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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ich möchte ein Messgerät bauen - Schaltplan ok?


Autor: Rinde (Gast)
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Hallo zusammen!
Ich habe mir vorgenommen nach vielen kleineren AVR Projekten mal etwas 
größeres zu machen: ein Messgerät auf LPC-Basis. Das ganze soll später 
mal digitale und analoge Signale aufzeichnen bzw. an den PC übertragen 
können.

Als µChabe ich mir einen LPC3131 ausgesucht. Der muss mit 3,3V bzw. 
1,25V Spannung versorgt werden, ist an einen externen Flash-Baustein, 
einen SD-Karten-Slot und einen USB2.0 Connector angeschlossen.
Zusätzlich sind ein paar LEDs, ein JTAG Anschluss und einige 
Steckverbinder für digitale/analoge Ein- und Ausgänge vorgesehen.

Da dies der erste Schaltplan ist den ich nicht auf ein Stück Papier 
gekritzelt habe, wäre ich froh über etwas Feedback von eurer Seite. 
Bisher habe ich halt noch nie so etwas großes gemacht, daher habe ich 
Angst viel Geld für eine Platine auszugeben, die dann doch in den Müll 
wandert weil nix geht...
Als Autodidakt hat man es echt schwer beim Schaltungsentwurf ;-)

Vielen lieben Dank für jedes Bisschen Feedback!
Euer Rinde

Autor: Floh (Gast)
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Rinde schrieb:
> Steckverbinder für digitale/analoge Ein- und Ausgänge vorgesehen.

Willst du deine Eingänge nicht ein wenig schützen? Wenn ich das Ding nur 
mit samthänden anfassen darf, da bei jeder minimalen Spannung über 
3.3Volt die Schaltung hopsgehen kann, find ich das sehr unpraktisch.
:-)

Autor: holger (Gast)
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Die 100NF am USB Connector finde ich irgendwie lustig;)

Autor: holger (Gast)
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Bei R8, R9 am SD Card Connector ist einer von den beiden
überflüssig bzw schädlich.

Autor: Frank K. (fchk)
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1. Reset ist aktiv high, muss daher auch nach oben gezogen werden und 
nicht nach unten.
2. Bei den Stiftleisten für I2C, seriell etc spendierst Du am besten 
noch je einen Pin für die Versorgungsspannung, dann kannst Du von dort 
auch Bausteine direkt speisen.
3. die beiden I2Cs würde ich auf getrennte Stiftleisten legen
4. MCI_DAT3 ist sowohl nach oben als auch nach unten gezogen - das gibt 
garantiert Ärger. Entferne den Pulldown!
5. Bei den I2C-Ports gehören Pullups dran - so in der Gegend von 1-10k 
je nach Buslast und Treiberstärke. Ohne Pullups gibts garantiert Ärger.
6. LED1, mit welcher Spannung wird die betrieben? Ich würde die an die 
3.3V Schiene hängen, dann bekommt sie immer eine konstante Spannung. Ich 
weiß ja nicht, mit welcher Spannung Du speisen willst.

Das ist mir jetzt beim schnellen Drüberschauen so aufgefallen.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Ausserdem stellt sich die Frage, was das Teil eigentlich messen soll? 
Mehr als 3,3V digital oder analog dürften nicht drin sein.

MfG Spess

Autor: sven s. (Gast)
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@spess53

vorteiler über analogschalter (reed oder so... ) und 2 dioden als schutz

viel spass noch

Autor: Rinde (Gast)
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Vielen vielen Dank für eure Kritik.
Heute ABend werde ich mich gleich hinsetzen und alles in Ruhe 
durchgehen. Da wird dann sicherlich noch die eine oder andere Rückfrage 
auftauchen.. ;-)

Autor: Rinde (Gast)
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So, ich versuche gerade eure Vorschläge umzusetzen. Was würdet ihr denn 
machen um die Eingänge zu schützen?
In der Hinsicht bin ich leider noch recht unbedarft... :-(

Ein Widerstand in Reihe, damit da kein Strom fließt?
Oder irgendwas mit Dioden? (Da kenn ich mich leider garnicht aus...)

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Rinde schrieb:
> Ein Widerstand in Reihe, damit da kein Strom fließt?

