DE3855803T2 - Identifizierungsbake bei der Durchfahrt eines Fahrzeuges in einem bestimmten Punkt - Google Patents
Identifizierungsbake bei der Durchfahrt eines Fahrzeuges in einem bestimmten PunktInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bake zur Identifizierung bei der Durchfahrt eines Fahrzeugs an einem bestimmten Punkt, die in nicht einschränkender Weise für jedes sich auf Schienen bewegende Fahrzeug anwendbar ist: z.B. Lokomotive und/oder Waggons, U-Bahnzüge.
- Aus der französischen Patentanmeldung 2 593 761 mit dem Titel "Système de signalisation ferroviaire pour la reconnaissance d'un véhicule prédéterminé son passage en un pomt donné" (Schienen-Signalisierungssystem zur Erfassung eines vorbestimmten Fahrzeugs bei Überfahren einer bestimmten Stelle) ist ein System bekannt, das eine ortsfeste Fragebake und ein passives Antwortorgan aufweist, das auf einem zu erkennenden Fahrzeug befestigt ist. Die Bake sendet eine mit einer ersten Frequenz modulierte Welle aus und empfängt eine vom Antwortorgan zurückgeschickte Welle, bei der man eine Modulation mit einer zweiten Frequenz erfaßt, die unterhalb der ersten Frequenz liegt. Das Antwortorgan ohne innere Stromquelle enthält einen Mikrowellenempfänger, einen Teiler, der die empfangene Energie in zwei Teile teilt, einen Detektor, eine Verzögerungsleitung, einen Modulator und eine Sendeantenne, um die empfangene modulierte Welle in Impulse einer Breite zu zerteilen, die gleich der Zeitkonstanten der Verzögerungsleitung ist. Um verschiedene Fahrzeugtypen zu erkennen, enthalten die Antwortorgane Verzögerungsleitungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten, und die Bake muß ebenfalls soviele Verzögerungsleitungen aufweisen, wie es Fahrzeuge gibt. Die Erfassung der vom Antwortorgan gesendeten modulierten Welle ermöglicht die Erfassung der Zeitkonstanten der zum Antwortorgan gehörenden Verzögerungsleitung und so die Erkennung des Fahrzeugtyps. Das Antwortorgan sendet also nur ein besonderes Merkmalsignal und die mit einem solchen Signal verbundene Informationsmenge ist notwendigerweise begrenzt. Außerdem ist die Struktur des Antwortorgans ziemlich kompliziert und erfordert verschiedene Bauelemente.
- Aus der französischen Patentanmeldung 8617425 (FR-A-2 608 119) "Dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions large bande entre un véhicule ferroviaire et un poste de contrôle de trafic" (Vorrichtung zur Übertragung von Informationen und/oder Befehlen mit breitem Band zwischen einem Schienenfahrzeug und einer Verkehrs-Kontrollstation), die von der Anmelderin am 12. Dezember 1988 angemeldet wurde, ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Übertragung von Informationen mit Hilfe eines Wellenleiters erfolgt, der entlang des Schienenwegs angeordnet ist. Die Sendeseite des Wellenleiters besitzt ein Netz von Öffnungen, wobei einige Öffnungen senkrecht zur Längsachse des Wellenleiters und andere Öffnungen schräg in Bezug zu dieser Achse liegen und gemäß einem bestimmten Motiv angeordnet sind, das einer geeigneten Kodierung entspricht. Die zur Achse senkrechten Öffnungen übertragen eine axiale Komponente Ez, die Informationen und/oder Befehle transportiert, und die schrägen Öffnungen übertragen außerdem eine Komponente Ey senkrecht zur Achse, die die Erfassung seiner Absolutlage durch das Fahrzeug und alle anderen damit verbundenen Informationen erlaubt, insbesondere seine maximal erlaubte Geschwindigkeit. Der Wellenleiter ist mit einer Bodenstation verbunden, die Sende- und Empfangsmittel aufweist; das Fahrzeug ist mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangsantenne und mit Sende- und/oder Empfangsmitteln ausgestattet. Die Bodenstation, die mit dem Wellenleiter verbunden ist, sendet zwei Mikrowellen mit verschiedenen Frequenzen, wobei die eine dem Informations- und/oder Befehlsaustausch dient und die andere große Amplitudenschwankungen der von der mit dem Fahrzeug verbundenen Antenne empfangenen Signale liefert und in der Nähe der Seite des Wellenleiters bleibt, die mit Öffnungen versehen ist, um durch Zählen der Anzahl von schrägen Öffnungen die Lokalisierung des Fahrzeugs und die Messung seiner Geschwindigkeit zu ermöglichen.
