Moin! Ich habe eine Schaltung mit einem PIC18 µC der ca. 10 MOSFETs ansteuert. Die Schaltung ist Battereiegetrieben und soll in einem kleinen Kunststoffgehäuse sein mit den Dimensionen der PCB von ungefähr 6x8cm. Es besteht keine Luftzirkulation über der Platine, da keine nennenswerte Leistung freigesetzt wird. ESD aus der Luft sollte also nicht das Thema sein. Zum ESD Schutz der Schaltung möchte ich Bidirektionale ESD Dioden verwenden, das der ESD Puls, falls einer mal auftritt, auch wirklich kurzgeschlossen und somit ungefährlich wird. Jetzt meine Frage: Reicht es wenn ich die Versorgungsspannung des µC mit der ESD Diode schütze und zugleich alle Gateanschlüsse mit einem 100Ohm Widerstand versehe, oder macht man immer an jedes Gate eine Schutzdiode? Wie gesagt gibt es keine langen Verbindungen auf der PCB. Danke für Eure Ratschläge.
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Ist dir bekannt, dass der Mikrocontroller bereits ESD Schutzdioden enthält? Selbst wenn es nicht so wäre, bräuchte man zumindest den Schaltplan, um dazu etwas hilfreiches zu sagen. Denn es gibt weder ein allgemeines überall gleich existentes ESD Problem, noch eine allgemein gültige Lösung. Man muss schon wissen, gegen welche konkreten Feinde man sich wappnen will. Fange mal damit an, alles genauer zu betrachten, was außerhalb des Gehäuses angeschlossen wird und wo die Leitungen liegen. Wenn sich alles innerhalb des Gehäuses abspielt und dieses keiner ungewöhnlichen Umgebung ausgesetzt ist, dann sind gar keine Maßnahmen nötig.
Bene R. schrieb: > Reicht es wenn ich die Versorgungsspannung des µC mit der ESD Diode > schütze und zugleich alle Gateanschlüsse mit einem 100Ohm Widerstand > versehe Ähm, das ist nicht für ESD. Du brauchst sowieso nur die von aussen zugänglichen Anschlüsse zu schützen. Und wenn der eine die Versorgungsspannung, abgeblockt mit einem Elko nach Masse, eventuell noch eine Verpolschutzdiode davor und einen Spannungsregler dahinter, dann ist das schon robust, und der Drain-Anschluss eines Leistungs-MOSFETs ist auch nicht besonders ESD empfindlich, leitet verpolt nach Masse und ist eventuell avalanche-resistent. Interesanter ist die Störausstrahlung wenn der MOSFET mit schneller PWM geschaltet wird und der Kunde lange Kabel dran machen kann, dann ist geringere Flankensteilheit durch Gate-Vorwiderstand ggf. sinnvoll. Die 100R wären aber eher zur Istillationsverhinderung (Dämpfung) wenn der MOSFET analog angesteuert wird - was wohl nicht der Fall ist.
Bene R. schrieb: > ESD aus der Luft sollte also nicht das Thema sein. Richtig, denn dazu sind auch viel größere Strukturen und gewaltige bewegte Luftmassen nötig. Denn auch beim sprichwörtlichen "Sturm im Wasserglas" zucken keine Blitze. > Zum ESD Schutz der Schaltung möchte ich Bidirektionale ESD Dioden > verwenden, das der ESD Puls, falls einer mal auftritt, auch wirklich > kurzgeschlossen und somit ungefährlich wird. Du siehst das insgesamt ein wenig zu einfach. In echt kannst du am einen Ende (nennen wir es A) einer Leiterbahn eine Störung einkoppeln und am anderen Ende (heißen wir es B) der Leiterbahn sitzt deine "ESD-Ableitdiode". Die leitet dann auch vorschriftmäßig ab, und trotzdem ist das IC kaputt, das nahe bei A sitzt. Weil nämlich die Ableitdiode am falschen Ende sitzt und durch die Leiterbahninduktivität in ihrer Wirkung gebremst wird. > Wie gesagt gibt es keine langen Verbindungen auf der PCB. Was auf der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses sitzt, ist erst mal vor einer statischen Entladung geschützt. Was nicht geschützt ist, sind Anschlüsse nach draußen. Und die muss man sich ansehen und ggfs. so dicht wie möglich am Platinenrand/Gehäuserand abblocken. MaWin schrieb: > Istillationsverhinderung Das hört sich echt fachgerecht an. Das muss ich mir merken, denn das kann man sicher hie und da mal geschäftig einwerfen, so wie "Issolanporzellatoren"... ;-)
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Lothar M. schrieb: > MaWin schrieb: >> Istillationsverhinderung > Das hört sich echt fachgerecht an. Da du es offenbar verstanden hast: erklärst du es mir und anderen Unwissenden? Mawin kann man ja nicht fragen, der ist nach seinen wertvollen Beiträgen immer gleich wieder weg und bei einem anderen wichtigen Thema.
