Weatronic 2,4Dual FHSS Fernsteuersystem mit Telemetrie

Autor und Fotos: Peter Kaminski

Weatronic bietet eines der umfangreichsten 2,4-GHz-Fernsteuersysteme. Durch neue Produkt und Firmware-Updates ist die Leistungsfähigkeit des Systems in letzter Zeit nochmals erhöht worden. So wurde z. B. Telemetriefunktionalität in das System integriert. HF-Technik und Modulation

Der Systemname verdeutlicht es schon, dass Weatronic 2,4Dual FHSS arbeitet technisch mit der Technologie Frequency Hopping Spread Spectrum – also eine Kombination von zwei Verfahren und zwar Frequenzsprung- und Frequenzspreizverfahren. Durch das Spread Spectrum (Frequenzspreizverfahren) wird die Information und auch die Sendeenergie, auf eine relativ große Bandbreite verteilt. Die Kanalbandbreite beträgt beim 2,4Dual FHSS ein Megahertz.

Beim Frequency Hopping (Frequenzsprungverfahren) wird die Arbeitsfrequenz in sehr kurzen Abständen gewechselt – beim 2,4Dual FHSS alle 10 Millisekunden, wobei 81 Kanäle (im Modus für Betrieb in Frankreich 52) bereitstehen. Die Übertragungsstrecke ist bidirektional, dass heißt Sender und Empfänger sind über einen Rückkanal verbunden. Die Frequenzen werden nach einem bestimmten Algorithmus, bzw. Muster gewechselt. Durch das Binding ist dieses individuelle Muster Sender und Empfänger bekannt und somit auch die nächste Frequenz. Die RC-Systeme verfügen über im Detail unterschiedliche Kollisionsmechanismen im  Falle einer Mehrfachbelegung. Bei dem System von Weatronic ist der Wechsel adaptiv. Ist ein Kanal belegt so wird er temporär übersprungen. Wenn der Kanal später frei ist, wird dieser Kanal auch wieder benutzt.

Senderumrüstung

Das Sendesystem besteht aus einem Sendemodul und einem Adapter zum Anschluss an die jeweiligen Fernsteuerung. Beide Komponenten sind über ein Flachbandkabel verbunden. Im Sendemodul sind zwei Patch-Antennen integriert und es lässt sich an den vorhandenen Antennenkugel montieren oder, sowie hier im Bild, auch an einer andern Position über eine Universalhalterung.

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Weatronic bietet für eine Vielzahl von Fernsteuerungen Adapter, bzw. Adapterplatinen für folgende Fernsteuerungen an: Futaba (FF7,FF9, FF10, WZ-2, FC-18, FC-28, T12 FG, T14 MZ, FX-30, FX-40), Graupner (MC 19, MC 20, MC 22 u. 22S, MC 24, MX 22, MX 24Sm JR 9X, JR 10X, JR 12X), Multiplex (Royal Evo, Royal Pro, Profi MC 3010/3030/4000). Dabei wird das vorhandene interne 35-MHz-Sendemodul durch den Weatronic-Adapter getauscht oder durch eine Adapterplatine ergänzt. Weitere Adapter für Graupner und Multiplex-Sender sind laut Weatronic in Vorbereitung. Soweit der Stand Ende 2011. Die PPM-Sendemodulation wird dabei automatisch detektiert. Diese lässt sich aber auch auf manuell auf verschiedenste PPM-Typen und auch auf Graupners SPCM-20 einstellen.

Das Sendemodul wird über ein Fitting entweder an der 35-MHz-Antennenhalterung des Senders oder über eine Universalhalterung auf der Senderrückseite befestigt. Hierzu ist dann allerdings ein Loch und somit eine Bohrung im Sender erforderlich, bei der unbedingt darauf zu achten ist, dass keine Späne in den Sender gelangen da das Thema Sendeumrüstung sonst chnell zum elektronisches Desaster werden kann.

