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Eines der wichtigsten Instrumente auf einem Segelboot ist ein Geschwindigkeits-Anzeiger, wenn man optimal fahren möchte. Nun ist zwar die absolute Geschwindigkeit nicht so wichtig wie in einem Auto, aber wie soll man sein Boot richtig trimmen, ohne zu wissen, wie sich durch das Trimmen die Geschwindigkeit ändert? Während einer Regatta ist selbst diese Information zweitrangig, man will nur ankommen, und zwar tunlichst an erster Stelle. Im Pulk mit anderen Booten hat man eine (relative) Geschwindigkeitsanzeige in Form der mitsegelnden Konkurrenz, nämlich ob man diese überholt oder . . . Diese Anzeige ist manchmal hart, aber dafür um so eindeutiger!

Um jedoch schneller, d. h. optimal fahren zu können, muß man genau wissen, welchen Einfluß ein einzelner TrimmVorgang auf die Fahrt des Bootes hat.

Ist es zweckmäßig, die Segel zu fieren oder anzuholen, oder macht das Boot etwa mit mehr Schräglage weniger Fahrt, obwohl es viel spektakulärer aussieht? Oder setzt man zweckmäßigerweise bei stärkerem Wind kleinere Segel?

1994_g_1All diese Werte sollte man vorher ausprobiert haben, um die entscheidenden Einflüsse zu kennen und um sie einsetzen zu können. Wie jedoch soll man auf einem Modellboot die Fahrt messen bzw. sie ablesen, möglichst live am Ufer?

Für jedes Problem gibt es eine Lösung, so auch hier. Die besten Ideen kommen mir immer während des Segelns.

Nachdem ich mir schon vor längerer Zeit für die Verwendung im Modellflugzeug (Segler) ein Variometer, welches Steigen und Sinken während des Fluges mißt und die Meßwerte zum Boden überträgt, gebaut hatte, überlegte ich mir, wie man dieses auf das Boot übertragen könnte.

1994_g_2Der Luftdruck ändert sich mit der Höhe. Das Variometer im Flugzeug mißt diese Luftdruckänderung während des Steigens oder Fallens und wandelt sie in ein entsprechendes elektrisches Signal um. Man müßte nun doch die Fahrtänderung eines Bootes nur in eine Druckänderung umwandeln, die sich dann wie im Flugzeug übertragen und mit einem Empfänger an Land abhören (= anzeigen) läßt.

Zwischen Idee und Lösung lagen nur ein paar Stunden, aber die Probleme kamen erst später, wie bei allen fundamentalen Erkenntnissen der Geschichte.

Im Vario wird der Luftdruck mit einer Drucksonde (Siemens KPY 10) gemessen. Der sich ändernde Druck verändert den Innenwiderstand der Sonde, der in einem Tongenerator eine proportionale Änderung der Tonhöhe verursacht. Dieser Ton wird verstärkt, von einem kleinen einstufigen Sender übertragen und mit einem handelsüblichen Empfänger (Walkie-talkie) abgehört.

Diese Art der hochfrequenten Übermittlung von Daten aus fliegenden oder fahrenden Objekten ist seit kurzem mit Sendern kleiner Leistung - und um einen solchen handelt es sich hier - von der Post genehmigt.

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Im Flugzeug bzw. am Boden abgehört, zeigt ein sich in der Höhe verändernder Ton Steigen und ein tiefer Ton Fallen an. Mit Hilfe einer Venturi-Düse (siehe Skizze), die ja bekanntlich mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit einen steigenden Unterdruck gegenüber dem statischen Druck der Umgebung anzeigt, mußte sich das Problem doch lösen lassen?

Eine überschlägliche Rechnung unter Berücksichtigung der bei einem M-Boot auftretenden Geschwindigkeit und deren Änderung sowie der sich daraus ergebenden Druckschwankungen, ergab eine Venturi-Düse wie in der Skizze gezeigt.

Diese Venturi-Düse wurde mittels Stahlrohr (innen 0,5 mm, außen 1.5 mm) so am Boot befestigt (siehe Bilder 1 und 2), daß sie auch bei Schräglage nicht aus dem Wasser ragte.

1994_g_4Über ein Stück Silikonschlauch (Spritschlauch aus dem Modellflug) wurde die Düse mit der Drucksonde verbunden (Bild3).

1994_g_5Nachdem ich schon vorher in einem Wasserbecken festgestellt hatte, daß bei M-üblichen Geschwindigkeiten die Sache einwandfrei funktionierte (Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser), wurde die Elektronik mit Batterie in einer Plastikschachtel wasserdicht verpackt und mit Klettband auf der Decksluke befestigt, siehe Bild 4. Die etwa 70 cm lange Antenne ist mit Hilfe eines Gummiringes am Mast entlang nach oben geführt.

Stolz hörte ich den Ton in meinem Walkie-talkie, als das Boot sich mit gleichmäßiger Fahrt von mir wegbewegte; noch stolzer war ich, als sich tatsächlich mit zunehmender Fahrt ein Ansteigen des Tones einstellte, wie ich es vom Flugzeug, sobald es in der Thermik steigt, kannte.
Doch um so größer war die Enttäuschung, als die erste Böe das Boot krängen ließ und sich ein unkontrolliertes Schwanken des Tones einstellte, das sich zu einem Heulen und Kreischen ausweitete.

Wie konnte das nur kommen? Es hatte doch vorher so gut geklappt, und sogar die Rechnerei hatte sich als richtig erwiesen, was mich, ehrlich gesagt, eigentlich am meisten gewundert hatte! Was war die Ursache? Die war schnell gefunden.

Wenn auch der Ton unzumutbar war, so war doch zwischen dem auf- und abschwellenden Geräusch und den durch die Böen verursachten Bewegungen des Bootes ein Zusammenhang zu entdecken. Letztendlich hatte sich in meine Uberlegungen ein Denkfehler eingeschlichen: Ich hatte nicht berücksichtigt, daß sich bei der gewählten Art der Befestigung die Düse beim Krängen auf und ab bewegte und sich dadurch die Referenz für die Anzeige, nämlich der statische Druck, änderte. Da das Medium Wasser etwa 1OOO mal dichter ist als das Medium Luft, dessen Druckänderung die Sonde im Flugzeug normalerweise anzeigt, war die Anderung der Druckhöhe im Wasser (etwa 20 cm) auch entsprechend höher und verursachte die zunächst irrational erscheinende Schwankung der Tonhöhe.