Dieter R. schrieb: > Da du es offenbar verstanden hast: erklärst du es mir und anderen > Unwissenden? Weil es das Wort überhaupt nicht gibt, es sich aber so anhört, als ob es das Wort geben könnte und man davon wissen müsste, traut sicher keiner zu fragen und es kehrt Ruhe ein... ;-) Gemeint war an der Stelle aber schlicht "zur Oszillationsverhinderung" weil das I direkt neben dem O sitzt und das T direkt neben dem Z.
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Dieter R. schrieb: > erklärst du es mir und anderen Unwissenden? Wenn du Lothars Beispiel des "Issolanporzellators" berücksichtigst, freut der sich einfach über seltsame, nicht exisiterende Fremdwörter, die aber doch nach besonderm Fachwissen aussehen. Bei den "Istillationen" dürfte es sich um Oszillationen ("schwingen, schwanken") oder gar um Scintillationen („funkeln, flackern") handeln, welche es zu verhindern gilt. Fehlgeleitete Eingabehilfen und Rechschreibkorrekurprogramme sind immer wieder gut für soche Kreationen.
Lothar M. schrieb: > Weil ... es sich aber so anhört, als ob es > das Wort geben könnte und man davon wissen müsste, traut sicher keiner > zu fragen und es kehrt Ruhe ein... ;-) Erwischt
Lothar M. schrieb: > zur Oszillationsverhinderung Gut geraten. Aus Osz wurde Ist weil die Touchflächen so nah beieinanderliegen.
mit einem kleinen Kerko belastest du die elektrostatischen Entladung so stark das die Spannung ausreihend runtergezogen wird. man könnte den PIN so auslegen
1 | PinB1 o----R1--------R2------o |
2 | |
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3 | C
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4 | |
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5 | GND
|
Thomas O. schrieb: > man könnte den PIN so auslegen und wer schützt R1 vor ESD oder Überschlägen zwischen den Pins. (falls es kein Drahtwiderstand ist?) Gruß Anja
Anja schrieb: > Thomas O. schrieb: >> man könnte den PIN so auslegen > > und wer schützt R1 vor ESD oder Überschlägen zwischen den Pins. (falls > es kein Drahtwiderstand ist?) > > Gruß Anja Wozu? R1 ist ja nur dazu da das Teil das den Eingang treibt davor zu schützen das der direkt auf einen C schalten muß... (Reedkontakte, Schalter,,, was auch immer) Die Spannungsabsenkung macht der C durch den kapazitiven Spannungsteiler mit der ESD-Quelle... und ein normaler 0805 oder gar 1206 hat mit einem Funken der über die Pins springt, solange es nicht ESD - Dauerfeuer ist,- kein Problem - solange R1 nach der 5000sten ESD-Entladung nicht auf 0,01% genau bleiben muß... ESD ist ja - abgesehen bei falsch konstruierten Rohrpostsystem ohne Ableitstrecken vor den RFID-Spulen - kein Dauerzustand und da nimmt man da einen ausreichend dimensionierten Ferrit und einen ebenso ausreichend dimensionierten C und eine Handvoll Dioden um das Thema vom Tisch bzw. uC zu bekommen... und wenn dann die Zweifel immer noch hoch sind das da was schneller als erwartet altern wird nimmt man halt für R1 pulsfeste Widerstände...
