Schaltung, um mit PT100 oder PT1000 sehr präzise rel. zu messen

Der tut eben bei Spike das was Mittelwertbildung in Software auch tun würde: er verschmiert ihn über die folgenden Samples. Man kriegt den Fehler dann in Software um so mühsamer wieder raus.

MfG JRD

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Rafael Deliano
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Mit der Frequenz geht meist die Genauigkeit runter ( vgl S. 11 ). Dort auch: sie verwenden externe Referenz 2,5V. Referenz-ICs gäbs ausser von AD und LTC und TI/BurrBrown auch z.B. von Thaler die anscheinend Chips von National selektieren. Die 50Hz bei tiefen Samplefrequenzen scheinen sie mit passendem Digitalfilter erschlagen zu haben. Jedoch: 50Hz-Brumm kommt nie als sauberer Sinus sondern immer mit Oberwellen ( 100Hz usw ), was das Filter auch berücksichtigen sollte.

Der Wandler macht nur 400uA und kann ja in powerdown geschaltet werden.

Bringt vermutlich wenig. Man muß berücksichtigen, daß in den 80ern wo das noch erlaubt/üblich war die ICs Beinchen aus Kovar hatten was für Thermospannungen ungünstiger ist als das heutige Kupfer.

Die Bandbreite des Notchs im Filter sollte genügen die paar Prozent wo das Netz herumeiert aufzufangen.

Zudem hilft gegen Netzbrumm: Drähte verdrillen.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Dann muss man den Messaufbau so machen, dass es keine Spikes gibt :-)

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Dennis Köhn schrieb:

Hallo,

hmm, warum willst Du denn jetzt statt einem Pt100 doch wieder ein Thermoelement benutzen? Pt100 gibt es ja in Keramik oder Glas gekapselt, natürlich auch noch mit Edelstahl drumherum.

Bye

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Uwe Hercksen

Dennis Köhn schrieb:

Ziemlich genau so habe ich mir das vorgestellt. Nur ist mir nicht ganz klar was Du mit der "mittleren Energie" meinst.

Auch falls Du einen fürchterlich nichtlinearen Temperatursensor hast, kannst Du all diese Nichtlinearitäten ignorieren (oder zumindest ihren Einfluß stark verringern), wenn du bei genau derselben Anfangstemperatur deiner Reaktion anfängst, elektrisch zu heizen, und auch bis zur selben Endtemperatur hochheizt. Je genauer die Anfangs- und Endtemperaturen denen der Reaktion entsprechen, desto geringer wird der Einfluß der Nichtlinearitäten.

Wenn Du es hinbekommst, daß bei der elektrischen Erwärmung der Temperaturwert auch zeitlich möglichst identisch abläuft wie bei der echten Reaktion, heben sich auch Ungenauigkeiten bei

als Bonus auch heraus.

Ob das von der nötigen Meßzeit her akzeptabel wäre, kann ich schlecht einschätzen.

Und auch der Einfluß solcher Effekte sollte sich dann enorm veringern, da sie bei Deiner Referenzmessung ja (fast) genauso auftreten.

Gruß, Jürgen

--
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Jürgen Appel

So, nun habe ich mich mal bei Google angemeldet, um zumindest =FCber'n Browser von zuhause antworten zu k=F6nnen ;-)

@Uwe: Das mit dem Thermoelement war ne kurze Un=FCberlegtheit, weil ich nur auf den gr=F6=DFeren Temperaturkoeffizienten etc. geguckt hatte. Da=DF man dann wieder mit ner Kaltstellenkompensation anfangen mu=DF und sich auch noch =FCberlegen, welcher Typ denn der richtige ist schm=E4lert den Spa=DF gleich wieder. PT100 ist schon ok. Damit messe ich momentan ja auch mein mK (per averaging allerdings) und das ist auch sonst recht gen=FCgsam. Wahrscheinlich wird es den Uni-Alltag auch l=E4nger =FCberleben,=

als ein NTC... ;-)