1994_g_6Die Erkenntnis der Ursache war gleichzeitig der Weg zur Lösung des Problems. Es galt also, die Venturi-Düse am Boot an einer Stelle anzubringen, wo sie beim Krängen keinen Weg vertikal durch das Wasser macht und sich somit der statische Druck nicht ändert. Da man hinterher immer schlauer ist als vorher, war eine solche Stelle schnell gefunden (Bild 5).

1994_g_7Der Drehpunkt des Bootes beim Krängen liegt in etwa auf der Höhe, in der sich jetzt die Venturi-Düse befindet (Bild 6). Uber die Befestigung mit Klebeband gibt die Abb. 7 Aufschluß.

1994_g_8Da die gewählte Befestigung nicht gewählt wurde, um einen Preis für Industrie-Design zu erhalten, sondern um schnell auf- und ohne Spuren zu hinterlassen wieder abgebaut werden zu können, erfüllt sie vollkommen ihren Zweck. An der Spiegelhinterkante wird das Rohr nochmals mit Gummiringen (mit Klebeband an der Rumpfunterseite befestigt) elastisch abgefangen.

Die ganze Angelegenheit funktioniert nun anstandslos. Es treten zwar immer noch Schwankungen in der Tonhöhe auf, die durch Stampfen des Bootes bei unruhigem Wetter verursacht werden, aber bei normal ruhigem Wasser lassen sich Geschwindigkeitsänderungen durch Verändern des Segeltrimms einwandfrei feststellen, was ja auch der eigentliche Zweck der Sache war, und was mit einem Minimum an Aufwand erreicht wurde.

Nun ist ein dauerndes Pfeifen aus dem Walkie-talkie, erst recht wenn es dauernd auf- und abschwillt, weder dem Modellkapitän selbst und schon gar nicht den anderen Kameraden am Ufer zuzumuten; aber der Lautsprecher Iäßt sich abschalten, und man kann nun der "Musik" über den Ohrhörer lauschen. Das hat vor allem den Vorteil, daß bei einer Wettfahrt die Konkurrenz erst etwas merkt, wenn sie überholt wird, aber das „Warum" bleibt das kleine Geheimnis des Modellkapitäns.

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Zu einem eventuellen Nachbau genügt die Skizze des Venturi-Rohres, ein Drehteil aus Aluminium. Für den am Nachbau Interessierten ist die Schaltung, das Platinenlayout und die Stückliste aufgeführt. Milan Lulic hat das Layout entwickelt und liefert gerne (20-DM-Schein im Briefumschlag) auf Wunsch die Platine.

1994_g_12Ich denke, daß der versierte Bastler mit den hier gelieferten Informationen ohne eine Bauanleitung auskommt. Die beiden Fotos zeigen die erste Entwicklungsausführung, die auf einer Lochrasterplatine montiert wurde und über ein Jahr lang sowohl im Modellflugzeug als Vario wie auch im M-Boot als Fahrtmesser einwandfrei gearbeitet hat.

1994_g_13Das zweite Foto zeigt den Aufbau auf der hier vorgestellten Platine mit SMD-Bauteilen. Man hätte sicher die Platine noch kleiner machen können, aber bei der Anwendung im Schiff kommt es zugunsten besserer Arbeitsbedingungen nicht auf jedes halbe gramm Gewicht an. Wie Sie sehen, ist der eigentliche Funktionsteil vom Senderteil getrennt auf der Platine angeordnet. Die Bauteile sind deshalb auch nicht fortlaufend numeriert. Das hat den Vorteil, daß derjenige, dem die Platine zu groß erscheint, diese hier trennen und sie dann gestaffelt aufbauen kann.

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Das größte Bauteil ist die Drucksonde KPY-10. Sie wird zweckmäßigerweise stehend eingebaut. Der lange Rüssel kann, nachdem man sie sorgfältig gegen einfallende Späne gesichert hat, am Beginn des zylindrischen Teiles abgetrennt werden. Man klebt hier ein Stück Silikonschlauch auf, den man später mit dem Venturi-Rohr verbindet.

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Da der Chip innerhalb der Sonde offen liegt, empfiehlt sich sehr vorsichtiges Arbeiten. Man sollte daher den Rüssel möglichst nicht kürzen und mit offenporigem Schaumstoff die Schaltung schützen. Da hier nur Mikromengen Luft ausgetauscht werden, wird die Messung nicht behindert.

Zur Elektronik noch einige Hinweise.

Betrieben wird die Schaltung mit 4,8 bis 6,O Volt. Nach dem Einschalten hört man im Empfänger den Ton, der sich nach 10 bis 15 sec in der Tonhöhe nach unten verändert. Dann ist die Elektronik „aufgewärmt" und betriebsbereit. Mit dem Poti P1 kann man bei angelegten 4,O bis 4,2 Volt die Schaltung so einregulieren, daß sie gerade noch arbeitet. Dies gibt Ihnen eine Kontrolle an Land, wenn die Batterie leer wird. Bei nur etwa 12 mA Verbrauch ist diese Möglichkeit aber eigentlich schon überflüssig. Wenn Sie darauf verzichten wollen, drehen Sie das Poti auf vorderen Anschlag oder lassen es weg.

Die beiden Spulen am Ausgang stellen Sie bitte mittels Reichweitenversuch oder Feldstärkemesser auf maximale Abstrahlung ein. Die einfachste und vor allem preiswerteste Abhörmöglichkeit verschaffen Sie sich, indem Sie das billigste Walkie- talkie als Empfänger verwenden. Wenn Sie nun noch durch Ausbauen des Sendequarzes den Sendeteil stillegen und den ausgebauten Quarz im Bordteil verwenden, haben Sie zwei Quarze, die genau zueinander passen. Bei der angegebenen Anten- nenlänge, nach oben herausgeführt und am Mast lose befestigt, habe ich Reichweiten erzielt, die an die Grenzen der Sichtweite langen.

