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siehe auch: BL-Ctrl_Anleitung

Hinweise zur FlightCtrl V1.1/V1.2 (SMD vorbestückt)

Hinweise zur vorbestückten (roten) FlightCtrl gibt es hier: FlightCtrlAnleitung_V1_1

Flight-Ctrl V1.0/V1.1: Schaltplan, Bestückung und Inbetriebnahme

Aufgaben

Diese Platine ist die Steuerungsplatine vom MikroKopter. Sie erfüllt folgende Aufgaben:

• Messen der Drehgeschwindigkeiten der drei Achsen
• Messen von Beschleunigungswerten der drei Achsen
• Messen des Luftdrucks für die Höhenstabilisierung
• Auswerten eines digitalen Kompass-Signals
• Messen der Batteriespannung
• Auswerten des Fernbedienungssignals (RC-Signal)
• Verarbeiten der Sensordaten und Berechnung der aktuellen Fluglage
• Ansteuern der vier BL-Regler zur Motoransteuerung

Sonstige Features

• Abmessungen 50 * 50mm
• Lochabstand: 45mm (63 in der Diagonale)
• zwei LEDs (z.B. Okay und Error)
• zwei Transistorausgänge z.B. für externe Beleuchtung
• Batteriespannungsmessung mit Unterspannungserkennung
• Ein Empfänger kann von den 5V versorgt werden

Controller

Die Rechenarbeit und Sensorverarbeitung wird von einem Atmel – ATMEGA644 mit einer Taktrate von 20MHz geleistet. Es handelt sich hier um einen preiswerten und gängigen 8-Bit-Prozessor.

Die Kriterien bei der Auswahl des Controllers waren:

• ausreichende Performance
• gute Verfügbarkeit
• geringer Preis
• gut zu löten
• kostenlose Entwicklungssoftware verfügbar

Sensorik

Die Fluglage eine Quadrokopters muss elektronisch geregelt werden. Dazu sind verschiedene Sensoren notwendig.

Gyro-Sensoren

Sie messen die Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) um jeweils eine Achse. Es werden drei dieser Sensoren benötigt, um alle drei Achsen zu stabilisieren. Diese Sensoren sind die elementarsten Bauelemente. (--> GyroScope) Gyros arbeiten intern mit einer Frequenz. Gleicher Index = gleiche Frequenz. Damit Gyros auf engem Raum keine "Schwebungen" durch Frequenzmischung erzeugen, kann man Gyros unterschiedlicher Frequenzen verwenden, z.B. Typ A + Typ B.

Beim MK ist designbedingt keine Beeinflussung nachweisbar. Deswegen geht auch 3x A, oder 3x B, bzw. 3x C. Ideal wäre 1x A, 1x B, 1x C. Der A-Typ arbeitet mit 22kHz und der B-Typ mit 24kHz, da ist wie eine kleine Stimmgabel drin, die durch diese Frequenz angeregt wird zu schwingen, ganz einfach erklärt.

• ENC-03RA und ENC-03RB der SMD-Typ mit 8x4mm, der gerade einmal 0,2g wiegt
• ENC-03MA und ENC-03MB mit 12,2x7mm mit 0,4g
• ENC-03JA und ENC-03JB mit 15,44x8mm mit 1g

Beschleunigungs-Sensoren (ACC-Sensoren)

Die Hauptfunktion der Beschleunigungssensoren ist, die aktuelle Neigung des MikroKopters zu messen und die Höhenregelung zu unterstützen. Hier wird ein Drei-Achsen-Sensor verwendet.

Theoretisch kann auf diese Sensoren verzichtet werden, wenn der Quadrokopter im sog. Heading-Hold-Modus betrieben werden soll. (--> BeschleunigungsSensor)

Luftdrucksensor

Er dient zur Stabilisierung der Flughöhe. Dieser Sensor ist optional. Die Drucköffnungen können mit Klebeband abgeklebt werden, in das mit einer kleinen Nadel ein kleines Loch gestoßen wird. Das schützt vor Wind und Licht. (--> Höhensensor)

Schnittstellen

Über die Schnittstellen kommuniziert die Steuerkarte mit der Außenwelt.

