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Elektronisch gesteuerter Chip-Auswerter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Chip-Auswerter, wie er z. B.
in Autoscootern und ähnlichen Fahrzeugen des Fahrgeschäfts der Vergnügungsparks
und Jahrmärkte Verwendung findet.
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Die bekannten Chip-Auswerter haben einen Einwurfschlitz, in den ein
bestimmter, an der Kasse erhältlicher Chip eingesteckt wird. Dieser in den Chip-Auswerter
eingesteckte Chip schließt einen Kontakt, der bewirkt, daß der Erregerstromkreis
eines elais mit Starkstromschaltkontakten geschlossen wird. it dem Schließen dieser
Starkstrorkontakte wird der jeweilige Autoscooter an die Fahrspannurig angeschlossen
und ist dann betriebsfähig.
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Die Schaltung in derartigen bekannten Chip-Auswertern ist so gewählt,
daß bei kurzzeitiger Umpolung der gesamten Fahrspannung der Autoscooter-Anlage das
Relais mit den Starkstromkontakten abfällt und die Starkstromkontakte geöffnet werden.
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Mit dieser bekannten Maßnahme können alle Autoscooter der Anlage gemeinsam
von der Fahrspannung abgetrennt werden, so z. B. am Ende der Fahrzeit.
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Mit dem kurzzeitigen Umpolen der Fahrspannung wird aber außerdem erreicht,
daß in dem Chip-Auswerter der in den Schlitz eingesteckte und dort bis dahin verbliebene
Chip in einen im Inneren befindlichen Sammelbehälter hereinfällt. Der Chip dient
nämlich während der ganzen Fahrdauer dazu, einen Kontakt geschlossen zu halten,
der bis zum Eintreten der Umpolung der gesamten Fahrspannung das Relais mit den
Starkstromkontakten in Anzugsstellung hält.
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Diese bekannten Chip-Auswerter sind zudem noch so ausgebildet, daß
sie mit einer Art Schlüssel eingeschaltet werden können, nämlich von den Bedienungspersonen
der Anlage, die nicht besetzte, z. B. in der Mitte der Fahrfläche stehengebliebene
Autoscooter an den Rand der Anlage fahren. Diese Personen stecken einen mit einem
Griff versehenen Chip in den Schlitz ein, den sie dann nach Ende ihrer Tätigkeit
aus dem Schlitz wieder herausziehen. Dies vereinfacht die Arbeit dieser Bedienungspersonen.
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Ein Nachteil der bekannten Chip-Auswerter ist, daß die Starkstromkontakte
des Auswerters, an denen Die für derartige Anlagen üblich Gleichspannung anliegt,
einem starken Verschleiß bzw. Abbrand unterworfen sind. Dies führt dazu, daß die
Chip-Auswerter eine nur relativ kurze Lebensdauer haben und häufig überholt werden
müssen. Dies ist vor allem deshalb sehr störend, weil solche Überholungen vorsorglich
vorgenommen werden müssen, damit nicht gerade bei Hochbetrieb, nämlich dann wenn
gute Einnahmen zu machen sind, einzelne Autoscooter ausfallen.
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Die voranstehend für den speziellen Fall einer Autoscooter-Anlage
beschriebenen Anwendungen, Probleme und Gesichtspunkte gelten im entsprechenden
Sinne für vergleichbare andere Fälle.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Chip-Auswerter
anzugeben, der für wie oben angegebene Verwendungen, z. B. in Autoscootern, geeignet
ist, der vergleichsweise höhere Lebensdauer bzw. geringeren Wartungsaufwand hat
und der Schutz vor mißbräuchlicher Benutzung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches
1 genannten Chip-Auswerter gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen gelöst,
die im Wennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben sind und weitere Ausgestaltungen
und Weiterbildungen dieses erfindungsgemäßen Chip-Auswerters sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die anstehenden
Probleme mit elektronischen Mitteln zu lösen, so das Relais mit den Starkstromkontakten
durch einen mit wie angegebenen Maßnahmen gesteuerten Thyristor zu ersetzen, eine
für den Betrieb des Thyristors unter den gegebenen Betriebsbedingungen geeignete
Schaltung zu finden und eine Schaltung ausfindig zu machen, die mit einfachen Mitteln
ein im Zusammenhang mit dem Einlrurf eines Chips-ablaufendes Programm bestimmt.