Auf jeden Fall reicht die Empfangsreichweite für die beim Bootsbetrieb üblichen Entfernungen aus. Die maximale Reichweite wird bei auf Mitte gedrehten Kernen der Spulen L1 und L2 erreicht, dies kann sich jedoch je nach Einbauverhältnissen im Boot von der Einstellung am Tisch unterscheiden. Dies muß deshalb im Boot kontrolliert und nachgestellt werden. Man kann auch mit der Antennenlänge spielen, am Achterstag entlanggeführt, kann man die doppelte Länge unterbringen. Dies muß jedoch jeder für seine Einbauverhältnisse sorgfältig ausprobieren. Die LED erfüllt keinen Anzeigenzweck, bei ihrem Einsatz wird nur der Spannungsabfall ausgenutzt. Die Polung von C3 ist gleichgültig.

Bleibt nur noch, dem Erbauer Erfolg zu wünschen und herauszufinden, wie groß bzw. wie minimal der Einfluß der geänderten Parameter auf die Fahrt des Bootes ist. Als nächstes Ziel bleibt nur noch, die Änderung und Ubermittlung des Tones so zu gestalten, daß sie am Ufer ablesbar wird. Doch davon eventuell später.

Bei Anfragen zum Gesamtsystem: Heinrich Lipp Stef.-Lochner-Str. 67 50259 Pulheim Tel. 02238/58874
Bei Anfragen zur Platine und zur Platinenbestellung: Milan Lulic Im Dornenhau 21, 50129 Bergheim Tel. 02238141581.


Offensichtlich besteht ein großer Bedarf an entsprechender Information über das Verhalten des Segelbootes und die Meßmittel dazu, wie es in dem Artikel beschrieben worden ist. Dies schließe ich aus der Menge der tel. Anfragen und der Nachfrage nach Platinen und Bezugsquellen für Bauteile. Jedenfalls hat dieses Interesse meine kühnsten Erwartungen gewaltig übertroffen. Allerdings fürchte ich auch, daß die Erwartungen der Segelkameraden in bezug auf die Leistungsverbesserungen an ihren Booten enttäuscht werden könnten, sobald Meßdaten vorliegen; denn nur von Meßdaten allein wird ein Boot noch nicht schneller!

Die von mir vorgestellte Anlage wurde in der Zeit zwischen Abschluß der Erprobung und Veröffentlichung in SchiffsModell (12 Monate) im Freundeskreis mehrfach problemlos nachgebaut und funktioniert einwandfrei, zumindest wenn sie ohne den Druckfehler in der Stückliste gebaut wurde. Im Impulsteil muß C3 = 0,33 μF, oder nach neuerer Schreibweise = μF33 sein, und nicht 33 μF wie angegeben.

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Ich möchte jedoch auf einige Verbesserungen und Veränderungen hinweisen, die den  Nachbau erleichtern.

Wie schon auf dem Foto auf Seite 13 zu sehen, wurde die Spule L2 durch eine Fest-lnduktivität von 2,2 μH in l/4- Watt-Widerstandsgröße ersetzt (Lieferant: Conrad, Reichelt u.a.). Dieses Bauteil ist wesentlich kleiner und unempfindlicher als eine Spule, hat eine genau definierte Induktivität und braucht nicht erst mühsam gewickelt zu werden. Diese Verbesserung ist bereits in der ursprünqlich veröffentlichten Platine berücksichtigt, das verbesserte Layout ist abgebildet, an der Stückliste ändert sich nichts. Die Spule L1 kann 20-25 Windungen haben. Die obere Grenze ist für 27 MHz eventuell sogar besser, da die dann höhere Spulengüte theoretisch Vorteile für die Reichweite ergibt, obwohl ich in der Ur-Ausführung Reichweiten bis zur Sichtgrenze erzielt habe. Die meisten Anfragen beziehen sich auf die Drahtstärke für die Spule. Diese ist, da hier nur Mikroleistungen verarbeitet werden, vollkommen unwichtig, solange der Draht nur einwandfrei isoliert ist. Vorzugsweise nimmt man seidenisolierten Draht, wie er eigentlich für HF-Spulen üblich ist. Sauber anliegende, gleichmäßige Windungen sind wichtiger als alles andere. Die Windungen sollten mit Wachs oder Kleber gesichert und die Spule mit Silikon auf der Platine befestigt werden. 0,2-0,3 mm starker Draht ergibt schöne kleine Spulen.

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Allgemein wird Scheu vor dem SMD-Aufbau geäußert und nach einem Bestückungsplan für Lochrasterplatinen gefragt. Ein solcher Plan ist nicht vorhanden und kann daher auch nicht geliefert werden. Das Foto vom Lochrasteraufbau war nur als „abschreckendes Beispiel" gedacht und zeigte nur den Versuchsaufbau. Es sollte den Vorteil eines SMD-Aufbaus zeigen.

Der abgebildete SMD-Aufbau ist, da es im Schiff nicht so sehr auf Größe und Gewicht ankommt, nicht optimal klein konzipiert und kann wirklich von jedem Bastler, der auch mit konventionellen Bauteilen umgehen kann, erstellt werden.

Mit etwas Mühe hätte die ganze Mimik auf eine nur halb so große Platine gepaßt, was zur Verwendung im Modellflugzeug sinnvoll gewesen wäre. Es werden nur Bauteile, wie sie jeder Versandhandel oder Elektronik-Laden anbietet, verwendet.

Sehr wichtig ist, daß die Schaltung, so wie gezeigt, nur mit der beschriebenen Platine einwandfrei und ohne größere Klimmzüge für Entstörmaßnahmen funktioniert. Baut man auf Lochraster oder andere Platinen, muß die Schaltung zwischen Impulsteil und Sender getrennt werden; zumindest der Sender muß vollkommen metallisch gekapselt und auf Masse gelegt (abgeschirmt) werden. Zusätzlich müssen noch Entstörglieder eingefügt werden, was teilweise auf der Lochplatine noch zu sehen ist. In der gezeigten SMD-Ausführung ist dergleichen nicht erforderlich.

