffen, welche eine relativ hohe Ausgangeleietung liefert.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Loglksohaltung der vorliegenden Art au schaffen, welche keine zusätzliche Spannungequelle benötigt.«

Dies kann dadurch erreicht werden, dafi der Auegang jedes Operationsverstärkers über zwei zugeordnete parallele Zweige, die je einen Widerstand und eine Diode enthalten, mit dem Signalausgang verbunden ist, wobei die Dioden antiparallel zueinander liegen, und daß der Ausgang jedes Operationsverstärkers weiterhin Über zwei gegeneinnig gepolte Dioden mit je einem solchen Zweig der anderen »Operationaverstärker in dem Punkt zwischen Widerstand und Diode verbanden ist, und zwar jewelle alt denjenigen Zweig, in welchem die letztere Diode gegeneinnig zu der ersteren Diode gepolt ist. Mit jedes Paar von parallelen Zweigen aus Widerstand und Diode kann ein weiterer Wideretand zur Verbindung mit dem Signalauegang in Reihe liegen·

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BAB ORIGtNAL

Sine Yerbeseerung der Schaltung ergibt sieh weiterhin, wenn die Widerstände in den besagten Zweigen strooge-■teuerte nichtlineare Widerstände eint!.

Zwei Ausf'dbrungabelepiele der Erfindung aind aaoheteJbend unter Bezugnahme auf die sugebörigen Zeichnungen nälier erlautorι:

Figur 1 zeigt eine erste Signalauewahlachaltung nach der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine verbeaaerte SignalauawahleobaXtung nach der Erfindung.

Figur 3 zeigt eine wUnacheneiierte Wideratenda« kennlinie von VideretärJea in der Soheltung von Figur 2_a

figur 4 iet eine Darstellung d&r Schaltung

von Figur 2 unter Annanoe spezieller Signalverhältnieae und dient der EFläuterung der Wirkungsweiee der erfindungagemäSen Signalauawahlecnaltung.

:3?ai Signale 3f„ E₂ ^{und E}3 liegen Je über einen Widerntand ⁵11» ^zii·· 2||11 * am Eingang je eines Operationaverjt&rlwr* ^₁₁ If₂₁ be*. V31. ·

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Sin 31gnalauagang für da a Auegangaaignal Εχ let Über Wlderatände R^ E₅₁ nit den poaitiven Pol einer Spannungsquelle verbunden. Der Signalausßang let Über drei Dioden D^₁ D₈₁ und Dg₁, deren DurahlaBrlohtung von den Signalauegang weggerichtet let, und damit je-' wells in Reihe geschaltete Wlderatände H₁₁ R21 v.nd R31 mit dem negativen Pol der Spannungequelle verbunden. Ka ergeben aich drei Verhindungepunkte anlachen den Dioden D71 Dei und Dg₁ und den Widerständen Rj₁ R21 bzw. R31» die ait X, T und Z beseichnet aind. Der Auegang dee Operationeveratärkera T^t let über eine Diode D^ mit dem Funkt I und über ein· Diode D^i mit de« Punkt Z verbunden. Der AiiBgmac de· Operatloneverat&rkers V₂i let Über eine Diode P21 ebenfalla nit dem Punkt X und Über eine Diode D₅₁ alt de« taflet T verbunden. Der Auagang dee Operationaverat&rker· Vj^ 1st aber ein· Diode D41 mit den Punkt Y und Ober eine Diode D₅₁ mit dem Funkt Z verbunden. Der 31gnalauag£ng let über dl« Gegenkopplungen^erat&nde Zp₁. Z₂₁11 und S21»11 alt den Eingängen der drei Operationeverstärker V₁1 T2t bcw. 733 verbunden. Die Diodenaehaltung mit den Dioden Dj 1 bia D91 und den Wlderatänden R-j-j bl.: R51 let die oben beechrlebene bekannte Logikaohaltung.

ydtr DurchlaJapmnmmg der Dioden j Wenn »an einmal von den OperatlonaveretärkernVund der Gegenkopplung absieht und annimmt, daß E-j gleich 1,1 ToIt, £3 gleich 1,0 Volt und E₃ gleich 0,9 Volt iat, dann erhält man Über D₁I und Dg₁ in den Punkten X und Z den gröSeren V-ert, nämlich 1,1 Volt.