Es gibt zurzeit zwei Sendemodule und zwar das DV4 und DV4 Bluetooth. Bei dem Modul mit Bluetooth werden die Telemetriedaten und zwar für den SkyNavigator, reine GPS-Daten oder in einem Weatronic-Telemetriedatenformat übertragen, bei dem viermal pro Sekunde Werte von 20 Messsensoren übermittelt werden. In Zukunft sollen laut Angabe von Weatronic Apps für Android und auch für iOS von Apple verfügbar sein, um auch über ein Display Zugriff auf die Echtzeitdaten zu haben.

Beide Module verfügen aber auch über eine Sprachausgabe für Ansage von Statusmeldungen, Warnungen und der Telemetriedaten. Die Ansagen werden aber ausschließlich auf einen 3,5-mm-Klinkenstecker ausgegeben, an dem sich ein Kopfhörer oder ein über Weatronic verfügbarer Minilautsprecher anschließen lässt. Der Minilautsprecher hat sich bei uns in der Praxis gut bewährt. In dem Sendemodul befindet sich auch ein Slot für eine Micro-SD-Karte. Hierüber werden Firmware-Updates und Updates der Sprachansagen geladen aber es werden auch Logdateien für die Telemetrie abgelegt.

Auf der Vorderseite sind zwei Folientasten untergebracht. Eine ist für die Aktivierung des Reichweitentest und die andere für das Binding. Zum Binding muss man in den Empfänger eine Steckbrücke setzen. Wenn ein Empfänger gebunden ist, befindet er sich in einer Liste im Sendemodul. Erst wenn man den Empfänger, bzw. das Modell wechselt ist ein sogenanntes Quickbinding nötig. Hierzu muss man aber nur die zweite Folientaste drücken. Das Starten eines Firmware- und Sprachdateien-Updates erfolgt übrigens über das gleichzeitige Drücken beider Tasten und Einschalten des Senders – etwas umständlich.

An dem Sendemodul befinden sich darüber hinaus noch drei LED-Indikatoren für Status (grün), Error (rot) und Testmodus (gelb). Wenn Sender und Empfänger gebunden sind leuchtet die Status LED dauernd, bei einem Fehler blinkt die Error-LED. Für die Verbindung des Sendemoduls mit einem PC ist noch eine USB-Schnittstelle mit einem Mini-USB-Stecker vorhanden.

Zirkulare Polarisation

Eine Besonderheit der Weatronic-Sendemodule sind die intern als Empfangs- und Sendeantennen eingesetzten Patch-Antennen. Dies sind Flächenantennen mit 180 Grad Antennenöffnungswinkel und zirkularer Polarisation. Noch ein paar Informationen zur zirkularen Polarisation. Jede Welle ob nun Licht oder Funkwellen, sind in einer bestimmten Richtung polarisiert. Bei einzelnen Dipolantennen, wie sie üblicherweise im 2,4-GHz-Sendemodulen eingesetzt werden, ist die Polarisation linear, dass heißt entweder vertikal oder horizontal oder eben auch irgendwo dazwischen. Wenn die Polarisation zwischen Sende- und Empfangsantenne nicht übereinstimmt, gibt es einen sogenannten Polarisationsverlust. Theoretisch ist es so, dass bei einem Polarisations-Differenzwinkel von 90 Grad eine völlige Auslöschung des Sendesignals erfolgt. Dank Reflexionen etc. ist dies zwar zum Glück nie der Fall aber die Dämpfung kann erheblich sein, je nachdem wie Sender- und Empfängerantennen zueinander stehen und erreichen auch mal 30 oder 40 dB. Durch die sogenannte zirkulare Polarisation vermeidet man dies.

Diese Polarisationsart hat zwar gegenüber der optimalen linearen Polarisation einen Polarisationsverlust von 3 dB aber dieser ist für alle Winkel konstant. Verwendet man also eine zirkular polarisierte Antenne auf der einen und einen Dipol oder Stabantenne (Lamda-Viertel-Antenne) mit linearer Polarisation auf der andern Seite, so gibt es nur noch einen positionsunabhängigen, konstanten Polarisationsverlust. Diese 3 dB sind in der Praxis nicht nur unbedeutend sondern das Ausschließen des lageabhängigen Polarisationsverlustes bietet in der Praxis einen deutlichen Sicherheitsgewinn denn das eine lineare Sende- und Empfangsantenne in optimaler Lage zueinander stehen ist ja bei Flugmodellen eher
die Ausnahme.