Anja schrieb: > und wer schützt R1 vor ESD oder Überschlägen zwischen den Pins Du vergisst das wir hier minimale Maßnahmen diskutieren, weil wahrscheinlich überhaupt kein Schutz nötig ist. Wenn man über mehr diskutiert, sollte man vorher in Erfahrung bringen, wovor man genau schützen will, welche Ausfallquote akzeptable ist und was es kosten darf.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Ist dir bekannt, dass der Mikrocontroller bereits ESD Schutzdioden > enthält? Meines wissens sind es im µC jedoch keine Bidirektionalen Dioden die einen Spannungspuls kurzschließen sondern eher zwei Dioden die Spannungsspitzen eher in Form eines Rail-to-Rail Schutz an die Versorgung ableiten. Dann müssen diese Spannnungsspitzen auf der Versorgungsleitung nochmal extra behandelt werden sonst können Sie (besonders) dort viel Schaden anrichten.
Bene R. schrieb: > Dann müssen diese Spannnungsspitzen auf der Versorgungsleitung nochmal > extra behandelt werden sonst können Sie dort viel Schaden anrichten. Theoretisch schon, aber dort an den Versorgungsleitungen muss ja nach üblichen Designrichtlinien direkt zwischen Vcc und GND ein Blockkondensator direkt am IC sitzen. Der nimmt die restliche Energie auf. Wer solche Kondensatoren nicht hat, der ist eh' selbst schuld.
Lothar M. schrieb: > Du siehst das insgesamt ein wenig zu einfach. In echt kannst du am einen > Ende (nennen wir es A) einer Leiterbahn eine Störung einkoppeln und am > anderen Ende (heißen wir es B) der Leiterbahn sitzt deine > "ESD-Ableitdiode". Die leitet dann auch vorschriftmäßig ab, und trotzdem > ist das IC kaputt, das nahe bei A sitzt. Weil nämlich die Ableitdiode am > falschen Ende sitzt und durch die Leiterbahninduktivität in ihrer > Wirkung gebremst wird. Danke Lothar für deine sehr gute Beschreibung! Ich habe die ESD Dioden instinktiv bis jetzt beim Layouten mit genau dem Denken Platziert als ob der ESD Puls sich wie eine Welle im System ausbreitet und da spielt es natürlich eine Rolle an welcher Position die Diode verbaut ist. Dein Kommentar bestätigt mich nochmal das es wohl nicht so verkehr war ;-) > Was auf der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses sitzt, ist erst mal > vor einer statischen Entladung geschützt. Was nicht geschützt ist, sind > Anschlüsse nach draußen. Und die muss man sich ansehen und ggfs. so > dicht wie möglich am Platinenrand/Gehäuserand abblocken. Ich habe einen Sensor der "von draußen" kommt, der ist schon mit Dioden geschützt, die Versorgungsspannung ebenfalls, bei den restlichen MOSFETs war ich mir eben nicht sicher, da sie ja innerhalb des Gehäuses sind. Leider ist das ganze ja Batteriebetrieben und es gibt leider kein extra Batteriefach. Somit muss ich davon ausgehen das beim wechseln der Batterien eine Berührung der PCB stattfindet und somit muss ich den Schutz wohl doch vorsehen.
Lothar M. schrieb: > Theoretisch schon, aber dort an den Versorgungsleitungen muss ja nach > üblichen Designrichtlinien direkt zwischen Vcc und GND ein > Blockkondensator direkt am IC sitzen. Der nimmt die restliche Energie > auf. Wer solche Kondensatoren nicht hat, der ist eh' selbst schuld. Die obligatorischen 100nF an jedem IC sind ja selbstverständlich. Ich dachte bei denen aber immer an die Glättung von Stromspitzen bei Schaltvorgängen. Klar wirken die auch niederohmigh auf schnelle Pulse aber irgendwie vertraue ich der Diode eine bessere Performance zu was ESD angeht als dem 100nF.