Beschaffungsschwierigkeiten gibt es offenbar bei der Siemens-Drucksonde KPY-10. Zur Zeit der Entwicklung war sie handelsüblich und überall zu haben. Jetzt ist sie nur noch in Restbeständen im Handel und wurde durch eine noch empfind- lichere Type KPY-43-A ersetzt. Die Anschlüsse sind gleich. Was nicht gleich ist, ist der Preis. Hier hat man wohl die Gelegenheit wahrgenommen und fordert nun etwa DM 80,- statt DM 40,- wie vorher.

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Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Siemens-Vertretungen im Ausland (Schweiz, Osterreich) noch Lagerbestände haben! Es können aber auch Sensoren anderer Hersteller verwendet werden, allerdings mit anderen Kennlinien und/oder Anschlüssen. Zum Beispiel: SX-15-A von Sensor-Technics oder TSP-411 von Texas Instruments.

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Entsprechend geänderte Bestückungspläne für diese beiden Sensor-Typen sind gezeigt, und auch die entsprechenden Platinen sind schon bei Milan Lulic verfügbar. Fotos von mit diesen Sensoren einwandfrei arbeitenden Schaltungen sind abgebildet. Beide Sensoren kosten etwa soviel wie die KPY-10 früher, sind aber wegen der Kleinmengen auch nicht überall auf Lager.


Aus unserem Erprobungsumfang sind bei Milan Lulic noch ein paar ungebrauchte Sensoren aller Typen zu haben. Also: Wer zuerst kommt. . . Bei der Erprobung der Ersatz-Typen kann es mitunter - bedingt durch Exemplarstreuung - notwendig sein, R3 bis auf 100 k und R12 bis auf 22 k anzupassen. In jedem Falle muß geprüft werden, daß an Pin 8 von IC1 die Spannung maximal 3 Volt sein sollte. Mit R3 bestimmen Sie übrigens die Empfindlichkeit der Anzeige. Des weiteren hat sich herausgestellt, daß die Lichtempfindlichkeit einzelner Sensortypen die Signale beeinflussen kann. Hier hilft eine Ab- schirmung, wie schon oben beschrieben.

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Im Foto ist eine solche gezeigt, die aus dünnem Platinenmaterial hergestellt wurde. Wichtig ist, daß die Seiten, wenn sie von innen durchgehend verlötet sind, mit einem kleinen Loch für den Luft-Austausch versehen werden. Ein Metallgehäuse muß, auch wenn es nicht als elektrische Abschirmung gedacht ist, dennoch unbedingt mit Masse verbunden werden. Da in jedem Modell genügend elektrische Störquellen vorhanden sind, schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe und schützen unsere Schaltungen auch elektrisch. Wer gute (!) Beziehungen zu einem Krankenhaus hat, für den ein heißer Tip: Die Firma B. Braun in Melsungen stellt unter dem Namen EXADYN-Combitrans eine Apparatur zur intravenösen Langzeit-Blutdruck-Messung her. Hier wird ein gekapselter Sensor verwendet, der aus hygienischen Gründen regelmäßig ausgewechselt und weggeworfen wird. Nach Reinigung eignet sich der aus seiner Plastikhülle befreite Sensor hervorragend für unsere Zwecke, erfordert jedoch einen nachzuschaltenden Operationsverstärker LM 741, da er eine andere Kennlinie hat. Mit einer Schaltung zur Verwendung in der normalen Platine könnten wir zur Not helfen. Dies ist allerdings nur etwas für Elektronikbastler mit etwas Erfahrung.

Meine Empfehlung ist daher, daß man sich erst eine Sonde besorgen sollte und dann die dazu passende Platine.

Diejenigen Segler, die nach einem digital anzeigenden Gerät gefragt haben, muß ich noch etwas vertrösten, da die praktische Erprobung und Platinen-Herstellung noch nicht abgeschlossen ist.


Dieser Beitrag ist eine Fortsetzung meiner Artikel aus den SchiffsModell-Ausgaben 2/94 und 4/94. Die in diesen Heften vorgestellte Anlage erlaubte nur die Anzeige von Änderungen der Bootsgeschwindigkeit über einen per Kopfhörer oder Lautsprecher eines Walkie-Talkies abgehörten auf- oder abschwellenden Ton. Hierbei konnte eine absolute Geschwindigkeit nicht angezeigt werden. Die im folgenden beschriebene Anlage erlaubt nun auf einem 2.5 X 6,5 cm großen Display die online-Anzeige einer exakten Geschwindigkeit über einen Bereich, wie er bei langsam fahrenden Segelbooten bis hin zu schnellen motorgetriebenen Speed-Booten üblich ist.

Die in den beiden angeführten Heften vorgestellte Schaltung und Ausführung der Meßanlage entsprach dem damaligen Konzept, nur eine Geschwindigkeitsänderung des Modellbootes anzuzeigen, und das mit Hilfe einer Anlage, wie sie auch in  Modellflugzeugen (als Variometer) verwendet wird. Es war nur geplant, die Auswirkung einer Änderung des Trimms oder der Segelstellung (beim Motorboot der Gasstellung) in bezug auf die Geschwindigkeit des Bootes kennenzulernen. Also im wahrsten Sinne des Wortes Trimmfahrten zu machen, wobei die absolute Geschwindigkeit des Bootes notgedrungen uninteressant war.

Es war unter den gegebenen Umständen schon schwierig genug, mit den vorhandenen Mitteln dieses Ziel zu erreichen. Im Hinterkopf spukten allerdings schon damals Gedanken, die Schaltung so zu erweitern, daß nicht nur ein auf- und abschwellender Ton eine Geschwindigkeitsänderung nach oben oder unten anzeigen sollte, sondern daß an Land eine Geschwindigkeit analog oder digital angezeigt wird, wie man das vom manntragenden Boot her gewöhnt ist. Der Wunsch einer Erweiterung der Anlage auf eine an Land in „Echtzeit" angezeigte Geschwindigkeit wurde dann aber von Freunden deutlich (!) an mich herangetragen. Nun hatte ich zwar damit gerechnet, daß eine solche Erweiterung nicht so leicht zu realisieren sein würde, wie man sich das wünscht. Ich hatte aber auch nicht erwartet, daß ich mit meiner Bemerkung in dem Bericht hiermit bei den Lesern der oben erwähnten Beiträge eine Lawine losgetreten hatte: Überraschend viele telefonische Anfragen habe ich von Nachbau-Interessenten (sogar heute noch) erhalten zu allen möglichen (und auch unmöglichen!) Fragen, aber viele haben auch nach der angekündigten Erweiterung auf die ablesbare Geschwindigkeit gefragt. Vor allem auf den Regatten werde ich immer wieder danach gefragt, wie weit ich denn nun endlich sei, und da mir mittlerweile die Ausreden ausgegangen sind, habe ich mich dann doch an die Arbeit gemacht.

