Schaltnetzteile und ihre Peripherie: Dimensionierung, Einsatz, EMV
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
2012
|
| Edition: | 5., aktualisierte und verb. Aufl. |
| Series: | Praxis
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Literaturverz. S. 309 - 310 |
| Physical Description: | XV, 316 S. Ill., graph. Darst. 24 cm |
| ISBN: | 3834816469 9783834816467 |
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VII
INHALT
VORWORT ZUR FUENFTEN AUFLAGE V
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 VORBEMERKUNG 1
1.2 STROMVERSORGUNGEN 3
1.3 PFC POWER-FACTOR-CORRECTOR 4
1.3.1 PROBLEMSTELIUNG 4
1.3.2 DEFINITION DES LEISTUNGSFAKTORS 4
1.3.3 GELTENDE NORM 6
1.3.4 LOESUNG DURCH PFC : 6
1.3.5 BETRIEBSARTEN ZUR LEISTUNGSFAKTORKORREKTUR 7
1.4 DIE LADUNGSPUMPE : 9
1.4.1 SCHALTUNGS BEISPIELE 9
1.4.2 WIRKUNGSGRAD UND AUSGANGSLEISTUNG EINER LADUNGSPUMPE 10
1.5 IDEALISIERUNG 11
2 DER ABWAERTSWANDLER 13
2.1 DER ABWAERTSWANDLER MIT NICHT LUECKEN DEM STROM 13
2.1.1 BERECHNUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 15
2.1.2 BERECHNUNG DER INDUKTIVITAET L 15
2.1.3 DIE GRENZE RUER DEN NICHT LUECKENDEN BETRIEB 16
2.1.4 DIE GROESSE DES AUSGANGSKONDENSATORS 17
2.1.5 ANALYTISCHE BERECHNUNG DES EFFEKTIVWERTES 19
2.1.6 NUMERISCHE BESTIMMUNG DES EFFEKTIVWERTES 20
2.2 DER ABWAERTSWANDLER MIT LUECKENDEM STROM 22
2.2.1 DER EINGANGSSTROM 23
2.2.2 DER AUSGANGSSTROM 23
2.2.3 DIE AUSGANGSSPANNUNG 23
2.2.4 GRENZE ZUM NICHT LUECKENDEN BETRIEB 24
2.2.5 TASTVERHAELTNIS IN ABHAENGIGKEIT DES AUSGANGSSTROMS 25
2.3 DER ABWAERTSWANDLER MIT UMSCHWINGKONDENSATOR 26
2.3.1 VORBEMERKUNG 26
2.3.2 SCHALTUNG BEIM ABWAERTSWANDLER 27
IMAGE 2
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
3 DER AUFWAERTSWANDLER 29
3.1 DER AUFWAERTSWANDLER MIT NICHT LUECKENDEM STROM 29
3.1.1 BERECHNUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 30
3.1.2 DER EINGANGSSTROM 31
3.1.3 BERECHNUNG DES AUSGANGSSTROMES 32
3.1.4 BERECHNUNG DER INDUKTIVITAET L 32
3.1.5 DIE GROESSE DER AUSGANGSKAPAZITAET 33
3.1.6 DIE GRENZE DES NICHT LUECKENDEN BETRIEBS 33
3.2 DER AUFWAERTSWANDLER MIT LUECKENDEM STROM 34
3.2.1 DIE STROMVERLAEUFE 34
3.2.2 BERECHNUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 35
3.2.3 NORMIERUNG 35
3.2.4 DIE GRENZE ZUM NICHT LUECKEN DEN BETRIEB 36