PPM-Anschluss

Hier wird der Empfänger angeschlossen. Über zwei Leitungen wird der Empfänger versorgt und über eine weitere liefert er das RC-Summensignal zurück. Im Gegensatz zu einem normalen Servo-PPM-Signal sind in dem Summensignal alle von der Fernsteuerung gesendeten Kanäle enthalten. In jedem Empfänger ist dieses Signal vorhanden, allerdings liefern nur wenige dieses Signal zum direkten Abgriff an einen Stecker (z.B. der RX3 Multi von ACT). (--> RC-Empfänger)

I2C-Bus

An diesem Bus werden die BL-Regler angeschlossen, über den sie die Steuerbefehle erhalten. Die Flight-Ctrl erfordert unseren speziellen Brushless-Motor-Regler, damit eine schnelle Kommunikation per I2C-Bus möglich ist. Standard-Motor-Regler können nicht verwendet werden, weil sie zu langsam sind. Der I2C-Bus verfügt über eine Taktleitung (SCL) und eine Datenleitung (SDA). Im Bus werden alle SCL-Leitungen und alle SDA-Leitungen miteinander verschaltet.

Serielle Schnittstelle (asynchron)

Hier wird zum Testen und Parametrieren z.B. ein PC angeschlossen. Der Pegel ist TTL-Pegel und nicht V24. Aus diesem Grund muss ein Schnittstellenkonverter angeschlossen werden, falls mit der Standard Seriellen Schnittstelle des PCs kommuniziert werden soll. Später kann diese Schnittstelle auch zur Kommunikation (asynchron) mit anderen Controllern verwendet werden.

ISP-Schnittstelle (synchron)

Der ATMEL-Controller wird darüber mittels eines ISP-Interfaces programmiert. Später kann diese Schnittstelle auch zur schnellen Kommunikation (synchron Seriell) mit anderen Controllern verwendet werden.

Kompass-Anschluss

Ein digitaler Kompass kann an den PC4-Eingang des universellen Steckers angeschlossen werden.

Allgemeine Sicherheitshinweise

Wir garantieren nicht für fehlerfreies Verhalten der Elektronik oder Software. Trotz sorgfältiger Erstellung und Überprüfung übernehmen wir keinerlei Garantie oder Haftung (direkter oder indirekter Art) für die Fehlerfreiheit der Software, der Hardware oder Informationen. Sie benutzen die Elektronik auf eigene Gefahr (dies gilt auch für dazugehörige PC-Programme). Weiterhin übernehmen wir keinerlei Haftung für Folgeschäden an Sachwerten oder Personen, die durch die Anwendung entstehen. Es liegt in ihrer Verantwortung, einen vollständigen Systemtest durchzuführen.

Der MikroKopter ist kein Kinderspielzeug! Dafür ist er zu teuer und zu gefährlich. Nicht über Personen fliegen!

Eine Modellbauversicherung sollte auf jeden Fall vor dem ersten Flug abgeschlossen werden, weil die meisten Haftpflichtversicherungen nicht die Schäden abdecken, die durch Flugmodelle entstehen können.

Nutzungsbedingungen

Es gilt für das gesamte MikroKopter-Projekt (Hardware, Software und Dokumentation), dass eine Nutzung (auch auszugsweise) nur für den privaten (nicht-kommerziellen) Gebrauch zulässig ist. Sollten direkte oder indirekte kommerzielle Absichten verfolgt werden, ist mit uns Kontakt bzgl. der Nutzungsbedingungen aufzunehmen.

Inbetriebnahme der Platine

Schritt 1: Anschluss und Kontrolle der Betriebsspannung

Um sicher zu gehen, dass man keine ungewollten Lötbrücken beim Bestücken in die Versorgung eingebaut hat, prüft man mit einem Durchgangsprüfer die 5V gegen GND. (Es gibt zwei Lötpads, die mit „5V“ und „GND“ beschriftet sind.)

Man sollte auch gleich die 3V-Versorgung auf Kurzschluss prüfen (z.B. auf Durchgang über C16).

Bei diesen Durchgangsmessungen muss ein Widerstand deutlich über 0 Ohm gemessen werden, bzw. der Durchgangsprüfer darf nicht 'piepen'.

