DE2459751A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen von signalen mit zunehmender frequenz und von signalen mit abnehmender frequenz - Google Patents

Schaltungsanordnung zum erzeugen von signalen mit zunehmender frequenz und von signalen mit abnehmender frequenz

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DE2459751A1 DE19742459751 DE2459751A DE2459751A1 DE 2459751 A1 DE2459751 A1 DE 2459751A1 DE 19742459751 DE19742459751 DE 19742459751 DE 2459751 A DE2459751 A DE 2459751A DE 2459751 A1 DE2459751 A1 DE 2459751A1
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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Description

*nnv.Vi,- T.R. T, WIJ/WJM/MELS
' /,kie No.j PHN-7564 ·
16. Dez. 1974 6-12-
"Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Signalen mit zunehmender Frequenz und von Signalen mit abnehmender Frequenz". .
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung zum in aufeinanderfolgenden und gleichen Zeitintervallen Erzeugen -von Signalen mit zunehmender Frequenz und von Signalen mit abnehmender Frequenz an einem Paar Ausgangsklemmen, wobei die zunehmenden und abnehmenden Frequenzen gegenüber einer bestimmten Frequenz komplementär sind, wobei diese Anordnung zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren enthält, die durch von einem Taktimpulsgenerator synchronisierten Steuergenerator entnommene Steuersignale gesteuert werden.
Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt
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-Z-
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und werden in Datenübertragungssystemen verwendet, wobei die zu übertragenden 1- und O-Bits durch den zunehmenden bzw. abnehmenden Frequenzhub vertreten werden. Ein derartiges System ist im Artikel von G.David, M.Duquenne und Cl.Olier mit dem Titel: "Transmission radio electrique
au moyen d'une modulation lineaire en frequence" beschrieben worden, welcher Artikel in der Zeitschrift "L'onde
electrique" vom Monat März 1971 erschienen ist.
Um die Anforderung der Komplementarität
der Signale mit zunehmender Frequenz und der Signale mit abnehmender Frequenz erfüllen zu können, müssen die Kennlinien der Einzelteile, die die Oszillatoren und den
Steuergenerator bilden, äusserst sorgfältig gepaart werden, was bei der Herstellung, der Verwendung und der Instandhaltung zu. Schwierigkeiten führt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung der obengenannten Art, die von den
Kennlinien der verwendeten Einzelteile nahezu unabhängig ist und die Übergangserscheinungen, die an den Enden der obengenannten Zeitintervalle auftreten können, praktisch völlig vermeidet.
Die erfindungsgemasse Anordnung weist
das Kennzeichen auf, dass jeder der Generatoren in eine
zugehörende Phasenregelschleife aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler versehen ist und dass der Steuergenerator vom digitalen
Typ und zum Erzeugen von zwei Paaren digitaler Signale
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eingerichtet ist, deren Wert in jedem der genannten Intervalle zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt, wobei ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren zugeführt wird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, dass sie sich im Arbeitsgebiet ihrer Phasenregelschleife befinden.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen erhält man, dass der Aufbau und die gute Wirkung der Anordnung nicht mehr von der sorgfältigen Paarung der verwendeten Einzelteile abhängig ist und dass die Komplementarität nicht mehr durch Änderungen der Kennlinien dieser. Einzelteile beeinflusst wird.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen
kann ausserdem ein verhältnismässig grosser Frequenzhub verwirklicht werden, was bei den obengenannten Datenübertragungssystemen die Übertragungsqualität und -sicherheit fördert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung,
Fig. 2 einen in Einzelheiten dargestellten Steuersignalgenerator,
Fig. 3a und 3b die Frequenzänderung der Signale an den Ausgangsklemmen der in Fig. 1 dargestellten
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Schaltungsanordnung,
Fig. 4 eine bevorzugte Aus führung sf" orm einer, erfindungsgemässen Schaltungsanordnung,
Fig. 5a und 5t> Änderungen der Frequenz
der Signale an den Ausgängen der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung.
In Fig. 1 sind 1 und 1' ein Paar spannungsgesteuerte Oszillatoren, deren Ausgangssignale an den Klemmen 2 bzw. 21 auftreten. Diese Oszillatoren werden in ihrer Frequenz gesteuert durch Steuerspannungen, die von einem Steuergenerator 3 erzeugt werden und an den Ausgängen 4 bzw, 4f des Steuergenerators 3 auftreten.