3.3 BIDIREKTIONALER ENERGIEFLUSS 38
4 DER MUITI-PARALIEL-WANDLER 41
4.1 DER EINFACH-SYNCHRONWANDLER : 41
4.1.1 DAS SCHALTBILD 41
4.1.2 DIE STROMVERLAEUFE 42
4.1.3 BERECHNUNG DER STROMEFFEKTIVWERTE 43
4.2 DER ZWEIFACH-SYNCHRONWANDLER 45
4.2.1 DAS SCHALTBILD 46
4.2.2 DIE STROMVERLAEUFE :.46
4.2.3 BERECHNUNG DER EFFEKTIVWERTE 47
4.2.4 DIE STROMVERLAEUFE FUER VR 0,5 48
4.3 VIERFACH-SYNCHRONWANDLER 49
4.3.1 DAS SCHALTBILD 50
4.3.2 DIE STROMVERLAEUFE FUER VR? 0,75 50
4.4 GEGENUEBERSTELLUNG DER ERGEBNISSE 51
4.5 SYNCHRONISATION VON MEHRFACHWANDLEM 53
4.5.1 I-I-MESSUNG 54
4.5.2 I-T-CONTROL 54
4.5.3 PWM-GESTEUERT : 56
4.6 VERGLEICH DER SYNCHRONISATIONSVERFAHREN 58
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
IX
5 DER INVERSWANDLER 59
5.1 DER INVERSWANDLER MIT NICHT LUECKENDEM STROM , 59
5.1.1 DIE AUSGANGSSPANNUNG 61
5.1.2 BERECHNUNG DER INDUKTIVITAET L 62
5.1.3 DIE GRENZE FUER DEN NICHT LUECKENDEN BETRIEB 63
5.2 DER INVERSWANDLER MIT LUECKENDEM STROM 64
6 DER SEPIE-WANDLER 67
6.1 DER SEPIE-WANDLER MIT NICHT LUECKENDEM STROM 67
6.1.1 BERECHNUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 67
6.1.2 DIE WICHTIGSTEN STROM- UND SPANNUNGSVERLAEUFE 68
6.1.3 DIE STROMRIPPEL 69
6.1.4 DIE BELASTUNG DER BAUELEMENTE 69
6.1.5 DIE GRENZE ZUM LUECKENDEN BETRIEB 70
6.2 DER SEPIE-WANDLER MIT POTENTIALTRENNUNG 70
7 DER CUK-WANDLER 71
7.1 DER CUK-WANDLER MIT POSITIVER AUSGANGSSPANNUNG 71
7.1.1 DIMENSIONIERUNG AUF KLEINE AENDERUNGEN DER ENERGIETRAGENDEN GROESSEN
71 7.1.2 DIMENSIONIERUNG AUF RESONANZ VON CS/L 2 71
7.1.3 STROMBELASTUNG VON L 2 : 74
7.1.4 STROMBELASTUNG VON C S 74
7.1.5 DIMENSIONIERUNG VON C SUND L 2 75
7.1.6 DIMENSIONIERUNG DER DIODE 75
7.1.7 ZUSAMMENFASSUNG DER EIGENSCHAFTEN DES CUK-WANDLERS 76
7.2 DER CUK-WANDLER MIT POTENTIALTRENNUNG 76
8 DER SPERRWANDLER 77
8.1 DER SPERRWANDLER MIT NICHT LUECKENDEM STROM 77
8.1.1 DIE AUSGANGSSPANNUNG 78
8.1.2 BERECHNUNG DER INDUKTIVITAET L 79
8.1.3 DIE GRENZE FUER DEN NICHT LUECKENDEN BETRIEB 80
8.2 DER SPERRWANDLER MIT LUECKENDEM STROM 81
8.2.1 BERECHNUNG DER AUSGANGSKENNLINIEN 82
8.3 BEISPIEL: SPERRWANDLER MIT ZWEI AUSGANGSSPANNUNGEN 85
8.4 DIMENSIONIERUNGSBEISPIEL 86
8.4.1 DIE QUANTITATIVEN STROM- UND SPANNUNGSVERLAEUFE 86
8.4.2 BERECHNUNG DER EFFEKTIVWERTE 87
8.4.3 DIMENSIONIERUNG DES TRAFOS 88