- Diese Vorrichtung erfordert eine Stromversorgung für den Sender und den Empfänger.
- Bei Identifikationsbaken, die an bestimmten Stellen des Schienenwegs angeordnet sind, müssen diese Baken mit einer autonomen Stromversorgung versehen werden, z.B. mit Batterien, was sogar bei Batterien mit langer Lebensdauer eine periodische Kontrolle der Baken erfordert. Bei niedriger Temperatur können die Baken ggf. nicht funktionieren, da die Batterien dann keine ausreichende Energie mehr liefern.
- Die vorliegende Erfindung hat ein Identifikationssystem zum Ziel, das mindestens eine passive Identifikationsbake enthält, die folglich keinerlei Stromversorgung erfordert.
- Die Erfindung hat ein Identifikationssystem beim Überfahren einer bestimmten Stelle durch ein Fahrzeug zum Gegenstand, das mindestens einen aktiven Teil und mindestens einen dazu relativ verschiebbaren passiven Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der passive Teil einen Rechteck-Wellenleiter enthält, der aufweist:
- * Längsschlitze, die in regelmäßigen Abständen entlang des Wellenleiters nahe einem Längsrand einer großen Seite des Wellenleiters angeordnet sind, mit einem Abstand, der das Wiederaussenden einer Welle mit einer ersten, höheren Frequenz in Querpolarisation, und den Empfang einer Welle mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz erlaubt;
- * Schlitzpaare, die je aus zwei Querschlitzen bestehen, die einen solchen Abstand aufweisen, daß er die Wiederaussendung der Welle mit der niedrigeren Frequenz erlaubt, und die entlang des Wellenleiters nach jeweils n Längsschlitzen angeordnet sind, wobei n eine ganze Zahl ist, wobei das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Schlitzpaars den Wert eines Bits einer Identifikationsnachricht darstellt; wobei diese Schlitzpaare auf die Achse der großen Seite des Wellenleiters zentriert sind und in Höhe der Längsschlitze liegen und wobei die Schlitze der Schlitzpaare senkrecht zur Achse der großen Seite verlaufen;
- - der aktive Teil aufweist:
- * Mittel, die sich in Höhe der Längsschlitze des Wellenleiters befinden, um zu ihnen eine Welle, die die höhere Frequenz aufweist, und eine Welle, die die niedrigere Frequenz aufweist, zu senden; wobei diese Mittel in ausreichend direktiver Weise senden, um jeweils nur zu einem Längsschlitz zu senden;
- * Mittel, die sich in Höhe des Bereichs des Wellenleiters befinden, der die Längsschlitze aufweist, um die Welle mit der höheren Frequenz zu empfangen, die vom Wellenleiter wiederausgesendet wird, und um aus ihrer Amplitude ein Taktsignal abzuleiten; wobei diese Mittel in ausreichend direktiver Weise empfangen, um Signale von je nur einem Längsschlitz zu empfangen;
- * Mittel, die in Höhe des Bereichs des Wellenleiters angeordnet sind, der die Schlitzpaare enthält, um die Welle mit niedrigerer Frequenz zu empfangen, die vom Wellenleiter wiederausgesendet wird, und um aus ihrer Amplitude eine Folge von Binärwerten abzuleiten, wobei ihre Amplitude in einem vom Taktsignal bestimmten Rhythmus erfaßt wird, und diese Mittel in ausreichend direktiver Weise empfangen, um Signale jeweils nur von einem Schlitzpaar zu empfangen.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf einen passiven Teil nach Anspruch 2 und einen aktiven Teil nach Anspruch 5.