Während einer Aufeinanderfolge gleicher
Zeitintervalle T bewerkstelligt der Steuergenerator, dass das Ausgangssignal, das an einer der Klemmen 2 oder 21 auftritt, in der Frequenz linear zunimmt und das an der anderen Klemme auftretende Ausgangssignal in der Frequenz linear abnimmt und zwar derart, dass diese in ihrer frequenz schwankenden Ausgangssignale gegenüber einer Frequenz entsprechend dem doppelten Wert einer bestimmten zentralen Frequenz komplementär sind.
Nach der Erfindung wird eine besonders
günstige und durchaus vorteilhafte Schaltungsanordnung erhalten, wenn jeder der Oszillatoren 1 und 1' in eine zugehörende Phasenregelschleife 6 bzw, 61 aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler 7 bzw. 71 versehen ist und wenn der
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Steuergenerator 3 vom digitalen Typ und zum Erzeugen von zwei Paaren digitaler Signale an den Ausgängen K und h% für das eine Paar und an den Ausgängen 8 und 81 für das andere Paar versehen ist, wobei der Wert dieser digitalen Signale in jedem der genannten Intervalle zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt und ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern 7j 7' zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren 1 und 1' zugeführt wird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, dass sie sich im Arbeitsgebiet der Phasenregelschleife befinden.
Ausser den obengenannten Elementen enthalten die Phasenregelschleifen 6 bzw. 6* üblicherweise eine Phasenverglteichsanordnung 9 bzw. 9' und ein Tiefpassfilter 10 bzw. 10'; die Bezugsfrequenzquelle 11 ist den beiden Schleifen 6 und 6' gemein.
Die Oszillatoren 1 und 1' enthalten einen abstimmbaren Kreis, in dem der Abstimmkondensator eine Kapazitätsdiode enthält. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsanordnung wird dieser Diode zugeführt, damit der Wert der Kapazität g-eändert wird, während die digitalen Signale an den Ausgängen k und hl zum Schalten der jeweiligen Induktanzen, die auf diese Weise in den abstimmbaren Kreis aufgenommen werden, dienen.
In Fig. 2 ist der Steuersignalgenerator in Einzelheiten dargestellt. Er enthält einen Vorwärts-Rückwärtszähler 12, dessen Eingang mit dem Ausgang des
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Taktimpulsgenerators 5 verbunden ist, während die Ausgänge dieses Zählers 12 mit vier Codewandlern 13, 13*, 1*4 und I51 verbunden sind, deren Ausgänge die obengenannten
Ausgänge 8 bzw. 8' und k bzw. k% bilden. ■.
Der Eingangscode dieser Wandler ist der
Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers 12. Die Wandler
werden durch Festspeicher gebildet, wozu der Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers als ^Adresse dient. Der Ausgangscode kann vom Benutzer gewählt werden; diese Festspeicher können von verschiedenem Typ sein, wie beispielsweise die durch die Bezeichnung ROM oder PROM bekannten Speicher, die sich leicht programmieren lassen. Der Vorwärts -Rückwärts zähler ist ein Modulo-M-Zähler. Unter Ansteuerung der vom Taktimpulsgenerator 5 gelieferten Impulse nimmt dieser Zähler die den aufeinanderfolgenden
Zahlen entsprechenden Zustände an: ... 2, 1, 2, 3» ···
M-2, M-1, M, M-T .;. 2, 1, 2 ... d.h., dass, wenn der
Vorwärts-Rückwärtszähler 12 die äusserste der Zahl 1 entsprechende Stellung erreicht, dieser die Vorwärtslage
einnimmt und dass, wenn die andere äusserste der Zahl M entsprechende Stellung erreicht wird, er die Rückwärtslage einnimmt.
Zur Erläuterung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung wird vorausgesetzt, dass der Wandler 13' auf einfache Weise durch ein Netzwerk gebildet wird, das.die Eingänge und die Ausgänge dieses Wandlers 13"
miteinander verbindet, d.h., dass der Teiler 7'
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FPHN. 7'56k.