Bene R. schrieb: > Klar wirken die auch niederohmig auf schnelle Pulse aber irgendwie > vertraue ich der Diode eine bessere Performance zu was ESD angeht als > dem 100nF. Ich traue dem Kondensator mehr, denn du musst dir einfach mal die Daten so einer ESD-Diode anschauen. Eine 5V Diode lässt da locker mal 10V zu, bis sie halbwegs leitet. Ein Kondensator in der passenden Größe (z.B. 100nF) nimmt aber die Energie aus dem 150pF Kondensator des ESD-Generators (*) auf und macht aus den 6kV schon mal ungefährlichere 9V (Ladung im 150pF Kondensator wird umgeladen in 100150pF --> 6kV / ((100nF+150pF) / 150pF) = 9V). Und wenn dann noch irgendwelche Widerstände und Leitungsinduktivitäten mit reinspielen (z.B. Umladeverluste von 150pF auf 100nF über den 300R-Widerstand), gewinnt der Kondensator beim Überspannungsschutz garantiert. Bene R. schrieb: > mit genau dem Denken Platziert als ob der ESD Puls sich wie eine Welle > im System ausbreitet und da spielt es natürlich eine Rolle an welcher > Position die Diode verbaut ist Du kommst zwar zum selben Ergebnis, dein Gedankengang ist allerdings falsch. Natürlich hat der ESD-Impuls eine Laufzeit, aber relevant ist hier die Leitungsinduktivität. Denn frei nach dem Motto der Angelsachsen: "Each mm has its nH" kommen da bei 10cm Leitungslänge schon mal 100nH zusammen. Und wenn du dann dann einen Strom von 22A mit einer tr von 1ns hast (*), dann kommst du (überschlägig) auf einen Spannungsabfall von z.B. U = 100nH * 22A / 1ns = 2200V über diese Induktivität :-o Wenn die Diode also am falschen Leiterbahnende sitzt, dann hast du an der Diode 10V und am anderen Ende der Leiterbahn 2200V mehr. So ist es also schlecht:
1 | ESD Puls Leiterbahn |
2 | _/\_ >--------o-------------100nH----------o--------- |
3 | | | | | |
4 | 2210V | '-> IC-Eingang ESD-Schutz | 10V |
5 | v | v |
6 | GND GND GND |
So ist es besser:
1 | Leiterbahn ESD Puls |
2 | -------o-------------100nH-----------------o------< _/\_ |
3 | | | | | |
4 | 10V | '->IC-Eingang 10V | ESD-Schutz |
5 | v v | |
6 | GND GND GND |
(*) siehe z.B. den Stromverlauf auf https://www.langer-emv.de/de/page/ic-messtechnik/83/esd-pulseinkopplung-iec-61000-4-2-set-p331-2/48
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Bene R. schrieb: > Leider ist das ganze ja Batteriebetrieben und es gibt leider kein extra > Batteriefach. Somit muss ich davon ausgehen das beim wechseln der > Batterien eine Berührung der PCB stattfindet ... Das ist ein sehr übles Szenario. Eine Schaltung derart sichern, dass man an beliebiger Stelle eine ESD injizieren kann, ohne, dass etwas kaputt geht, halte ich für unmöglich (wenn die Schaltung komplexer ist als LED mit Vorwiderstand). Ich würde alle Leitungen, die anfassbar sind (sprich: hinein-/hinausgehen) und die Batterieanschlussleitungen schützen und ansonsten irgendwie eine mechanische Barriere als Berührschutz der restlichen Schaltung innerhalb des Gehäuses herstellen. Sonst bleibt bei Batteriewechsel nur, wenn Du selber der einzige Benutzer bist, immer vorsichtig zu sein (evtl. mit Erdungsarmband), wenn der Benutzerkreis klein und fachkundig genug ist: diesem nahezulegen, das selbe zu tun. Ansonsten, tja...!