Sollte sich doch ein Kurzschluss eingeschlichen haben, sind Lötbrücken an dem 100nF-Kondensatoren häufig die Ursache. Bei Verwendung von Lötpaste gilt: weniger ist mehr.

Vor dem Anschluss der Betriebsspannung sollte ein weiteres Mal der richtige Einbau des Spannungsreglers IC4 (µA7805) und der Diode D1 überprüft werden. Die Betriebsspannung wird an den Anschlüssen J1 (Markierung „+“ am Schalter) und am Anschluss J2 (Markierung „-“ neben dem Schalter) angeschlossen. Es wird dringend empfohlen, ein strombegrenztes Netzteil zu verwenden, bis man weiß, dass alles richtig funktioniert. Ein Steckernetzteil mit Gleichspannungsausgang von ca. 9–12V leistet hier bereits gute Dienste.

5,0V Test der Digitalversorgung

Dazu misst man am Testpunkt TP1 gegen Masse. Die Spannung sollte zwischen 4,9 und 5,1 V liegen.

3,0V Test der Analogversorgung

Dazu misst man am Testpunkt TP2 gegen Masse. Die Spannung sollte zwischen 2,9 und 3,1 V liegen.

== Schritt 2: Gyro-Verstärker abgleichen (nur Flight Control bis V1.3)== An den Ausgängen der Gyro-Verstärker (Pins 8, 7 und 1 des IC2) sollte im unbewegten Zustand eine Spannung von ca. 1,2-1,8V (idealerweise 1,5V) anliegen. Da das Ausgangssignal der Gyros werksseitig bereits leicht variiert, muss das Signal ggf. leicht justiert werden.

Dazu müssen die Widerstände R9 (für TP4), R13 (für TP5) und R17 (für TP3) zum Anheben des Signals nachbestückt werden (je niedriger der Widerstandswert, desto höher das Ausgangssignal). Oder die Widerstände R29 (für TP4), R20 (für TP5) und R15 (für TP3) zum Absenken des Signals (je niedriger der Widerstandswert, desto niedriger das Ausgangssignal).

Richtwerte für die Widerstände zum Abgleichen:

Anheben des Verstärkersignals: Signal Wert < 0,8V : 150kOhm < 1,0V : 220kOhm < 1,2V : 470kOhm

Abschwächen des Verstärkersignals: Signal Wert > 2,2V : 150kOhm > 2,0V : 220kOhm > 1,8V : 470kOhm

Nach einem schweren Absturz oder bei ungleichmäßigen Bewegungen des MikroKopters (z.B. er nickt in eine Richtung flüssiger als in die andere) sollten die Signale kontrolliert und ggf. nachjustiert werden.

Sollte ein einzelner Widerstand nicht ausreichen, z.B. bei Signal <0,5V, kann durch Parallelschalten mehrerer Widerstände der Signalwert entsprechend angepasst werden (150k parallel 150k = 75k etc.).

Siehe auch GyroAbgleich

Schritt 3: Einspielen des Bootloaders mit dem MikroKopter-Tool (avrdude)

Das Einspielen des Bootloaders (nur Flight Control bis V2.0) geht am einfachsten mit unserem seriellen Konverter (SerCon), in dem die ISP-Schaltung bereits eingebaut ist. Zum Programmieren muss der PC über eine „echte“ serielle Schnittstelle verfügen. USB-auf-Seriell/Parallel-Wandler oder ähnliches gehen definitiv nicht! Der Seriell-Konverter wird über ein Flachbandkabel an den 6-poligen Stiftleisten verbunden. Die Betriebs-LED auf dem Konverter muss dabei nicht leuchten. Die Flight-Ctrl muss zum Programmieren mit Spannung versorgt sein.

Wahlweise kann die Software auch über USB mit einem AVR ISP mkII programmiert werden. Die Beschreibung gibt es unter USB-AVRISPmkII Eine weitere Alternative für die spätere Datenverbinden über USB ist der USB-TTL-232_Adapter.
Achtung: auf keinen Fall versuchen, den Bootloader in eine FlightControl 2.1 (oder höher) zu flashen!

