DE2200093A1

DE2200093A1 - Lesevorrichtung fuer optisch erkennbare Zeichen

Info

Publication number: DE2200093A1
Application number: DE19722200093
Authority: DE
Inventors: Gernot Pinior; Johann Ploeckl; Erwin Sick
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1972-01-03
Publication date: 1972-10-05
Also published as: NL7200754A; SE389934B; GB1388131A; US3758783A; DE2200093B2; DE2200093C3; CH537057A; ZA721585B; BE780725A; CA956033A; FR2131405A5

Description

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Dr. Müller-Bero · Dr. Manltz ■ Dr. Doufel ^" ■ ^v O

Dipl.-Ing. Finsterwald · Dipl.-Ing. Grämko«

Patentanwälte

^3. JAN. ff

ZElLWEGER AG
Apparate-und Maschinenfabriken Uster

CH-8610 Uster / Schweiz

Lesevorrichtung für optisch erkennbare Zeichen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lesevorrichtung für optisch erkennbare Zeichen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Lesevorrichtung für optisch erkennbare Zeichen, welche einer V/are zugeordnet und vorzugsweise auf derselben angebracht sind.

Diese Zeichen können Informationen, welche den betreffenden Waren zugeordnet sind, vorzugsweise in codierter Form, darstellen. Zur Ablesung eines solchen Zeichens wird ein Sendelichtstrahl über ein Zeichen geführt, von welchem je nach Reflexionsvermögen der jeweils vom Sendestrahl betroffenen Stelle des Zeichens ein Teil reflektiert wird. Ein mindestens aus einem Teil des reflektierten Lichtes gebildetes Empfangsstrahlenbündel wird einer optisch-elektrischen Empfangsvorrichtung zugeführt und von dieser in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal kann in bekannter Weise einem Computer zugeführt und von diesem ausgewertet werden. D is Ergebnis dieser Auswertung kann z. B,

^nQPA1 / OS1 1

die Angabe des Warenpreises, die Eingabe dieses Warenpreises in eine Verrechnungsanlage, die Erfassung des Verkaufs verschiedener Artikel, deren Artikelnummern im Zeichen codiert sind, betreffen oder ganz allgemein der Lagerbewirtschaftung dienen.

Bei Lesevorrichtungen der genanten Gattung wird ein zu erkennendes Zeichen innerhalb eines der Lesevorrichtung zugeordneten räumlichen Bereiches, beispielsweise des Tiefenschärfebereiches des optischen Systems, angeordnet bzw. vorbeibewegt. Wenn sich hierbei die reflektierende Stelle des zu erkennenden Zeichens an beliebigem Ort innerhalb des Tiefenbereiches befindet, so ändert sich der Lichtstrom zur photoelektrischen Empfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Lage des Zeichens. Diese Lageabhängigkeit des Lichtstroms stellt einen Nachteil für die photoelektrische Ablesung dar.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lesevorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei welcher der der Empfangsvorrichtung zugeführte Lichtstrom bei unterschiedlicher Lage des zu erkennenden Zeichens in einem vorgegebenen räumlichen Bereich unabhängig von der tatsächlichen Lage des Zeichens ist.

Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung für insbesondere einer Ware zugeordnete und an dieser angebrachte, optisch erkennbare Zeichen, welche innerhalb eines vorbestimmten Tiefenbereiches um eine Bezugsebene herum vorliegen können und mittelst eines Lichtfleckes abgetastet werden, mit einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung, welche einen Teil des von den Zeichen zurückgeworfenen Lichtes aufnimmt und ein dem auffallenden Lichtstrom entsprechendes elektrisches Siganl abgibt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen die Bezugsebene und die Empfangsvorrichtung eine Sammellinse eingeschaltet ist, in deren der Empfangsvorrichtung zugewandter Brennebene im Bereich des zur Empfangsvorrichtung verlaufenden Lichtstromes eine Blende mit einer derartig bemessenen Oeffnung angeordnet ist, dass ein von der am weitesten entfernt gelegenen Ebene des Tiefenbereiches ausgehendes Lichtstrahlenbündel zur Empfangsvorrichtung die Blendenöffnung, dies in der Querrichtung, zumindest voll ausfüllt.

η Q ρ. π / η R 1 1

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 2 ein Prinzipschema des Empfangsstrahlenganges Fig. 3 eine besondere Ausführung einer Blende.

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel mit teilweise im Interesse der Uebersichtlichkeit weggeschnittenen Teilen. Dabei sind der deutlichen Darstellung wegen einzelne Teile nur angedeutet; im übrigen ist die Lesevorrichtung nicht masstäblich gezeichnet.