Dann müsste es schon ein seeeeeeehr hochohmiger Widerstand (so ungefähr 
unendlich) sein.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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könntest du deinen Schaltplan mal auf eine passende Dateigröße 
verkleinern? Hast du die Endung von BMP auf PNG umbenannt oder wie 
bekommt man das mit 1,3 MB hin?

Autor: Rinde (Gast)
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Was genau meinst du? 1,3MB sind doch nicht zu viel?
Die Auflösung finde ich angemessen, da man sonst die Bezeichner 
teilweise nicht mehr richtig lesen kann... (Acrobat macht da einen ganz 
schlechten Job beim PDF rendern...)

Autor: MoritzS (Gast)
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Die Eingänge könnte man z.B. mit 3,3V-Z-Dioden gegen Masse schützen.

Autor: Horst Rubbelspecht (Gast)
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Endlich mal einer der sich Protel leisten kann.

Autor: Rinde (Gast)
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"Endlich mal einer der sich Protel leisten kann."
Hehe, keine Angst. Das Altium habe ich nicht gekauft. Wir haben hier auf 
der ARbeit ein paar Rechner wo das drauf installiert ist. Nach 
Feierabend/in der Mittagspause klicke ich da ab und an ein paar 
Schaltungen zusammen...

Autor: Andreas Paulin (Gast)
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- Moritz' Tip mit ZD3.3V gegen Masse und dazu 10K in Serie an allen 
digitalen Eingängen, die nach außen führen. Schnell getaktete Leitungen 
evtl auf 1k oder sogar 100R runtergehen. So als Grundsatztip..
- Die 100nF an den USB-Datenleitungen UNBEDINGT weg, mit denen geht 
garnichts, der 100nF an VccUSB ist ok
- Die VDDE und VSSE sind sowieso alle paralell, da reicht imho je 
1x100nF

Autor: A. K. (prx)
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Obacht bei Z-Dioden mit niedrigem Spannungswert. Die haben eine arg 
miese Charakteristik. Mit 10K Serienwiderstand davor kann das auch bei 
Digitaleingängen bereits eng werden (Motorola ZF-Reihe: 1mA bei 2,2V, 
100µA bei 1,5V), bei Analogeingängen scheiden solche Lösungen ganz aus.

Autor: Olaf (Gast)
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> Da dies der erste Schaltplan ist den ich nicht auf ein Stück Papier
> gekritzelt habe, wäre ich froh über etwas Feedback von eurer Seite.

Ich frag mich ob dich die Sache dann nicht ueberfordert. Bei Prozessoren 
aber einer gewissen Leistungklasse und da wird deiner wohl dazu gehoeren 
wird das Layout immer wichtiger. Und wenn ich sehe wie du schon die 
Kondensatoren in deine Schaltung gemalt hast wird mir schwindlig.

Oh...und bei dem von mir verwendeten SH7262 geht Renesas sehr dediziert 
auf die Leitungsfuehrung an dem USB-Port ein. USB2.0 ist nicht so ein 
Spielkram wie ein FDTDI USB-RS232 Wandler.
Ich gehe mal davon aus das auch dein Hersteller einiges an Applikationen 
zum Layout geschrieben hat. Lies sie vor der Boarderstellung!

Olaf

Autor: Rinde (Gast)
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Hi Olaf!
Könntest du etwas genauer ausführen?
"Und wenn ich sehe wie du schon die Kondensatoren in deine Schaltung 
gemalt hast wird mir schwindlig."

Ich bin immer bereit dazu zu lernen ;-)

Aber du hast natürlich Recht, das ist schon eine enorme Herausforderung 
für mich. Aber das gute ist: im schlimmsten Fall setze ich das Geld für 
Platine & bauteile in den Sand. Mein Leben hängt zum Glück nicht davon 
ab ;-)

Autor: frankman (Gast)
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Zum USB:

Das ist 2.0!!! Die Kondensatoren mit 100nF -->raus!. 22pf-->rein!
Kommon Mode Drossel von Würth WE CNSW-->rein! ESD-Schutz  USBLC6-2SC6 
-->rein!

Zum UART:

EDS-Schutz vorsehen!
Wenn Du clever bist: Stiftleiste passend für FTDI-RS232-Kabel vorsehen.


