Autor Thema: ESP RGBWW Wifi Led Controller - Hardware  (Gelesen 1612 mal)

Offline Fritz R.

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Antw:ESP RGBWW Wifi Led Controller - Hardware
« Antwort #15 am: 20 April 2017, 16:18:49 »
Zitat
, es sei denn, Du bestückst die MOSFETs nicht und der Treiber kann mit 3,3V was anfangen
Ja genau das hatte ich vor. Laut Datenblatt kann man den DIM Eingang auch mit PWM anfahren ab 2,5V schaltet der Treiber durch (zumindest verstehe ich das so). Wenn ich wieder Zuhause bin stell ich noch den Link zum Datenblatt rein, schaffe ich mit dem Tablet nicht, zu große Finger

Edit:
Link zum Datenblatt http://www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
« Letzte Änderung: 21 April 2017, 11:06:12 von Fritz R. »

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« Antwort #16 am: 05 Juli 2017, 13:44:16 »
Bei 70$ pro 1000 Stück und <15$ für 600 im Stripe rechnet sich das wohl tatsächlich kaum...
Also für mich ist das Problem eher die ungewisse Lichtqualität und Lumen der weißen Stripes.
Kein Shop egal aus China oder dt. gibt an welche Spezifikationen die LEDs haben. Wenn man LEDs/COBs einzeln kauft, kann man z.B. sehr gezielt nach CRI90+ und Markenhersteller suchen.
Mit meinen China Importen von NoName LED Retrofits und Stripes bin ich bisher durchweg enttäuscht worden, auch wenn ich leider kein RA/CRI Messung vornehmen kann.
CRI90 Stripes sind auf dem Markt kaum verfügbar und dann sind wir eher bei 50-150€ für 600

Allerdings sehe ich den Bedarf wie Fritz R. bei Constant Current Treiber auch wenn das was anders ist und viele Hürden hat.
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« Antwort #17 am: 07 Juli 2017, 16:11:37 »
Ja genau das hatte ich vor. Laut Datenblatt kann man den DIM Eingang auch mit PWM anfahren ab 2,5V schaltet der Treiber durch (zumindest verstehe ich das so). Wenn ich wieder Zuhause bin stell ich noch den Link zum Datenblatt rein, schaffe ich mit dem Tablet nicht, zu große Finger

Edit:
Link zum Datenblatt http://www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
OT: Also von einem blinden Huhn zum anderen. Ich kann dir nicht sagen ob der PT4115 geeignet ist, aber hier gibt es kleine CC-Treiber mit vielen verschiedenen mA, die definitiv einen PWM Dimmer Eingang haben: http://www.leds.de/en/Accessories/Power-supplies/Constant-current-supply-500mA.html Siehe Datenblatt, da wird der Anschluss einen PWM Dimmers beschrieben oder hier Meanwell: https://www.reichelt.de/Treiber-fuer-LEDs/MW-LDD-350LW/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=6581&ARTICLE=148009
« Letzte Änderung: 07 Juli 2017, 16:22:08 von Garagenhaus »
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« Antwort #18 am: 10 Juli 2017, 14:10:24 »
....
  • Umstellung von DC/DC Modul auf on-board fixed 3.3V DC/DC Wandler (Zuverlässigkeit & leichter zu produzieren)
  • Umstellung auf SMD D2PAK (leichter zu sourcen und zu produzieren, kleiner)
So hier mein Feedback nach dem Zusammenbau der ersten Platine v1.3:

1. Der 3.3V Wandler: Einen fixed 3.3V Wandler kann ich nur unterstützen, alles andere ist nur fehleranfällig und ein Zeiträuber in jeder Hinsicht.
Die Pins des aktuellen Moduls sind für den Anwendungsfall nicht optimal und waren laut Feedback Fehlerquelle Nummer 1. Ob es SMD wird oder was TH wäre mir egal. Hauptsache fixed voltage und easy im löten. In der v1.5 ist das mit den HT-Pads schon besser gelöst. Das Lötproblem sollte also nicht mehr bestehen.
Welchen Fixed-Wandler man das nimmt, kann ich nicht sagen, aber hier zwei Anregungen: 1, 2

2. Die Widerstände fand ich nicht optimal: SMD in 0805 bei so einer riesigen Platine mit kaum Bauteilen drauf fand ich total unnötige Fummelei (ohne Pinzette und Lötpaste). Ich würde bei der nächsten Revision zum Selbstbau 1206er mit extra großen Pads vorsehen. Warum schwerer machen also nötig?