8.4.4 GEGENUEBERSTELLUNG DER VERLUSTE 90
IMAGE 4
X
INHALTSVERZEICHNIS
9 DER EINTAKTFLUSSWANDLER 91
9.1 DER EINTAKTFLUSSWANDLER MIT NICHT LUECKENDEM STROM 91
9.1.1 DIE AUSGANGSSPANNUNG 92
9.1.2 DIE PRIMAERSEITE 93
9.1.3 DIE INDUKTIVITAET L 94
9.1.4 GRENZE DES NICHT LUECKENDEN BETRIEBS 95
9.2 DER EINTAKTFLUSSWANDLER MIT LUECKENDEM STROM 96
9.2.1 DIE STROM- UND SPANNUNGSVERLAEUFE 96
9.2.2 NORMIERTE AUSGANGSGROESSEN ~ 97
9.2.3 DIE GRENZE DES LUECKENDEN BETRIEBS 98
9.2.4 DIE AUSGANGSDIAGRAMME 98
10 GEGENTAKTFLUSSWANDLER 101
10.1 DIE STANDARDTOPOLOGIE 101
10.1.2 SCHALTUNG UND KURVENVERLAEUFE 101
10.1.3 DIE AUSGANGSSPANNUNG 102
10.1.4 ANSTEUERUNG DES GEGENTAKTWANDLERS 103
10.2 BRUECKEN 106
10.2.1 PRIMAERSEITE 106
10.2.2 SEKUNDAERSEITE 107
10.3 DER ASYMMETRISCHE HALBBRUECKENWANDLER 108
10.4 DER GEGENTAKTWANDLER MIT CURRENT DOUBLER AM AUSGANG 110
10.4.2 SCHALTUNG UND KURVENVERLAEUFE 110
10.4.3 BERECHNUNG DER STROMBELASTUNGEN DER LEISTUNGSBAUTEILE 112
10.4.4 DIE CD-TOPOLOGIE MIT SYNCHRONGLEICHRICHTER AM AUSGANG 118 10.5
DIMENSIONIERUNGSBEISPIEL FUER DIE STANDARDTOPOLOGIE 119
11 RESONANZWANDLER 123
11.1 DIE BOUCHEROT-SCHALTUNG 123
11.1.1 BEZIEHUNGEN 123
11.1.2 ANSTEUERUNG MIT RECHTECKSPANNUNG 126
11.1.3 BERECHNUNG DER DRITTEN OBERWEIIE 127
11.1.4 REALISIERUNG DER RECHTECKSPANNUNG 128
11.1.5 EIN AUSFUEHRUNGSBEISPIEL; 12V-VORSCHALTGERAET FUER ENERGIESPARLAMPE
128 11.2 GEGENTAKTWANDLER MIT UMSCHWINGEN DES DROSSELSTROMS 130
11.2.1 GRUNDSCHALTUNG 130
11.2.2 AUSGANGSSPANNUNG IN ABHAENGIGKEIT DER SCHALTZEITEN 131
11.2.3 AUSGANGSKENNLINIE 132
11.2.4 PERIODEN DAUER IN ABHAENGIGKEIT DER AUSGANGSSPANNUNG 133
11.2.5 UMSCHWINGBEDINGUNG 134
11.3 RESONANZWANDLER MIT VARIABLER FREQUENZ 136
11.3.1 SCHALTUNG 136
11.3.2 VEREINFACHTE SCHALTUNG 136
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
XI
11.3.3 ERSATZSCHALTUNG ZUR BETRACHTUNG VON EINEM SCHALTVORGANG 137
11.3.4 SPANNUNGS- UND STROMVERLAEUFE 137
11.3.5 BEZIEHUNGEN 138
11.3.6 BERECHNUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 139
11.4 VERGLEICH HARTES SCHALTEN - UMSCHWINGEN 140
11.4.1 BEISPIELSCHALTUNG 140
11.4.2 BEZIEHUNGEN 140
11.4.3 AUSWIRKUNG AUF DIE OHMSCHEN VERLUSTE IN DER DROSSEL 143
12 LEISTUNGSSCHALTER 145
12.1 DER MOSFET 145
12.1.1 DAS SCHALTZEICHEN DES MOSFET 145
12.1.2 DIE BODY-DIODE 145