LEDs:

Bist Du Dir sicher, das der Prozessor die auch treiben kann? Ggv. 
Transistor oder MOSFET (FDV303N) spendieren. Ich denke, ich hab mal was 
gelesen von 1-2mA pro Portpin???


I2C:
Wo sind die Pullups?
ESD-Schutz vorsehen!

Analog Inputs:

Vorwiderstände, ESD-Schutz, Klemmdioden, ggv. Spannungsteiler 
vorsehen!!!
Ggv. 150K und 10K als Spannungsteiler gibt eins zu 16, das ist fein für 
die Software, da kann man dann einfach shiften...


Decoupling:

Datenblatt lesen, hier ist es nicht unbedingt mit 100nF an jedem Pin 
getan!


Quarz:

39pf kommen mir auf den ersten Blick recht viel vor. Datenblatt lesen!

Autor: A. K. (prx)
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Rinde schrieb:

> Ich habe mir vorgenommen nach vielen kleineren AVR Projekten
> [...] Als µChabe ich mir einen LPC3131 ausgesucht.

Das Gehäuse schreckt dich kein bischen? Oder ist wo sich Altium findet 
auch die entsprechende Fertigungstechnik nicht weit?

Autor: Rinde (Gast)
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Da überlege ich noch. Ich habe einen Arbeitskollegen mit einem 
"Pizzaofen" zu hause, der meint er hätte den Bogen mittlerweile raus.
Die alternative wäre natürlich die Bestückung gleich beim 
Platinenhersteller machen zu lassen...
Aber selber löten ist bei BGA definitiv nicht drin ;-)

Autor: Olaf (Gast)
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> Das Gehäuse schreckt dich kein bischen? Oder ist wo sich Altium findet
> auch die entsprechende Fertigungstechnik nicht weit?

Das geht schon. Schau mal:

 http://www.criseis.ruhr.de/haekelarbeit.jpg

Alles in Heimarbeit selber gemacht. Auch die Platine!

BTW: Das ist uebrigens mein Autoradioproject. Spielt schon WAVs von
SD-Karte. Ich implementiere gerade libmad fuer MP3s.

Also man bekommt sowas durchaus hin. Aber auch wenn man Erfahrung mit 
soetwas hat, man sollte sich nicht darauf verlassen das so ein Board 
beim ersten einschalten gleich laeuft. Ich meine es heisst nicht umsonst 
Haekelarbeit. :-D

Olaf

Autor: A. K. (prx)
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Olaf schrieb:

>  http://www.criseis.ruhr.de/haekelarbeit.jpg

Der hier verwendete LPC hat ein BGA-Gehäuse. Deshalb hatte ich ja 
gefragt. Häkeln ist da nicht drin, da ist backen angesagt.

Autor: Olaf (Gast)
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> Der hier verwendete LPC hat ein BGA-Gehäuse.

Ups. Das wusste ich nicht.

BGA wuerde ich mir freiwillig nicht antun. Nicht weil ich im Loeten ein 
Problem sehe. Das bekommt man schon mit seinem Buegeleisen hin. Aber 
ohne Multilayer geht das nicht. Man kann die Platine also nicht selber 
machen. Ausserdem ist die Wahrscheinlichkeit gross das man bei Fehlern 
eben nicht mit Faedeldraht nacharbeiten kann.
Mit anderen Worten man haut vermutlich erstmal 2-3Designs in die Tonne. 
Solange es also etwas vergleichbares ohne BGA gibt wuerde ich da die 
Finger von lassen.

Olaf

Autor: Rinde (Gast)
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So, ich habe mir viele eurer Vorschläge zu Herzen genommen und das 
Layout überarbeitet. Einige Punkte die ihr genannt habt stehen noch aus, 
aber das wird auch noch.

Was meint ihr: Sind die Eingänge jetzt einigermaßen durch die 
Vorwiderstände und Z-Dioden geschützt?

Autor: A. K. (prx)
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Rinde schrieb:

> Was meint ihr: Sind die Eingänge jetzt einigermaßen durch die
> Vorwiderstände und Z-Dioden geschützt?

Sehr geschützt. Direkt mit Masse verbinden schützt noch besser ;-). 
Besonders süss ist die vor dem Regler.