Empfänger

Der Umfang der angebotenen Empfänger ist sehr groß. Es gibt vier Serien von Empfängern. Hier (s. Bild unten) Empfänger der Clever-, Smart- und Micro-Serie (v.l.n.r.).

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Die Clever-Serie sind die kleinsten. Zurzeit wird der Sechskanalempfänger (46,5 x 24,1 x 13,1 mm) Clever 6 angeboten. Es gibt eine Standardversion und eine LowVoltage-Version, die ab einer Betriebsspannung von 3,2 V arbeitet – also auch schon mit einer Lipo-Zelle. Im Gegensatz zu allen anderen Serien arbeiten die Clever-Empfänger nur mit einer Antenne, also ohne Diversity-Empfangsfunktion.

Die nächst größere Serie ist die Smart-Serie für kleine und mittlere Modelle in einem ähnlichen, blau-transparenten Gehäuse aber mit zwei  Antennen und zwei Empfängern (Full Diversity), die wie bei der Clever-Serie, fest mit dem Empfänger verbunden sind. Zurzeit gibt es den Achtkanalempfänger Smart 8 (62,5 x 25,3 x 17,1 mm) in einer Standardversion und in einer Version mit einem Gyro.

Die  Micro-Serie ist für Modelle mittlerer Größe gedacht und diese gibt es als 8-, 10-  und 12-Kanal-Empfänger (Micro 8/10/12). Auch sie verfügen über eine Full-Diversity mit zwei Antennen und Empfänger. Die Micro-Empfänger gibt es auch mit Unterstützung des Multi-Modul-System (Multinaut und Multiprop von Graupner und Futaba) und auch mit internen Gyros (nur 10 und 12 Kanal-Empfänger) und zwar mit einem oder für alle drei Achsen.

Bei den drei kleinen Empfängern-Serien war der Abstand der Servo-Anschlussleisten etwas eng. So hatten wir bei einigen Steckern und Vollbestückung der Empfänger das Problem, dass sie sich nicht bis zum Ende einschieben ließen. Abhilfe schafft hier Kerbungen an den Serevostecker wegzufeilen.

Eine besondere Stärke des 2,4Dual FHSS Systems sind die großen Empfänger der Baureihe 12-22 R, die für größere. Es handelt sich vom Konzept nicht nur um eine 2,4-GHz-Version der bekannten 12-20 R 35-MHz-Baureihe sondern um eine Weiterentwicklung. So wurde die Doppelstromversorgung nochmal verstärkt. Die Baureihe 12-22 R bietet acht unabhängige Strompfade mit je maximal 5 A Dauerstrombelastbarkeit. Jeder Ausgang ist dabei kurzschlussfest. Es handelt sich natürlich um eine Volldiversity-Empfängereinheit, bei denen die beiden Antennen über SMA-Buchsen an den Empfänger angeschlossen werden, das bei Großmodellen eine noch größere Freiheit bezüglich der Antennenpositionierung bietet. Über eine abgesetzte Schaltboard lässt sich Empfänger Einschalten und auch das Binding ggf. starten. Die Ausgangsspannung an den Servo-Anschlüsse lassen sich in zwei Stufen schalten (Standardversion 4,8 oder 6 Volt).

Es gibt unterschiedlichste Varianten der Baureihe 12, wie eine HV-Version für den Betrieb an 3S-LiPoFe-Akkus, dann Versionen mit zwei oder drei Gyros on Board und auch eine Version mit Gyros und on Board GPS ist verfügbar. Neben diesen 12-22 R Versionen mit 22 Servo-Ausgängen gibt es noch das Spitzenmodell 12-30 R Gyro III GPS mit 30 Servo-Ausgängen, drei Gyros und GPS. Die Empfänger haben dabei ein Gewicht von unter 300 Gramm und man spart sich durch die Integration zusätzliche Empfängerweiche und Zusatzelektronik. Im Bereich 2,4-GHz-RC-System gibt es nichts Vergleichbares für den Einsatz in Großmodellen.