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Thomas O. schrieb: > man könnte den PIN so auslegen ... Anja schrieb: > und wer schützt R1 vor ESD oder Überschlägen zwischen den Pins. (falls > es kein Drahtwiderstand ist?) > > Gruß Anja Das tut nichts zur Sache des TO aber grundsätzlich: Anja hat recht. Widerstände in den Weg eines ESD-Stromes zu legen, ist meistens nicht sinnvoll. Man muss ich klar machen, dass hier Spannungen im kV-Bereich und Ströme im A-Bereich auftreten. Der Widerstand müsste ziemlich groß sein, um überhaupt sinnvoll zu begrenzen und zudem impulsfest. Damit nach Umladung in das C an selbigem eine hinreichend kleine Spannung anliegt, muss dieses groß genug sein. Zusammen haben wir dann einen Tiefpass, der den Signalpfad negativ beeinflusst. Sinnvoller ist es, am Eintrittsort der Leitung eine ESD-Schutzdiode gegen GND und danach einen Widerstand in Reihe, der den Strom in die IC-eigenen Schutzdioden begrenzt. Der Widerstand kann in diesem Falle viel kleiner sein, da durch die ESD-Schutzdiode aussen nur noch eine sehr viel kleinere Überspannung anliegt.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Ist dir bekannt, dass der Mikrocontroller bereits ESD Schutzdioden > enthält? Auch dazu von mir noch eine Bemerkung: die meisten ICs enthalten heute Schutzbauteile. Diese dienen jedoch meist ausschließlich dazu, die Bauteile in vernünftig ESD-geschützter Umgebung ohne übertrieben aufwendige Schutzmethoden gefahrlos verarbeiten zu können. Sie schützen nicht gegen ESD bei hohen Spannungen. Wenn im Datenblatt so Sachen stehen wie: "Human body model +/-4kV" oder gar weniger, dann sollte man das Bauteil als ungeschützt betrachten und unbedingt äussere Schutzbauteile vorsehen, sofern die entsprechenden Anschlüsse über Leitungen nach aussen anfassbar sind.
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Angehängte Dateien:
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Beruehrungsschutz.jpg
130 KB
M.A. S. schrieb: > Ich würde alle Leitungen, die anfassbar sind (sprich: > hinein-/hinausgehen) und die Batterieanschlussleitungen schützen und > ansonsten irgendwie eine mechanische Barriere als Berührschutz der > restlichen Schaltung innerhalb des Gehäuses herstellen. Dünnes Board (FR4 0,6 mm) drüber, im Gehäuse eingeklemmt oder auf Abstandsbolzen zusammen mit den Befestigungsschrauben des eigentlichen Boards. Kann man sich bei der nächsten Board-Bestellung in China für wenig Geld in beliebiger Form passend fräsen lassen, mit Ausschnitten für Batteriehalterung, Steckverbinder oder was auch immer.
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wenn nur eine Kerko reicht um den ESD Puls zu schlucken ist es ja gut. So impulsfeste Widerstände sind jetzt aber auch nicht so die Seltenheit und werden in dem Fall auch nicht so hochohmig dimensioniert. Panasonic oder TDK haben soetwas. In der Realität wird das kaum auftreten, wenn man aber mit der ESD Pistole mal Dauerfeuer gibt, wird die Spannung am Kerko immer höher, wenn da kein Widerstand davor sitzt der die Energie in Wärme wandelt. Deswegen wäre es schon gut wenn man die Energie in einem Widerstand verheizt. Wie der Begrenzungswiderstand bei jeder Z-Dioden Schaltung. Die Flanke dürfte mit Widerstand doch schon etwas weicher werden.
Bene, woher kommt deine panische ESD-Angst? Tausche lieber niemals die Batterien der TV-Fernbedienung ohne Schutzanzug. Batterieanschluß ist niederohmig, da passiert nix. Deine FET werden vom MC angesteuert, also Ausgänge. Da passiert nix. Bau deine Bastelschachtel zusammen und schlafe ruhig. Das ESD-Gespenst ist weg.