12.1.3 DAS ERSATZSCHALTBILD DES MOSFET 147
12.1.4 EINSCHALTVORGANG 147
12.1.5 AUSSCHALTVORGANG 148
12.1.6 DIE GATE-LADUNG DES MOSFET 148
12.1.7 DIE AVALANCHEFESTIGKEIT 149
12.2 DER SENSEFET 150
12.3 DER TOPFET 152
12.4 DER IGBT 153
12.4.1 DAS SCHALTZEICHEN DES IGBTS 153
12.4.2 DAS ERSATZSCHALTBILD DES IGBTS 153
12.4.3 SCHALTVERHALTEN 154
12.5 BRUECKENBAUSTEINE 154
12.6 SCHALTVERLUSTE .. 155
12.6.1 ABSCHALTVORGANG MIT OHMSCHER LAST.. 156
12.6.2 ABSCHALTVORGANG MIT INDUKTIVER LAST 157
12.6.3 ABSCHALTVORGANG OHNE SCHALTVERLUSTE 158
12.7 VERBESSERTE FREILAUFDIODE 159
12.8 VERPOLSCHUTZDIODE (KFZ) 160
12.9 SPERRVERZUGSZEIT VON DIODEN 161
12.9.1 PROBLEMSTELIUNG 161
12.9.2 MESSSCHALTUNG 161
12.9.3 AUSWIRKUNG AUF DEN SCHALTVORGANG 162
12.9.4 ABHILFE 163
IMAGE 6
XII
INHALTSVERZEICHNIS
13 TREIBERSCHALTUNGEN FUER MOSFETS UND IGBTS 165
13.1 EINFACHE TREIBERSCHALTUNGEN 165
13.1.1 ANSTEUERUNG MIT CMOS-GATTERN 166
13.1.2 TREIBER MIT PUSH-PULL-STUFE 166
13.1.3 AKTIVES ABSCHALTNETZWERK AM GATE 167
13.1.4 TREIBER-ICS 168
13.2 TREIBERSCHALTUNGEN MIT POTENTIALTRENNUNG 169
13.2.1 TREIBERSCHALTUNG MIT EINSTELLBAREN SCHALTZEITEN 169
13.2.2 TREIBER MIT IMPULSUEBERTRAGER 170
13.2.3 PRIMAERANSTEUERUNG DES IMPULSUEBERTRAGERS 174
13.2.4 DIMENSIONIERUNG DES IMPULSUEBERTRAGERS 175
13.2.5 POTENTIALFREIE ANSTEUERUNG EINES POLWENDERS 176
13.2.6 ANSTEUERUNG MIT VERZOEGERTEM EINSCHALTEN 180
13.2.7 PRIMAERANSTEUERUNG 181
13.3 TREIBERSCHALTUNGEN FUER DC-MOTOREN 182
13.3.1 HIGH-SIDE-SCHALTER MIT LADUNGSPUMPE 182
13.3.2 VERSORGUNG FUER DEN HIGH-SIDE-SCHALTER 185
13.4 DC-MOTOREN , 186
13.4.1 ERSATZSCHALTBILD EINES DC-MOTORS 186
13.4.2 BELASTUNGSKURVEN 186
13.4.3 DREHZAHLVORSTEUERUNG 187
14 REGELUNG DER WANDLER 187
14.1 PWM-ERZEUGUNG 187
14.2 REGELUNG DER AUSGANGSSPANNUNG 188
14.3 ANALOGER PI-REGLER 189
14.3.1 PI-REGLER MIT OP-SCHALTUNG 189
14.3.2 PASSIVER PI-REGLER 190
14.4 EINSATZ VON INTEGRIERTEN SCHALTKREISEN 191
14.5 VERWENDUNG VON MIKROCONTROLLERN 193
14.5.1 DA-WANDLER : 193
14.5.2 PROGRAMMIERTER PWM-GENERATOR 196
14.6 PROGRAMMIERUNG EINES PI-REGLERS 201
15 MAGNETISCHE BAUTEILE 203
15.1 GRUNDLAGEN DES MAGNETISCHEN KREISES 203
15.1.1 DIE LUFTSPULE 203
15.1.2 DER MAGNETISCHE KREIS MIT FERRIT 205
15.2 DIMENSIONIERUNG VON SPULEN 210
15.2.1 VORBEMERKUNG 210
15.2.2 AUSSTEUERUNG DES MAGNETISCHEN KREISES 211