Daß es aber trotzdem wesentlich länger gedauert hat als ursprünglich gedacht, liegt nun wirklich nicht nur am fehlenden guten Willen oder Faulheit, sondern auch daran, daß ich trotz allem den Entwicklungsaufwand unterschätzt habe. Außerdem hat man ja auch noch etwas anderes zu tun als nur „Schiffchen spielen". Es wurden verschiedene Konzepte erdacht und wieder verworfen und auch teilweise gebaut und erprobt. Im Prinzip funktionierte eigentlich alles, aber es sollte alles auch für einen normalen Elektronik-Bastler und nicht nur für Fachleute nachzubauen sein und außerdem am Wasser einwandfrei funktionieren. Leider hat das alles bisher nicht immer zu 100 % geklappt, vor allem die letzte Bedingung nicht. Man müßte also einen anderen Weg beschreiten, ohne einen Computer oder gleich ein halbes Kraftwerk mitschleppen zu müssen.

Übrigens befassen sich offenbar noch andere Zeitgenossen mit diesem Thema: Verfolgt man die entsprechende Modellbau-Literatur, schießen in der letzten Zeit die Meßvorrichtungen für alle möglichen Parameter - in erster Linie für Modellflugzeuge - wie die Pilze aus dem Boden und verschwinden teilweise auch wieder genau so schnell.

Hier wurden wohl viele Probleme wenn es an die praktisch nutzbare und vor allem zuverlässige Ausführung geht, unterschätzt. Der Markt reinigt sich ja bekanntlich selbst!

Alle diese Apparate zeichnen sich durch einen Aufwand und eine zumindest angepriesene Vielfalt aus, die den Laien oft überfordert. Man muß einen Unterschied machen zwischen einem Gerät zur Verwendung in einem Universitätsinstitut oder in einer Entwicklungsfirma, welches natürlich auch einen entsprechenden Aufwand erfordert, oder einem solchen für einen Modellpiloten. Man kann zwar mit den bisher angebotenen Geräten während des Fluges oder Fahrens zahllose Werte messen, aber nur an Bord speichern und anschließend mit Hilfe eines Laptops auslesen und drucken. Ein Verfahren, das zwar grundsätzlich auch im Modellboot möglich ist, aber der Aufwand ist nicht zu vertreten. Oft Iäßt sich auch die online- Übertragung von Meßdaten mit Hilfe eines Senders von Bord nach Land mit diesen Anlagen durchführen, dies erfordert dann aber auch den Einsatz eines Computers an Land.

Andererseits ermöglicht die Technik die Übertragung einer Datenmenge, die geradezu ungeheuerlich ist. Leider scheidet auch diese Möglichkeit wegen des Aufwandes und der damit limitierten Mögilichkeiten zum Messen am Modellteich aus. Stellen Sie sich das alles bei Wind und/oder Regen vor! Damit scheiden die vorgestellten Apparaturen praktisch alle aus.

Wenn man in den Zeitschriften aufmerksam auch zwischen den Zeilen liest, lernt man die Grenzen dieser Geräte kennen. Das soll nicht heißen, daß nicht auch durchaus brauchbare Sachen auf dem Markt sind, nur leider nicht so, wie wir uns das wünschen.

Uns genügt (zunächst!) mal nur die Anzeige der Bootsgeschwindigkeit, und zwar während des Fahrens ablesbar und unter den Bedingungen, wie sie am Modellteich herrschen. Des weiteren muß die Anlage klein und leicht, transportabel, stromsparend und nachbaufähig sein. Das letzte Kriterium ist besonders wichtig und - wie sich inzwischen herausgestellt hat - auch das schwierigste.

Bei der Suche nach einer Lösung stellt sich naturgemäß auch die Frage, warum sollte man das Rad neu erfinden, wenn das andere schon längst getan haben, sprich warum sollte man nicht für das von uns gewünschte Gerät schon vorhandene und auf dem Markt angebotene Komponenten verwenden und eventuell ändern oder kombinieren? Dies würde unter Umständen den Nachbau erleichtern bzw. vielen Interessenten erst ermöglichen.

Verschiedene Vorstöße wurden gemacht und vorhandene Anlagen, wie sie zur Anzeige von Flugdaten bei Modellflugzeugen angeboten werden, untersucht. Leider scheiterten alle an allen möglichen Gründen, auch am guten Willen oder Desinteresse bzw. plumpen Unvermögen der Hersteller entsprechender Geräte (Vario- meter/Höhenmesser und Ge- schwindigkeitsmesser für Mo- dellflieger), vorgeschlagene Änderungen vorzunehmen, um die Anlagen auch für Modell- boote verwenden zu können.

1994_g_31Dabei bieten sich durch kleine Änderungen oder Anpassungen teilweise verblüffend einfache Lösungen an. Aber man ist offenbar nicht interessiert. Zudem existiert m. E. eine Marktlücke, die zu nutzen sich lohnen würde, denn viele Schiffsmodellbauer sind genauso wie die Modellflieger daran interessiert zu wissen, wie schnell ihr Boot fährt. Außerdem gibt es bestimmt nicht sehr viel weniger Modellskipper als Modellflieger. Vielleicht überlegt sich der eine oder andere Hersteller die Angelegenheit also nochmal. Jedenfalls behalte ich mir das Recht auf die Verwendung im Schiff vor. Zusammenarbeit wird angeboten!

Aber wir sind auch positiv fündig geworden, denn es lassen sich im Handel angebotene Elektronik-Module verwenden und mit ein paar kleinen Änderungen für unsere Vorstellunqen einsetzen.