Updates

Wichtig noch zu erwähnen, dass alle Empfänger des 2,4Dual FHSS Systems upgedated werden können. Bei der Modellreihe 12 geschieht dies wie beim Sendemodul über eine Micro-SD-Karte, auf der auch die Datenaufzeichnung erfolgt. Die Firmware aller anderen Empfänger wird über den PC aktualisiert. Die Empfänger lassen sich über ein USB-Interface mit dem PC verbinden und die neue Firmware wird über die GigaUpdate-Software geladen und auf den Empfänger übertragen. Wenn  man sich an die Anleitung hält und die Reihenfolge des Updatevorgangs einhält läuft das Update reibungslos. Nach dem Update ist ein erneutes Binding zwischen Sender und Empfänger erforderlich.

Es werden relativ häufig Updates angeboten. Wir hatten die Version 2.56 im Test. Das häufige Updaten stellt natürlich immer sicher die neueste Funktionalität nutzen zu können und auch eine zeitnahe Fehlerbereinigung zu garantieren. Jedoch waren die Updates im Testzeitraum doch etwas sehr häufig und bei einer entsprechenden Empfängeranzahl ist der Aufwand auf der Anwenderseite natürlich auch nicht zu vernachlässigen.

GigaControl-Software

Für die Konfiguration von Sendemodul, gebundene Empfänger, Sensoren und auch für die Offline-Auswertung dient die GigaControl-Software. Sie ist ein mächtiges Werkzeug und daher möchten wir einmal einen genaueren Blick auf die Software werfen.

Bei unserem Test gab es Schwierigkeiten mit dem Verbinden über USB. Das lag aber nicht an der Weatronic-Software sondern ein USB-Port am PC war nicht vollständig freigegeben. Abhilfe schafft hier bei Verbindungsproblemen übrigens das manuelle Einstellen des virtuellen COM-Ports im Gerätemanager des Windows-Betriebssystems unter „Anschlüsse (COM PLT)" muss man das Weatronic-Sendemodul auswählen und den COM-Port dann auf einen freien Port setzen. Am besten eine hohe Nummer wählen wie z. B. 30.

Die Sendemoduleinstellungen sind alle selbsterklärend. Zudem gibt die Seite Aufschluss über verschiedene Parameter wie verwendete Firmware, Empfangsqualität, Sendeakkuspannung, Sendermodultemperatur etc.

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Über den Reiter „Empfängereinstellungen" lassen sich die Basisparameter des Empfängers auslesen und wichtige Parameter einstellen, wie: Empfängerspannungswarnschwelle, Reichweitenwarnschwelle, Empfänger-Temperaturwarnung und Failsafe-Timeout-Zeit.

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Über den Reiter „Servozuordnung" lässt sich Servokanal und Servoausgang individuell verknüpfen.

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Auch eine Monitorfunktion der Servokanäle ist vorgesehen.

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Über den Reiter „Spektrum" ist ein Monitoring des 2,4-GHz-Bandes möglich, wobei Verbindungsqualität und Empfangspegel sowie auch geblockte und belegte fremdbenutzte Kanäle angezeigt werden. Letzteres ist hier bei unserem Beispiel nicht der Fall und deswegen sind auch keine grauen und roten Bereiche zu sehen.

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Telemetrie

Seit diesem Jahr gibt es nun auch eine Telemetrieunterstützung beim Weatronic 2,4Dual FHSS. Bei den Sensoren setzt man einmal bei auf Produkte der Firma SM Modellbau und bietet zukünftig zur Erweiterung des Angebotes auch eigene Sensoren an. So ist als nächstes ein Durchflussmesser für das Frühjahr 2012 geplant und weiter dann ein Drucksensor für Pneumatik und mit dem Pt1000 ein Temperatursensor bis 650 Grad. Zum Anschluss von Sensoren gibt es nun im Prinzip zwei prinzipielle Möglichkeiten.