3. Beschriftung der Klemmbuchsen (V+, R, G, B,  und V+, CW, WW ist von oben (v1.3) nach unten (v1.5) gewandert. Ich würde vorschlagen beide Seiten zu labeln. Je nachdem, ob man Klemmleisten verwendet oder nicht ist die obere Seite oder die untere Seite nützlich.

4. Cool fände ich Kontroll LEDs am MosFet Eingang oder Ausgäng mit Lötbrücke, dann muss man keine Stripe dran machen um den Bau-/Programmiererfolg zu überprüfen.

Konsquente Optimierungen auf Hochstrom Anwendung:

5. Übergang Klemmleisten/Leiterbahn/MosFETs. Wahrscheinlich ist das "Good design practice". Ich finde es aber relativ unlogisch, die Leiterbahnen zwischen MosFETs und Klemmleistenpads zuerst so groß wie möglich zu machen, um dann die Pads selber mit nur einem kleinen Leiterbähnchenkreuz zu verbinden. Besser fände ich es die Leiterbahnen durchgehend zu machen und nur den Lötstoplack als Grenze zu verwenden. Das kann bei den Renderings von der aktuellen v1.5 aber auch nur falsch dargestellt sein, es wäre aber ein Hotspot m.E.
https://forum.fhem.de/index.php?action=dlattach;topic=70455.0;attach=81324;image

6. Anordnung der MosFETs nach aussen an einer Seite zur besseren Kühlung. Auch wenn man keinen Kühler benutzt sollte es am Rand immer bessere Wärmeabfuhr/Konvektion geben. Hierzu muss ich sagen, dass ich die Platine noch nicht in Betrieb habe, dafür aber einen 22W/m WW Streifen hier liegen habe. Wenn ich im Datenblatt richtig gelesen haben könnten die, gekühlt natürlich auch >40A, sodass ich daraus schließe, dass 4,5A sich irgendwo als relativ zuverlässig ohne Kühlung herausgestellt haben. Nur unter welchen Bedingungen?
Wenn der fixed 3.3V Wandler in Richtung Platinenmitte rückt sollten an den Seiten genügend Platz sein und die Programmierpins müssen auch nicht an den Rand.
Ich würde es so legen:

7. Formfaktor MosFETs: Wegen der Kühlung würde ich auch eher die senkrecht stehenden TO-220 Module mit M3 Loch bevorzugen. Bei den D2Pak ist es eher schwierig. Da muss die Hitze erstmal auf die Leiterbahn und dann entweder via Vias auf die andere, hoffentlich sehr große Fläche, oder mit sowas abgeführt werden. Da können wir dann bei den TO220 bleiben.

8. Diskussion: "Offene" Leiterbahnen zw. MosFET und Klemmleiste ohne Lötstoplack. Ich sehe auf chinesischen Bauteilen immer mal wieder, dass stärker belastete Leiterbahnen gerne mit Lötzinn aufgestockt werden, um den Widerstand zu senken.