Dieses Programm ist im Rahmen der Erfindung dazu vorgesehen, eine wesentlich gesteigerte
Sicherheit gegen betrügerische Manipulationen am Auswerter zu erreichen. Dabei soll
jedoch der neue erfindungsgemäBe Chip-Auswerter mit den gleichen Chips betrieben
werden können, wie sie für bisher benutzte Chip-Auswerter benutzt werden.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden
Beschreibung einer besonderen Ausgestaltung eines bevorzugten Ausfahrungsbeispiels
der Erfindung entnehmen.
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Die Figur zeigt ein Gesamtschaltbild, in dem der Schaltungsanteil
2 den eigentlichen Starkstromkreis mit ihm direkt zugehöriger Steuerelektronik wiedergibt.
Mit 3 ist ein angeschlossener Schaltungsanteil bezeichnet, mit dem unbefugte Inbetriebnahme
verhindert wird und mit dem trotz dieses zusätzlichen Ergebnisses kompatibler Betrieb
mit bisher bekannten Chip-Auswertern möglich ist.
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Mit 3 und 4 sind Anschlüsse für die übliche Fahrspannung mit wie aus
der Figur ersichtlicher Polarität bezeichnet. Mit 5 ist ein Ausgangsanschluß bezeichnet
und die Last, so z. B. der Fahrzeugmotor, ist mit seinem in Reihe liegenden Fahrstromregler
an die Anschlüsse 3 und 5 angeschlossen. Mit 11 ist ein Thyristor bezeichnet, der
bezüglich seiner Beistungsfähigkeit den Anforderungen nach ausgewählt ist. Die Auswahlkriterien
bezüglich seiner Steuerbarkeit gehen noch aus den nachfolgenden Erläuterungen hervor.
Zwischen den Anschlüssen 5 und 4 liegt in Reihe mit dem Thyristor ii eine Diode12,
die so bemessen ist, daß sie den gewünschten Fahrstrom in Flußrichtung durchläßt
und den Thyristor 11 während der schon oben erwähnten jeweils kurzzeitig vorgenommenen
Umpolung schützt, wenn die ungepolte Spannung für diesen zu hoch ist.
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In dem Schaltungsanteil 2 sind des weiteren eine Diode 21, ein Widerstand
22 und ein Kondensator 23 enthalten, die zueinander in Reihe zwischen den Anschlüssen
3 und 4 liegen.
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Bei Anlegen der Fahrspannung an die Anschlüsse 3 und 4, so z. B. beim
Einschalten der gesamten Anlage, tritt eine Aufladung des Kondensators 23 über den
Widerstand 22 auf, wobei die Diode 21 diesbezdglich für die angegebene Polarität
in Flußrichtung geschaltet ist. Mit der Zeitkonstanten des aus Widerstand 22 und
Kondensator 23 gebildeten RC-Gliedes wird der Kondensator 23 aus der anliegenden
Fahrspannung auf eine Betriebsspannung von z. B. 35 Volt aufgeladen. Diese verringerte
Spannung ergibt sich aus dem Widerstandswert des Widerstandes 22
und
dem Verluscstrom des Kondensators 23, der vorzugsweise ein Elektrolytkondensator
ist.
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Aufgrund der Diode 21 bleibt der Kondensator 23 während der Fahrpausen,
nämlich dann, wenn die Fahrspannung für eine gewisse Zeit ausgeschaltet ist und
somit zwischen den Anschlüssen 3 und 4 keine Spannung liegt, wenigstens weitgehend
auf seiner Betriebsspannung aufgeladen. Die Diode 21 sperrt nämlich praktisch jeglichen
Entladestrom Uber parallelliegende andere Verbraucher, die (nicht dargestellt) parallel
zu den Anschlüssen 3 und 4 liegen,und Uber parallelliegende Schaltungselemente der
eigenen Schaltung.
