EUROPA-FACHBUCHREIHEfür Metallberufe

CNC-Technikin der Aus- und WeiterbildungEin Unterrichtsprogramm für die berufliche Bildung

Lösungsheft

Autor:

Heinz Paetzold Mühlacker

Überarbeitet durch:

Michael Grotz Albstadt

Bildentwürfe:

Heinz PaetzoldMichael Grotz

Bildbearbeitung:

Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Nourney Vollmer GmbH & Co. KG, Ostfildern

4. Auflage 2015

Druck 5 4 3 2

Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter einanderunver ändert bleiben.

ISBN 978-3-8085-1919-6

© 2015 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz: Typework Layoutsatz & Grafik GmbH, 86167 AugsburgDruck: Konrad Triltsch Print und digitale Medien GmbH, 97199 Ochsenfurt-Hohestadt

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 19325

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Vorwort zur 4. Auflage

Rationalisierungsmaßahmen auf breiter Ebene und der Zwang, international kon-kurrenzfähig zu bleiben, haben bewirkt, dass sich CNC-Maschinen selbst in Kleinbe-trieben durchgesetzt haben. Konventionelle Fräs- und Drehmaschinen sind heuteeher zu einer Seltenheit geworden. Leistungsfähige und bedienerfreundliche Steue-rungen haben es ermöglicht, selbst Einzelteile wirtschaftlich auf CNC-Maschinen zufertigen.

Der Lehrgang wendet sich in erster Linie an Auszubildende der Mechatronik undMetalltechnik und an Facharbeiter innerhalb der Fort- und Weiterbildung. Die Unter-lagen basieren auf jahrelanger betrieblicher Praxis und Lehrtätigkeit des Autors inder Facharbeiter- und Erwachsenenbildung.

Das Lehrprogramm gliedert sich in zwei große Bereiche:

Grundlagen der CNC-Technik (Kap. 1–5)

Programmierung von CNC-Maschinen (Kap. 6 –13)

Programmierung nach PAL (Kap. 14)

Im ersten Teil werden die steuerungs- und maschinenspezifischen Grundlagenbehandelt.

Der zweite Teil befasst sich ausführlich mit der Erstellung von Programmen und gibteine umfassende Übersicht über die verschiedenen Programmstrukturen und Pro-grammiertechniken. Das letzte Kapitel behandelt die Programmierung nach demPAL-Modus.

Der Lehrgang unterteilt sich in Informations-, Arbeits- und Übungsblätter.

Die Informationsblätter vermitteln das Grundwissen über die CNC-Technik.

Den Inhalt der Arbeitsblätter erarbeitet der Lehrer oder Ausbilder zusammen mit denLernenden, vorzugsweise am Tageslichtprojektor oder Beamer.

Die Übungsblätter mit den Übungsaufgaben vertiefen den zuvor erarbeiteten Stoffund dienen zugleich der Lernzielkontrolle.

Der Autor dankt der Firma SL Automatisierungstechnik, Iserlohn, für die Unterstüt-zung bei der Bearbeitung der PAL-Zyklen.

Die Inhalte des Kapitels „PAL-Zyklen“ richten sich nach den Veröffentlichungen derPAL-Prüfungsaufgaben- und Lehrmittelentwicklungsstelle der IHK Region Stuttgart.

Albstadt, Frühjahr 2015 Heinz PaetzoldMichael Grotz

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Inhaltsverzeichnis CNC-Lehrgang

1.1 Aufbau einer CNC-Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2 Aufbau einer CNC-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Lageregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4 Führungen und Kugelgewindetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5 Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5.1 Übersicht der gebräuchlichsten Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5.2 Glasmaßstab mit Durchlichtverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.6 Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.6.1 Werkzeugrevolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.6.2 Werkzeugmagazine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.6.3 Angetriebene Werkzeuge und Doppelschlitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1 Aufbau flexibler Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2 Flexible Fertigungszellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3 Fertigungsinseln und Transferstraßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3.1 Flexible Transferstraßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 Koordinatensystem nach DIN 66 217 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2 Koordinatenachsen bei Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3 Koordinatenachsen bei Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4 Übungsaufgabe - Koordinatenachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.5 Maschinen- und Werkzeugbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.1 Maschinennullpunkt M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.2 Referenzpunkt R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.3 Werkstücknullpunkt W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.4 Bestimmung des Werkstücknullpunktes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.5 Programmstartpunkt P0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.6 Anschlagpunkt A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.7 Werkzeugwechselpunkt Ww . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.8 Werkzeugeinstellpunkt E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.9 Werkzeugaufnahmepunkt N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.10 Werkzeugschneidenpunkt P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.11 Übungsaufgabe – Bezugspunkte bei Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.12 Übungsaufgabe – Bezugspunkte bei Fräsmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.1 Steuerungen allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.2 Punktsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.3 Streckensteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.4 Bahnsteuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.4.1 2D- und 21/2-D-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.4.2 3D-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.4.3 3D-Steuerungen vier- und fünfachsig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1 Aufbau von CNC-Maschinen 6