— ν —
Ausgangsfrequenz des Oszillators 1' durch jede Zahl m, die der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthalten kann, teilt der Wandler 13 ist derart, dass die Zahl, die die Frequenz des Oszillators 1 teilt, das Komplement von m gegenüber / M ist; d.h., dass die Frequenz des Oszillators 1 durch M-m geteilt wird.
Die Frequenz des vom Taktimpulsgenerator
M 5 gelieferten Signals, die dem Wert — entspricht, ist derart, dass die Phasenregelschleife zwischen zwei aufeinanderfolgenden von diesem Taktimpulsgenerator 5 gelieferten Impulsen gerade genügend Zeit hat, den stabilisierten Zustand zu erreichen.
Die Phasenregelschleife will ständig in
den stabilen Zustand gelangen? sobald dieser erreicht ist teilen die Frequenzteiler die Oszillatorausgangsfrequenz durch eine Zahl, die um eine Einheit von der vorhergehenden Zahl abweicht; auf diese Weise wird die Frequenz des Oszillators 1 bzw. 1' .... durch die Ansprechzeit der Schleifen 6 bzw. 6' "geglättet" und auf diese Weise werden die Frequenzübergänge verringert und dadurch der Pegel der unerwünschten Harmonischen.
Die Wandler 14 und 14' sind derart ausgebildet, dass bei jedem Wort m im Vorwärts-Rückwärtszähler 12 der Oszillator automatisch auf eine derartige Frequenz abgestimmt wird, dass man der Sache sicher ist, dass die Phasenregelschleife 6 oder 6' effektiv wirksam sein kann.
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FPHN. 756h. 6-12-1974.
Wenn der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 sich in der Vorwärtslage befindet und die Zahl m von 0 bis M zunimmt, nimmt die Frequenz f des Oszillators 1 von einem
fr /
Wert entsprechend —— bis zu einem Wert fr ab. (fr ist die
Frequenz des von der Bezugsfrequenzquelle Ϊ1 gelieferten Signals), während die Frequenz f des Oszillators 1* von einem Wert entsprechend fr bis zu einem Wert entsprechend
—rr abnimmt. Die Änderungen der Frequenzen der von den Oszillatoren 1 und 1· gelieferten Signale sind in Fig. 3a und 3b als Funktion der Zeit dargestellt.
Diese graphischen Darstellungen zeigen,
dass man zu jedem Augenblick über ein Signal mit zunehmender Frequenz sowie über ein Signal mit abnehmender Frequenz verfügt und dass diese Signale immer gegenüber (M + 1) fr komplementär sind.
Fig. k zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, wobei entsprechende Teile aus den vorhergehenden Figuren mit denselben Bezugszeichen angegeben sind.
In dieser in Fig. k dargestellten Schaltungsanordnung ist in jede der Phasenregelschleifen 6 und 6' eine Mischstufe I5 bzw. I51 aufgenommen, von der ein Eingang mit dem Ausgang des Oszillators 1 bzw. 1· verbunden ist und von der ein zweiter Eingang an den Ausgang der Ortsquelle 16 bzw. 16' angeschlossen ist. Die genannten Ortsquellen 16 und 16' liefern je ein Ausgangssignal, die eine mit einer Frequenz fm und die andere
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_ 9 —
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mit einer Frequenz fm. Die Oszillatoren 1 und 11 liefern Signale mit f bzw. f. An dem Ausgang der Mischstufe enthält man ein Signal, dessen Frequenz dem Wert
fM = f - fm entspricht, <
am Ausgang der Mischstufe 15* erhalt man ein Signal, dessen Frequenz dem Wert
f'M = fm - f entspricht.
Die Codewandler 13 und 13', die einen Teil
des Steuersignalgenerators 3 bilden, werden je durch einen Addierer 17 bzw. 17" gebildet; der Addierer 17 zählt zum Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers 12 eine Zahl N1, die in einem Register 18 gespeichert ist, während der Addierer 17* zum Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers 12 eine Zahl N2 addiert, die in einem Register 18· gespeichert ist. Der Taktimpulsgenerator 5 wird durch die Bezugsquelle 11 gebildet, an deren Ausgang ein Frequenzteiler 19 angeschlossen ist, der die Taktfrequenz halbiert. Der Ausgang dieses Teilers ist mit dem Eingang des Zählers 12 verbunden.