Die Lesevorrichtung 1 ist bspw. unterhalb einer bekannten Fördereinrichtung 2 mit einem Spalt 3 angeordnet. Die Fördereinrichtung 2 besteht aus einem Förderband 2A, welches über eine Rolle 2B läuft, sowie aus einem Förderband 2C, welches über eine weitere Rolle 2D läuft, welche nur teilweise gezeichnet ist. Zwischen den Rollen 2B und 2C bzw. zwischen den darüber laufenden Förderbändern 2A und 2C entsteht ein Spalt 3, durch welchen hindurch die Lesevorrichtung 1 auf ein auf einer Ware 4 vorzugsweise unten angebrachtes Zeichen 5 wirkt. Die Ware 4 kann auch von Hand über den Spalt 3 geführt werden. Ein solches Zeichen 5 kann vorteilhafterweise ein aus konzentrischen Kreisen bestehendes Codezeichen bekannter Art sein. Durch ein solches Codezeichen kann beispielsweise der Preis der betreffenden Ware 4 und/oder ihre Artikelnummer oder weitere zugeordnete Informationen, wie Gewicht, Dimension, spätestes Verkaufsdatum usw. ausgedrückt werden. Das Zeichen 5 könnte auch, beispielsweise als Balkencode auf einer Seitenfläche 4A der Ware 4 aufgebracht sein. Im Idealfall befindet sich das Zeichen 5 während seiner

Ablesung in einer Bezugsebene 6, welche in Fig. 1 durch strichpunktierte Umrandung angedeutet ist. Im vorliegenden Fall ist die Bezugsebene 6 horizontal liegend angenommen. Es könnte aber auch eine geneigte Lage angewendet werden. Da es in der Praxis nicht leicht auszuführen ist, dass das Zeichen 5 stets exakt in der Bezugsebene 6 vor der Lesevorrichtung 1 angeordnet bzw. vorbeigeführt wird, ist die Lesevorrichtung 1 so ausgebildet, dass sie innerhalb eines der Bezugsebene 6 zugeordneten räumlichen Toleranzbereiches T eine im Hinblick auf die Struktur des Zeichens ausreichend scharfe optische Abtastung des Zeichens 5 gewährleistet.

Die Lesevorrichtung bzw. ihr den Sendestrahl bildendes Bauteil 1 A ist vorteilhafterweise so ausgebildet bzw. angeordnet, dass ein Sendestrahl 7 einen die spiegelnde Reflexion in einen Empfangsteil herabsetzenden Winkel oC gegen die Bezugsebenen-Normale 8 aufweist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind noch zu beschreibende optische Bauteile auf einer Grundplatte 9 befestigt, welche ihrerseits mit der Bezugsebene-Normale 8 ebenfalls den Winkel o£, mindestens annähernd einschliesst. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des optischen Systems, sowie eine gute Raumausnutzung unterhalb der Fördereinrichtung 2.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient als Lichtquelle für den Sendestrahl ein Laser 10, beispielsweise ein Helium-Gaslaser. Der Laser 10 ist auf der Grundplatte montiert und mit bekannten Mitteln auf exakte Lage einjustierbar. Das aus einer Stirnfläche des Lasers 10 austretende, praktisch fast parallele Strahlenbündel 11 wird über einen ersten Umlenkspiegel 12 einer ersten Linse 15 zugeführt. Zufolge der ersten Linse 13 entsteht schliesslich ein divergentes Strahlenbündel 11*, welches durch eine zweite Linse 15 geschickt wird und diese als konvergentes Strahlenbündel 11'' in Richtung zu einer Strahlablenkvorrichtung 16 verlässt.

Die Umlenkung der Richtung des Strahlenbündel 11 über die Umlenkspiegel 12 und 14 ist nicht zwingend. Sie erweist sich ingegen als vorteilhaft, um bei verhältnismässig kleinen Abmessungen der Lesevorrichtung 1 die aus optischen Gründen erforderliche Strahllänge zu erreichen. Ebenso ist die Anwendung der Linsen 13 und 15 nicht zwingend. Weist jedoch das abzulesende Zeichen 5 eine sehr feine Struktur auf und ist das aus der Lichtquelle, beispielsweise dem Laser 10 austretende Lichtbündel 11 nicht genügend fein oder parallel, so kann eine solche oder äquivalente Linsenanordnung zur Erzeugung eines besonders feinen Abtastlichtflecks bzw. einer dünnen Abtastspur auf dem Zeichen 5 vorteilhaft sein.