2 Flexible Fertigungssysteme 13

3 Koordinatensysteme 16

4 Bezugspunkte 21

5 Steuerungsarten 28

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6.1 AV-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.2 Werkstattprogrammierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.3 Werkstattorientierte Produktionsunterstützung (WOP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.1 Entstehung eines CNC-Programms (Frästeil) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.2 Entstehung eines CNC-Programms (Drehteil). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.3 Formaler Programmaufbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3.1 Aufbau eines Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3.2 Aufbau eines Satzes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.3.3 Aufbau eines Wortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.3.4 Adressbuchstaben und Sonderzeichen nach DIN 66025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.3.5 Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.3.6 Technologische Anweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397.3.7 Zusatzfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407.3.8 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

8.1 Absolutprogrammierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438.2 Relativprogrammierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448.3 Übungsaufgabe Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458.4 Übungsaufgabe Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

9.1 Geraden-Interpolation G01 – Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479.1.1 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479.2 Geraden-Interpolation G01 – Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509.2.1 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509.3 Kreis-Interpolation G02 – Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529.3.1 Übungsaufgabe Bearbeitungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529.4 Kreis-Interpolation G03 – Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539.4.1 Übungsaufgabe Bearbeitungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539.5 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549.6 Kreis-Interpolation G02 – Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569.6.1 Übungsaufgabe Bearbeitungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569.7 Kreis-Interpolation G03 – Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579.7.1 Übungsaufgabe Bearbeitungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579.8 Drehen vor der Drehmitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589.9 Übungsaufgabe Außen- und Innenkontur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

10.1 Werkzeugkorrekturen beim Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6010.1.1 Fräserradiuskorrektur (FRK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6110.1.2 Besonderheiten bei Bahnkorrekturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6210.1.3 Anfahren an Konturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6310.1.4 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6410.2 Werkzeugkorrekturen beim Drehen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6610.2.1 Werkzeuglagen-Korrektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6610.2.2 Schneidenradiuskompensation (SRK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6710.2.3 Lage der Schneidenspitze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6710.2.4 Feinkorrekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6710.2.5 Korrekturrichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6810.2.6 Bahnkorrekturen bei Mehrschlittenmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6810.2.7 Anfahren an Konturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6910.2.8 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

6 Programmierung 31

7 Programmaufbau 33

8 Programmierverfahren 43

9 Arbeitsbewegungen 47

10 Werkzeug- und Bahnkorrekturen 60

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11.1 Nullpunktverschiebung (NPV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7211.1.1 Besonderheiten der Nullpunktverschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7211.1.2 Programmierbare Nullpunktverschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7311.1.3 Gespeicherte Nullpunktverschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7411.1.4 Übungsaufgabe – gespeicherte Nullpunktverschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7511.2 Koordinatendrehung (KD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7611.2.1 Programmierbare Koordinatendrehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7611.2.2 Gespeicherte Koordinatendrehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7711.2.3 Spiegelung und Maßstabsänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7711.3 Istwertspeicher setzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

12.1 Wiederholung von Programmteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7912.2 Unterprogramme (UP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7912.2.1 Unterprogramme mit programmierbarer Bezugspunktverschiebung . . . . . . . 8012.2.2 Inkrementale Schreibweise des Unterprogrammes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8112.2.3 Unterprogramme mit Werkzeugkorrekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8112.2.4 Anwendungsbeispiel Gesenkfräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8212.2.5 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8212.2.6 Unterprogramme mit Parametern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8412.3 Arbeitszyklen bei Industriesteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8512.3.1 Bohrzyklen (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8612.3.2 Fräszyklen (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8912.3.3 Drehzyklen (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9012.3.4 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

13.1 Polarkoordinaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9513.1.1 Bearbeitungsebenen und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9513.1.2 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9713.1.3 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9713.2 Konturzüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9813.2.1 Konturzugprogrammierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9813.2.2 Verkettung von Sätzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10213.2.3 Anfahrstrategien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10213.2.4 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10313.3 Schraubenlinien-Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10413.2.1 Übungsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10413.4 Zylinder-Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10513.4.1 Zylinder-Interpolation auf Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10513.4.2 Beispiele auf Fräsmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10613.5 Dreh-Fräs-Bearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10813.5.1 Dreh-Fräs-Bearbeitung mit Rotationsachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10813.5.2 Einsatzmöglichkeiten der C-Achse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10813.5.3 Bahn- und Winkelgeschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10913.5.4 C-Achse als Rotationsachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11013.5.5 Fräsen an der Planfläche mit G17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11113.5.6 Fräsen von Zylinderbahnen mit G19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11213.5.7 C-Achse als Linearachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

14.1 PAL-Funktionen bei Dreh- und Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11414.2 Wegbedingungen-Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11614.3 PAL-Zyklus-Drehen (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12014.4 Wegbedingungen-Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12114.5 PAL-Zyklus-Fräsen (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

11 Bezugspunktverschiebungen 72

12 Programmstrukturen 79

13 Erweiterte Programmierung 95

14 Programmierung nach PAL 114

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