@J=FCrgen: Mit mittlerer Energie meine ich etwa 1/2*P(max) der Reaktion. Momentan habe ich ja nur ein analoges Netzteil, wo man vor der Kalibrierung ne feste Leistung einstellen mu=DF. Auf kurz oder lang w=E4re das, was du sagst aber schon ne feine Sache und ist sogar schon im Gespr=E4ch gewesen. Ein passendes Netzteil mit RS232 ist sogar im AK vorhanden, jedoch ist das Berechnen der Reaktionsenergie recht anspruchsvoll und genau die m=FC=DFte man ja als Heizprofil verwenden. Dem jetzigen Programm in Testpoint w=FCrde ich diese Aufgabe nicht mehr zutrauen - dem geplanten in Labview vielleicht.

@Rafael/Joerg: Oh, moment! Daran hatte ich beim Thema Filtern ja noch gar nicht gedacht. Stimmt, irgendwo mu=DF der im C gespeicherte Strom ja auch bleiben... Was mu=DF man denn z.B. beachten und wie stark sollte man dennoch analog filtern?

@Rafael: Der Filter im AD ist schon recht breit und hat auch =FCber 10 Obert=F6ne - so weit so gut. Zwei Fragen zu dem Posting hab' ich aber noch: Welche Dr=E4hte verdrillen? Und: Wenn ich den ADC in powerdown schalte bef=FCrchte ich periodische Temperatureffekte. Reicht es nicht auch, wenn ich die Kiste einfach dauerhaft laufen lasse? Mein jetziger Messverst=E4rker l=E4uft auch schon seit 7 Monaten durch... ;-)

=2E..Wie sieht es eigentlich mit der Konstantstromquelle f=FCrs PT aus - habt ihr da Erfahrungen? Ich habe ein Posting ergoogled, wo ICs mit 5 ppm, 2 ppm, 1 ppm und sogar 0,1 ppm Temperaturdrift erw=E4hnt wurden aber wer soll die bezahlen?! An anderer Stelle tauchte dann eine Schaltung mit LED und Transistor auf, die angeblich

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cruzaderz

Merkt man, Realname verlorengegangen. Sollte man noch verfeinern.

Wird z.B. verwendet wenn Behälter aus Metall ist und man es direkt aufschweissen kann. Da nicht isoliert hat man keinen Wärmewiderstand durch die Isolierung und wegen geringer Masse kurze Zeitkonstanten. Allerdings sind die Nachteile auch erheblich. Der Wärmewiderstand der Isolierung verursacht recht gerne Meßfehler, man mißt ja tatsächlich nur die Temperatur des elektrischen Sensors ( d.h. des PT-Metalls ), nicht die des Meßobjekts. Hat der Bottich einen Rührer der die Suppe umwälzt?

Wenn man Hf-Einstreuung hat würde LC-Filter helfen, aber geschirmes Kabel ( innen verdrillt ) das man passend erdet wäre Alternative dazu.

Die vom Sensor zur Leiterplatte. Wie lang sind die Drähte vom Sensor zur Elektronik ? In vielen Fällen ( besonders wenn man von "24 Bit" träumt ) hat man heutzutage den A/D-Wandler direkt hinter dem Sensor und wickelt den Rest digital per Feldbus ab. Wenn der Aufbau nicht monströs ist ( mit Digitalknipse Foto vom Istzustand machen und jpg auf Webseite stellen dann hat man besseren Eindruck um was es geht ) genügt für Eigenbau oft schon I2C-Bus mit 5V über Flachbandkabel. Bzw. die A/D-Wandler haben ohnehin eine serielle Schnittstelle und man muß nur für Adressierung sorgen. Es gäbe von Maxim auch einen 2-Draht-Bus ( "1 wire bus" ) und für diesen A/D-Wandler ( 12 Bit ?) die bereits Si-Temperatursensoren integriert haben. Aber wohl nicht für

200´C.