• Eine Anweisung zur Programmierung gibt es unter MikroKopterTool …

Schritt 4: Einspielen des programms seriell per Koptertool, wenn der Bootloader bereits installiert ist

• Eine Anweisung zur Programmierung gibt es unter MikroKopterTool …

Problembehebung, wenn Zugriff auf den Prozessor fehlschlägt

Ist nach falschem Setzen der Fusebits oder nach einem fehlgeschlagenem Programmieren mit avrdude kein weiterer Zugriff auf den Prozessor mehr möglich, so kann dieser evtl. mit einem Oszillator wiederbelebt werden. Siehe dazu den Beitrag AVRWiederbelebung.

Schritt 4: Test der Hardware

Test der Sensorwerte

Wenn der Controller erfolgreich programmiert wurde, können die Sensorwerte mit dem MikroKopter-Tool überprüft werden. Dazu wird der Seriell-Konverter über das breite Flachbandkabel angeschlossen. Das ISP-Kabel muss zum Debuggen abgeklemmt sein, oder der Jumper auf dem Konverter abgezogen werden.

Test des Gyro-Sensors

Die Platine wird in die waagerechte Position gebracht und eingeschaltet bzw. resettet und die Scope-Funktion im MikroKopter-Tool wird gestartet. Falls sie schon lief, sollte sie kurz gestoppt werden, damit der Zoom-Bereich zurückgesetzt wird. Es werden hier zunächst nur die ersten fünf Analogwerte beobachtet. Die restlichen Analogwerte können über den Reiter „Scope“ im MikroKopter-Tool abgeschaltet werden, falls sie das Bild unübersichtlich machen.

Nun wird die Platine möglichst flüssig um ca. 45 Grad in der Nickachse gekippt. (Der Pfeil auf der Platine zeigt nach vorne). Auf dem Scope beobachtet man die Signale der Messwerte. Dabei sollten das Signal des Nick-Integrals und das des Nick-Beschleunigungssensors (hier rot und gelb) einen deutlichen Ausschlag zeigen. Wichtig ist, dass die Linien weitestgehend deckungsgleich sind.

Das selbe prüft man auch auf der Roll-Achse (hier blau und grün):

Danach wird der Gier-Gyro überprüft. Dabei wird die Platine um die Gierachse gedreht und das Signal des Gyrosensors beobachtet. So lange sich die Platine dreht, gibt es dabei einen Ausschlag, der wieder zu Null wird, wenn die Platine wieder stoppt.

Im virtuellen Display werden nun die Offsetwerte der Gyros überprüft (der Wert in Klammern):

Dazu blättert man mit den Tasten in das entsprechende Menü. Die Offsets sollten bei den Gyros etwa um 500 (±100) liegen. In diesem Beispiel hat der Gier-Gyro ein Problem (178). Es muss entweder nachgetrimmt oder ausgetauscht werden.

Test des Beschleunigungssensors

Nun wird noch der Beschleunigungssensor überprüft:

Für Nick und Roll sollten sich Werte von 465...563 und für Hoch von 651...788 ergeben. Genaues siehe BeschleunigungsSensor.

Wichtig: Die Platine bzw. der Kopter sollte dabei gerade stehen, die Erdanziehungskraft würde sonst auf die anderen Achsen wirken und müsste mit berücksichtigt werden.

Test des Empfangssignals

Im virtuellen Display lassen sich die Fernbedienungswerte ablesen:

Mit der Fernsteuerung lassen sich die Werte im Bereich von ca. -120 bis +120 verändert.

Test der Spannungsmessung

In einem Menü kann der Wert der Spannungsmessung kontrolliert werden:

In diesem Beispiel ist das 11,3V.

Der Empfangspegel ist 0, weil kein Empfänger angeschlossen ist.

Schritt 5: Einbau in den MikroKopter

Genauere Informationen auf unserer Homepage

Übersicht über den Anschluss der weiteren Komponenten

Kurzfassung

• Der Pfeil auf der Flight-Ctrl zeigt nach vorn
• Motoradressierung: 1=Vorn 2=Hinten 3=Rechts 4=Links
• Die Drehrichtung der Motoren ist so, dass der linke und rechte Motor (Rollachse) links drehen (von oben betrachtet) und der vordere und hintere Motor (Nickachse) rechts herum.