9. In die gleiche Richtung: Zusätzlich frage ich mich wie dick die Leiterbahn Kupferschicht für 4A+ zwischen MOSFET und Klemmen/Kontakten sein sollte? Bei DirtyPCB kann man z.B. auch in doppelter Dicke "2 Oz Copper" Coating nehmen.
« Letzte Änderung: 10 Juli 2017, 14:44:31 von Garagenhaus »
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« Antwort #19 am: 10 Juli 2017, 14:37:42 »
...
Wäre es möglich (um Platz zu gewinnen) den Spannungswandler hochkant zu montieren? (Nen kleinerer DC-DC-Wandler mit vier Pins wäre z.b. der hier: http://www.ebay.de/itm/401110233852
Der freigewordene Platz könnte dann für einen zusätzlichen MOSFET genutzt werden.
....
Hochkant finde ich ne gute Idee; aber der vorgeschlagene ist vom PinLayout eigentlich gleich dem bisherigen UND ist auch noch variabel Voltage.
Dieser hier Ebay oder AliE wäre perfekt für die hochkant montage und entspricht so ziemlich den MOsFETs in der Bauhöhe. kann nur 7V V- in und scheidet aus.
Bleibt dieser auf AliE
Dort ist auch ein Vergleich mit einem TO220 Bauteil
« Letzte Änderung: 13 Juli 2017, 14:26:57 von Garagenhaus »
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« Antwort #20 am: 13 Juli 2017, 14:06:24 »
Ich bin leider nicht mit ausreichend Eagle Grundkenntnissen ausgestattet. Im Anhang daher mal die Anordnung der großen Bauteile wie ich mir das vorstellen, so gut es ging. Musste leider die Verbindungen kappen und viel rauslöschen. Es geht mir auch nur um die grobe Anordnung.
Den 3,3 fixed Voltage habe ich als senkrechtes Bauteil im Stil einen TO mit drei Pins dargestellt.
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« Antwort #21 am: 13 Juli 2017, 18:25:34 »
Ui, das sind ne Menge Punkte...

So hier mein Feedback nach dem Zusammenbau der ersten Platine v1.3:

1. Der 3.3V Wandler: Einen fixed 3.3V Wandler kann ich nur unterstützen, alles andere ist nur fehleranfällig und ein Zeiträuber in jeder Hinsicht.
Die Pins des aktuellen Moduls sind für den Anwendungsfall nicht optimal und waren laut Feedback Fehlerquelle Nummer 1. Ob es SMD wird oder was TH wäre mir egal. Hauptsache fixed voltage und easy im löten. In der v1.5 ist das mit den HT-Pads schon besser gelöst. Das Lötproblem sollte also nicht mehr bestehen.
Welchen Fixed-Wandler man das nimmt, kann ich nicht sagen, aber hier zwei Anregungen: 1, 2

die DCDC Wandler sind Geschichte, ich hab einen sehr gut funktionierenden DCDC Wandler, der direkt in das Design einfließen wird, also: es wird keine eigene Platine mehr geben.

2. Die Widerstände fand ich nicht optimal: SMD in 0805 bei so einer riesigen Platine mit kaum Bauteilen drauf fand ich total unnötige Fummelei (ohne Pinzette und Lötpaste). Ich würde bei der nächsten Revision zum Selbstbau 1206er mit extra großen Pads vorsehen. Warum schwerer machen also nötig?

im neuen Design sind mir die 0805 eigentlich sogar zu groß, aber ich halte sie für einen vernünftigen Kompromiss. Ich versuche, die Platine etwa auf 50-66% der aktuellen Größe zu reduzieren, um sie flexibler unterbringen zu können.

3. Beschriftung der Klemmbuchsen (V+, R, G, B,  und V+, CW, WW ist von oben (v1.3) nach unten (v1.5) gewandert. Ich würde vorschlagen beide Seiten zu labeln. Je nachdem, ob man Klemmleisten verwendet oder nicht ist die obere Seite oder die untere Seite nützlich.

das ist sicher ne Idee.

4. Cool fände ich Kontroll LEDs am MosFet Eingang oder Ausgäng mit Lötbrücke, dann muss man keine Stripe dran machen um den Bau-/Programmiererfolg zu überprüfen.

Da hätte ich wieder Platzprobleme....

