DE102005039827A1 - Verfahren zur Übertragung von sensorischen Informationen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Übertragung von sensorischen Informationen einer Mehrzahl von Sensormodulen (14, 16) soll auf zuverlässige Weise und bei besonders gering gehaltenem Aufwand eine Unterscheidung und individuelle Auswertung von einzelnen Sensorsignalen (18, 20) ermöglichen. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer dem jeweiligen Sensormodul (14, 16) zugeordneten Messanordnung (4, 6) aus dem Sensorsignal (18, 20) des Sensormoduls (14, 16) ein Ausgangssignal (18, 26) der Messanordnung (4, 6) gebildet wird, wobei dem Sensorsignal (20) mindestens eines Sensormoduls (16) ein individuelles Markierungssignal aufgeprägt wird und wobei aus den Ausgangssignalen (18, 26) aller Messanordnungen (4, 6) ein Summensignal (28) gebildet wird, das über eine gemeinsame Informationsschnittstelle an eine Auswerteeinheit (12) übermittelt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von sensorischen Informationen einer Mehrzahl von Sensormodulen über eine gemeinsame Informationsschnittstelle. Sie betrifft weiterhin eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
- Aktive Messanordnungen, bei denen die Verkabelung zwischen einem Sensormodul und einer zur Auswertung der sensorischen Informationen vorgesehenen Auswerteschaltung sowohl zur Übertragung der Sensorsignale als auch zur Spannungsversorgung des Sensormoduls verwendet wird, sind vielfach bekannt. Sie kommen insbesondere in modernen Kraftfahrzeugen zum Einsatz, da sie zum einen signaltechnisch verläßliche und vergleichsweise wenig störanfällige Meßwerte generieren können, und da zum anderen der Gesamtaufwand für die Verkabelung infolge der Mehrfachnutzung der Kabel besonders gering gehalten werden kann.
- Beispielsweise ist aus der
EP 0 922 230 B1 eine aktive Messanordnung bekannt, bei der das Sensormodul neben dem auch als Sensorelement bezeichneten eigentlichen Messwandler eine Stromquelle und einen Modulator umfaßt. Der Modulator steuert die Stromquelle, die dann einen den aufgenommenen Messwert darstellenden eingeprägten Strom an die Auswerteeinheit liefert. Die Übertragung des auf diese Weise modulierten Stromsignals an die Auswerteeinheit erfolgt dabei über dieselbe Zweidrahtleitung, oder allgemeiner gesprochen über dieselbe Schnittstelle, über die auch die zum Betrieb des Sensorelementes und des Modulators erforderliche Versorgungsspannung bereit gestellt wird. - Bei der Verwendung mehrerer voneinander unabhängiger Sensormodule ist es für eine weitere Reduzierung der Signal-/Versorgungsleitungen wünschenswert, alle Sensormodule über eine gemeinsame Schnittstelle mit der Auswerteeinheit zu verbinden. Zu diesem Zweck ist aus der älteren, bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 102004010962 eine sensorische Anordnung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Sensormodulen der oben beschriebenen Art parallel geschaltet ist, wobei über eine einzige Zweidrahtleitung ein aus den einzelnen Sensorsignalen zusammengesetztes Summensignal an die Auswerteeinheit übermittelt wird. In der Regel ist jedoch bei gleichartigen Sensoren eine Unterscheidung über die Herkunft der Sensorsignale anhand des Summensignals prinzipiell nicht möglich.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Übertragung von sensorischen Informationen einer Mehrzahl von Sensormodulen bereit zustellen, die auf zuverlässige Weise und bei besonders gering gehaltenem Aufwand eine Unterscheidung und individuelle Auswertung der einzelnen Sensorsignale, insbesondere im Falle von gleichartigen Sensoren, ermöglichen.
- Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem in einer dem jeweiligen Sensormodul zugeordneten Messanordnung aus dem Sensorsignal des Sensormoduls ein Ausgangssignal der Messanordnung gebildet wird, wobei dem Sensorsignal mindestens eines Sensormoduls ein individuelles Markierungssignal aufgeprägt wird, und wobei aus den Ausgangssignalen aller Messanordnungen ein Summensignal gebildet wird, das über eine gemeinsame Informationsschnittstelle an eine Auswerteeinheit übermittelt wird.
- Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, dass das an sich bereits bekannte und hinsichtlich des schaltungstechnischen Aufwandes besonders vorteilhafte und kostengünstige Konzept der Übertragung eines Summensignals bzw. eines Überlagerungssignals über eine gemeinsame Informationsschnittstelle dahingehend verfeinert werden sollte, dass anhand des Summensignals eine zuverlässige Rekonstruktion der Signalverläufe der Einzelsignale möglich ist. Mit anderen Worten: Die Überlagerung der einzelnen Sensorsignale sollte in der Weise erfolgen, dass sich die ursprünglichen, den einzelnen Sensormodulen zugeordneten Signalanteile wieder zuverlässig und eindeutig identifizieren oder dekodieren lassen.
- Dies wird gemäß dem hier vorgestellten Konzept erreicht, indem noch vor der Bildung des Summensignals einem oder mehreren Sensorsignalen jeweils ein individuelles Markierungssignal aufgeprägt wird. Anders ausgedrückt: Erst die durch die Markierung aufbereiteten und modifizierten Sensorsignale werden addiert und anschließend als Summensignal über die gemeinsame Schnittstelle an die Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit kann dann anhand der Markierungsanteile das jeweilige (ursprüngliche) Sensorsignal wieder identifizieren bzw. rekonstruieren.
- Die Markierung eines einzelnen Sensorsignals wird in der dem jeweiligen Sensormodul zugeordneten Messanordnung oder Schaltungsumgebung vorgenommen. Bei einer Mehrzahl von Sensormodulen mit entsprechenden Sensorsignalen genügt es, zur Unterscheidung sämtlicher Signale alle Sensorsignale bis auf eines jeweils individuell zu markieren. In dem Sonderfall, dass für dieses eine oder auch für ein anderes spezielles Sensorsignal keine Markierung erforderlich oder gewünscht ist, genügt es, wenn die Messanordnung nur aus dem Sensormodul selbst besteht und somit das Ausgangssignal dieser speziellen Messanordnung durch das unmodifizierte Sensorsignal selber gegeben ist.
- Besonders zweckmäßig ist das Verfahren bei digitalen Sensorsignalen, also Sensorsignalen mit einer festgelegten Zahl möglicher diskreter Funktionswerte. Eine Identifizierung eines einzelnen Signals gestaltet sich dabei entsprechend einfach, weil das in der Auswerteeinheit ankommende Summensignal lediglich unter Einbeziehung der Markierungsanteile nach den bekannten Amplitudenwerten abgetastet werden muß. Insbesondere kann das jeweilige Sensorsignal auch ein binäres Signal sein, das nur zwei Zustände annehmen kann. Dabei besteht ein besonderer Vorteil des Verfahrens darin, dass es auch die Signale mehrerer gleichartiger Sensormodule, bei denen die möglichen Signalwerte übereinstimmen, zuverlässig verarbeiten und in der Auswerteeinheit unterscheiden kann. In der Zeit können die Signale kontinuierlich oder auch diskret (getaktet) sein.
- Vorzugsweise erfolgt die Markierung eines Sensorsignals dadurch, dass in der Art einer Amplitudenmodulation ein dem Sensorsignal proportionales Markierungssignal zum Sensorsignal addiert wird. Vorteilhafterweise ist der zugehörige Proportionalitätsfaktor dabei eine von einer ganzen Zahl verschiedene Zahl. Damit lässt sich ein einzelnes Ausgangssignal einer Messanordnung stets von der Summe zweier oder mehrerer Ausgangssignale unterscheiden. Bei einer Mehrzahl von zu markierenden Sensorsignalen lässt sich das Konzept entsprechend erweitern. Es sollten dann vorzugsweise alle Proportionalitätsfaktoren voneinander verschieden sein. Besonders vorteilhaft ist eine Realisierung des Verfahrens, bei der das jeweilige Sensorsignal, das jeweilige Markierungssignal und das Summensignal durch elektrische Ströme repräsentiert werden, und bei dem die gemeinsame Informationsschnittstelle eine Stromschnittstelle der eingangs beschriebenen Art ist.
- Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist erfindungsgemäß eine Mehrzahl von elektrisch parallel geschalteten und über eine gemeinsame Stromschnittstelle mit einer Auswerteeinheit verbundenen Messanordnungen auf, wobei die jeweilige Messanordnung ein Sensormodul umfasst, und wobei mindestens eine Messanordnung eine Markierungseinrichtung aufweist, die derart geschaltet ist, dass dem Sensorstrom des zugeordneten Sensormoduls beim Betrieb der Vorrichtung ein Markierungsstrom aufgeprägt wird. Das über die Informationsschnittstelle übertragene Ausgangssignal entspricht dann der Summe der von den einzelnen Sensormodulen eingeprägten und von den Markierungseinrichtungen gekennzeichneten bzw. modifizierten Sensorsignale.
- Bevorzugt werden zwei oder mehrere Sensormodule parallel geschaltet. Im Falle mehrerer Sensormodule ist die Schaltung durch einfache Parallelschaltung der Ausgänge der weiteren Sensormodule und deren spezifischer Markierungseinrichtungen im Prinzip beliebig erweiterbar. Auf diese Weise lassen sich die Signale mehrerer Sensormodule mit gleicher Stromschnittstelle über eine Zweidrahtleitung übertragen und trotzdem unterscheidbar machen.
- Bevorzugt sind alle Sensormodule der Vorrichtung von gleicher Bauart, womit sich die gesamte Schaltungsanordnung unter Rückgriff auf standardisierte elektronische Bauelemente besonders kostengünstig verwirklichen läßt. Dennoch können die einzelnen Sensormodule mit ihren jeweiligen Messfühlern für vollkommen unterschiedliche Messzwecke und zur Aufnahme ganz verschiedener Messgrößen vorgesehen sein.
- Vorzugsweise ist das jeweilige Sensormodul derart ausgestaltet, dass es ein digitales Stromsignal, insbesondere ein binäres Stromsignal, als Sensorsignal liefert. Ein derartiges Sensormodul kann z.B. wie in der
EP 0 922 230 B1 beschrieben, insbesondere als integrierte elektrische Komponente, ausgeführt sein. - Die Markierungseinrichtung ist vorzugsweise durch eine elektrische Verstärkerschaltung gebildet, die vorzugsweise zur Bereitstellung eines dem Sensorstrom proportionalen Markierungsstroms ein Proportionalglied umfasst. Die Verstärkerschaltung kann insbesondere durch eine einfache und preisgünstige Transistorschaltung realisiert sein. Dabei ist die Gesamtheit der Messanordnungen vorteilhafterweise über eine Zweidrahtleitung mit der Auswerteeinheit verbunden. Über diese zweiadrige Signalleitung erfolgt auch die Versorgung der Messanordnungen mit der Betriebsspannung.