- Nachfolgend wird als Beispiel und unter Bezugnahme auf die einzige Figur der beiliegenden Zeichnung eine erfindungsgemäße Bake beschrieben. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Bake, Antennen und zwei Signaldiagramme, die sich auf zwei Gruppen von Öffnungen beziehen, die in der Bake vorgesehen sind.
- Wie die Figur zeigt, besteht die erfindungsgemäße Bake aus einem Rechteck-Wellenleiter 1, der gemäß einem Bezugstrieder OXYZ ausgerichtet ist, wobei die Achse OZ entlang der Länge des Wellenleiters, die Achse OX in der Ebene einer kleinen Seite des Wellenleiters und die Achse OY in der Ebene einer großen Seite 2 des Wellenleiters ver läuft.
- Die große Seite 2 des Wellenleiters besitzt über die Länge des Wellenleiters und nahe einem Rand Längsschlitze 3, deren Länge gemäß der Achse OZ ausgerichtet ist, wobei die Schlitze durch einen Abstand D voneinander getrennt sind.
- Diese große Seite 2 besitzt außerdem Schlitzpaare, die je aus zwei Schlitzen 4 und 4' bestehen, die auf die Längsachse WW' der großen Seite zentriert sind und in Höhe eines Längsschlitzes 3 liegen; die Schlitzpaare sind entlang der Längsachse WW" angeordnet und ein Schlitzpaar liegt jeweils nach n Längsschlitzen, wobei n mindestens gleich drei ist; der Abstand d zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzpaaren ist also d = nP, mit n ≥ 3 und P gleich dem Abstand der Längsschlitze. Die Figur zeigt den Fall von n = 3. Das Vorhandensein eines Schlitzpaars entspricht einem Bit eines Werts "1" und die Abwesenheit eines Schlitzpaars entspricht einem Bit mit dem Wert "0", wie in der Figur gezeigt ist. Die Gesamtheit der Schlitzpaare der Bake bildet eine Nachricht im Binärkode. Die Länge der Bake hängt also von der Länge der Nachricht ab.
- Die große Seite 2 des Wellenleiters besteht aus einem Kunststoffmaterial, das mit einer Metallbeschichtung bedeckt ist, in die die Längsschlitze und die Schlitzpaare eingraviert sind, und der Wellenleiter wird an seinen Enden durch eine nicht dargestellte, angepaßte Last verschlossen. Auf diese Weise ist das Innere des Wellenleiters von der Außenumgebung geschützt und kein Fremdkörper, Staub, Wasser, Schnee usw. kann in ihn eindringen.
- In der Figur sind schematisch eine Sendeantenne A1, eine erste Empfangsantenne A2 und eine zweite Empfangsantenne A3 dargestellt, wobei diese drei Antennen zueinander feste Positionen haben und sich relativ zur Bake verschieben, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Diese Relativverschiebung erfolgt nur gemäß der Längsachse WW' erfolgt, die selbst parallel zur Achse OZ verläuft, und die Antennen befinden sich während der Verschiebung vor der großen Seite 2 der Bake.
- Die Sendeantenne A1 sendet zwei Signale geringer Leistung, z.B. von 0,1 Watt, eines mit niedrigerer Frequenz F1 und das andere mit höherer Frequenz F2, wobei diese Frequenzen im Frequenzband zwischen 1 und 10 GHz liegen. Die Signale können ggf. moduliert sein.