Konsquente Optimierungen auf Hochstrom Anwendung:

5. Übergang Klemmleisten/Leiterbahn/MosFETs. Wahrscheinlich ist das "Good design practice". Ich finde es aber relativ unlogisch, die Leiterbahnen zwischen MosFETs und Klemmleistenpads zuerst so groß wie möglich zu machen, um dann die Pads selber mit nur einem kleinen Leiterbähnchenkreuz zu verbinden. Besser fände ich es die Leiterbahnen durchgehend zu machen und nur den Lötstoplack als Grenze zu verwenden. Das kann bei den Renderings von der aktuellen v1.5 aber auch nur falsch dargestellt sein, es wäre aber ein Hotspot m.E.
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Das ist so eigentlich gute Praxis, denn wenn Du ein Via vollfächig mit der Kupferlage verbindest, dann wird die thermische Masse so hoch, dass es schwer zu löten ist. Es geht hier ja auch weniger darum, einer Überhitzung vorzubeugen, sondern den Übergangswiderstand zwischen dem MOSFET und der Klemme zu minimieren, die kurze Strecke vom Kupferlayer zum Pad ist da nicht so maßgeblich
6. Anordnung der MosFETs nach aussen an einer Seite zur besseren Kühlung. Auch wenn man keinen Kühler benutzt sollte es am Rand immer bessere Wärmeabfuhr/Konvektion geben. Hierzu muss ich sagen, dass ich die Platine noch nicht in Betrieb habe, dafür aber einen 22W/m WW Streifen hier liegen habe. Wenn ich im Datenblatt richtig gelesen haben könnten die, gekühlt natürlich auch >40A, sodass ich daraus schließe, dass 4,5A sich irgendwo als relativ zuverlässig ohne Kühlung herausgestellt haben. Nur unter welchen Bedingungen?
Wenn der fixed 3.3V Wandler in Richtung Platinenmitte rückt sollten an den Seiten genügend Platz sein und die Programmierpins müssen auch nicht an den Rand.
Ich würde es so legen:

die MOSFETs werden immer nur sehr kurz im linearen Bereich betrieben und haben 22mOhm RDSon, d.h. bei 10A fallen I²*RWatt = 100*0,022W=2,2W an - das bekommt auch ein ungekühlter TO220 noch leicht weg - und 10A pro Kanal entspricht 120W LED Leistung, das dürfte etwa 1-2kW vergleichbarer Helligkeit bei Glühlampen entsprechen.
7. Formfaktor MosFETs: Wegen der Kühlung würde ich auch eher die senkrecht stehenden TO-220 Module mit M3 Loch bevorzugen. Bei den D2Pak ist es eher schwierig. Da muss die Hitze erstmal auf die Leiterbahn und dann entweder via Vias auf die andere, hoffentlich sehr große Fläche, oder mit sowas abgeführt werden. Da können wir dann bei den TO220 bleiben.

wie gesagt: ich sehe bei den Anwendungen, die ich kenne keine Notwendigkeit, die MOSFETs zu külen

8. Diskussion: "Offene" Leiterbahnen zw. MosFET und Klemmleiste ohne Lötstoplack. Ich sehe auf chinesischen Bauteilen immer mal wieder, dass stärker belastete Leiterbahnen gerne mit Lötzinn aufgestockt werden, um den Widerstand zu senken.

9. In die gleiche Richtung: Zusätzlich frage ich mich wie dick die Leiterbahn Kupferschicht für 4A+ zwisc
hen MOSFET und Klemmen/Kontakten sein sollte? Bei DirtyPCB kann man z.B. auch in doppelter Dicke "2 Oz Copper" Coating nehmen.

[/quote]

Kann man machen, aber auch da gilt: wir haben aus meiner Sicht genug Querschnittsfläche, um keine kritische Stromdichte auftreten zu lassen.



Grüße,

pj

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« Antwort #22 am: 13 Juli 2017, 21:21:01 »
ich habe gerade noch mal nachgesehen, die IRFZ44N haben einen junction-to-Ambient Wärmewiderstand von 62°C/W, das kommt ziemlich gut auf die 2,2W hin (Tj max= 165°C)
Meine längste LED Strecke besteht aus ca. 11m RGBWW und der höchste Strom, den ich daran jemals gemessen habe lag bei ~4,5A, die sich allerdings auf zwei Kanäle aufteilten, d.h. der angenommene Rdson liegt dann nur bei 11 Milliohm. Die Verlustleistung verteilt auf zwei MOSFETs ist dann 4,5²*0,011=0,014W also 14mW.