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Die Diode 21 verhindert aber auch außerdem, daß bei wie oben angegebener
Umkehrung der Fahrspannung, nämlich zum Zwecke des Stillsetzens der ganzen Fahranlage
am Ende der Fahrdauer der Kondensator 23 umgeladen werden wUrde.
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Mit dem aufgeladenen Kondensator 23 ist in der aus den Schaltungsanteilen
2 und 3 bestehenden, in der Figur dargestellten Gesamtschaltung eine wenn auch begrenzte,
jedoch ausreichende Kapazität aufweisende Spannungsquelle vorhanden, nämlich auch
dann, wenn die zwischen den AnschlUssen 3 und 4 anliegende Fahrspannung der gesamten
Anlage z. B. in den Fahrpausen vorübergehend abgeschaltet ist. Wie dies noch aus
den nachfolgenden näheren Erläuterungen des Schaltungsanteils 3 hervorgeht, ist
diese Maßnahme eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
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In dem Schaltungsanteil 3 sind drei Mikroschalter 31, 32 und 33 vorhanden.
Diese Schalter sind derart hinter dem Einwurfschlitz fUr den Chip angeordnet, daß
ihre mechanischen Betätigungsorgane, die zum Umschalten des jeweiligen Schalters
aus
der Ruhe- in die Arbeitsstellung vorgesehen sind, von dem Chip auf seinem Weg vom
Einwurfschlitz zum Sammelbehälter im Vorbeigehen betätigt werden. In der Figur ist
die Ruhestellung des jeweiligen Mikroschalters durch den zusätzlichen Strich angedeutet.
Die Mikroschalter 31 und 32 sind, vorzugsweise einander gegenüberliegend, derart
angeordnet, daß der Schalter 32 vor oder höchstens gleichzeitig mit dem Schalter
31 während des Hindurchganges des Chips betätigt wird. Der Mikroschalter 33 ist
dagegen in Bezug auf die Mikroschalter 31 und 32 wiederum so angeordnet, daß sein
Betätigungsorgan erst später, d. h. nicht gleichzeitig mit den Schaltern 31 und
32 vom vorbeigehenden Chip betätigt wird. Diese Betätigungen der Schalter können
z. B. vom Rand des vorzugsweise kreisrunden, flachen Chip ausgeübt werden.
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Wie aus der Figur ersichtlich, ist der Mittelanschluß des Mikroschalters
32 mit einem der Schaltkontakte, und zwar dem Ruhekontakt des Mikroschalters 33
elektrisch verbunden. Das Umschalten des Mikroschalters 32 in seine Arbeitsstellung
bei Einwerfen des Chips bewirkt, daß der nachfolgend noch näher zu beschreibende
Kondensator 41 des Schaltungsanteils 2 kurzgeschlossen wird. Damit lird dieser Kondensator
41 zu diesem Zeitpunkt entladen, soweit er noch eine Aufladung hatte.
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Beim Vorbeigehen des Chip am Mikroschalter 31, das gleichzeitig oder
nach Vorbeigehen am Mikroschalter 32 erfolgen kann, wird dieser Mikroschalter 31
in seine Arbeitsstellung gebracht. Damit wird mit der am Kondensator 23 anliegenden
Spannung über den Widerstand 35 der Kondensator 34 aufgeladen.
