DE2264031A1

DE2264031A1 - Verfahren zur auswertung einer wechselspannung

Info

Publication number: DE2264031A1
Application number: DE2264031A
Authority: DE
Inventors: Gert Dipl Ing Krings
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1974-07-18
Also published as: IL43889A; SE397412B; NL7317691A; NL166830C; IL43889A0; DE2264031B2; NL166830B; JPS4999208A; BE809260A; IT1000761B; FR2212550B1; GB1451816A; FR2212550A1

Description

Verfahren zur Auswertung einer Wechselspannung

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung einer Wechselspannung mit, insbesondere in der
NF-Lage gelegener, in Stufen veränderbarer Frequenz. Dabei ist die Wechselspannung insbesondere eine zur Pegelüberwachung und/oder Pegelregelung dienende Pilotspannung.

Man kann zum Zwecke der Fernmeldung, . Fernsteuerung oder dgl. Steuerfrequenzen in der V/eise übertragen, daß .je
nach der zu übertragenden Information eine von mehreren
möglichen Frequenzen gesendet wird. Dabei kann es in
einer Station z.B. von Interesse sein, zu ermitteln, welche der möglichen Frequenzen empfangen wird. Andererseits kann auch der Fall vorliegen, daß von mehreren auf einer Übertragungsstrecke gelegenen Stationen jede auf eine eigene Frequenz ansprechen soll, so daß es genügt, festzustellen, ob diese eine Frequenz empfangen wird oder nicht.

Aus den Unterrichtsblättern der Deutschen Bundespost,
Ausgabe B, Fernmeldevvesen, Nr. 9> 1959» Seite 175 ist
es bereits bekannt, in Einrichtungen der TF-übertragungstechnik zur Überwachung von Kachrichtenwegen Pilotfrequenzen einzuspeisen und an geeigneter Stelle deren Pegel zu messen. Zu diesem Zweck wird die Pilotspannung durch ein steiles, schmalbandiges Filter ausgesiebt, verstärkt und gleichgerichtet. Wegen der durchweg relativ hohen Pilotfrequenzen können zur Erzeugung der Pilote Quarzgeneratoren verwendet werden, die eine hohe Frequenzkonstanz aufweisen. Auf der Empfangsseite kommen z.B. Quarzfilter zur
Anwendung.

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Es ist ferner bereits bekannt (DT-OS 2 044 001), bei einer Einrichtung zur pilotgesteuerten Ersatzschaltung von NF-Übertragungswegen einen Pilot zur Übermittlung von vier Informationen über den Zustand zweier Übertragungskanäle heranzuziehen. Dabei kann der Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmen, die bei 300 Hz, 315 Hz, 330 Hz und 345 Hs liegen.

Man kann mit Hilfe einer in der Frequenz umsteuerbaren Pilotspannung zugleich durch Auswertung des Pilotpegels eine Pegelmessung bzw. Pegelregelung vornehmen und durch Auswertung der Frequenz Steuerkriterien, insbesondere für Ersatzschaltungszwecke, gewinnen. Verwendet man dabei in den Pilotempfängern Bandpässe, so ergibt sich ein relativ großer Schaltungsaufwand, wenn mehrere benachbarte Pilotfrequenzen mit größeren Toleranzen behaftet sind.

Eine Verwendung einfacher Schwingkreise als Frequenzdiskriminatoren ist insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als bei hoher Güte des Schwingkreises bereits geringe Frequenzabweichungen genügen, um ein sicheres Ansprechen des Frequenzdiskriminators in Frage zu stellen und bei einer Verwendung von Schwingkreisen geringerer Güte ein fehlerhaftes Ansprechen der den Schwingkreisen nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen nur dann sicher vermieden werden kann, wenn der Abstand der Steuerfrequenzen entsprechend groß gewählt ist. Dies bedingt jedoch einen Bedarf an Bandbreite, der in vielen Fällen nicht zur Verfügung steht, insbesondere dann, wenn in einem Niederfrequenzübertragungskanal unterhalb des Sprachbandes noch mehrere Steuerfrequenzen übertragen werden sollen.