Ich denke zusätzlich darüber nach, die Leistungsstufe von der digitalen Schaltung zu trennen, d.h. die MOSFETs auf einer eigenen Platine unterzubringen.
Damit ließe sich die Größe der Platine weiter verringern und das Volumen besser nutzen, zudem hätten wir die Möglichkeit, zusätzlich zum aktuellen Spannungstreiber einen Stromtreiber auf der gleichen Hardware aufzubauen.

Grüße

pj

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« Antwort #23 am: 14 Juli 2017, 17:11:13 »
Hi pj,

danke für die ausführliche Analyse meiner angesprochenen Themen. Hätte nie gedacht, dass thermische Probleme nicht relevant sind. Selbst bei 10A Brushless ESCs sind Alukühler oft vorhanden und die ESCs sind eigentlich immer durch Fahrtwind aktiv gekühlt. Daher wäre ich nicht im leben darauf gekommen, dass das kein Problem ist, aber deine Kalkulationen sprechen für sich. Ein Problem weniger.

Die Integration von Constant Current finde ich auch cool, auch wenn wohl wenige sich daran trauen werden. Ich dachte, dass wäre ziemlich kompliziert aber es gibt ja jede Menge Buck-sized ICs mit PWM Dimming mit allen möglichen Ampere:
http://de.rs-online.com/web/c/displays-und-optoelektronik/led-beleuchtungssysteme/led-treiber-ics/
z.B. http://de.rs-online.com/web/p/led-treiber-ics/1109098/
Das sieht gar nicht so kompliziert aus, mir macht nur die Spannung bei längeren Reihenschaltungen sorgen, aber der richtige Umgang ist dann ein getrenntes Thema. Das müssen wir hier nicht breit treten.
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« Antwort #24 am: 14 Juli 2017, 17:37:58 »
Hi pj,

danke für die ausführliche Analyse meiner angesprochenen Themen. Hätte nie gedacht, dass thermische Probleme nicht relevant sind. Selbst bei 10A Brushless ESCs sind Alukühler oft vorhanden und die ESCs sind eigentlich immer durch Fahrtwind aktiv gekühlt. Daher wäre ich nicht im leben darauf gekommen, dass das kein Problem ist, aber deine Kalkulationen sprechen für sich. Ein Problem weniger.

ich weiß nicht, wie solche Motortreiber die MOSFETs betreiben. In unserem Fall ist es ja ausschließlich PWM, d.h. der MOSFET sperrt entweder, oder er ist auf "Durchlass", dann hat er halt einen sehr geringen on-Widerstand. Wenn ich die Teile allerdings im linearen Bereich betreibe (z.B. Verstärkerendstufen), dann können die ggf. schon ziemlich viel Energie in Wärme umsetzen.


Die Integration von Constant Current finde ich auch cool, auch wenn wohl wenige sich daran trauen werden. Ich dachte, dass wäre ziemlich kompliziert aber es gibt ja jede Menge Buck-sized ICs mit PWM Dimming mit allen möglichen Ampere:
http://de.rs-online.com/web/c/displays-und-optoelektronik/led-beleuchtungssysteme/led-treiber-ics/
z.B. http://de.rs-online.com/web/p/led-treiber-ics/1109098/
Das sieht gar nicht so kompliziert aus, mir macht nur die Spannung bei längeren Reihenschaltungen sorgen, aber der richtige Umgang ist dann ein getrenntes Thema. Das müssen wir hier nicht breit treten.

ich hab mal an diesem Projekt hier mitgearbeitet: https://github.com/TrippyLighting/High-Power-RGB-LED-Shield-Rev.-2.5/blob/master/HPLEDShield-v35.pdf - ich denke, dass eine ähnliche Endstufe dabei rauskommen könnte.