2 0 9 G A 1 / Q B 1 1

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenigstens einen der Umlenkspiegel 12 und 14 ein wenig, beispielsweise einige Winkelgrade, in bezug auf die Senkrechte zur Grundplatte 9 zu neigen. Hierdurch kann nämlich erreicht werden, dass die Strahlenbündel II¹, II¹¹ schräg von der Grundplatte 9 weg verlaufen und sich von ihr entfernen, wodurch bei senkrechter Stellung der Spiegelfläche 16A zur Grundplatte 9 der Strahlablenkvorrichtung 16 das von ihr reflektierte Strahlenbündel II¹ " über die ihm sonst im Wege stehende Linse 15 und den Umlenkspiegel 14 hinwegstreicht.

Das Strahlenbündel II¹¹· ist gegen eine in Richtung des Spaltes 3_f also auch parallel zu den Rollen 2B und 2D angeordnete dritte Linse 17 gerichtet. Die dritte Linse 17 ist vorteilhafterweise eine Zylinderlinse, deren Länge mindestens gleich der Abtastamplitude des Strahlenbündels II'¹' am Ort der Linse 17 ist. Die Linse 17 wirkt als Sendelinse.

Aus der durch eine Fläche der dritten Linse 17 gebildeten Schmalseite des den Sendesträi. erzeugenden Bauteils IA tritt der Sendestrahl 7 aus. Der Sendestrahl 7 wird in der Bezugsebene 6 fokussiert. In der Bezugsebene 6 oder innerhalb vorbestimmter räumlicher Grenzen ausserhalb der Bezugsebene 6 befindet sich gemäss Fig. 1 eine Begrenzungsfläche einer schematisch angedeuteten Ware 4 an der das abzulesende, optisch erkennbare Zeichen 5

ι η α ο /. 1 / η R 1 1

angebracht ist. Die genannte Begrenzungsflache liegt vorzugsweise horizontal. Es ist aber zufolge des schrägen Einfalles des SendestrahHß 7 auch eine Schrägstellung der genannten Begrenzungsfläche innerhalb vorbestimmter Grenzen zulässig.

Die Abtastung erfolgt derart, dass das von der Strahlablenkvorrichtung 16, beispielsweise einem rotierenden Spiegelrad, kommende Strahlbündel II¹'^! periodisch über die der Strahlablenkvorrichtung 16 zugekehrte Schmalseite der dritten Linse 17 streicht.

Infolge der Fokussierung des Sendestrahls 7 in der Bezugsebene 6 erzeugt der Sendestrahl auf einem dort angeordneten Zeichen 5 einen feinen Lichtfleck bzw. eine feine Abtastspur.

Aus dem von der abgetasteten Fläche der Ware 4 bzw. des Zeichens 5 im wesentlichen diffus reflektierten Licht wird ein Empfangsstrahlenbündel 18 gebildet, dessen Hauptstrahl 19 unter einem Winkel /2 zur Bezugsebene-lTormale 8 verläuft.

Das Empfangsstrahlenbündel 18 ist gegen eine vierte Linse gerichtet, welche als Sammellinse 20 wirkt. Die Sammellinse 20, vorzugsweise ebenfalls eine Zylinderlinse, ist parallel zur dritten Linse 17 angeordnet« Zwischen der dritten Linse 17 und der Sammellinse 20

Λ f\ Λ Λ

ist vorteilhafterweise eine lichtabsorbierende Schicht angeordnet, um den Uebertritt von Licht aus dem Sendeßtrahlenbündel in das EmpfangsstrahlenbUndel zu verhindern .

Von der Sammellinse 20 wird das EmpfangsstrahlenbUndel erfindungsgemäss durch eine Blende 21 und vorzugsweise durch eine Abbildungsvorrichtung 22, beispielsweise eine weitere Linse oder einen Hohlspiegel, einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung 23 zugeführt.

Ein elektrisches Ausgangssignal der photoelektrischen Empfangsvorrichtung 23 kann einem Verstärker 24 zugeführt sein, bevor es in bekannter Weise beispielsweise einem Computer zur Auswertung zugeführt wird.