Weitere Schwierigkeiten können sich ergeben, wenn der Pilotpegel Schwankungen unterworfen ist, die sich auf die Frequenzauswertung auswirken können.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der vorstehend näher "bezeichneten Art zu schaffen, das im Hinblick auf Toleranzen der auszuwertenden Frequenzen und auf Pegelschwankungen der Wechselspannung eine möglichst sichere Signalgabe gestattet.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß die Wechselspannung je vorgesehener Frequenz einem auf diese Frequenz abgestimmten Schwingkreis zugeführt wird und durch Gleichrichtung der Schwingkreisspannung en gewonnene Gleichspannungen abhängig von ihrem Y/ert eine Signalgabe steuern, und daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz durch Vergleichen der Gleichspannungen geprüft wird, ob die aus dem Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz in der Größe dieser Frequenz gewonnene Gleichspannung die größte der Gleichspannungen ist, und daß ein positives Ergebnis dieser Prüfung als Auslösekriterium für die Signalgabe dient und daß bei zusätzlicher Auswertung des Pegels der V/echseispannung eine eigene, innerhalb des Variationsbsreiches der Frequenz frequenzunabhängige Pegelauswerteschaltung vorgesehen ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine besonders große Sicherheit bei der Signalgabe auch bei relativ großen Abweichungen der Frequenz vom Sollwert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sowohl für die Erzeugung als auch für die Auswertung der Frequenzen ein besonders geringer Aufwand erforderlich ist. Dieser Vorteil wirkt sich in besonderem Maße aus, wenn die Frequenz im NF-Bereich gelegen ist, da in diesem Frequenzbereich die Realisierung steiler Filter und frequenzgenauer Generatoren mit besonders großem Schaltungs- und Platzaufwand verbunden ist. Weiterhin ist das Verfahren besonders unempfindlich gegen Frequenzverwerfungen,

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mit denen zu rechnen ist, sobald der Pilot über eine TP-Strecke geführt wird.

Man kann den Vergleich der Gleichspannungen so vornehmen, daß in einer ersten Stufe jede Gleichspannung mit jeder anderen verglichen wird und daß die Ergebnisse dieser Vergleiche in einer zweiten Stufe miteinander logisch verknüpft v/erden. So kann z.B. mit Hilfe eines Und-Gatters festgestellt v/erden, ob alle Vergleiche einer Gleichspannung mit den anderen Gleichspannungen zumErgebnis geführt haben, daß diese Gleichspannung die größere ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich das Verfahren dadurch weiter vereinfachen, daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz die aus dem zugehörigen Schwingkreis gewonnene Gleichspannung mit dem zuordnungsfrei gewonnenen Maximalwert der anderen Gleichspannungen verglichen wird. In diesem Zusammenhang ist unter einer zuordnungsfreien Gewinnung der Gleichspannung eine solche Gewinnung zu verstehen, deren Ergebnis der Maximalwert für sich allein, d.h. ohne Informationen über die Zuordnung dieses Wertes zu einer bestimmten Schwingkreisfrequenz ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter V/eise eine besonders einfache Art des Vergleichs insbesondere dann, wenn nach dem Verfahren nur beim Vorhandensein einer bestimmten von mehreren möglichen Frequenzen ein Signal abgegeben werden soll, wie dies insbesondere bei einzelnen Stationen eines Signalübertragungsweges der Fall ist, die jeweils nur auf eine bestimmte Frequenz ansprechen sollen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens derart

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ausgebildet, daß für den Vergleich ein Spannungsdiskriminator mit einer durch eine Steuerspannung steuerbaren Ansprechschwelle vorgesehen ist und daß an den einen Eingang des Spannungsdiskriminators die eine und an den zusätzlichen Eingang für die Steuerspannung die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen gelegt ist.

Für den Fall, daß der Spannungsdiskriminator durch einen mit zwei Transistoren aufgebauten Schmitt-Trigger gebildet ist, wird die Ermitterverbindung der beiden Transistoren zweckmäßigerweise, insbesondere über einen Widerstand, an den zusätzlichen Eingang geführt. Dient als Spannungsdiskriminator eine Operationsverstärkerschaltung, so wird zweckmäßigerweise dem einen Eingang des Operationsverstärkers die eine und dem anderen Eingang die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Gleichspannungen zugeführt.

Ferner kann man zur zuordnungsfreien Gewinnung des Maximalwertes der anderen Gleichspannungen jede dieser Gleichspannungen über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode an einen gemeinsamen Anschluß führen, so daß an diesem Anschluß der Maximalwert auftritt.

Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Signalgabe in Abhängigkeit von der in vier Stufen veränderbaren Frequenz einer Wechselspannung,

Fig. 2 einen Schmitt-Trigger mit steuerbarer Ansprechschwelle und

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Fig. 3 einen mit einem Operationsverstärker aufgebauten Spannungsdiskriminator mit steuerbarer Ansprechschwelle.

In Fig. 1 ist als Teil einer Einrichtung zur Umschaltung eines gestörten Übertragungsweges auf einen Ersatzweg eine Auswerteschaltung gezeigt, die sowohl den Pilotpegel als auch die jeweilige Frequenz unabhängig voneinander anzeigt, dargestellt. Bei dieser Einrichtung wird ein Pilot außer zur Pegelauswertung auch zur Übertragung von vier Informationen über den Zustand zweier Nachrichtenübertragungswege benutzt. Zu diesem Zweck kann der Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmen, die bei f1 = 300 Hz, f2 = 315 Hz, f3 = 330 Hz und f4 = 345 Hz liegen.

In der dafür nötigen Auswerteschaltung ist die Pegelmessung von der Frequenzerkennung getrennt. Dies ermöglicht in dem Teil, der die gesendete Frequenz auswertet, die Verwendung von Schwingkreisen mit geringer Güte. Durch Vergleich der gleichgerichteten Ausgangsspannungen der verschiedenen Schwingkreise miteinander kann die jeweilige Frequenz innerhalb einer großen Pegel- und Frequenztoleranz eindeutig angezeigt werden. Zur Pegelmessung wird die Pilotspannung frequenzunabhängig gleichgerichtet.

Auf der in Fig. 1 nicht näher dargestellten Sendeseite der Einrichtung wird aus dem NF-Band ein Bereich von 300 Hz bis 350 Hz durch eine Bandsperre ausgespart. Hinter der Bandsperre wird der Pilot eingespeist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird auf der Empfangsseite dieser Bereich und damit auch der Pilot durch einen Bandpaß 2 wieder ausgesiebt.

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Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fall vor, daß zusätzlich zu der Frequenzauswertung bzw. Frequenzerkennung auch eine Pegelauswertung vorgesehen ist. Für Anwendungsfälle, bei denen nur die Frequenzerkennung allein von Interesse ist, kann die Pegelmessung entfallen. Die eigentliche Pegelmessung ist von der Frequenzmessung getrennt. Die Pilotspannung wird in der Schaltung zur Mittelwertgleichrichtung gleichgerichtet, so daß an deren Ausgang eine frequenzunabhängige Gleichspannung U_ zur Verfügung steht.

Für jede der vier vorgesehenen Frequenzen ist auf der Empfangsseite ein auf dieser Frequenz abgestimmter Schwingkreis vorgesehen. Mit diesen Schwingkreisen 4-1 bis 44, die eine Güte von etwa 30 besitzen, wird festgestellt, welche Frequenz gesendet wird. Die V/echselspannungen, die an den voneinander entkoppelten Parallelschwingkreisen abfallen, werden mit den Gleichrichtern 51 bis 54 gleichgerichtet. Ist eine der Frequenzen f2 bis f4 vorhanden, so soll eine Signalgabe veranlaßt werden. Zu diesem Zweck ist je eine Signalgabe veranlassender Frequenzen ein Schnitt-Trigger vorgesehen, wobei der Eingang el des Schmitt-Triggers 61 an den Gleichrichter 52, der Eingang e2 des Schmitt-Triggers 62 an den Gleichrichter 53 und der Eingang e3 des Schmitt-Triggers 63 an den Gleichrichter 54- direkt angeschlossen ist. An den Ausgängen al bis a3 der Schmitt-Trigger 61 bis 63 wird digital angezeigt, welche der Frequenzen f2 bis f4 gesendet wird.

Die Schmitt-Trigger 61 bis 63 besitzen noch einen zweiten Eingang s, mit dem die Ansprechschwelle eingestellt werden kann. Beispiele für Spannungsdiskriminatoren mit steuerbarer Ansprechschwelle sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt.

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Das Vorhandensein der Frequenz f1 soll dagegen keine Signalgabe veranlassen. Aus diesem Grunde ist für die Frequenz f1 kein eigener Schmitt-Trigger vorgesehen. Das Vorhandensein der Frequenz f1 wird dadurch erkannt, daß die Ausgänge al bis a3 kein Signal abgeben.