M.A. S. schrieb: > Anja hat recht. Selbst wenn die Schaltung schön ist, kann jedoch auch der Aufbau Mist sein. Falsche Masseleitungen usw. können auch viel Spaß machen.
michael_ schrieb: > Bene, woher kommt deine panische ESD-Angst? > Tausche lieber niemals die Batterien der TV-Fernbedienung ohne > Schutzanzug. > > Batterieanschluß ist niederohmig, da passiert nix. > Deine FET werden vom MC angesteuert, also Ausgänge. Da passiert nix. > > Bau deine Bastelschachtel zusammen und schlafe ruhig. > Das ESD-Gespenst ist weg. Zugegeben, lustiges Bild was du da zeichnest! Wer sagt denn was von Panik? Man nennt es Erfahrung! Der ein oder andere kennt es vielleicht - Immer, wenn du beim Entwickeln in einer bestimmten Sache ein etwas ungutes Gefühl hast und dich dann selbst beruhigst mit "wird schon gutgehen, tritt eh so gut wie nie auf", genau dann kneifts dich genau an dieser Stelle und im Nachhinein ärgerst du dich warum du dich nicht etwas genauer mit diesem Punkt befasst hast, schließlich hat man schon insgeheim ein ungutes Gefühl gehabt. Übrigens, bei einer Fernbedienung kannst du die Platine nicht berühren nur die Battereiekontakte und die sind geschützt! Eine ESD Diode kostet 0.002€, wenn später die Platinen permanent ausfallen weil Opa die Batterie mit dicken Findern in Nylon-Jogginhosen wechselt, dann hast du die 0.002€ nochmal vor deinem geistigen Auge und ...
Bene R. schrieb: > Eine ESD Diode kostet 0.002€,... Donnerwetter, solche Einkaufskonditionen hätt' ich auch gern. Bei mir ist es ca. um den Faktor 20 teurer, und das bei ganzen 3000er Reels... ;) Ansonsten sehe ich das ganz genau so wie Du (selbst wenn die ESD-Schutzdiode noch teurer wäre).
Thomas O. schrieb: > wenn nur eine Kerko reicht um den ESD Puls zu schlucken ist es ja gut. > So impulsfeste Widerstände sind jetzt aber auch nicht so die Seltenheit > und werden in dem Fall auch nicht so hochohmig dimensioniert. Panasonic > oder TDK haben soetwas. > > In der Realität wird das kaum auftreten, wenn man aber mit der ESD > Pistole > mal Dauerfeuer gibt, wird die Spannung am Kerko immer höher, wenn da > kein Widerstand davor sitzt der die Energie in Wärme wandelt. Deswegen > wäre es schon gut wenn man die Energie in einem Widerstand verheizt. Wie > der Begrenzungswiderstand bei jeder Z-Dioden Schaltung. Die Flanke > dürfte mit Widerstand doch schon etwas weicher werden. Du hast vergessen das hinter dem R2 in der Skizze der uC sitzt. Und der hat Ableitdioden, die das bissi Strom locker ableiten... Wenn Du dich auch davor fürchtest weil das uc-System UltraLowPower ist und mit nur 10uA über die Runden kommt und der Ableitstrom über die Dioden daher die Versorgung anhebt... na dann schaltest halt eine ausreichend dimensionierte TVS mit 10V direkt auf den Eingang.... Thema quasi erledigt. iaW: ESD ist die - mit Abstand - am einfachsten in den Griff zu bekommende Störung wenn man einmal verstanden hat das sie sauschnell ist aber fast keine Energie ins System hineinbringt.
M.A. S. schrieb: > Stefan ⛄ F. schrieb: >> Ist dir bekannt, dass der Mikrocontroller bereits ESD Schutzdioden >> enthält? > > Auch dazu von mir noch eine Bemerkung: die meisten ICs enthalten heute > Schutzbauteile. Diese dienen jedoch meist ausschließlich dazu, die > Bauteile in vernünftig ESD-geschützter Umgebung ohne übertrieben > aufwendige Schutzmethoden gefahrlos verarbeiten zu können. Sie schützen > nicht gegen ESD bei hohen Spannungen. Das kann ich unterstreichen. Die ESD Dioden im IC dienen nur dazu das der IC den Transport aus der Produktion zum Kunden überlebt. Sie dienen nicht dazu für irgendwelche Zweck entfremdeten Schaltungsschutzmaßnahmen des Kunden eingesetzt zu werden.
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