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Auf seinem Weg vom Einwurfschlitz, vorbei an den beiden Mikroschaltern
31 und 32, gelangt der Chip dann an das Betätigungsorgan des Mikroschalters 33 zu
einem Zeitpunkt, zu dem die Mikroschalter 31 und 32 schon wider in ihre Ruhestellung
zurEckgegangen sind. In Arbeitsstellung bewirkt der Mikroschalter 33, daß ein geschlossener
Stromkreis vorliegt, der es dem Kondensator 34 ermöglicht, an dem an sich zur späteren
vollständigen
Entladung dieses Kondensators vorgesehenen Widerstand
36 eine Spannung auftreten zu lassen, von der eine Aufladung des bereits erwähnten
Kondensators 41 erfolgt. Der zugehörige Aufladestrom geht über die eine Wicklung
43 eines bistabilen Relais 42. Dieser Aufladestromimpuls des Kondensators 41 bewirkt
somit, daß der Relaiskontakt AB geschlossen wird. Wegen der bistabilen Eigenschaft
dieses Relais 42 bleibt dieser Kontakt AB auch bei Abklingen des Stromes durch die
Wicklung 43 solange geschlossen, bis andere noch zu beschreibende Vorgänge eintreten.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die voranstehend
zum Schaltungsanteil 3 beschriebene Funktion wegen der Speisung aus dem Kondensator
23 auch bei Nichtanliegen der Fahrspannung zwischen den Anschlüssen 3 und 4 ordnungsgemäß
ablaufen kann. Das bedeutet, daß eine Person, die den Autoscooter während der Fahrpause
bestiegen hat, sofort den Chip durch den Einwurfschlitz in den Sammelbehälter einwerfen
kann und die vorgesehenen Funktionen auch bei fehlender Fahrspannung auslöst. Beim
Stand der Technik war dazu notwendig, daß der Chip praktisch in dem Einwurfschlitz
steckenbleibt und erst mit Fahrende in den Sammelbehalter fällt. Auch dieser Umstand
konnte hier nicht näher zu erörternde mißbräuchliche Benutzungen ermöglichen.
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An sich erübrigt es sich darauf hinzuweisen, da <3. der Schaltungsanteil
3 auch bei anliegender Fahrspannung bei Einwerfen des Chip seine Funktion voll erfüllt.
Im Ganzen gesehen ist die voranstehend angegebene Funktion des Schaltungsanteils
3, dafür zu sorgen, daß der Kontakt AB des bistabilen Relais 42 geschlossen wird.
Der oben erwähnte Grundgedanke der Erfindung betreffend den Thyristor, läßt sich
auch ohne den Schaltungsanteil 3 realisieren, wenn man dafür sorgt, daß diese Kontaktgabe
AB erfolgt.
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Bei zentralem Einschalten der Fahrspannung wird über den Kontakt AB
und die Widerstände 45 und 46 vom Anschluß 4 her positive Polarität an den Gate-Anschluß
48 des Thyristors 11 gelegt.
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Der Thyristor ii wird dadurch auf Durchgang geschaltet und zwischen
den Anschlüssen 3 und 5 liegt die Fahrspannung am Motor des Fahrzeugs an. Dieser
Zustand bleibt während des gesamten Fahrbetriebs aufrechterhalten.
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Die Beendigung des Fahrbetriebs wird durch'die bereits oben erwähnte
Umpolung der Fahrspannung erreicht. Der Thyristor 11 ist durch die Diode 12 geschützt.
Der Kondensator 23 ist durch die Diode 21 gegen Umladung gesperrt. Jedoch kann jetzt
durch die Diode 51 aufgrund ihrer wie angegebenen Polung während der Umkehrung der
Fahrspannung über den Widerstand 53 und die Wicklung 44 des bistabilen Relais ein
Strom fließen, der den Kontakt AB löst und den Kontakt AC schließt. Damit wird das
Gate 48 des Thyristors 11 mit dessen Kathode über den Widerstand 46 kurzgeschlossen.
Auch nach der kurzzeitigen Umpolung der Fahrspannung bleibt der Kontakt AC geschlossen
und bei wieder anliegender Fahrspannung tritt zwischen den Anschlüssen 3 und 5 keine
Spannung mehr auf.
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Der Vorwiderstand 46 und der ihm parallel liegende Kondensator 47
dienen dazu, daß bei Schließen des Kontaktes AC am Gate 48 des Thyristors 11 eine
wenigstens kurzzeitige negative Impulsspitze auftritt, mit der sicher Thyristor
11 auch bei anliegender Fahrspannung in den gesperrten Zustand schalten läßt. Während
des Kontaktschlusses AB, d. h. bei gezündetes Thyristor 11 fließt in das Gate 48
und damit über den Widerstand 46 vom Anschluß 4 her ein unvermeidlicher Strom, der
zu einem Spannungsabfall am Widerstand 46 führt, der wiederum den Kondensator 47
auflädt.