- Vorteilhafterweise umfasst das jeweilige Sensormodul ein magnetisches Sensorelement, das beispielsweise zusammen mit einem an einem rotierenden Maschinenteil (etwa eine Welle oder ein Rad) angeordneten Impulsgeber oder Encoder als Drehzahlsensor fungieren kann. Das jeweilige Sensorelement kann aber auch für eine Erfassung von translatorischen Bewegungen ausgelegt oder vorgesehen sein. Die Vorrichtung und das Verfahren werden bevorzugt bei der Steuerung und Überwachung technischer Anlagen und Maschinen, insbesondere jedoch im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz des hier geschilderten Konzeptes im Sektor der hydraulischen und der elektrohydraulischen Bremssysteme, der Parkbremse, des Antriebsgetriebes, der Fahrzeugtür oder auch des Sicherheitsgurtes in einem Kraftfahrzeug.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit dem beschriebenen Verfahren die Signale einer Vielzahl von Sensorelementen über eine gemeinsame Schnittstelle bzw. Übertragungsstrecke übertragen werden können, wobei dennoch die einzelnen Signalanteile unterscheidbar bleiben. Dadurch können die sonst für jedes einzelne Sensorelement notwendigen Zweidrahtleitungen eingespart werden, so dass sich die Kosten für die Übertragungsstrecke bei der Verwendung mehrerer Sensorelemente deutlich verringern. Zur Kostenreduzierung tragen neben den geringeren Materialkosten auch geringere Montagekosten bei der Verlegung der Schnittstellenleitungen bzw. Kabel bei. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die jeweils zur Kennzeichnung bzw. Markierung der Sensorsignale vorteilhafterweise vorgesehene Markierungseinrichtung besonders einfach und kostengünstig in der Art einer Verstärkerschaltung, z.B. als einfacher Transistorverstärker, verwirklicht werden kann.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch eine Vorrichtung zur Übertragung von sensorischen Informationen über eine gemeinsame Informationsschnittstelle, und -
2 Diagramme zur Darstellung des Stromverlaufs innerhalb der Übertragungsvorrichtung. - Die in
1 dargestellte Vorrichtung2 zur Übertragung und Auswertung sensorischer Informationen umfasst zwei elektrisch parallel geschaltete Messanordnungen4 ,6 , die über eine als gemeinsame Informationsschnittstelle dienende Zweidrahtleitung8 mit einem Signalempfänger10 verbunden sind. Die Messanordnungen4 ,6 werden über die Zweidrahtleitung8 mit der Betriebsspannung UB versorgt. Der Signalempfänger10 ist Teil einer Auswerteeinheit12 , die das durch den Strom I in der Zweidrahtleitung8 repräsentierte Stromsignal in einen Zahlenwert wandeln kann. - Jede der beiden Messanordnungen
4 ,6 umfasst ein Sensormodul14 ,16 , das abhängig von der zugrundeliegenden physikalischen Messgröße seinen Widerstand und somit den Teilstrom IS1, IS2 im jeweiligen Zweig ändert. Ein derartiges Sensormodul14 ,16 kann gemäß derEP 0 922 230 B1 aufgebaut sein und ein hier nicht näher dargestelltes Sensorelement sowie einen Modulator aufweisen. Das als eigentlicher Messwandler wirksame Sensorelement steuert über den Modulator die Stromschnittstelle an, wobei ein binäres Stromsignal, repräsentiert durch den Strom IS1, IS2, in den jeweiligen Stromkreis eingeprägt wird. Das jeweilige Sensorelement kann beispielsweise ein von einem zugehörigen Signalgeber getrigger tes magnetisches Sensorelement zur Drehzahlerfassung eines rotierenden Maschinenteils oder Rades sein, so dass das Sensormodul14 ,16 in diesem Fall ein das Drehverhalten darstellende binäres Stromsignal liefert. Dieses Messprinzip hat sich insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik in der Anwendung bei der Raddrehzahlerfassung als signaltechnisch robust und zugleich ökonomisch preiswert erwiesen und daher allgemein durchgesetzt. - Im vorliegenden Fall werden die beiden gleichartigen Sensormodule