Die Bordanlage. Links das Geschwindigkeitsmodul mit den beiden
Anschlüssen für den statischen und den Staudruck, den Silikon-
Verbindunqsschlauchen und dem Staurohr

1994_g_30Die Fa. Conrad-Electronic bietet eine Telemetrie-Einrichtung an, die mit verschiedenen Sensoren Werte wie z. B. Temperatur, Luftdruck, Strom oder Geschwindigkeit mißt und die Daten in einen Speicher lädt, den man dann am Boden mit Hilfe eines Computers aufbereitet und am Bildschirm auslesen kann. Man kann aber auch diese Daten mit Hilfe eines klei- nen Senders online übertragen und an einem Empfänger mit Display direkt ablesen bzw. zur Weiterverwendung speichern. Im Hauptkatalog 1997 wurde ein Telemetrie-Datenmonitor präsentiert, mit dem man auch ohne Computer oder Laptop Daten online ablesen und zusätzlich auch wie bisher speichern und weiterverarbeiten kann.

Die Möglichkeiten dieser Anlage übertreffen zwar um ein Vielfaches unseren so einfachen Wunsch nach nur Geschwindigkeitsmessung und Anzeige an Land, aber das sollte uns nicht hindern. Getreu dem Vorsatz, nicht das Rad neu zu erfinden, können wir hier ansetzen!

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Bleiben wir zunächst bei der Geschwindigkeitsmessung, die uns ja eigentlich nur interessiert. Die Conrad-Anlage mißt unter anderem den Luftdruck mit einem Sensor, der den Meßwert zur digitalen Aufbereitung an das sogenannte Speedmodul weiterleitet, bevor es dann von einem Sender über die Antenne an Land übertragen wird (siehe Prinzipskizze). Greift man nun hier ein (ähnlich wie in SM 2 und 4/94 beschrieben) und kombiniert den Sensor mit einer Venturidüse oder einem Staurohr (die bekanntlich ja beide aber umgekehrt in Abhängigkeit von der Ge schwindigkeit einen unterschiedlichen Druck liefern), so zeigt das Gerät - entsprechend geeicht - eine Geschwindigkeit an und überträgt diese mittels Mini-Sender an Land. So wie das Gerät geliefert wird, allerdings nur die Geschwindigkeit eines Modellflugzeuges in der Luft.

Verwendet man eine entsprechend dimensionierte Venturi-Düse, wie das bereits 1994 in der ersten Anlage ausgeführt wurde, oder ein Staurohr, kann man auch die Geschwindigkeit eines Bootes im Wasser messen und an Land anzeigen. Leider unterscheiden sich die beiden Medien Luft und Wasser in der Dichte fast um den Faktor 1000, aber auch dieses Problem Iäßt sich leicht lösen.

Dazu muß der Meß- oder Anzeige-Bereich für die Staudruckwerte, die sich im Wasser ergeben, neu geeicht werden. Nun ist dies leider nicht mehr mit dem Drehen an einem Potentiometer getan. Diese Anlage arbeitet wie jeder normale Computer mit codierten und digital übertragenen Signalen, die dann im Anzeigegerät wieder so umgewandelt werden müssen, daß sie lesbar werden.

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Diese Arbeit wird von sogenannten EPROMs erledigt, das sind extern zu programmierende, nur auszulesende Speicherbausteine. Deren Programmierung kann man entziffern, löschen und für die gewünschten Bedingungen neu erstellen. Damit wird der erwähnte Dichte-Unterschied kompensiert, und im Display erscheinen dann die entsprechend gewünschten Daten. Dieser Eingriff ist natürlich nicht jedermanns Sache, aber am Ende des Berichtes ist die Adresse eines Modellflieger-Freundes angegeben, der gleichzeitig Funk- und Computerspezialist ist und diese Teile auf Anfrage liefern oder nach vorheriger Absprache vorhandene Komponenten neu eichen kann.

Der hier beschriebene Weg mag zwar etwas aufwendiger erscheinen, hat aber den unschätzbaren Vorteil, daß vorhandene und erprobte Komponenten aus dem Fachhandel verwendet werden können, die man nur kombinieren bzw. teilweise leicht abändern muß.

Vor allem hat der Vorschlag den Vorteil, daß die Sache funktioniert und nachgebaut werden kann, denn die normalerweise kritischen Teile sind fertig zu erhalten, und wer sich den Nachbau der früher vorgestellten Anlage zutraute, wird jetzt noch eher damit fertigwerden.         

Der folgenden Beschreibung und besonders den Fotos sind alle Einzelheiten zu entnehmen, die zu einem Nachbau erforderlich sind.

1994_g_34Hierzu wird, wie in der beigelieferten Literatur beschrieben, das Staurohr (für die Verwendung im Wasser eines mit einem Innendurchmesser von 2,3 mm) über einen Schlauch mit dem Speedmodul verbunden. Hierfür verwendet man zweckmäßigerweise einen Silikonschlauch mit einem Innendurchmesser von ca. 3 mm, wie er als Spritschlauch für Modellflugzeuge üblich ist. Die Länge ist nicht kritisch, aber man sollte sie auch nicht zu kurz wählen, damit eine knickfreie Verlegung möglich ist. Das Staurohr sollte an einer Stelle des Rumpfes angebracht werden, die in einem ruhigen Strömungsbereich liegt. Der Bereich der Bug- oder Heckwelle muß vermieden werden, bei schneller fahrenden Motorbooten ganz besonders der durch den Propeller aufgewirbelte Bereich. Es bietet sich an, zunächst von den in den Fotos ersichtlichen Bereichen auszugehen und dann eigene Versuche zu unternehmen. Bei Segelbooten empfiehlt sich der Bereich am Heck unterhalb des Spiegels. Hier muß man jedoch beachten, daß man seitlich außerhalb des Strömungsbereichs des Ruders bleibt und so tief geht, daß die Sonde bei Krängung nicht in der Luft schwebt.

Eine Warnung noch! Über die Schläuche eindringendes Wasser wird zu Schäden an der Elektronik führen. Bei sorgfältiger Behandlung schützt die Luftsäule in den Schläuchen jedoch davor. Also Vorsicht beim Experimentieren! Je höher die Anlage im Schiff liegt, desto sicherer ist sie gegen Wassereinbruch geschützt.
 