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BAB ORfGfNAL

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Der Punkt Y iet Über Dj₁ mit E2 = 1,0 Volt und über D₄₁ mit E* =0,9 Volt verbunden· Sein Potential let also 1,0 Volt. Von den drei Punkten X, Y und Z hat Y das niedrigete Potential. Dieses Potential wird über Dg₁ als Ea am Signalauegang wirksam, während die Dioden D7f und D91 gesperrt sind. Ähnlich sind die Verhältnie«β bei einer anderen Verteilung der Signale E₁, E₂ ^{υη<5 £}3· In jedem Fäll wird ala Auegangssignal E^ dae mittlere der drei Eingangesignale wirksam. Durch die Operationsverstärker, die eine Vorceiehehuakehr bringen, und die Gegenkopplung wird» wenn s.B. B₂ dieses »ittiere Signal

ZU··

Eine andere AuafUhrungeform der Erfindung zeigt Figur 2.

Die drei Eingänge SiXr die Signale E₁, T>₂ und Ej sind Über Widerstände Z₁ mit den Eingängen von drei Operations· verstärkern V₁, V₂ und Vj verbunden» Der Ausgang des Operationsverstärkers V₁ 1st Über zwei parallele Zweige, bestehend aus jeweils einem Widerstand R₁ bzw. R₂ und einer Diode D7 bzw. Dg und einem mit dun beiden Zweigen in Reihe liegenden Widerstand Ry mit.dem Signalausgang fUr das Signal E^ verbunden. Die Dioden D7 und Dg sind dabei antiparallel zueinander geschaltet. In ähnlicher Weise ist der Operationsverstärker V₂ über zwei zueinander parallele Zweige, bestehend aus Widerstand Rj und Diode Dg bzw. Widerstand R₄ und Diode D₁O und einen

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BAU) ORiQINAL

J·

mit den beiden Zweigen in Reihe liegenden Widerstand mit dem Signalauegang verbunden· Die Dioden Dg und D-jo liegen antiparallel zueinander. Der Operationsverstärker Vj ist mit dem Signalauegang über zwei zueinander parallele Zweige, bestehend aus dem Widerstand R5 und der Diode D-j-ji bzw. dem Wideretand R5 und derr Diode D-jg und einem mit den beiden Zweigen in Reihe liegenden Wideretand Rg, verbunden. Die beiden Dioden P-|i· und D^ liegen antt· parallel zueinander·

Weiterhin iet der Ausgang dee Operationsverstärkers V^ über eine Diode D₁ mit dem Verbindungepunkt zwischen dem Widerstand H5 und der Diode Sn* verbunden, die in dta einen dem Operationsverstärker V3 zugeordneten Zweig liegen. Dabei ist die Diode Df Bit der Lurohlaßrichtung auf den Operationsverstärker V-j hin gepolt, während die Diode D11· mit ihrer Durchlaßrichtung von den besagten Verbindungepunkt weg zu den Signalauegang hin gerichtet iet. Weiterhin ist der Ausgang dee Operationsverstärkers Vi über eine Diode D2 *it dem Verbindungapunkt zwischen dem Widerstand R₄ und der Diode Dj0 verbunden. Die Diode D2 ist entgegengesetzt zu der Diode D₁ gepolt, also Mit ihrer Durchlaßrichtung von de« Operationsverstärker Tf weg gerichtet. Dagegen ist die Durchlaßrichtung der Diode D₁₀ zu dem Verbindungepunkt mit der Diode D2 und de« Widerstand R4 hin gerichtet.

In ähnlicher Weise sind die Ausgänge der anderen Operationsverstärker V2 und V3 geschaltet.

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An jedem dieser Ausgänge liegen Zweige mit Widerstünden und antiparallel geschalteten Dioden, die Über einen mit beiden Zweigen in Reibe geschalteten Wideretand mit dem Signalausgang verbunden sind. Außerdem let der Ausgang jedes Operationsverstärkers über.zwei gegensinnig gepolte Dioden mit Verbindimgepunkten zwisotaen ' Diode und Widerstand in je einem Zweig der beiden anderen Operationsverstärker verbunden, und zwar so» daß die Dioden in dieser Verbindung und in dem betreffenden Zweig gegensinnig zueinander gepolt sind. Wenn also beispielsweise der Strompfad vom Auegang des Operationsverstärkers V₂ über diese Dioden zum Slgneleuegang verfolgt wird, so ist der Aueging des Operationsverstärkers Y₂ mit dem Verbindungepunkt swlsoben dem Widerstand Rf und der Diode D₂ über eine* Diode Dj verbunden, und die Dioden D3 und D7 liegen in diesem Strompfad zum Signalausgang gegensinnlg: Die Diode D3 ist mit ihrer Durchlaßrichtung zu dem Operationsverstärker Yg hin gerichtet, während die Diode D7 mit lbrer Dureb-