14 ,16 zur Erfassung unterschiedlicher, voneinander unabhängiger Messgrößen eingesetzt.2 zeigt im Teilbild a) ein am Sensormodul14 ausgangsseitig anliegendes Sensorsignal18 . Dargestellt ist die in dimensionslosen Einheiten gemessene Stromstärke IS1 als Funktion der Zeit. Das binäre Stromsignal nimmt dabei die Werte „1" oder „2" an. Teilbild b) zeigt ein entsprechendes Sensorsignal20 des Sensormoduls 16 im gleichen Zeitintervall. Das Sensormodul16 ist vom gleichen Typ wie das Sensormodul14 , so dass das Sensorsignal20 auch in diesem Fall nur die Werte „1" oder „2" annehmen kann. - Durch eine simple Parallelschaltung der Sensormodule
14 ,16 würde sich ein Summensignal ergeben, dass je nach den momentanen Werten der Einzelsignale18 ,20 die Werte „2", „3" oder „4" annehmen kann. Dies hat den Nachteil, dass bei Vorliegen des Wertes „3" nicht ohne weiteres anhand des Summensignals entschieden werden kann, welchem der beiden Sensormodule14 ,16 der Signalwert „1" bzw. „2" zugeordnet ist. - Um dennoch die ökonomisch vorteilhafte Signalübertragung über die gemeinsame Stromschnittstelle auch bei gleich artigen Sensormodulen
14 ,16 nutzen zu können und dabei eine Identifikation der einzelnen Signalanteile zu ermöglichen, ist bei der in1 dargestellten Schaltungsanordnung vorgesehen, die Sensorsignale18 ,20 der Sensormodule14 ,16 – noch vor der Bildung des Summensignals – durch ein spezifisches Markierungssignal unterscheidbar zu machen. Zu diesem Zweck umfasst die Messanordnung6 neben dem Sensormodul16 auch noch eine als Markierungseinrichtung wirksame Verstärkerschaltung22 , welche einen dem Sensorstrom IS2 des Sensormoduls16 proportionalen Markierungsstrom IV2 generiert, der über den Widerstand24 zu dem Sensorstrom IS2 hinzuaddiert wird. Die Verstärkerschaltung22 ist im Ausführungsbeispiel als einfache Transistorschaltung realisiert. Es können selbstverständlich aber auch andere Verstärkerschaltungen zum Einsatz kommen. Das auf diese Weise gebildete Ausgangssignal26 der Messanordnung6 ist in Teilbild c) von2 dargestellt, wobei für den zum Sensorstrom IS2 proportionalen Markierungsstrom IV2 ein Proportionalitätsfaktor von 0,5 eingestellt bzw, vorgegeben wurde. Damit nimmt das Ausgangssignal26 die Werte „1,5" oder „3" an. Da die Messanordnung4 lediglich aus dem Sensormodul14 besteht, ist in diesem Fall das Sensorsignal18 gleich dem Ausgangssignal der Messanordnung4 . - Schließlich zeigt Teilbild d) das aus den Ausgangssignalen
18 ,26 der Messanordnungen4 ,6 gebildete Summensignal28 , das über die Zweidrahtleitung8 an den Signalempfänger10 übermittelt wird. Mögliche Signalwerte sind nun „2,5", „3,5", „4,0" sowie „5,0". Anhand dieser Werte ist eine eindeutige Identifizierung oder Rekonstruktion der ursprünglichen Sensorströme IS1 und IS2 möglich, denn es gibt jeweils nur eine einzige Kombination der Einzelsignale, die in der Summe zu den genannten Werten des Summensignales28 führt. Eine derartige Zuordnung und Auswertung kann beispielsweise mittels einer geeigneten Logikschaltung in der Auswerteeinheit12 automatisiert vorgenommen werden. - Der beschriebene Schaltungsaufbau ist durch weitere Sensormodule und jeweils spezifisch zugeordnete Verstärkerschaltungen erweiterbar. Damit lassen sich die Signale mehrerer Sensormodule
14 ,16 mit gleicher Stromschnittstelle über eine einzige Zweidrahtleitung8 übertragen und trotzdem unterscheidbar machen. -
- 2
- Vorrichtung
- 4, 6
- Messanordnung
- 8
- Zweidrahtleitung
- 10
- Signalempfänger
- 12
- Auswerteeinheit
- 14, 16
- Sensormodul
- 18, 20
- Sensorsignal
- 22