- Die Sendeantenne A1 ist eine Richtantenne, die in Richtung der Bake sendet und sich während der oben beschriebenen relativen Verschiebung vor den Längsschlitzen 3 befindet. Die Signale werden gemäß einer Polarisation Ey gesendet, d.h. gemäß der OY-Achse, um nacheinander die Längsschlitze während der Relativverschiebung anzuregen, wobei die Sendeantenne jeweils nur einen Längsschlitz anregt, wenn sie sich vor ihm befindet. Die Theorie der Strahlung eines Netzes von Öffnungen, die in einer leitenden Ebene angeordnet sind, zeigt, daß es möglich ist, einen solchen Abstand zwischen Öffnungen zu finden, daß bei der niedrigeren Frequenz F1 das vom Öffnungsnetz übertragene elektromagnetische Feld homogen ist, d.h. daß seine Amplitude nicht von der Position der Sendeantenne über einer Öffnung oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Öffnungen abhängt; während bei der hohen Frequenz F2 diese Amplitude des Felds variiert und einen maximalen Wert annimmt, wenn die Sendeantenne sich vor einem Längsschlitz 3 befindet, bzw. einen minimalen Wert, wenn die Sendeantenne sich zwischen zwei Längsschlitzen befindet. In der Bake gemäß der Figur ist der Abstand P zwischen Längsschlitzen 3 derart, daß die Längsschlitze eine Strahlung mit der hohe Frequenz F2 aussenden, wobei diese Strahlung eine Polarisation Ey aufweist, so daß die Amplitude dieser Strahlung von der Lage der Sendeantenne relativ zu einem Längsschlitz abhängt. Die Strahlung jedes Längsschlitzes wird von der ersten Empfangsantenne A2 aufgefangen, die eine Richtantenne, z.B. ein Hornstrahler ist. Die Periode P der Längsschlitze 3 ist gleich D+L, wobei L die Länge eines Längsschlitzes ist. Für eine hohe Frequenz F2 von z.B. 2,5 GHz ist L etwa die halbe Wellenlänge, d.h. etwa 60 mm und D etwa 61 mm.
- Die Schlitze 4 und 4' der Schlitzpaare senden eine Strahlung einer Polarisation Ez bei der niedrigeren Frequenz F1 aus, deren Amplitude nicht von der Position der Sendeantenne A1 in Bezug auf die Längsschlitze abhängt. Die zwei Schlitze eines Schlitzpaars trennende Entfernung ist geringer als eine halbe Wellenlänge λ &sub1;/2 der niedrigeren Frequenz F1. Für F1 = 2,4 GHz ist diese Entfernung geringer als 6,25 cm. Die Strahlung jedes Schlitzpaars wird von der zweiten Empfangsantenne A3 aufgefangen, die eine Richtantenne z.B. ein Hornstrahler ist. Die Empfangsantennen A2 und A3 liegen also zueinander senkrecht; sie sind auch von der Sendeantenne A1 entfernt, um nicht das direkte Feld zu empfangen, das von dieser Sendeantenne ausgesendet wird. Die Entfernung zwischen der Sendeantenne und den Empfangsantennen beträgt z.B. mindestens zwei bis drei Wellenlängen λ &sub1; der niedrigeren Frequenz F1.
- In der Figur stellen die Diagramme Ho und M ein Taktsignal bzw. eine Nachricht dar.
- Das Taktsignal Ho entspricht dem von der ersten Empfangsantenne A2 empfangenen Signal nach einer Signalaufbereitung; es gibt also einen Taktimpuls für jeden Längsschlitz 3.
- Das Signal M entspricht dem von der zweiten Empfangsantenne A3 empfangenen Signal nach einer Signalaufbereitung; es hat also den Wert 1, wenn ein Schlitzpaar auf der Bake vorhanden ist, und den Wert 0, wenn kein Schlitzpaar vorhanden ist. In der Figur behält das Signal der Nachricht M den Wert 1 bis zum folgenden Schlitzpaar und behält diesen Wert, wenn ein Schlitzpaar vorhanden ist, bzw. nimmt den Wert 0 an im Fall der Abwesenheit des Schlitzpaars; die Erfassung des Signals der Schlitzpaare erfolgt z.B. alle n Impulse des Taktsignals, wobei die Berücksichtigung des Signals dann erfolgt, wenn seine Amplitude maximal (Bit = 1) oder minimal (Bit = 0) ist. Das Taktsignal Ho ermöglicht außerdem die Messung der Verschiebegeschwindigkeit der Bake in Bezug auf die Antennen durch Messung der Frequenz des Taktsignals, wobei der Abstand P bekannt ist. Es ist anzumerken, daß die Nachricht M, die aus einer Folge von Bits besteht, von der relativen Geschwindigkeit der Bake und der Antennen unabhängig ist; nur die Dauer der Bits hängt von der Geschwindigkeit ab, was das Lesen der Bake und somit der von ihr getragenen Nachricht nicht beeinträchtigt.