Eine Z-Diode zieht bei 3,3V typ. 20mA (Mot. ZF). Drum heisst sie so. 
Viel Vergnügen. Ganz besonders mit den Analogeingängen.

Autor: A. K. (prx)
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R39 ist auch net übel. Wozu?

Autor: Rinde (Gast)
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R39 hab ich aus einem Olimex-Schaltplan übernommen ;-)

Das mit den Z-Dioden versteh ich leider nicht so ganz. Der eine meint 
man braucht sie, der andere behauptet das Gegenteil. Argh!?! ^^

Autor: A. K. (prx)
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Rinde schrieb:

> R39 hab ich aus einem Olimex-Schaltplan übernommen ;-)

Aber dort garantiert nicht mit 100K.

Autor: Floh (Gast)
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Rinde schrieb:
> Das mit den Z-Dioden versteh ich leider nicht so ganz. Der eine meint
> man braucht sie, der andere behauptet das Gegenteil. Argh!?! ^^

Das Problem dabei ist, das ein gewisser Strom durch die Z-Diode fließen 
muss, damit da auch die Z-Spannung abfällt. Jetzt ist aber bei Z-Dioden 
mit kleiner Spannung (alles unter 5V) diese Spannung saumäßig abhängig 
vom Strom, der durchfließt.
Durch den dafür benötigten Strom belastest du deine Quelle (Signal) 
recht stark, was für Messgeräte eigentlich nicht zu empfehlen ist :-)

Autor: Rinde (Gast)
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Hmmmm, OK, das leuchtet ein.
Also nehm ich die wieder raus. Machen denn wenigstens die 
Serienwiderstände Sinn?

Autor: Floh (Gast)
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Rinde schrieb:
> Machen denn wenigstens die Serienwiderstände Sinn?

Was z.B. geht ist ein recht hochohmiger Widerstand in Serie und eine 
normale Diode von Signal zur Versorgungsspannung (3.3V), das nennt sich 
dann Clampdiode.
:-)

Autor: Markus Müller (mmvisual)
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Als Schutzdioden nimmt man Supressordioden.

Es gibt:
- Hohe Leistung
- Alle Spannungen
- Bidirektionel/Unidirektionel
- Kapazitätsarm
- Extra für Datenleitungen (CAN/Ethernet/USB...)
- Typen für 1, 2, 4, ... Signale in einem Chip

Nimm besser keinen ARM9, sonern eher einen Prozessor mit Cortex-M3.
Denn so wie ich das sehen macht Du garantiert 10 Prototypen für die 
Tonne.

Der STM32 hat beispielsweise einen 12-Bit AD Wandler dieser LPC3131 nur 
einen 10-Bit. Wenn das tatsächlich ein Messgerät werden soll, ist das 
dann nicht wichtig?

Nimm am besten einen 10-Poligen JTAG Stecker, denn der spart viel Platz 
und ein UART kannst Du da auch verbinden (am besten den der mit dem 
Bootloader des Chips funktioniert):
http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Der_1...

Autor: Thomas O. (kosmos)
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Ich würde da auch einige Sachen ändern.