- Verstärkerschaltung / Markierungseinrichtung
- 24
- Widerstand
- 26
- Ausgangssignal
- 28
- Summensignal
- UB
- Betriebsspannung
- I
- Gesamtstrom
- IS1
- Sensorstrom
- IS2
- Sensorstrom
- IV2
- Verstärkerstrom
Claims (15)
- Verfahren zur Übertragung von sensorischen Informationen einer Mehrzahl von jeweils einer Messanordnung (
4 ,6 ) zugeordneten Sensormodulen (14 ,16 ), bei dem aus dem Sensorsignal (18 ,20 ) des jeweiligen Sensormoduls (14 ,16 ) ein Ausgangssignal (18 ,26 ) der zugeordneten Messanordnung (4 ,6 ) gebildet wird, wobei dem Sensorsignal (18 ,20 ) mindestens eines Sensormoduls (16 ) ein individuelles Markierungssignal aufgeprägt wird, und wobei aus den Ausgangssignalen (18 ,26 ) aller Messanordnungen (4 ,6 ) ein Summensignal (28 ) gebildet wird, das über eine gemeinsame Informationsschnittstelle an eine Auswerteeinheit (12 ) übermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das jeweilige Sensorsignal (
18 ,20 ) ein digitales Signal, insbesondere ein binäres Signal, ist. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die möglichen Signalwerte aller Sensorsignale (
18 ,20 ) gleich sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Markierung dadurch erfolgt, dass ein dem Sensorsignal (
18 ,20 ) proportionales Markierungssignal zum Sensorsignal (18 ,20 ) addiert wird. - Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Proportionalitätsfaktor nicht ganzzahlig ist.
- Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem eine Mehrzahl von Sensorsignalen (
18 ,20 ) markiert wird, wobei alle Proportionalitätsfaktoren voneinander verschieden sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das jeweilige Sensorsignal (
18 ,20 ), das jeweilige Markierungssignal und das Summensignal (28 ) durch elektrische Ströme (IS1, IS2, IV2, I) repräsentiert werden, und bei dem die gemeinsame Informationsschnittstelle eine Stromschnittstelle ist. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Mehrzahl von elektrisch parallel geschalteten und über eine gemeinsame Stromschnittstelle mit einer Auswerteeinheit (
12 ) verbundenen Messanordnungen (4 ,6 ), wobei die jeweilige Messanordnung (4 ,6 ) ein Sensormodul (14 ,16 ) umfasst, und wobei mindestens eine Messanordnung (6 ) eine Markierungseinrichtung (22 ) aufweist, die derart verschaltet ist, dass dem Sensorstrom (IS2) des zugeordneten Sensormoduls (16 ) beim Betrieb der Vorrichtung (2 ) ein Markierungsstrom (IV2) aufgeprägt wird. - Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der alle Sensormodule (
14 ,16 ) von gleicher Bauart sind. - Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der das jeweilige Sensormodul (
14 ,16 ) ein digitales Stromsignal, insbeson-dere ein binäres Stromsignal, als Sensorsignal (18 ,20 ) liefert. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Markierungseinrichtung (
22 ) durch eine elektrische Verstärkerschaltung gebildet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 11, bei dem die Verstärkerschaltung zur Bereitstellung eines dem Sensorstrom (IS2) proportionalen Markierungsstroms ein Proportionalglied umfasst.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die Gesamtheit der Messanordnungen (
4 ,6 ) über eine Zweidrahtleitung (8 ) mit der Auswerteeinheit (12 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Zweidrahtleitung (
8 ) zur Versorgung der Messanordnungen (4 ,6 ) mit der erforderlichen Betriebsspannung (UB) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das jeweilige Sensormodul (
14 ,16 ) ein Magnetsensorelement, insbesondere ein Magnetsensorelement zur Erfassung von translatorischen oder rotatorischen Bewegungen, aufweist.
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