- Die erfindungsgemäße Bake kann im Fall einer Anwendung auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge zwischen den Schienen eines Gleises oder entlang dieser Schienen angeordnet und ortsfest sein, wobei die Antennen dann mit einem Fahrzeug fest verbunden sind, das mit einer Stromversorgung versehen ist, wie z.B. die Lokomotive eines Zuges. Die von der Bake getragene Nachricht ist z.B. ein Sollwert der erlaubten Geschwindigkeit oder eine Nachricht, die die Positions-Erfassung ermöglicht. Umgekehrt können die Antennen auch zwischen den Schienen oder entlang der Gleise ortsfest und die Bake fest mit einer Lokomotive oder einem Waggon verbunden sind. Man kann eine Bake je Waggon vorsehen, wobei jede Bake dann eine andere Nachricht trägt, was es ermöglicht, jeden Waggon zu identifizieren, ohne daß es notwendig wäre, daß er über eine Energiequelle verfügt.
- Natürlich ist das Gebiet des Schienenverkehrs nur ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Bake, da eine solche Bake allgemein jedesmal dann verwendet werden kann, wenn eine Nachricht auf jedes vor der Bake vorbeifahrende Fahrzeug übertragen werden soll oder jedesmal dann, wenn ein Fahrzeug eine Nachricht übertragen soll, wenn es eine bestimmte Stelle überfährt, wobei das Fahrzeug dann mit einer erfindungsgemäßen Bake ausgestattet ist.
Claims (6)
1. Identifikationssystem beim Überfahren einer bestimmten
Stelle durch ein Fahrzeugs, das mindestens einen aktiven
Teil und mindestens einen dazu relativ verschiebbaren
passiven Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der passive Teil einen Rechteck-Wellenleiter (1) enthält,
der aufweist:
* Längsschlitze (3), die in regelmäßigen Abständen
entlang des Wellenleiters nahe einem Längsrand einer großen
Seite des Wellenleiters angeordnet sind, mit einem Abstand,
der das Wiederaussenden einer Welle mit einer ersten,
höheren Frequenz in Querpolarisation, und den Empfang einer
Welle mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz erlaubt;
* Schlitzpaare (4, 4'), die je aus zwei Querschlitzen
bestehen, die einen solchen Abstand aufweisen, daß er die
Wiederaussendung der Welle mit niedrigerer Frequenz erlaubt,
und die entlang des Wellenleiters nach jeweils n
Längsschlitzen (3) angeordnet sind, wobei n eine ganze Zahl ist,
wobei das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines
Schlitzpaars den Wert eines Bits einer Identifikationsnachricht
darstellt, wobei diese Schlitzpaare auf die Achse der großen
Seite des Wellenleiters zentriert sind und in Höhe der
Längsschlitze (3) liegen und wobei die Schlitze der
Schlitzpaare senkrecht zur Achse der großen Seite verlaufen;
- der aktive Teil aufweist:
* Mittel (A1), die sich in Höhe der Längsschlitze (3)
des Wellenleiters befinden, um zu ihnen eine Welle, die die
höhere Frequenz aufweist, und eine Welle, die die niedrigere
Frequenz aufweist, zu senden, und wobei diese Mittel (A1) in
ausreichend direktiver Weise senden, um jeweils nur zu einem
Längsschlitz zu senden;
* Mittel (A2), die sich in Höhe des Bereichs des
Wellenleiters befinden, der die Längsschlitze (3) aufweist,
um die Welle mit der höheren Frequenz zu empfangen, die vom
Wellenleiter wiederausgesendet wird, und um aus ihrer
Amplitude ein Taktsignal (H) abzuleiten, wobei diese Mittel
(A2) in ausreichend direktiver Weise empfangen, um Signale
jeweils nur von einem einzigen Längsschlitz zu empfangen;
* Mittel (A3), die in Höhe des Bereichs des
Wellenleiters angeordnet sind, der die Schlitzpaare (4) enthält,
um die Welle mit niedrigerer Frequenz zu empfangen, die vom
Wellenleiter wiederausgesendet wird, und um aus ihrer
Amplitude eine Folge von Binärwerten abzuleiten, wobei ihre
Amplitude in einem vom Taktsignal (H) bestimmten Rhythmus
erfaßt wird und diese Mittel (A3) in ausreichend direktiver
Weise empfangen, um Signale jeweils nur von einem
Schlitzpaar zu empfangen.