Auf diese Weise ist eine Identifizierung, d.h. Peststellung welche der Frequenzen die größte Gleichspannung erzeugt, mit Hilfe einer Zahl von Spannungsdiskriminatoren möglich, die der um eins verminderten Zahl der Frequenzen ist. Zur Feststellung, ob eine bestimmte Frequenz vorhanden ist, ist nur ein einziger Spannungsdiskriminator erforderlich.

Da die Schwingkreisgüten gering sind, wirken sich Frequenz- und toleranzbedingte Schwankungen nur gering auf die Aus·- gangsgleichspannungen aus. Die Ausgänge der Gleichrichter 51 bis 54 sind über die Dioden 611 bis 613; 621 bis 623; 631 bis 633 in der in Fig. 1 dargestellten V/eise verknüpft und an die Eingänge si bis s3 der Schmitt-Trigger 61 bis 63 geführt, so daß die Ansprechschwellen mit der Höhe des Pegels verändert v/erden. Die Verknüpfung ist so vorgenommen, daß jeder Gleichrichter jeweils über eine eigene Diode an die Steuereingänge aller Schmitt-Trigger geführt ist mit Ausnahme eines gegebenenfalls mit dem Eingang unmittelbar an diesen Gleichrichter angeschlossenen Schmitt-Triggers. So ist z.B. der Gleichrichter 52 über die Dioden 622 und 632 an die Eingänge s2 und s3 der Schmitt-Trigger 62 und 63 geführt.

Die Ausgangsspannung eines Gleichrichters verschiebt damit die Schwellen der Schmitt-Trigger, deren Eingänge nicht mit diesem Gleichrichter verbunden sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß jeweils die höchste der vier gleichgerichteten Spannungen die Schwellen der übrigen

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Schmitt-Trigger soweit erhöht, daß sie nicht ansprechen können, obwohl sie von den ihnen zugeordneten Schwingkreisen infolge der geringen Güte eine Spannung erhalten. Die Güte der Schwingkreise ist so bemessen, daß unter Berücksichtigung n;öglicher Frequenzabweichungen und Schwingkreistoleranzen für den Arbeitsbereich in der Umgebung des Resonanzpunktes der Schwinkreiskurve ein Sicherheitsabstand vom Schnittpunkt der Resonanzkurve mit der benachbarten Resonanzkurve eingehalten wird.

Der in Pig. 2 gezeigte Schmitt-Trigger ist mit den Transistoren 21 und 22 aufgebaut, deren Emitter unmittelbar miteinander verbunden und über den Widerstand 27 an die negative Versorgungsspannung geführt sind. Die Eingangsspannung Uj, gelangt über den Widerstand 24 an die Basis des Transistors 21, die über den Widerstand 25 mit negativer Vers orgungsSpannung verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 21 ist über den Widerstand 23» der Kollektor des Transistors 22 über den widerstand 28 an positive Versorgungsspamrung geführt. Die Basis des Transistors ist einerseits über den Widerstand 26 an den Kollektor des Transistors 21 und andererseits über den Widerstand 22 an negative Versorgungsspannung gelegt.

Bei diesem Schmitt-Trigger ist die Emitterverbindung der Transistoren 21, 22 über den Y/iderstand 30 an einen zusätzlichen Steuereingang angeschlossen. Kit Hilfe der an den Steuereingang gelegten Spannung Ug läSt sich die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers steuern. Auf diese V/eise laßt sich erreichen, daß der Schmitt-Trigger nur dann anspricht, wenn die Eingangs spannung U-g größer als die Steuerspannung Ug ist.

Da die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers abhängig von der eingestellten Schwellenspannung ist, wird

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zweckmäßigerweise eine in der Figur nicht näher dargestellte Schaltstufe nachgeschaltet, die eine schwellwertunabhängige Spannung abgibt.

Der in Fig. 3 gezeigte Spannungsdiskriminator nach Art eines Schmitt-Triggers ist mit Hilfe des Operationsverstärkers 16 aufgebaut und läßt sich mit besonders geringer Leistung steuern. Der Minuseingang des Operationsverstärkers 16 ist über den Widerstand 13 an die negative Versorgungsspannung U^ geführt, die halb so groß ist wie die Versorgungsspannung U-g des Operationsverstärkers. Der Minuseingang liegt daher, solange die Dioden 611 bis 613 gesperrt sind, auf mittlerem Potential. Pur die vom Gleichrichter 2 aus über den Widerstand 12 an den Pluseingang geführte Gleichspannung wirkt der Operationsverstärker 16 als nicht invertierender Verstärker.