Zwischen den Ausgang der Oszillatoren 1
und 1 I: und die Ausgangsklemmen 2 und 2" ist ein fester Frequenzteiler 20 bzw. 20' aufgenommen, von dem jeder Ausgang mit den Eingängen eines Schalters 21 verbunden ist, wobei die Ausgänge dieses Schalters 21 mit den Klemmen 2 und 2« verbunden sind.
In dieser bevorzugten Ausführungsform enthält jeder Oszillator 1 und 1' einen Digital-Analog-
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wandler 22 und 22·, deren Eingänge mit den Ausgängen k und 4· verbunden sind. Die Ausgangsspannung dieses Wandlers 22 und 22' beeinflusst die Kapazitätsdioden, die einen Teil des Abstimmkondensators bilden, wobei der andere Teil des Abstimmkondensators ebenfalls durch Kapazitätsdioden gebildet wird, die die Regelspannungen von den Schleifen 6 und 6« erhalten.
Wenn vorausgesetzt wird, dass fr die Frequenz, des von der Bezugsquelle 11 gelieferten Signals ist und dass m die Zahl ist, die der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthält, so entsprechen die Frequenzen f und f' der Oszillatoren 1 bzw. 1' den nachfolgenden Werten:
f = fm - (m + Nl) fr
f« = fm + (m + N2) fr
Die Frequenzen F unf Fs der Signale am Ausgang der festen Teiler 20 und 20·, die durch P teilen, entsprechen den nachfolgenden Werten:
™ fm - (m + Ni) fr
_ fm. H- (m + N2> fr P
Diese beiden Frequenzen F und F1 sind gegenüber der Frequenz Fc komplementär:
„ fm + fm + (N2 - N1 ) fr ic= p
Die obenstehende Gleichung 5) zeigt, dass die Komplementär!tat erfüllt wird, da Fc nur von den Frequenzen fm, fm und fr, die völlig stabil sind, und von den Zahlen N2, N-1 und P, die völlig definiert sind,
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abhängig ist.
In der in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform entspricht die Frequenz des am Ausgang des Frequenzteilers 19 auftretenden Signals dem Wert fr/2, d.h., dass die Zahl M, die die Maximalzahl ist, die der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthalten kann und damit zusammenhängend die Anzahl Schritte, die zum Erhalten des Frequenzhubes A f notwendig sind, dem nachfolgenden Wert entspricht:
M = (fr.T)/2
sowie
M = f r
Ausgehend von diesen Gleichungen erhält man:
fr2 = - . AF.P
M2 = (Ρ.ΔΡ.Τ)/2
Diese letzte Gleichung zeigt, dass man für einen gegebenen Frequenzhub Δί die Anzahl Schritte vergrössern kann und zwar durch die Teiler 20 und 20'; diese Vergrösserung der Anzahl Schritte verringert die jeweiligen Übergänge und dadurch den Pegel der Harmonischen der von der Anordnung gelieferten Ausgangssignale.
Andererseits wird durch die in den Mischstufen 15 und 15» bewerkstelligte Frequenzüberlagerung der Oszillatorfrequenz erreicht, dass die Frequenzteiler 7 und 7» verhältnismässig einfach sein können.
Damit immer systematisch pro Zeitintervall
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FPHN. 7564.
12 -
T an einer der Ausgangsklemmen ein Signal mit zunehmender Frequenz und an der anderen Klemme ein Signal, mit abnehmender Frequenz verfügbar ist verwendet man den Schalter 21, der durch ein dem Vorwärts-Rückwärtszähler entnommenes Signal gesteuert wird, wobei dieses Signal für die augenblickliche Lage (vorwärts oder rückwärts) des Zählers 12 repräsentativ ist. Die an den Klemmen 2 und 21 auftretenden Signale haben, wie Fig. 5a und 5b zeigen, Frequenzen, die als Funktion der Zeit in derselben Richtung variieren.
Der Inhalt der Register 18 und 18' kann •gewünschtenfalls mit anderen Zahlen N1 und N2 eingeschrieben werden um auf einfache Weise den Frequenzhub und/oder die komplementäre Frequenz Fc zu ändern.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die obenstehend beschriebene Ausführungsform,
So kann beispielsweise die Frequenz der von den Ortsquellen 16 und 16 * gelieferten Signale sowie die der am Ausgang der Mischstufen 15 und 15' auftretenden Signale gleich sein, während dagegen einer der Zähler 17 oder 17'■ durch eine Subtraktionsanordnung ersetzt sein kann.