Es bleibt sich egal, wenn die Leiterplatte sowenig Verlustleistung erzeugt, daß ihre Temperatur praktisch der Umgebungstemperatur entspricht. Offensichtlich gibts dann keine Thermospannung auf der Leiterplatte. Der A/D-Wandler ist recht genügsam. Bezüglich Referenzspannungs-ICs wäre ich mir da nicht so sicher. Es gab sogar schon Typen ( Intersil ICL8075 - ICL8079 ) die sich per Heizer auf konstant 85´C hielten, aber die haben sich nicht durchgesetzt, Thermospannung kann da mit ein Grund sein. Funktioniert aber alles nur so richtig, wenn der Sensor nur die Umgebungstemperatur ca. 20´C messen soll. Hier hat man wohl einen Bottich der 200´C macht und entweder über IR-Strahlung und eventuell das Kabel auf eine Leiterplatte die wohl auf ca. 20´C ist einwirken kann. Außerdem geht in üblichen Räumen die Temperatur nachts etwas runter und tags etwas rauf, d.h. die 20´C sind nicht fix. Man hat also zwei Effekte: die Temperatur der ganzen Leiterplatte geht rauf und runter, das sollte die Temperaturstabilität der Referenzspnnungsquelle können. Oder quer über die Leiterplatte ändert sich die Temperatur, da ist die Auswirkung schwieriger absehbar. Deshalb die Styrophor-Kappe: wenn schon mollig warm, dann einheitliche Übertemperatur fürs Board. Umgekehrt könnte man natürlich auf DIL-ICs Kühlkörper setzen und das Board ohne Gehäuse betreiben um die Temperaturüberhöhung gegen Umgebung zu minimieren. Das ist aber oft die schlechtere Alternative.

MfG JRD

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Rafael Deliano

snipped-for-privacy@gmx.de schrieb:

NTC (Thermistor) ist nicht dasselbe wie Thermoelement und nicht dasselbe wie ein PT100.

Wie gesagt: Das Berechnen der Reaktionsenergie kannst Du Dir im Prinzip schenken, es ist höchstens als Anhaltspunkt für das folgende hilfreich. Auch ist es nicht nötig, daß Du die Leistung Deines Netzteils verändern kannst:

Aus deiner Reaktion bekommst Du eine Messkurve R(t). Nun schaltest Du Dein Netzteil auf eine feste Spannung und hast einen vom Computer kontrollierten Schalter vor Deinem Heizwiderstand. Indem Du Deine Heizung pulst und dabei genau protokollierst, wie lang die Pulse waren -- Zeiten lassen sich extrem einfach extrem genau messen, führst Du Buch über die eingebrachte elektrische Energie.

Die Aufgabe Deiner Software ist nun, so Heizpulse zu erzeugen, daß deine Meßkurve C(t) bei der elektrisch geheizten Kalibriermessung möglichst genau der Messkurve R(t) während der Reaktion folgt. Das ist im Prinzip ein Regelproblem, bei dem der Sollwert sich zeitlich verändert aber der ganze Verlauf schon im Vorhinein bekannt ist. Wenn Dir das Regeln exakt gelingt, brauchst Du überhaupt keine Annahmen über den Temperatursensor, das Abkühlmodell, Wärmekapazitäten, Siedekühlung etc. mehr machen, weil all diese Effekte in der Kalibriermessung exakt genauso auftreten. In der Praxis wird es wohl nicht 100%ig klappen, dann mußt Du allerdings deine u.U. komplizierten Modellrechnungen und Meßlinearisierungen für die Abweichungen von der exakten Regelkurve machen, die wohl nur wenige % des Gesamtwertes ausmachen. Dadurch verringert sich ihr Fehlereinfluß entsprechend.