Der Operationsverstärker 16 ist dadurch rückgekoppelt, daß sein Ausgang über den aus den Widerständen 17 und bestehenden Spannungsteiler an Masse gelegt und der Abgriff dieses Spannungsteilers über den Widerstand 15 mix dem Pluseingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Der Pluseingang ist ferner über den Kondensator 19 an den Minuseingang und über den Widerstand 14 an Versorgungsspannung geführt. Die Widerstände 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler, mit dem die Ansprechschwelle festgelegt wird.

Für die an den Pluseingang geführte Gleichspannung verhält sich die beschriebene Schaltung wie ein Schmitt-Trigger.

Zur Steuerung der Ansprechschwelle des Spannungsdiskriminators wird der mit Hilfe der Dioden 611 bis 613 gebildete Maximalwert der anderen Gleichspannungen über den Widerstand 11 an den tlinuseingang geführt. Dabei bilden die

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Yfiderstände 11 und 13 einen Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Steuerspannung am Minuseingang so eingestellt wird, daß der Spannungsdiskriminator dann nicht anspricht, wenn der genannte Maximalwert größer als die vodi Gleichrichter 51 abgegebene Gleichspannung ist.

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Pat entansprü ehe

1. Verfahren zur Auswertung einer Wechselspannung mit, insbesondere in der KP-Lage gelegener, in Stufen veränderbarer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung je vorgesehener Frequenz (f1 bis f4) einem auf diese Frequenz (f1 bis f4) abgestimmten Schwingkreis (U1 bis U4) zugeführt wird, und durch Gleichrichtung (Gleichrichter 51 bis 54) der Schwingkreisspannungen gewonnene Gleichspannungen abhängig von ihren V/ert eine Signalgabe steuern, und daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz (f2 bis f4) durch Vergleichen der Gleichspannungen geprüft wird, ob die aus dem Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz (i? bis f4) in der Größe dieser Frequenz (f2 bis i'4) gewonnene Gleichspannung die größte der Gleichspannungen ist, und daß ein positives Ergebnis dieser Prüfung als AuslösekriteriuK für die Signalgabe dient und daß bei zusätzlicher Auswertung des Pegels der Wechselspannung eine eigene, innerhalb des Variationsbereiches der Frequenz frequenzunabhängige Pegelauswerteschaltung (3 ) vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz (f2 bis f4) die aus dem zugehörigen Schwingkreis (42 bis 44) gewonnene Gleichspannung mit dem zuordnungsfrei gewonnenen Maximalwert der anderen Gleichspannungen verglichen wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennz ei chn et , daß für den Vergleich ein

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Spannungsdiskriminator (61 "bis 63) mit einer durch eine Steuerspannung steuerbaren Ansprechschwelle vorgesehen ist und daß an den einen Eingang (el bis e3) des Spannungsdiskriminators die eine und an den zusätzlichen Eingang (si bis s3) für die Stexierspannung die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen gelegt ist (Pig. 1).

Scha.ltungsanordnung nach Anspruch 3» d a d u r c.h gekennzei chnet , daß der Spannungε-diskriminator durch einen ir.it zwei Transistoren (21, 22) aufgebauten Schmitt-Trigger gebildet ist, bei dem die Ermitterverbindung der beiden Transistoren (21, 22), insbesondere über einen Widerstand (30), an den zusätzlichen Eingang (s) geführt ist (Fig. 2).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» dadurch ge ken η zeichnet , daß als Spannungsdiskriminator (61) eine Operationsverstärkerschaltung dient, bei der dem einen Eingang des Operationsverstärkers die eine und dem anderen Eingang die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Gleichspannungen zugeführt ist.

Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zuordnungsfreien Gewinnung des Maximalwertes der anderen Gleichspannungen jede dieser Gleichspannungen über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode (611 bis 613; 621 bis 623; 631 "bis 633) an einen gemeinsamen Anschluß geführt ist, so daß an diesem Anschluß (S1 bis S3) der Maximalwert auftritt.

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7. Verfahren oder Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei vier vorgesehenen Frequenzen 300 Hz, 315 Hz, 330 Hz und 345 Hz die Schv/ingkreisgüte etwa 30 "beträgt.

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