Anschluss

• Das Multisignal eines Empfängers über ein dreiadriges Servokabel
• Ein Lipo-Akku (11,1V ca. 1,5–2,5Ah mit mindestens 15–20C Belastbarkeit) über zwei Versorgungsleitungen (Plus=rot; Minus=schwarz; Querschnitt mind. 0,75mm²)
• Vier BL-Regler über zwei Versorgungsleitungen (Plus=rot; Minus=schwarz; Querschnitt mind. 0,75mm²)
• I2C-Bus als Kommunikation zu den BL-Reglern (ca. 0,25mm² Querschnitt)

Details zum Gesamtaufbau siehe ElektronikVerkabelung …

Schritt 6: Bedienen des MikroKopters (Kurzversion)

Einschalten

Der MikroKopter muss auf einer waagerechten stabilen Unterlage stehen. Die grüne LED der Flight-Ctrl leuchtet, die rote ist aus und der Summer ist still. Die grünen LEDs der BL-Regler sind an und die roten aus. Falls der Summer piepst, ist der Empfang gestört oder die Akkuspannung zu niedrig.

Sensoren abgleichen und Setting auswählen

Anmerkung: gilt für Gas nicht invertiert, d.h. Gas min. --> zum Piloten, bzw. unten.

Bei der ersten Inbetriebnahme sind noch keine ACC-Werte im EEPROM abgespeichert. Ab Programmversion V0.67 kann man die ACC-Nullage aber dauerhaft speichern, indem man den Gierstick bei Vollgas nach rechts drückt (andere Seite als Kalibrieren). Dazu sollte man den MK einmal waagerecht aufstellen, um dann den ACC-Sensor, wie vorstehend beschrieben, zu kalibrieren.

Vor jedem weiteren Start muss man zum Abgleichen der Sensoren dann nur noch den Gas/Gier-Hebel einige Zeit in die obere linke Ecke drücken, bis der Summer piepst und die grüne LED kurz erlischt. (u.U. können während des Kalibrieren Fehlermeldungen angezeigt werden, diese sind zu vernachlässigen).
Dabei übernimmt der Controller die gespeicherten Sensordaten aus dem EEPROM. Die Daten sind auch nach dem Aus-/Einschalten noch vorhanden. Jetzt kann man den MK auch bei Schieflage kalibrieren und starten.

Hinweis: Bei aktueller Firmware ist ohne Kalibrieren (GAS: oben + links) kein Starten der Motoren mehr möglich.
Diese Kalibrierung ist nötig, weil die Sensoren eine Serienstreuung und Temperaturabhängigkeit aufweisen (auch die Ruhewerte der einzelnen Achsen des Beschleunigungssensors sind unterschiedlich). Der Kopter wird immer bestrebt sein, die Lage während der Kalibrierung auch im Flug anzunehmen, da er diese als waagerecht interpretiert. Das bedeutet, je schiefer er während der Kalibrierung steht, desto stärker muss der Ausgleich über die Fernsteuerung erfolgen, um ihn wirklich gerade zu halten.

Beim Kalibrieren der Messwerte kann das Setting (Anzahl der Piepser entspricht Setting-Nummer) per Nick-Rollhebel ausgewählt werden:

                2   3   4
                1   x   5
                –   –   –
Bedeutet: Nick-Rollhebel Links Mitte = Setting:1 Links Oben = Setting:2  usw.

Nochmal der Tipp: "Beim Kalibrieren..." bedeutet, den Gas-Gierhebel oben links halten und den Nick-Rollhebel gleichzeitig in die oben angegebene Richtung bewegen. Geht auch umgekehrt, erst mit Nick-Roll das Setting auswählen, Hebel da halten und mit Gas-Gier kalibrieren.

. Zum Einschalten wird der Gas/Gier-Hebel einige Zeit in die untere rechte Ecke gedrückt, bis die Motoren anlaufen. Erst ab einem bestimmten Gaswert beginnt der Lage-Regler zu arbeiten.

Motoren ausschalten

Zum Ausschalten wird der Gas/Gier-Hebel einige Zeit in die untere linke Ecke gedrückt, bis die Motoren stoppen.

Hier gibt es ein kurzes Demo-Video.