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« Antwort #25 am: 14 Juli 2017, 18:41:09 »
ich hab mal an diesem Projekt hier mitgearbeitet
Nice Job!
Auf der anderen Seite das sind aber ne Menge Bauteile/ICs.
Der ESP gäbe ja schon PWM Signale aus und der damals verwendete MCP4728 scheint ja auch nur noch 4 Bauteile am Output um die LED zu brauchen. Ich wünschte ich könnte da mitgestalten. Bin da aber leider kein Gesprächspartner. Ich bin gespannt was rauskommt und teste dann gerne. Die Endstufe könnte man dann vielleicht auch für ne lowcost zigbee Lösung. Das Tradfri-Modul gibt ja auch PWM aus und kostet 10€ (Einfarbig); ebenfalls anderes Thema.
Vielen Dank für soviel Engagement und Ideen.
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« Antwort #26 am: 18 Juli 2017, 11:37:15 »
Nice Job!
Auf der anderen Seite das sind aber ne Menge Bauteile/ICs.
Der ESP gäbe ja schon PWM Signale aus und der damals verwendete MCP4728 scheint ja auch nur noch 4 Bauteile am Output um die LED zu brauchen. Ich wünschte ich könnte da mitgestalten. Bin da aber leider kein Gesprächspartner. Ich bin gespannt was rauskommt und teste dann gerne. Die Endstufe könnte man dann vielleicht auch für ne lowcost zigbee Lösung. Das Tradfri-Modul gibt ja auch PWM aus und kostet 10€ (Einfarbig); ebenfalls anderes Thema.
Vielen Dank für soviel Engagement und Ideen.
Eben, die Idee (und das ist heute wirklich nur eine Idee) ist es, den Current Driver Teil zu verwenden und durch die fünf PWM Kanäle des Moduls zu bedienen. Konkret würde ich gerne den Leistungsteil des Moduls vom Prozessor abtrennen und so flexibler sein. Nebenbei könnte das dazu führen, dass die ganze Schaltung in weniger Volumen passt und so einfacher in bestende Lampen einzubauen ist. Mal sehen, noch hab ich keine Prototypen gebaut.

pj

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« Antwort #27 am: 19 Juli 2017, 16:03:53 »
So heute noch mal nen Controller mit v1.3 gelötet. Weiteres Feedback auch wenn vielleicht die v1.5 keiner mehr bestellt oder auf die Gefahr hin, dass es schon eingearbeitet worden ist
1. Die Pins des D-Sun Wandlers sind näher aneinander als bei der Platine die Lötpunkte, so dass man hier einen Versatz hat
2. Die doppelt ausgelegten Lötpunkte sind nicht miteinander verbunden auf der Platine, d.h. ein Verbindung des D-Sun mit dem ca. mittig sitzenden äusseren Pins ist nicht zielführend. Es zählt alleine, dass der jeweils innere Lötpunkt der Platine einigermaßen mit dem inneren Lötpunkt des D-sun Moduls verbunden ist. War bei mir Gott sei Dank kein Problem. Ich wäre aber nicht darauf gekommen, dass die Punkte nicht verbunden sind.
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« Antwort #28 am: 20 Juli 2017, 16:23:00 »
So heute noch mal nen Controller mit v1.3 gelötet. Weiteres Feedback auch wenn vielleicht die v1.5 keiner mehr bestellt oder auf die Gefahr hin, dass es schon eingearbeitet worden ist
1. Die Pins des D-Sun Wandlers sind näher aneinander als bei der Platine die Lötpunkte, so dass man hier einen Versatz hat
2. Die doppelt ausgelegten Lötpunkte sind nicht miteinander verbunden auf der Platine, d.h. ein Verbindung des D-Sun mit dem ca. mittig sitzenden äusseren Pins ist nicht zielführend. Es zählt alleine, dass der jeweils innere Lötpunkt der Platine einigermaßen mit dem inneren Lötpunkt des D-sun Moduls verbunden ist. War bei mir Gott sei Dank kein Problem. Ich wäre aber nicht darauf gekommen, dass die Punkte nicht verbunden sind.
beides ist in der 1.5 korrigiert :-)

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