2. Passiver Teil eines Identifikationssystems, dadurch
gekennzeichnet, daß er einen Rechteck-Wellenleiter (1)
enthält, der aufweist:
* Längsschlitze (3), die in regelmäßigen Abständen
entlang des Wellenleiters nahe einem Längsrand einer großen
Seite des Wellenleiters angeordnet sind, mit einem Abstand,
der das Wiederaussenden einer Welle mit einer ersten,
höheren Frequenz in Querpolarisation und den Empfang einer Welle
mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz erlaubt;
* Schlitzpaare (4, 4'), die je aus zwei Querschlitzen
bestehen, die einen solchen Abstand aufweisen, daß er die
Wiederaussendung der Welle mit der niedrigeren Frequenz
erlaubt, und die entlang des Wellenleiters nach jeweils n
Längsschlitzen (3) angeordnet sind, wobei n eine ganze Zahl
ist, wobei das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines
Schlitzpaars den Wert eines Bits einer
Identifikationsnachricht darstellt, wobei diese Schlitzpaare auf die Achse der
großen Seite des Wellenleiters zentriert sind und gegenüber
den Längsschlitzen (3) liegen und wobei die Schlitze der
Schlitzpaare senkrecht zur Achse der großen Seite verlaufen.
3. Passiver Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden von zwei aufeinanderfolgenden Längsschlitzen
(3) durch einen Wellenleiterabschnitt getrennt sind, dessen
Länge (D) so gewählt ist, daß die von den Längsschlitzen
wiederausgesendete Welle mit der höheren Frequenz eine
maximale Amplitude hat, wenn die Mittel (A1) zum Senden der
Welle mit höherer Frequenz sich vor einem Längsschlitz
befinden, und eine minimale Amplitude, wenn diese Mittel
sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Längsschlitzen
befinden.
4. Passiver Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wellenleiter (1) an jedem Ende durch eine geeignete
Last abgeschlossen ist.
5. Aktiver Teil eines Identifikationssystems, dadurch
gekennzeichnet, daß er aufweist:
* Mittel (A1), die eine Welle, die die höhere
Frequenz aufweist, und eine Welle, die die niedrigere Frequenz
aufweist, gerichtet gemäß einer ersten Richtung aussenden;
* Mittel (A2), die eine Welle mit der höheren
Frequenz gerichtet gemäß einer zweiten Richtung empfangen und
aus ihrer Amplitude ein Taktsignal (H) ableiten;
* Mittel (A3), die eine Welle mit der niedrigeren
Frequenz gerichtet gemäß einer dritten Richtung empfangen,
und aus ihrer Amplitude eine Folge von Binärwerten (M)
ableiten, wobei ihre Amplitude in einem vom Taktsignal (H)
bestimmten Rhythmus erfaßt wird;
und daß die erste, die zweite und die dritte Richtung
parallel zueinander sind und alle senkrecht zur Richtung der
Relativverschiebung eines passiven Teils des
Identifikationssystems liegen.
6. Aktiver Teil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel (A1) zum Senden der Welle mit der höheren
Frequenz und die Mittel (A2) zum Empfang der Welle mit der
höheren Frequenz eine Polarisation (oy) haben, die senkrecht
zur Richtung der Relativverschiebung eines passiven Teils
des Identifikationssystems liegt,
und daß die Mittel (Al) zum Senden der Welle mit niedrigerer
Frequenz und die Mittel (A3) zum Empfang der Welle mit
niedrigerer Frequenz eine zu dieser Verschieberichtung (oz)
orthogonale Polarisation (oz) haben.
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