LinkVario

Für kleine und mittlere Modelle gibt es das LinkVario, bzw. das LinkVario Duo, mit zweitem Drucksensor und besserer Messgenauigkeit bei der Höhenmessung. Entwickelt wurde der Variometer von wstech. An dem Modul befindet sich ein Anschluss für eine TEK-Düse. LinkVario und Empfänger werden über ein Stecker-Stecker-Servokabel (SCU Data Link) miteinander verbunden. Über ein zweites Kabel wird der LinkVario mit Betriebsspannung, z. B. von einem Empfänger-Servoausgang, versorgt. Die Ausgabe des Variotons wie auch die Sprachausgabe von Daten, folgt am Kopfhörerausgang des Sendemoduls.

Nun dient der LinkVario aber auch als Adapter zum Anschluss anderer Sensoren. So lässt sich auf einer Seite ein GPS-Modul sowie ein Strom/Spannungssensor von SM Modellbau anschließen. Auf der anderen Seite des Gehäuses kann man ein Temperatursensor sowie ein Staudrucksensor von SM Modellbau anschließen.

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LinkVario und GPS-Sensor lassen sich zusammen oder auch einzeln an einem Empfänger betreiben. An einer Seite des LinkVario lässt sich ein Strom/Spannung-Sensor sowie das GPS-Modul anschließen.

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GPS-Sensor

Der GPS-Sensor ist ein Weatronic eigenes Modul. Er wird über ein vierpoliges Flachbandkabel entweder an den LinkVario oder auch direkt an einen Empfänger angeschlossen. Die Größe des Moduls beträgt 31 mm x 31 mm und 15 mm. Die Konfiguration des Moduls wird über die GigaControl erledigt. Dazu später mehr. Eine grüne LED signalisiert wenn das Modul die GPS-Daten ermittelt. Wenn man den GPS-Sensor beim nächsten Mal an dem gleichen Standort betreibt, ist der Sensor mehr oder weniger unmittelbar betriebsbereit. Ansonsten dauert es bei einem Kaltstart ca. eine halbe Minute bis Daten vom GPS-Sensor bereitstehen.

MUX-Board

Nun gibt es aber eine neue, zweite Variante, Sensoren an die Empfänger anzubinden, die wir auch schon testen konnten und die ab Ende 2011 verfügbar sein wird. Mit der MUX-Board lassen sich viel mehr Sensoren anschließen. Zudem können vier solcher MUX-Boards kaskadiert werden. Weiter gibt es in Zukunft noch die sogenannte VM-Board, die in der Lage ist bis zu 14-LiPo-Zellen einzeln zu überwachen. Auch diese kann in einer Anzahl von bis zu vier Stück in die Kaskadierungskette eingeschliffen werden auch ein VarioLink lässt sich noch einbinden. Damit sollten sich dann im Modellbau was die Quantität angeht doch jeglicher Anspruch an Telemetriefunktionalität abdecken lassen.

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Werfen wir mal einen Blick auf eine MUX-Board. Hier lassen sich auf einer Seite GPS- und Strom-/Spannungssensor an zwei Anschlussleisten anschließen. Darüber hinaus gibt es mehrere Messerleisten zum Anschluss der Betriebsspannung sowie SCU-Anschluss zum Empfänger, bzw. zur Kaskadierung, einen Digital Input für zukünftige Anwendungen (z. B. Endschalter), einen PT1000 Temperatursensor, sowie fünf analoge Eingänge für Temperatursensoren, Drehzahlmesser, Spannung, Geschwindigkeit und Füllmenge. Über eine Farbkodierung ist verdeutlicht, wo sich welche Sensoren anschließen lassen. Die MUX-Board verfügt auch über drei digitale Ausgänge. Hierfür wird es auch noch einen FET-Schalter geben um höhere Ströme schalten zu können. Die genaue Konfiguration erfolgt in der GigaControl-Software. Die Verbindung wird über die Funkstrecke oder eben über USB realisiert.