Gruß, Jürgen

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Jürgen Appel

Dennis Köhn pisze:

Ich will keine neuen Vorschläge bezüglich PT und NTC Sensoren unterbreiten, sondern die Diskussion in eine etwas andere Bahn leiten: Die Physiker wissen, dass man am genauesten die Frequenz messen kann, früher hat man auch für die Temperaturmessung Termometer genutzt, die die Veränderungen der Quarzschwingungen gemessen haben. Sie galten sogar als die genauesten überhaupt. Seit einigen Jahren höre ich nichts davon. Schalllaufzeitmessung für die Temperaturbestimmung nutzt man nur bei der Lufttemperaturmessung - es ist sich die beste, da unmittelbare Methode. Vielleicht soll man auch hier diese Möglichkeit erwähnen. Bei der heutigen Elektronik wäre sie sicher relativ leicht zu verwirklichen.

Grüße

W. Bicz

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Wieslaw Bicz

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Scheint kein handelsübliches Bauteil zu sein. Es sei denn man nimmt AT-Schnitt weil man bei Zimmertemperatur rumtut und akzeptiert daß der nicht sehr empfindlich ist. Wenn Quarz in Gehäuse eingebaut ist, ist die Zeitkonstante üppig, die angegeben "10sec auf 90%" sind optimistisch, man will ja nicht auf +/-10% messen. Wenn man Quarz ohne Gehäuse betreiben könnte z.B. weil man Temperatur eines harmlosen Gases wissen will oder IR-Strahler messen will gings eher.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Wieslaw Bicz schrieb:

HP hat so ein Quarz-Thermometer mal im Angebot gehabt.

- Henry

--
www.ehydra.dyndns.info
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Henry Kiefer

Henry Kiefer schrieb:

Die Idee an sich ist super. Allerdings wird es wohl unter meinen Bedingungen, d.h. bei bis zu 50 bar und etwa 10 cm in einem Reaktor "versenkt" nicht sehr brauchbar sein.

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Dennis Köhn

heyho!

@Jürgen

Soviel habe ich auch schon verstanden und sogar schon (*schulterklopf*), wie sie funktionieren. Unklar ist mir allerdings, welcher Sensor nun für mich der effektivste ist. PT100 ist robust und "genau" (teuer stört nicht), Thermoelement weniger robust und weniger genau aber mit höherem Koeffizienten. Über Thermistoren weiß ich noch nicht viel außer, daß sie wohl recht schnell sind...

Am Thermoelement stört mich hauptsächlich der Mehraufwand, die Kaltstellen zu kompensieren. Da ist das PT100 in 4-Leiter-Schaltung deutlich genügsamer, was den Aufbau angeht.

Hmmm... An Pulsen hatte ich ja nun noch gar nicht gedacht, viel mehr daran, die Leistung des Netzteils digital zu regeln. So oder so schaffe ich mir damit aber ein neues Messproblem, denn die zeitliche Auflösung müßte recht hoch sein, damit Ungenauigkeiten der Pulsbreiten sich nicht akkumulieren. Aber die Idee, einfach der T(t)-Kurve als Sollwert zu folgen ist super. Ich hatte immer nur daran gedacht, die ermittelten Leistungen direkt einzutragen aber so ist es ja noch viel einfacher... :)

Die Methode klingt SEHR erfolgversprechend. Danke für den Anstoss. Ich denke, das sollte man schnellstmöglich - ggf. auch vor der neuen Temperaturerfassung - umsetzen.

@Rafael:

Ja... :( . Nacher gleich mal korregieren.

Ja. Der äußere Mantel wird von einem Magnetrührstab umgewälzt und im Reaktor dreht sich je nach Anwendung ein Kreuzblatt- oder Ankerrührer.

Also mein Lieferant hat was von PT100 erzählt, die bis unmittelbar zum Temperaturfühler doppelt geschirmt sind - etwa 80 EUR sollen die mit zu meinem Pott passendem NPT-Einschrauber kosten.