* laJSriobtung zum Signalauegang hin gerichtet let·

Im eineeinen let der Auegang dee Operationsverstärker* V2 wie geeegt Über die Diode D* alt dem Punkt «aisohea '.''--dem Widerstand R-j und der Diode £7 verbunden« Außerdem , .·..- ] ist der Ausgang des Operationsverstärker« Vg aber die, ) '.7?V \ Diode D4 mit dem Punkt zwischen dem Widerstand Rg und _t der Diode D<|2 verbunden· In dem Strompfad vom Ausgang des Operationsverstärkers V₂ zum Signalausgang 1st die Diode D4 mit ihrer Durchlaßrichtung von dem Operations-

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veratärker weggerlohtet, und dia Mode Di 2 lat τοα dem 8ignalauegang weggerichtet.

Dar Attagang dea OperationaYeretärkera Tj iat über eine Diode H$_t die ait ihrer Durchlaßrichtung auf den QperationeTeratärker T3 bin gerichtet iat» «it da« Punkt swieohen de« Wideretand R3 und dar Diode B9 verbunden, welche letztere in Richtung auf den Signal-•uagang fttr poaitlve Spannungen durchläaaig iat. Ferner let der Auegang dee Operationaveratärkera T3 über eine Diode D6 «it de« Punkt swiachen des WIderetand B2 und der Diode De verbunden.

Ton de« Signalauegang wird daa Signal Ea über Wideratände Zj ^auf die «Eingänge der OperatiοηβτβΓβtärker T₁, T₂ und T3 gegengekoppalt·

Dia Wirkungawelee der beaohriebenan Schaltung aoll anhand von Figur 4 näher erläutert werden:

In Figur 4 aoll angenomen werden« das Sj ■ -0,9 ToIt_t £2 » -1,0 ToIt und £3 - -1,1 ToIt iat. Ba eind in Figur 4· die la Übrigen Bit Figur 2 ttbereinetiart, die in den verachiedenen Funkten auftretendan Potentiale eingetragen· Die leitenden Dioden eind echwar* auagefttllt 4argeateilt, während die nichtleitenden Dioden nur in Uarieeen elngaaeiohnet aind. Xa iat dabei angenowien₍ dafl Zt « Z2 let. Duroh die QparatlonaTeratärker erfolgt eine Toraeiohenumkebr der Spannungen.

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Man kann das Auftreten der eingezeichneten Potentiale sehr leicht verifizieren. Ee sei einmal zunächst unterstellt, daß die dargestellte Schaltung tatsächlich eine Auagangsspannung Ea ^{von 1}i° Volt liefert, die also bis auf das Vorzeiohen dem mittleren Wert der Signale £!-|, E2 und £3 entspricht, nämlich E2· Duroh die über die Gegenkopplung an den Operationsverstärkern Vi und V3 anliegende endliohe positive betr. negative Spr.nnung werden die Operations verstärker Vj und Vj in ihre positive bew· negative Sättigung getrieben, die mit plus 15 Volt bzw. minus 15 Volt angenommen ist« Ks sind dann die moden D3 und D7 leitend· D7 liegt nämlich in Reihe mit-des Wideretand B^ und dem Wideretand B7 zwischen der Spannung von +Vj Volt am Ausgang des Operationsverstärkers Vf und dem (angenOmaenerweise) auf +1,0 Volt liegenden Signalauegang. In diese« Zweig fließt also ein Strom, der die Diode By leitend macht· Ahnlich fließt aber auch ein Strom übet H-j und D3, so daß die Diode S3 leitend 1st* Die Spannung von +1,0 Volt am Ausgang des Operationsverstärkers Vg wird also über D3 und D7 an dem Signalausgang wirksam· II3 1st fUr die Spannung von +15 Volt gesperrt· Das gleiche gilt für Dj, die swieohen 4-15 Volt am Ausgang des Operationsverstärkers *?i und Minus 15 ToIt in dem Verblndungspuakt zwischen R5 und Djj liegt· D^ ist gesperrt, da es in Durchlaßrichtung «wischen -15 Volt vom Ausgang des Operationsverstärkers V3 her und +1 Volt am Signalauegang liegt. leitend 1st J>2_t die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers Vj auf plus 15 Volt und dem Ausgang des Operationsverstärkers V₂ auf +1,0 Volt Über den Widerstand R4 liegt.