Telemetrieauswertung mit GigaControl

Nun zur Einstellung der Telemetrie-Module sowie Auswertung der Telemetrie. Über den Reiter „LinkVario" lassen sich diverse Ansage und Alarmschwellen justieren. Weiter kann ein Steuerkanal bestimmt werden, mit dem von der Fernsteuerung aus Einfluss auf die Sprachausgabe hat. Die verwendeten Sensoren werden nicht automatisch erkannt sondern man muss dem System mitteilen, was angeschlossen ist.

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In der Sektion „Telemetrie/Sensorik" kann der Anwender bestimmen, welche Informationen von dem GPS-Modul über die Sprachausgabe vermittelt werden sollen und auch die Intervallzeiten lassen sich hier einstellen.

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Für die MUX-Board gibt es eine eigene Sektion, in der wie für das LinkVario Sensoren die angeschlossenen Sensoren dem System mitgeteilt werden und es lassen sich auch hier Warnschwellen setzen. Für jede der vier möglichen MUX-Boards gibt es eine eigene Sektion.

Mit dem Reiter NavView gelangt man in die Sektion für die Telemetrieauswertung. In der Untersektion Ereignisse werden wichtige Systemereignisse protokolliert wie Power Up Reset, Empfängerrückmeldungen, Fehlermeldungen etc. Eine Analyse ausgewählten von Messdaten ist in 2D- und 3D-Darstellung über zwei weitere Reiter zugänglich.

Man kann entweder die Live-Daten darstellen oder die aufgezeichneten Daten in einem Logfile. Das Speichern der GPS-Daten dient dem Datenexport in verschiedenste Formate wie: ModelGliding OLC, Weatronic Navigation Format, GPS Exchange Format und auch Komma-Separiertes-Dateiformat (CSV) für den Datenbank- oder Excel-Import.

Die 2D-Sektion dient der Darstellung von Messwerten in Form eines XY-Diagramms. Die darzustellenden Größen lassen sich aus einer Liste dem Diagramm hinzufügen, bzw. entfernen. Typischerweise wird man hier Werte wie Motorstrom, Temperatur oder Geschwindigkeit anzeigen lassen.

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In der 3D-Darstellung hat man unten die Erdoberfläche auf der man dann die Flugbahn sieht und so Werte besser einer bestimmten Position zuordnen kann.

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Über das Großdisplay werden wichtige Senderinformationen zu Kontrollzwecken im Großformat ausgegeben.

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Zusammenfassung

Das Weatronic 2,4Dual FHSS wurde und wird durch die neuen Telemetrie-Funktionalitäten deutlich aufgewertet. Von der Sender/Empfängerseite gibt es eigentlich nur den einzigen Kritikpunkt, dass es keine sehr kleinen Vollduplex-Empfänger gibt und dass die Telemetriemodule für sehr kleine Modelle nur bedingt einsetzbar sind. Ansonsten ist die Qualität und Güte der Übertragung sehr hoch einzustufen.

Platz ist in der kleinsten Hütte - das Testmodel ist ein Habu, der mit Empfänger, LinkVario und GPS- sowie Strom-/Spannungssender gut gefüllt ist. Für kleinere Modelle sind die Sensoren doch relativ schwierig unterzubringen.

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Den Mangel das es zurzeit keine Display-Auswertung auf dem Flugfeld, z. B. von Min./Max.-Werten gibt, kann durch die in Aussicht gestellten Apps wieder gut gemacht werden. Hier muss man mal Abwarten was im nächsten Jahr alles verfügbar sein wird. Was die Bedienung angeht ist durch die Systemkomplexität auch die Bedienung komplex. Zum Glück ist die GigaControl-Software sehr strukturiert aufgebaut und man findet sich schnell zu Recht.

Man darf gespannt sein auf die Weiterentwicklung. Man hat ja wohl noch viel vor bei Weatronic und die Firmware-Programmierung lässt ja noch viele Freiheiten bei Erweiterungen. Keine Frage ein zukunftsträchtiges System für den gehobenen Anspruch.

www.weatronic.de