Verhalten beim Ausschalten des Senders oder Empfangsverlust

Bei Ausfall des Empfangssignals im Flug laufen die Motoren mehrere Sekunden nach (einstellbar ist dieses „Not-Gas“ im MikroKopter-Tool unter Sonstiges), wobei der MikroKopter versucht, in waagerechte Lage zu kommen. Damit soll das Fluggerät (mehr oder weniger) kontrolliert in den Sinkflug gehen. Der notwendige Wert für das Not-Gas ist stark vom Gewicht des Mikrokopters (Kamera?) abhängig.

Bestückung

Tip: Es empfiehlt sich, beide Seiten der unbestückten Platine zunächst einzuscannen oder zu fotografieren. Das macht es später einfacher, ungewollte Lötbrücken und ähnliche Fehler aufzuspüren.

Die Bauteile sollten in der Reihenfolge eingebaut werden, wie sie in dieser Liste stehen. Dann hat man es mit der Bestückung einfacher.

Kursiv aufgelistet Teile befinden sich auf der Unterseite

• Gyros, Beschleunigungssensor und Luftdrucksensor gibt es im Shop.

Hilfsmittel für die Bestückung

• Edsyn FL 22 SMD-Flussmittel

• Entlötlitze AA Entlötlitze 1,5mm
• Lötzinn AG 0,507 Lötzinn 0,5mm
• Temperaturgeregelter Lötkolben mit feiner Spitze
• Multimeter

Stücklisten für Reichelt Elektronik

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.0

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.1 (ohne Controller & Abgleichwiderstände, mit Diode in SMD Ausführung)

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.3 (ohne Controller & ACC-Sensor, Gyros, DAC)

Bestückung

Die Bestückung des Gier-Gyros sieht so aus:

Die der Platine abgewandten Pins werden mit Draht (z.B. Reste der Elko-Beinchen) verlängert.

Auch die SMD-Version des Gier-Gyros wird hochkant befestigt, und nicht direkt auf der Platine.

• Der Punkt am Gehäuse der SMD-Gyros ist kein Indiz für Pin 1 (der Punkt ist zufällig). Entscheidend ist die Richtung und Position der Beschriftung!

• Als Beispiel hierfür

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• http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/20091004-SMD-Gyro-Loch.jpg.html

  • Besser Pin 2 mit Durchgangsprüfer suchen: Gehäuse ist auch Masse!

  Die Pads der SMD-Gyros reißen EXTREM schnell ab!

  • Nie nach dem Anlöten versuchen, die Ausrichtung zu korrigieren, es geht meist schief.

Der Gyro sollte zusätzlich verklebt werden, am besten Heißkleber verwenden.

• Dabei darf auf keinen Fall Klebstoff in den Gyro eindringen.

3V Update

Es empfiehlt sich, schon bei der Bestückung der Versionen 1.0 und 1.1 diese Korrektur gleich mit zu bestücken!

Bestückungsplan mit farblicher Unterstützung (FC1.0-Platine)

(Gleichfarbige Bauteile sind gleich)

• Bei der FC1.1 wurde die Diode D1 durch SMD-Version D2 ersetzt

Spannungsregler 7805

Der Spannungsregler 7805 kann sehr heiß werden.

Berechnungsannahme (ohne Gewähr):

Kein Kühlkörper, ohne Flugwind = 65K/W

Spannungsabfall = 12.6V - 5V = 7,6V

Umgebungstemperatur = 30ºC

Strom = 100mA

IC-Temperatur= ((7,6V* 0,1A) * 65K/W ) + 30ºC = 79,4ºC

In diesem Fall dürfen maximal 180mA ohne Kühlkörper gezogen werden.

Mit einem kleinen KK (15K/W) maximal ca. 600mA.

Typische Ströme:

FC + Rc_Rx = 150mA

FC + Rc_Rx + NC + MK3MAG = 300mA

FC + Rc_Rx + NC + MK3MAG + MKGPS = 350mA

FC + Rc_Rx + NC + MK3MAG + MKGPS + WI.232 = 380mA

Schaltplan

FlightCtrl V1.0:

(Klicken für hohe Auflösung)

FlightCtrl V1.1:

(Klicken für hohe Auflösung)

FlightCtrl V1.3:

(Klicken für hohe Auflösung)

Schaltplan und Bestückungsplan V1.3 als PDF

Stückliste V1.3 als TXT

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• KategorieAnleitung KategorieHardware