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IAB ORIGINAL

-vs- -f3-

Infolgedessen let die Spannung von +75 Volt an des Yerbindungapunkt awiaohen den Wideratand R4 und der Diode X>io wirksam. Die Diode D-)0 ist dementsprechend gesperrt. Leitend let ferner die Diode D4, die iwisoben +1 Volt am Ausgang des Operationsveretärkers V2 und über den Widerstand Rg an -15 Volt an Ausgang de* Operationsverstärkers Vj liegt· Dadurch Hegt an dem Funkt zwischen Widerstand Bg und Diode D₁₂ die Spannung von +1,0 Volt. Die Diode D12 i&* Jedooh gesperrt, da beiden Selten der Died« BUUT «■*!·**·

Da die Schaltung eykliach aufgebaut ist» arbeitet sie bei einer anderen Verteilung der Signale X·)» ^ aod £3 in sinngemäßer Welse, jedoch stet« eo, daß das Aus· gangasignal Ba den mittleren Wert, al»o nicht de« Mittelwert, der drei Eingangssignal· entspricht·

Besonders vorteilhaft würde die Schaltung arbeiten, wenn die Widerstünde B? bia Bg stroegesttuerte niohtlineare Widerstand· sind, dl· eine Kennlinie etwa genäß figur 3 besltsen. \

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IAB ORIGINAL

Claims (2)

1802211 -u- Patentansprüche

1. Signalauawahlacbaltung sur Auewahl einte Auegange-•Ignale aua den Signalen redundanter Syateae, t.B. Ton Flugreglern,

alt einer mit Dioden aufgebauten Xoglkaobeltung, durch welche von drei Xingangaalgnalen jewelIe dar ■ittlere Wert auf einen Signalauegang durcheebaltbar lat (Volter)

daduroh gekennseiohaet,

da0 die Blngangeelgnale (It, 12» Bj) über Operational ▼eratärker (T₁, T₂» T3) auf dia Logikaebaltung gegeben werden und eina Qegenkoppiluiig (S₂) ton des einen Bignalauagang dexdogikeobaltung auf die Bingänge der Terettrker (Ti· T₂» Yj) Torgeeeben late

2. Signalauewahleohaltung nach Anepruca I₁ daduroB gekenneeichnet,

dal der Auegang jedee Operationaveratirkera (T|₉ Tj) über awei angeordnete parallele Zweige» die ja einen WId er et end (Bi bia B^) und eine Mode (&7.bia &I2) enthalten» alt de« 81gnalauagang verbunden iet, wobei die Dioden antiparallel sueinander liegen« und

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4·8 dar Auegang jedee Operatlonaveratärkara (^Τ1· ^Τ2· ^) weiterhin ttoer aval eegenalniilf gepolte Dioden (Di, D^, D3, 94, D5, Se) alt 3· •la·« eoloben Swtie dar anderen Oparationarar- ' at&rker in daa Punkt anlachen Wideratand und Diode verbunden ist,

nnd awar jeweile alt desjenigen Zweig, in walohea die latatare Diode eeeenainale au dar erateren Mod a eepolt iat.

Sicnalauawahlaohaltune näeb Ahapmali t, dadvreh f e kamiBeiohnet»

doJ adt jede« Paar von parallelen Eaaitea ana Wider at and und Diode ein weiterer Wideretand (B7, Re, K^) aar Terblndun« alt das Signalanagani In Reihe liegt.

VSienalauawahlachaltttnf naoh Anapmoh 3« dadaron go-> kannaelohne^,

da· «la VidaratAnda (Bf bia B5) in dan a I«al«an etroa«eateuerte niontUaaare Wlderatiaia alnd (rusar 9).

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