Die Fig. 2 zeigt ein Prinzipschema des Empfangsstrahlenganges. Sich entsprechende Teile sind in Fig. 2 gleich bezeichnet wie in Fig. 1. Das Strahlenbündel 11''' trifft auf die dritte Linse 17. Aus dieser tritt der Sendestrahl 7 aus. Die dritte Linse 17 fokussiert den Sendestrahl 7 vorzugsweise innerhalb eines räumlichen Tiefenbereiches T, welcher der Bezugsebene 6 zugeordnet ist. Die Anordnung ist jedoch so getroffen, dass eine einwandfreie Ablesung eines im Tiefenbereich T verweilenden oder bewegten Zeichens 5 auch dann noch gewährleistet ist, wenn das Zeichen etwas aus der Bezugsebene 6 gekippt ist oder sich in irgend einem Bereich

zwischen den den Tiefenbereich T begrenzenden Flüchen 6' und 6¹¹ befindet. Wie dies im einzelnen geschieht wird im folgenden näher beschrieben.

Parallel zur dritten Linse 17 ist die vierte Linse, die Sammellinse 20 als Empfangslinse angeordnet. Die Sammellinse 20 ist vorzugsweise eine Zylinderlinse mit ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene stehender Achse. Die Sammellinse 20 kann auch torische Gestalt aufweisen. Die Brennlinie 25 der Sammellinse 20 befindet sich deutlich vor der Bezugsebene 6, derart, dass die in den Ebenen 6' und 6' ' liegenden Punkte X-, bzw. X_? zwischen der Linse 20 und der Empfangsvorrichtung 23 bei X' bzw. X' abgebildet werden.

Erfindungsgemäss ist in der zur Empfangsvorrichtung gekehrten Brennebene der Sammellinse 20 eine Blende

26 angeordnet, deren längliche Oeffnung 27 derart bemessen ist, dass das von der äussersten Begrenzungsebene 6'' ausgehende Lichtbündel 28 die Blendenöffnung

27 gerade noch voll ausleuchtet.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird dieses einen Oeffnungswinkel U aufweisende Lichtbündel 28 durch eine Luke 29 bestimmt, die sich vor der Sammellinse 20 befindet. Die Luke 29 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei Umlenkrollen 2B und 2D bzw. die darüber laufenden Förderbänder 2A und 2C der

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Fördereinrichtung 2 (vergl. Fig. 1) gebildet. Diese Luke 29 kann jedoch auch durch andere Begrenzungskanten der Lesevorrichtung gebildet sein.

Es sei ein in der vorderen Begrenzungsebene 6¹ liegender Punkt Χ-, betrachtet. Das von diesem Punkt X-, auf die Sammellinse 20 fallende Lichtbündel 30 hat einen wesentlich grösseren Oeffnungswinkel als U, wirksam wird jedoch nur der den Oeffnungswinkel U aufweisende Teil dieses Lichtblindels 30. Der Rest wird durch die Blende 26 abgedeckt. Die Folge ist, dass von allen zwischen den Begrenzungsebenen 6' und 6'' liegenden Punkten der gleiche Lichtstrom durch die Blendenöffnung 27 gelangt.

Die Blende 26 wird durch eine weitere optische Abbildungsvorrichtung 33, vorzugsweise durch eine weitere Zylinderlinse oder torische Linse in die Empfangsvorrichtung 23 abgebildet.

Nach Fig. 3 erweitert sich die längliche Oeffnung 27 der Blende 26 beidseits der Mittelquerachse 31. Dies hat den Zweck, bei seitlich von dor Mittelquerachse ausgelenkten Lichtpunkten etwas grössere Lichtströme zur Empfangsνorrichtung 23 gelangen zu lassen. Dies kann erwünscht sein, wenn das Empfangsstrahlenbündel aus seitlichen Abtastlagen zufolge schiefer Orientierung des Sendestrahls und/oder des Enipfangsstrahlenbündels

ο η α Q /. 1 /ηκ¹ 1

einen geringeren Lichtstrom umfasst. Mt der variablen Oeffnung 27 in der Blende 26 gemäss Fig. 3 kann auch eine Richtungsabhängigkeit der Empfangsvorrichtung 23 ausgeglichen werden. Eine solche Richtungsabhängigkeit kann beispielsweise durch ein zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses der Empfangsvorrichtung dieser vorgesetztes Linienfilter 32 verursacht sein. Durch eine Blende gemäss Fig.. 3 wird eine verminderte Durchlässigkeit des Linienfilters 32 bei geändertem Einfallswinkel des auftreffenden Lichtes kompensiert.

Wesentlich ist, dass die Blende 26 innerhalb des zur Empfangsvorrichtung 23 gelangenden Lichtstromes angeordnet ist bei der dargestellten Ausführung mit Zylinderlinsen 20 und 33 kommt es nur auf eine Ausleuchtung der Belndenöffnung 27 in Richtung der in Fig. 23 dargestellten Mittelquerachse 31 an.