1. Bei den Spannungsregler würde ich einen Schottky-Diode von 
Reglerausgang zum Reglereingang legen, damit kein Strom rückwärts durch 
den Regler fließen kann
2. Zusätzlich 100nF an den Reglerausgängen und evtl. den 1µF Elko 
vergrößern viele Regler brauchen meist 5-20µF um nicht zu Schwingen.
3. Wollte ich vorschlagen der LED D1 eine 2te anders farbige anti 
parallel zu schalten, dann erkennst du z.B. Grüne LED an = alles ok; 
Rote LED an = verpolt zusätzlich kann die LED nicht rückwärts 
beaufschlagt werden, was aber erst ab ca. 5-6V problematisch wäre.
4. Die Z-Diode (welche Leistung verkraftet die) wird dir bei einer 
Überspannung je nach Höhe und max. Strom der Quelle abrauchen hier muss 
ein Begrenzungswiderstand rein so das die Spannung für die ganze 
Schaltung abfallen kann wenn die Diode leitend wird, der Widerstand muss 
also weiter an den Anfang deiner Versorgung wandern.
5. Am SD-Connector Abblockkondensator zw. VCC und GND
6. An den Digitalinputs könnte auch einfach ein größerer Widerstand 
reichen wenn der µC intern Diode von Masse zum PIN und vom PIN zu VCC 
hat. So kannst du die Z-Dioden sparen.
7. An den Analogeingängen würde ich vielleicht 3,6V Z-Dioden probieren, 
könnte sein das die 3,3V Typen zu früh leiten und dein Sensorsignal zu 
stark beeinflussen, oder eben auch hier größere Widerstände, falls du 
interne Schutzdioden hast. Außerdem könnte man auch jeweils einen 
kleinen Kerko von der Analogleitung zur Masse legen gibt in Verbindung 
mit dem Widerstand einen RC Filter der das Signal noch etwas beruhigt 
(Was willst du eigentlich genau Messen und mit welchen Geschwindigkeit?)
8. Bei den I2C Connectoren würde ich noch einen kleinen Elko zw. VCC-GND 
einplanen und die restliche Schaltung etwas zu entkoppeln, man weiß ja 
nie was und wie es später dort angeklemmt wird.
9. AVCC falls vorhanden nen kleinen LC-Filter spendieren 10µH und 100nF 
tut der eigentlichen VCC auch nicht schlecht wenn du hier die Drossel 
mit einplanst.

Autor: mr. mo (Gast)
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Also ich persönlich würde an den Analogeingänge nen Impedanzwandler ran 
basteln mit Schutzschaltung. Dann wird die Signalquelle nicht bzw. nur 
gaaaaaaanz gering belastet.

Falls jemand nen Impedanzwandler unangebracht findet, dann bitte mit 
erklärung :)

Autor: A. K. (prx)
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Thomas O. schrieb:

> 7. An den Analogeingängen würde ich vielleicht 3,6V Z-Dioden probieren,

Warum wirfst du nicht einfach mal einen Blick ins Datasheet eines 
solchen Teils? Hier wird schon mehr als genug frei herumgeraten.

> stark beeinflussen, oder eben auch hier größere Widerstände, falls du
> interne Schutzdioden hast.

CMOS-Bausteine ohne Schutzdioden haben Seltenheitswert.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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@A.K. und warum hat ihn kein Datenblattversteher die Z-Dioden 
ausgeredet? Sind im letzten Schaltplan immer noch drin. Früher habe ich 
mich auch gewundert warum meine 5,1V Diode schon früher leitete nun 
benutzte ich 5,6V Dioden und meine 5V Versorgung bleibt unbelastet.

@mr. mo: Kommt drauf an wie schnell gemessen wird, deshalb könnte ein 
kleiner Kerko reichen, wenn dieser genug Zeit hat sich aufzuladen, kann 
er dann die Messspannung puffern wenn der ADC diese belastet.

Autor: A. K. (prx)
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Thomas O. schrieb:

> @A.K. und warum hat ihn kein Datenblattversteher die Z-Dioden
> ausgeredet?

Woher soll ich das wissen? Ich habs versucht.

> benutzte ich 5,6V Dioden und meine 5V Versorgung bleibt unbelastet.

Einmal mehr würde ein Blick ins Datasheet helfen. Ab ca. 5V besitzen 
Z-Dioden eine passable Charakteristik. Je weiter runter du mit dem 
Nennwert gehst, desto schlimmer werden sie.

Was also bei einer 5,6V Z-Diode richtig ist, das kann bei einer 3,6V 
oder sogar 4,3V Z-Diode falsch sein.

Autor: A. K. (prx)
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PS: Nicht in jedem Datasheet steht das in aller Schönheit drin, und 
nicht alle Typen sind exakt gleich. Bei manchen ist die Nennspannung bei 
20mA angegeben (ZF), bei anderen bei 5mA (BZX84). Bei einem 6,2V Typ ist 
das egal, bei 3,6V keineswegs.

Für meine Werte von oben, viele viele schöne Kurven und bischen 
Grundlagen siehe Reichelt Datasheet bei den bepinnten 0,5W Typen, 
ZF#MOT.pdf.

Autor: A. K. (prx)
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PPS: Wenn ich hier "ZF" schreibe, dann bezieht sich dies auf das ZF#MOT 
Datasheet von Reichelt, nicht notwendigerweise auf die Dioden dieses 
Namens.

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