Ufff - ich hoffe, das sind sie. Die PT100 würde ich ja fertig konfektioniert kaufen wollen mit 2m Kabel, Doppelschirm, Teflonmantel am Stecker mit vergoldeten Kontakten...

Ziemlich genau 2 Meter. Das ist einen kürzer, als beim jetzigen Aufbau aber mit passendem Durchbruch im Abzug sehr gut zu realisieren.

Da hätte ich wieder Sorgen um den Temperaturkoeffizienten der aktiven Bauteile. "Draußen" kann ich ihnen relativ konstante 20-25 °C gönnen während sich der Bereich innerhalb des Abzugs schon auf 30-70 °C ausdehnt. Außerdem sind die Chemikaliendämpfe vielleicht auch nicht so das Wahre. Ist der Einfluß eines guten und doppelt geschirmten Kabels in

4-Leiter-Technik denn immer noch soooo groß?

Hier mal ein Foto des Kalorimeters. Meines sieht zwar etwas anders (vor allem ordentlicher ;) ;) ) aus aber das Gerät ist im Prinzip das gleiche:

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Stimmt. Bringt es denn sonst Nachteile, den ADC nur für die Einzelmessung zu aktivieren? Mir ist irgendwie noch ein wenig mulmig bei dem Gefühl, ihn mehrmals pro sec ein und aus zu schalten.

Strahlung weniger, da die Elektronik außerhalb steht. Aber 2 m Kupferkabel sind nicht wirklich lang - das stimmt. Dazwischen kommt aber noch ein Stecker, so daß...

...wohl der größte Einfluss sein wird. Die Schwankungen muß ich auf jeden Fall beachten.

ja, so komplett ungeschirmt mißfällt mir auch total. Lieber die Schaltung doppelt und dreifach einpacken und darauf hoffen, daß sich nach ein paar Tagen im Inneren eine konstante Temperatur eingestellt hat.

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn

Dennis Köhn pisze:

Das muss nicht stimmen. Man kann nämlich die Laufzeit der Schallwellen in einem Stab messen. Der Sender und Empfänger kann 50 bar leicht aushalten, kann aber auch draußen sein.

Die Schaltung selbst in nicht sehr aufwendig, wir machen solche Sachen für andere Zwecke. Interessant is hier die Möglichkeit, die Temperatur in dem Medium selbst zu messen.

W. Bicz

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Wieslaw Bicz

Rafael Deliano schrieb:

KVG hatte einen Quarz-Temperatursensor zumindest mal abgeboten.

--=20 mfg hdw

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Horst-D.Winzler

Sollte wegen der kurzen Kabellängen und der geschirmten Kabel wenig Probleme wegen Einstreuung machen ausser dem üblichen 50Hz Brumm.

Für Abdeckkappen ist zwar Styrophor üblich, zersetzt sich im Lauf der Jahre aber. Balsaholz wäre Alternative.

Da die Elektronik bei 20´C rumeiert tut sich da nicht viel, wenn man die Bauteile nicht gezielt aufheizt. D.h. low-power Bauteile, niederige Versorgungsspannung. Selbst bei SMD-Teilen kann man Kupferfläche auf der Leiterplatte spendieren die ihnen Abführung der Wärme erleichtert.

Dem A/D wird es relativ egal sein. Die Referenzspannungsquelle wird man eventuell nicht schalten wollen und da sie warm wird ausserhalb der Styrophorhaube anbringen. Knackpunkt ist der Sensor selbst, wenn man ihn mit hohem Strom betreibt um üppiges Signal zu bekommen. Hat man ihn abgeschaltet, fällt seine Temperatur auf die Temperatur der Suppe und das ist der Sollzustand. Wenn man ihn einschaltet läuft seine durch Verlustleistung bedingte Übertemperatur ähnlich einem 1pol Tiefpass in Zeitkonstante T auf Endwert zu den er nach 3*T erreicht. Von 0 bis 1*T ist das ca. eine Gerade. D.h. in dieser Zeit eifrig samplen. Kann dann anhand der Gerade auf die Temperatur zum Zeitpunkt Null rückrechnen. Man muß ihn dann aber wieder länger abschalten damit er seine Übertemperatur wieder abbaut. Wenn der Sensor abgeschaltet ist kann der A/D-Wandler auch abgeschaltet werden.