15.2.3 BESTIMMUNG DES AL-WERTES 211
15.2.4 ERSATZSCHALTBILD DER REALEN SPULE 212
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS
XIII
15.2.5 ORTSKURVE DER SPULE 213
15.2.6 KUPFERVERLUSTE IN DER WICKLUNG 213
15.2.7 VERLUSTWINKEL UND GUETE 214
15.3 DER TRANSFORMATOR 215
15.3.1 ALLGEMEINE BEZIEHUNGEN FUER SINUSFOERMIGE VERLAEUFE 215
15.3.2 DAS STREUERSATZSCHALTBILD DES TRAFOS 217
15.3.3 DIMENSIONIERUNG DES TRAFOS 220
15.4 DIMENSIONIERUNG VON WICKLUNGEN 222
15.4.1 DIE PRIMAERWICKLUNG , 222
15.4.2 SKIN-EFFEKT 223
15.4.3 FOLIENWICKLUNG 225
15.4.4 DER WICKLUNGSAUFBAU 226
15.4.5 LUFTSTRECKEN UND UEBERSCHLAGSFESTIGKEIT 227
15.4.6 STREUFELDER 227
15.5 STROMSPITZEN BEI TRANSFORMATOREN 229
15.5.1 AUSWIRKUNG DER MAGNETISIERUNGSKURVE 229
15.5.2 NORMALBETRIEB 230
15.5.3 AUSFALL VON NETZHALBWELLEN 230
15.5.4 EINSCHALTEN EINES NETZTRAFOS IM NULLDURCHGANG DER SPANNUNG 230
15.6 DER STROMWANDLER 231
15.6.1 ANWENDUNGSBEREICH 231
15.6.2 DIE SCHALTUNG , 231
15.6.3 EIN AUSFUEHRUNGSBEISPIEL 232
15.6.4 STROMWANDLER MIT GLEICHRICHTER 232
15.6.5 STROMWANDLER IN SCHALTSCHRAENKEN 232
16 KONDENSATOREN FUER DIE LEISTUNGSELEKTRONIK 233
16.1 GRUNDSAETZLICHES 233
16.2 ELEKTROLYTKONDENSATOREN 234
16.2.1 VERLUSTFAKTOR VON ELEKTROLYTKONDENSATOREN 234
16.2.2 RESONANZFREQUENZ VON ELEKTROLYTKONDENSATOREN 235
16.2.3 WECHSELSTROMBELASTBARKEIT VON ELEKTROLYTKONDENSATOREN 235 16.3
FOLIENKONDENSATOREN 238
16.4 CLC-FILTER 240
17 DIE KOPPLUNGSARTEN : 241
17.1 ALLGEMEINES 241
17.1.1 VERKOPPLUNGEN ERKENNEN 242
17.2 DIE WIDERSTANDSKOPPLUNG 244
17.2.1 PRINZIP DER WIDERSTANDSKOPPLUNG 244
17.2.2 ABHILFEMASSNAHMEN 245
17.2.3 BEISPIELE 246
17.2.4 WIDERSTANDSBERECHNUNG 250
17.3 DIE KAPAZITIVE KOPPLUNG 252
IMAGE 8
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
17.3.1 PRINZIP DER KAPAZITIVEN KOPPLUNG 252
17.3.2 VERMEIDUNG UND ABHILFEMASSNAHMEN 253
17.3.3 BEISPIELE 254
17.3.4 EINFACHER NACHWEIS ELEKTRISCHER FELDER IM LABOR 256
17.4 DIE MAGNETISCHE KOPPLUNG , 257
17.4.1 PRINZIPDARSTELLUNG DER MAGNETISCHEN KOPPLUNG 257
17.4.2 ABHILFEMASSNAHMEN BEI MAGNETISCHER EINKOPPLUNG 257
17.4.3 BEISPIELE 258
17.4.4 EINFACHES MESSEN VON MAGNETISCHEN STOERUNGEN IM LABOR 260
17.5 STRAHLUNGSKOPPLUNG 261
17.5.1 ALLGEMEINES 261
17.5.2 PRINZIP DER STRAHLUNGSKOPPLUNG 261
17.5.3 ABHILFEMASSNAHMEN 262