Die eingetauchte Höhe des Staurohres ist kritisch, da sich mit dem Eintauchen der Wasserdruck ändert, diese Änderung mit in die Messung eingeht und somit entsprechende Falschanzeigen liefert. Wenn man berücksichtigt, daß die Staudruckwerte für die hier zu messenden Geschwindigkeiten weniger als ein Hundertstel des Wasserdruckes in etwa 20 cm Tiefe betragen, leuchtet das ein. Wir müssen also die Zunahme des Wasserdrucks mit der Eintauchtiefe des Bootes (und damit auch der Meßstelle) kompensieren. Dazu verwenden wir eine sogenannte Differenzdrucksonde. Hierbei wird im Gegensatz zu einer normalen Drucksonde, bei der einfach der Außenluftdruck auf der Rückseite des Meßgliedes liegt, der statische Druck der Höhe (oder Wassertiefe), in der das Staurohr angeordnet ist, auf diesen Anschluß gelegt. Damit ist eine Fehlanzeige infolge Änderung der Höhe durch die Schiffsbewegung und damit des Staurohres kompensiert. Glücklicherweise ist die in dem Speedsensor eingebaute Drucksonde eine solche für die Differenzdruckmessung, nur hat sie, da sie eigentlich nicht dafür gebraucht wurde, keinen Anschluß für den statischen Druck, der ja auf die Rückseite der Membrane geleitet werden muß.

1994_g_37Mit etwas bastlerischem Geschick läßt sich dieses Problem lösen: Nach dem Öffnen des Plastikgehäuses des Speedsensor-Moduls sehen wir auf der Oberseite der Drucksonde (das schwarze Plastikteil mit dem nach außen führenden Anschlußrohr) in der Mitte ein Loch von Ca. 1 X 1 mm. Dies ist der Zugang für den Anschluß des statischen Druckes zur Kompensation. Ein kleines Drehteil (siehe Foto) wird mit Silikongummi aus der Tube vorsichtig am Rand verklebt.

1994_g_36Achtung! Die Verklebung muß natürlich absolut luftdicht sein, andererseits darf die Offnung innen nicht verklebt sein. An dem kleinen Stutzen wird ein Stück Silikonschlauch befestigt und nach außen geführt. Dazu wird vorher ein 5-mm-Loch in das äußere Plastikgehäuse gebohrt. Wer keine Drehbank hat, kann ein solches Drehteil von mir beziehen (5,- DM- Schein im Brief und frankierten Rückumschlag).

Dieser Schlauch wird zusammen mit dem Druckschlauch nach unten geführt und endet genau auf der Mitte des Staudruckrohres, er zeigt genau 90" zur Strömungsrichtung nach rechts oder links außen. Damit ist gewährleistet, daß der hier abgenommene statische Druck genau dem Wasserdruck auf Höhe der Drucksonde entspricht und nicht von der Geschwindigkeit beeinflußt wird.

Für erste Versuche genügt es, diesen Anschluß einfach mit einem Gummiring oder Klebeband an der besagten Stelle zu befestigen. Für die spätere regelmäßige Anwendung sollte man zwei Messingrohre so miteinander verlöten, daß sie gleichzeitig als Halter dienen, der die Meßfühler nach unten trägt. Der Wasserwiderstand der beiden Rohre kann für die Verwendung im Segelboot angesichts der auftretenden Geschwindigkeiten vernachlässigt werden. Bei schnellfahrenden Motorbooten wird jedoch empfohlen, die beiden Rohre so dünn wie möglich zu machen (Ms-Rohr mit 1 mm lnnendurchmesser genügt), und sowohl die Rohre wie die eigentliche Düse hydrodynamisch zu verkleiden. Die einfachste Lösung wäre, z. B. aus Balsaholz einen kleinen Strömungskörper ähnlich der Bleibombe an der Kielflosse eines Segelbootes herzustellen und das Staurohr und den seitlichen Anschluß für den statischen Druck damit zu verkleiden. Hierbei sollte das Staurohr vorne aber wenigstens Ca. 10 mm frei hervorstehen, das statische Druckrohr muß mit seiner Außenkante genau rechtwinkliq zur Fahrtrichtunq abschließen

Wer sich zur Beruhigung seines physikalischen Gewissens damit abgeben will, die Anzeige zu kontrollieren oder zu eichen, dem seien kurz ein paar Tips gegeben.

Die einfachste Methode ist, aus einem manntragenden Segel- oder Motorschiff die Meßsonde über Bord zu halten und mit dem eingebauten Geschwinigkeitsmesser des großen Bootes zu vergleichen. Die Enttäuschung ist aber programmiert, denn diese vielgepriesenen und oft sündhaft teuren Instrumente zeigen zumindest in dem für uns interessanten Bereich so ungenau an, daß diese Methode nur zur Übersicht, aber nicht zum genauen Messen empfohlen werden kann. Besser und zeitgemäßer ist die Messung mit einem sog. GPS-Gerät, einem satellitengestützten Instrument aus einem manntragenden Boot heraus oder indem man am Ufer über eine vernünftig lange Strecke nebenherläuft und die Anzeigen vergleicht. GPS wiederum zeigt so unglaublich genau an, daß es als Eichquelle zu empfehlen ist. Meine Aussage über die Genauigkeit von Bootsgeräten stammt aus solchen selbst durchgeführten Vergleichsmessungen. Leider steht ein solches Gerät aber selten zur Verfügung, daher folgender simpler Vorschlag, der nichts kostet, aber auch sehr genau arbeitet. Am Ufer eines ruhig fließenden Gewässers (Bach oder offener Flutkanal) mißt man eine Strecke (10 m genügen) ab und markiert diese auf dem Boden. Oberhalb der Strecke wird ein Papierknäuel oder ähnliches ins Wasser geworfen, der nach ein oder zwei Metern Strecke die Geschwindigkeit des strömen- den Wassers angenommen hat. Jetzt mißt man die Zeit zum Durchfließen unserer Meßmarken und rechnet sie in Geschwindigkeit um. Nun braucht man nur noch die Meßsonde ins Wasser zu halten und die Geschwindigkeit abzulesen. Wenn man signifikante Unterschiede feststellt, kann man sich einen Vergleichsfaktor ausrechnen und später umrechnen.