Obschon Obenstehend eine Schaltungsanordnung beschrieben wurde, die Signale met einer linearen Frequenzänderung liefert, ist es durch die Erfindung ebenfalls möglich, Signale zu erzeugen, deren Frequenz sich entsprechend einem gegebenen Gesetz ändert; dazu kann man die jeweiligen Wandler auf geeignete Weise
·. .„ 509827/0622
ausbxlden.

Claims (1)

  1. FPHN. 7564,
    6-12-197^.
    PATENTANSPRÜCHE .
    Schaltungsanordnung zum in aufeinanderfolgenden und gleichen Zeitintervallen Erzeugen von
    Signalen met zunehmender Frequenz und von Signalen
    mit abnehmender Frequenz an einem Paar Ausgangsklemmen, wobei die zunehmenden und abnehmenden Frequenzen gegenüber einer bestimmten Frequenz komplementär sind, wobei diese Schaltungsanordnung zwei spannungsgesteuerte
    Oszillatoren enthält, die durch von einem Taktimpulsgenerator synchronisierten Steuergenerator entnommene
    Steuersignale gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Oszillatoren in eine zugehörende Phasenregelschleife aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler versehen ist und dass der Steuergenerator vom digitalen Typ und zum
    Erzeugen von zwei Paaren digitaler Signale eingerichtet ist, deren Wert in jedem der genannten Intervalle
    zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt,
    wobei ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren
    zugeführt wird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, dass sie sich in Arbeitsgebiet
    ihrer Phasenregelschleife befinden.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Steuergenerator einen
    Vorwärts-Rückwärtszähler zum Zählen vom Taktimpulsgenerator gelieferter Impulse, sowie vier an diesen Zähler
    50982 7/0 6 22
    FPHN. 7564,
    - 14 -
    angeschlossene Codewandler zum Liefern der genannten Paare von Steuersignalen enthält.
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Codewandler, die die Steuersignale zur Einstellung der einstellbaren-Frequenzteiler liefern von einem Addierer gebildet werden, in dem die Zahl des Vorwärts-Rückwärtszählers zu einer festen Zahl addiert wird.
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass in jede der Phasenregelschleifen eine Mischstufe aufgenommen ist, von der ein Eingang mit dem Ausgang des betreffenden Oszillators verbunden ist und von der der zweite Eingang mit einer Ortsbezugsigna'lquelle verbunden ist und von der der Ausgang an den einstellbaren Teiler angeschlossen ist.
    5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsbezugsignalquellen Signale mit untereinander verschiedenen Frequenzen liefern und dass die Komplementär!tat der Signale mit zunehmenden und abnehmenden Frequenzen verwirklicht worden ist durch die Tatsache, dass in der Mischstufe einer der Phasenregelschleifen die Ausgangsfrequenz des Oszillators dieser Schleife durch die Frequenz des Ausgangssignals der Ortsbezugssxgnalquelle herabtransponiert ist und dass in der Mischstufe der anderen Schleife die Frequenz des Ausgangssignals der anderen Ortsbezugssxgnalquelle durch die Frequenz des Ausgangs-
    50982 7/062 2
    FPHN. 7564.
    - 15 -
    signals des anderen Oszillators in der Frequenz herabtransponiert ist.
    6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komplementarität der / zunehmenden und abnehmenden Frequenz verwirklicht ist durch die Tatsache, dass einer der Wandler des Wandlerpaares, das die Steuersignale zur Einstellung der einstellbaren Teiler liefert, durch eine Subtrahieranordnung gebildet ist, in der die Zahl, die sich im Vorwärt s-Rückwärtszähler befindet, von einer ersten festen Zahl subtrahiert wird, während der andere Wandler durch einen Addierer gebildet wird, in dem die Zahl, die sich im'Vorwärts-Rückwärtszähler befindet, zu einer zweiten festen Zahl addiert wird.
    7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Oszillatoren über einen festen Frequenzteiler an eine Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
    509827/0622
    Leerseite
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