17.5.4 MESSUNG AM KRAFTFAHRZEUG : 263
17.6 BEISPIELE AUS DER LEISTUNGSELEKTRONIK 264
17.6.1 KOMMUTIERUNGSVORGANG AN DEN LEISTUNGSSCHALTEM : 264
17.6.2 ANKOPPLUNG DES TREIBERS AN DEN LEISTUNGSSCHALTER 264
18 STOERQUELLEN 265
18.1 ZEITBEREICH - FREQUENZBEREICH 265
18.1.1 BANDBREITE 265
18.1.2 STOEREMPFINDLICHKEIT 266
18.1.3 MESSPRINZIP 266
18.2 FOURIERREIHEN 267
15.3 DER RECHTECKIMPULS 268
18.4 DER TRAPEZVERLAUF. 274
18.5 STOERUNGEN IN EINEM KONVENTIONELLEN NETZTEIL... 277
19 SYMMETRIE 279
19.1 PRINZIP DER SYMMETRIE 279
19.2 WIE ERREICHEN WIR DIE SYMMETRIE? : 280
19.3 DEFINITION DER MASSE 281
19.4 EINFLUSS VON LEITENDEN FLAECHEN 283
19.5 VERDRILLTE LEITUNGEN 284
19.6 SYMMETRISCHE DATENUEBERTRAGUNG 284
19.6.1 PRINZIP 284
19.6.2 EIGENSCHAFTEN 285
19.6.3 GRENZEN DES VERFAHRENS : 285
19.6.4 SYMMETRIERUNG MITTELS TRAFO 286
19.6.5 BEISPIELE ; 286
IMAGE 9
INHALTSVERZEICHNIS
XV
20 EMV IN DER SCHALTUNGSTECHNIK 287
20.1 BAUELEMENTE UND SCHALTUNGEN UNTER EMV-ASPEKTEN 287
20.1.1 WIDERSTAENDE 287
20.1.2 KONDENSATOREN 287
20.1.3 INDUKTIVITAETEN 288
20.1.4 DER OPERATIONSVERSTAERKER 289
20.1.5 KOMPARATOREN 291
20.1.6 SUBTRAHIERVERSTAERKER : 293
20.1.7 DIGITALSCHALTUNGEN UND PROZESSOREN 295
20.1.8 DIE LEITERPLATTE 296
20.2 UEBERGANG VON ANALOG AUF DIGITAL 298
20.2.1 SCHALTZEITEN VON ANALOGEN UND VON DIGITALEN SCHALTKREISEN 298
20.2.2 DIGITALSCHALTUNGEN MIT SCHMITTTRIGGER- VERHALTEN 299
20.2.3 FLIPFLOP ALS SCHNITTSTELLE 299
20.2.4 ANSCHLUSS AN AD-WANDLER 299
20.3 UEBERSPANNUNGSSCHUTZ 300
20.3.1 SCHUTZELEMENTE 300
20.3.2 PRUEFSCHALTUNG BLITZEINSCHLAG IN UNMITTELBARER NAEHE 302
20.4 EMV-GERECHTE EINGANGSSCHALTUNG 303
20.4.1 TIPPS FUER DEN AUFBAU 303
20.5 MASSNAHMEN IN DER SOFTWARE 304
20.5.1 NICHTBESCHALTETE INTERRUPTEINGAENGE 304
20.5.2 ILLEGALE OP-CODES 304
20.5.3 WATCHDOGS 304
20.5.4 PLAUSIBILITAETSABFRAGEN 304
20.5.5 PROGRAMME TESTEN 305
20.5.6 WIE STOERFEST IST EINE SCHALTUNG? 305
20.6 SPEZIFISCHE EMV-ASPEKTE BEI SCHALTREGLEM 306
20.6.1 DER SYNCHRONABWAERTSWANDLER ALS BEISPIEL 306
20.6.2 EINGANGS- UND AUSGANGSFILTER 306
20.6.3 MASSEVERDRAHTUNG 307
20.6.4 ANSCHLUSS DER TREIBER 308
20.6.5 MESSEN DER AUSGANGSSPANNUNG 308
20.6.6 AUFGESPANNTE FLAECHE 308
LITERATURVERZEICHNIS 309
SACHWORTVERZEICHNIS 311
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