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Ich selbst habe während der Entwicklungszeit eine etwas andere Methode benutzt und sie später mit GPS kontrolliert. Damit wurden danach die oben erwähnten EPROMs neu programmiert: In eine Plastik-Dose von etwa 0,5 l Inhalt habe ich auf 2/3 ihrer Höhe ein Loch von 1 cm Durchmesser gebohrt. Aus dem Wasserhahn ließ ich soviel Wasser zulaufen, bis der Wasserspiegel unmittelbar oberhalb des Loches konstant blieb. Damit war ein Gleichgewichtszustand erreicht, und das Wasser floß mit konstanter Geschwindigkeit seitlich aus. Mit diesem kleinen Trick schalten wir die Druckhöhe des zuströmenden Wasserstrahles aus. Die Strömungsgeschwindiqkeit im Querschnitt entspricht jetzt der Menge der mit einem Haushaltsgerät gemessenen Wassermenge in einer gemessenen Zeit Daraus und aus dem Durchmesser des Abflußloches läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers ausrechnen: Ein Liter Wasser zum Beispiel in 45 Sekunden aus einem 10-mm- Loch ergibt eine Strömungsgeschwindigkeit von 1,018 km/h. Der Wasserspiegel muß aber Millimeter über dem Loch enden, sonst wird die Messung falsch! Die Messung ist zwar streng physikalisch gesehen immer noch fehlerbehaftet, für uns aber ausreichend genau.

Indem man unsere Meßsonde nun außen möglichst nahe am Loch in den Wasserstrom hält, kann man genügend genau die Geschwindigkeit des strömenden Wassers messen. Diese Methode wurde aus der Not geboren, als auf unserem Teich wochenlang dickes Eis jede weitere Messung unmöglich machte. Wie gesagt, man muß mit der Zeit gehen!

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Bei normalen Außentemperaturen montiert man, wie im Foto zu sehen, die gesamte Anlage in ein kleines Motorboot, fährt eine Meßstrecke ab, mißt die Zeit und rechnet in Geschwindigkeit um. Das Speedmodul ist mit dem Meßdodul und dem Mini-Sender entsprechend Plan elektrisch zu verbinden, danach noch die Batterie anschließen, damit ist die Bordanlage fertig.

Als nächstes muß das in der vorher erklärten Weise umprogrammierte EPROM wieder auf der Display-Platine eingesetzt, die Anzeigeanlage ebenfalls elektrisch nach Anweisung verbunden und für beide Geräte je eine Batterie angeschlossen werden. Anschließend erscheint im Display, nach Befolgen der Anweisungen in der Anleitung, die Anzeige der Geschwindigkeit, sobald sich das Boot bewegt!

Wie vorher schon erwähnt, scheint die Anlage zunächst etwas aufwendig. Nun ist die Größe bzw. das damit verbundene Gewicht für die Verwendung im Schiff nicht kritisch wie im Flugmodell. Das Gewicht der an Bord mitzuschleppenden Anlage beträgt 155 g und kann daher angesichts der normalerweise zwischen 5 und 6 kg wiegenden M-Boote völlig vernachlässigt werden, zumal eine solche Anlage ja nicht immer an Bord ist, sondern nur zu Trimmfahrten. Außerdem lassen die Wettfahrtbestimmungen bei einer Regatta nur Funkbetrieb von Land nach Bord zu, nicht von Bord nach Land!

 

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Wie in den Unterlagen des Sensormodules und des Daten-Displays zu sehen ist, läßt die Anlage noch die Übertragung von weiteren Daten wie Luftdruck, Strom, Spannung und noch viel mehr zu, sofern die entsprechenden von Conrad gelieferten Sensoren für das Bordmodul bzw. die dazugehörenden EPROMs für das Anzeigedisplay verwendet werden. Der Bastelfreudigkeit sind also nach oben hin fast keine Grenzen gesetzt.

Eine von Freunden entwickelte Anlage, die zur Messung und Speicherung von üblichen Daten im Modellflug dient und die wesentlich über den Umfang der von mir beschriebenen hinausgeht, wurde schon in der Zeitschrift elektroModell Ausgabe 4/96 aus dem gleichen Verlag vorgestellt. Wer sich dafür interessiert, sollte sich dieses Heft beschaffen (kann beim Verlag bestellt werden, Tel. 07721/ 898737). Diese Anlage wird zur Zeit weiterentwickelt auf die Lieferung von Realtime-Daten aus dem Modellflugzeug und anschließend auch auf die Verwendung im Modellboot, so wie mit der oben beschriebenen Anlage. Außerdem ist die Erweiterung auf bis zu 1000 Meßblöcke geplant, desgleichen - und hier wird die Sache besonders interessant - wird es PC-Schnittstellen und eine für den Conrad-Telemetriesender geben. Kontakt über Milan Lulic 02238 / 41581 oder lngo Stahl 02238 / 840280. Hier können auch Bauteile und Baubeschreibungen bestellt werden. Ein Vorteil liegt darin, daß diese Anlage, da speziell für den Modellflug entwickelt, wesentlich kleiner und leichter ist und vor allem mit einem speziellen Display von der Größe etwa einer Zigarettenschachtel operiert.

Der Nachteil: Diese Anlage ist für die Verwendung im Boot noch nicht fertig, und zum Nachbau sind fundiertere Kenntnisse notwendig. Auf jeden Fall kann diese Anlage jetzt auch schon im Boot für die gleichen Meßwerte wie im Flugzeug verwendet werden, allerdings noch nicht für die Geschwindigkeit im Wasser. Wer also schon jetzt Geschwindigkeits-Daten aus dem Boot haben will, muß folglich zunächst auf die Conrad-Bauteile zurückgreifen und etwas basteln, so wie ich es beschrieben habe.

Hierzu wünsche ich viel Erfolg.

Heinrich Lipp
Stef.-Lochner-Str.67
50259 Pulheim
Tel. 02238 / 58874

 

logosmOriginal erschienen in der Zeitschrift Schiffsmodell  des Neckar-Verlags 2/1994 Autor: Heinrich Lipp.
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