Die Brennlinie 25 der Sammellinse 20 liegt bevorzugt zwischen den Umlenkrollen 2B und 2D, während die vordere Begrenzungsebene 6¹ des Tiefenbereiches T mit der die Waren 4 tragenden Fläche der Förderbänder 2A und 2C zusammenfällt.

Die Blende 26 verursacht eine für alle zu berücksichtigenden Lagen des Abtastlichtpunktes angenähert gleiche Eintrittspupille der Sammellinse 20.

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Claims

Patentanspructe

Ij Lesevorrichtung für insbesondere einer Ware zugeordnete und an dieser angebrachte, optisch erkennbare Zeichen, welche innerhalb eines vorbestimmten Tiefenbereiches um eine Bezugsebene herum vorliegen können und mittels eines Lichtfleckes abgetastet werden, mit einer photoelektrischen Empfangsvorrichtung, welche einen Teil des von den Zeichen zurückgeworfenen Lichtes aufnimmt und ein dem auffallenden Lichtstrom entsprechendes elektrisches Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Bezugsebene ( 6 ) und die Empfangsvorrichtung ( 25) eine Sammellinse ( 20 ) eingeschaltet ist, in deren der Empfangsvorrichtung ( 23 ) zugewandter Brennebene im Bereich des zur Empfangsvorrichtung ( 25) verlaufenden Lichtstromes eine Blende ( 26 ) mit einer derartig bemessenen Oeffnung ( 27 ) angeordnet ist, dass ein von der am weitesten entfernt gelegenen Ebene ( 6¹¹) des Tiefenbereiches (T) ausgehendes Lichtstrahlenbündel ( 28 ) zur Empfangsvorrichtung ( 25 ) die Blendenöffnung ( 27 ) dies in der Querrichtung zumindest voll ausfüllt.

2. Lesevorrichtung nach Einspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (20) eine Zylinderlinse mit sich in Afotastrichvung erstreckender Achse ist.

3. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e :α η zeichnet, daß die Sammellinse (20) eine tore ic ehe Linse ist.

¹V. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η a e i c Ia η e t, daß die Blende (20) eine parallel zur Abtastiachtung verlaufende längliche Öffnung (27) aufweist.

5. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 4-, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die längliche Öffnung (27) sich beidseits der Hittelquerachse derart verändert, daß eine Einfallswinkel-Abhängigkeit der Empfindliclüreit der Empfangsvorrichtung (2$) "bzw. eines davor angeordneten Interferenzfilterε (52) und/oder eine Intensitätsänderung des einfallenden Lichtes mindestens teilweise kompensiert uird·

6. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aie Blende mittels eines Abbildungssystems (53) in die ibVnfangrvorrichtung (23) abgebildet ist.

7. Lesevorrichtung naca Anspruch 1 und 6, dadurch g e k e η η ξ f i c j η e t, daß da?: Abbildungssystem eine Zylinderlinse (35) ist.

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ö. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) der Sammellinse (20) in unmittelbarer Nähe der den Tiefenbereich (T) zur Linse hin begrenzenden Ebene (6') liegt.

9. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennz eichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) außerhalb des Tiefenbereiches (T) liegt.

10. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesung durch einen zwischen der Bezugsebene und der genannten Linse liegenden Spalt erfolgt und daß die durch den Spalt gebildete Luke (29) das von der äußersten Ebene (6") des Tiefenbereiches (T) ausgehende Lichtstrahlenbündel (28) höchstens so stark beschneidet, daß es die Blendenöffnung (27) in der Querrichtung noch voll ausleuchtet.

11· Lesevorrichtung nach Anspruch 1und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luke (29) durch einen Unterbruch in einer Fördereinrichtung (2) gebildet ist.

12. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Luke (29) durch zwei von je einem Förderband bedeckten Umlenkrollen (2B, 2D) gebildet ist.

13· Lesevorrichtung nach Anspruch 1 und 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Sammellinse (20) abgewancite i'läche der ii'örder'bänder (2A, 2C)

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mit der die linsenseitige Begrenzung des TieXenbereiches (ΐ) bildenden Ebene (6¹) zusammenfällt.

14. Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt bzw. die Brennlinie (25) der Sammellinse (20) innerhalb der Luke (29) liegt.

Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Sammellinse (20) J? - 20 mal so

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groß/wie die Luke (29)-