Das wäre auf Wunder hoffen. Primitive Lösung ist die Elektronikplatine in eine Styrophorschachtel die per geregelter elektrischer Heizung auf 25´C oder 30´C gehalten wird, intern benötigt man noch kleinen Lüfter der die Luft umwälzt. Der kritische Schaltungsteil hat wie gesagt seine Styrophorhaube er mag umgewälzte Luft nicht.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Das mittelt sich aus. C kann so gross sein, dass Deine gewuenschte Bandbreite mit x Bits noch da ist. D.h. die Sprungantwort muss bis zur naechsten Messung bis zur gewuenschten Genauigkeit ausgelaufen sein.

Koennte man z.B. vom gleichen Wandler einfach mitmessen lassen und im PC rausrechnen.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Nachtrag: Wichtiger als Drift, die man ja rausmessen und rechnen kann, ist dass die Quelle hier moeglichst rauscharm ist und deren Stromversorgung astrein gefiltert ist.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

bei den 50bar sehe ich da kein Problem.

In eine Brühe eingetaucht könnte schon eher ein Problem sein.

Saludos Wolfgang

--
Meine 7 Sinne:
Unsinn, Schwachsinn, Blödsinn, Wahnsinn, Stumpfsinn, Irrsinn, Lötzinn.
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Wolfgang Allinger

Dennis Köhn schrieb:

P100 werden dann genommen, wenn Du die absolute Temperatur genau kennen mußt und Langzeitdrifts ein Problem sind. Außerdem haben sie den Vorteil, daß ihr Meßbereich recht groß ist.

Ja, kann ich nachvollziehen. Der Hauptvorteil von Thermoelementen ist, daß man sie sehr klein bauen kann und daß ihr Meßbereich noch weiter als der des PT100 sein kan. Ihr Signal ist im Vergleich zu den anderen beiden Möglichkeiten auch eher klein.

Sie haben pro K Temperaturänderung das größte Signal und bieten damit bei kleinen TemperaturÄnderungen ein mehrfach besseres Signal-Rauschverhältnis. Allerdings sind die Langzeitdrifts dieser Sensoren größer als die von RTDs, so daß der absolute Widerstandswert im Laufe eines Jahres schwanken kann. Deshalb zieht man bei Präzisionsthermometern, wo es auf langfristige Messung der absoluten Temperatur ankommt, RTDs wie den PT100 vor. Üblicherweise sind die NTC-Widerstandswerte auch deutlich größer als 100 Ohm, so daß der Einfluß der Verkabelung und der Selbsterwärmung geringer wird.

Bei Deinen Messungen, die eher weniger als einen Tag dauern und Du vor allem an den relativen Temperaturen interessiert bist, bieten NTCs IMHO nur Vorteile gegenüber dem PT100.

Hier steht noch einiges Interessantes:

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Ja, das kann man auch machen. Aber wenn Die Leistungsregelung per (langsamer) Pulsbreitenmodulation erfolgt, wird bei einer rein Ohmschen Last wie einem Heizwiderstand das Messen einfacher.

Besorg' Dir einen Quarzoszillator (10MHz-TTL Ausgang, gibt's fix und fertig) und ein einfacher TTL-Zähler dessen Eingang UND-verknüpft wird mit dem Heizer-An/Aus-Signal gibt Dir die Heizzeit auf wenige ppm genau.

Gruß, Jürgen

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Jürgen Appel

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