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In dem Augenblick, in dem der Kontakt AC geschlossen wird, bleibt
die Aufladespannung entsprechend der R-C-Konstanten des Widerstandes 46 und des
Kondensators 47 an diesem fUr eine Zeitdauer erhalten. Dies bewirkt, daß das Gate
48 auf ein Potential herabgedrückt wird, das noch negativer ist als dasJenige der
Kathode des Thyristors 11. Diese negative Impulsspitze liegt solange vor, wie dies
fUr das Abklingen des Stromflusses
im Thyristor 11 erforderlich
ist.
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Mit dem der Wicklung 44 parallel geschalteten Kondensator 52 werden
kurze negative Impulsspitzen kurzgeschlossen, die während des Fahrbetriebs in der
Anlage auftreten können und ohne den Kondensator 52 zur Umschaltung des bistabilen
Relais 42 in den Kontakt AC führen könnten.
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Der schon oben erwähnte Widerstand 36 dient dazu, daß sich der Kondensator
41 und der Kondensator 34 in der Zwischenzeit entladen, um bei nächstem Chip-Einwurf
die oben beschriebenen Funktionen wieder erneut ablaufen zu lassen.
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Bei bekannten Chip-Auswertern war es möglich, durch Hereinstecken
von Gegenständen, z. B. von Kämmen und dgl. die Betriebsfunktionen unzulässig auszulösen.
Aufgrund deser:zähnten, gemäß der Erfindung vorgesehenen Schaltungsanteils 3 ist
eine derartige Manipulation wenigstens äußerst erschwert.
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Dafür sorgt, daß die Mikroschalter 31, 32 und 33 in wie oben angegebener
Reihenfolge betätigt werden müssen. Dabei sind außerdem gewisse Betätigungszeiten
einzuhalten, die durch die R-C-Zeitkonstanten gegeben sind. Mißbräuchliche Benutzung
wird dadurch weiter erschwert bzw. praktisch ausgeschlossen, daß, wie oben angegeben,
der Schalter 31 bezogen auf den Einwurfschlitz z. B. dem Schalter 32 gegenüberliegt.
Die Schalter 31, 32, 33 können dann nicht durch bloßes Entlangstreichen mit einem
Gegenstand an einer Seite der Innenseite des Einwurfschlitzes betätigt werden.
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Die voranstehend beschriebene Sicherung ermöglicht es dennoch den
Bedienungspersonen der Anlage durch Hereinstecken eines dem Chip nachgeformten Schlüssels
mit Griff in den Schlitz, vorbei an den Mikroschaltern 31 und 32 sowie vorbei an
dem Mikroschalter 33, die oben beschriebenen Funktionen auszulösen.
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Das sonst durch Umpolung der Fahrspannung erreichte Stillsetzen des
Fahrzeugs wird beim Wiederherausziehen des Schlüssels dadurch erreicht, daß der
Kondensator 41 kurzzeitig durch Arbeitskontaktgabe des Mikroschalters 33 über den
Widerstand 36 und dann durch Arbeitskontaktgabe des Mikroschalters 32 über den Ruhekontakt
des Mikroschalters 33, in beiden Fällen über die Wicklung 43, kurzgeschlossen wird.
Diese mit umgekehrter Stromrichtung durch die Wicklung 43 erfolgende Entladung des
noch aufgeladenen Kondensators 41 ist so stark, daß die entgegengesetzt erfolgende
Erregung der Wicklung 43 des bistabilen Relais 42 den Kontakt AB löst und den Kontakt
AC
schließt. Damit ist der sonst als Endzustand erreichte Zustand
für den jeweiligen Chip-Auswerter bzw. für das jeweilige Fahrzeug bereits erreicht.
Die beim Herausziehen des Schlüssels erfolgende Betätigung der Mikroschalter 31
und 32 führt allein zu keiner wie oben beschriebenen bestimmungsgemäßen Inbetriebnahme.
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Mit der Diode 12 wird außerdem noch erreicht, daß während des Umpolens
der Fahrspannung die Scheinwerferlampen der Autoscooter, zwischen den Anschlüssen
3 und 5 liegend, nicht noch einmal aufleuchten.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist es dem Fachmann ersichtlich,
welche Bemessungen der einzelnen Kondensatoren, Widerstände, Dioden, dem Thyristor
und dem bistabilen Relais bei jeweiliger Fahrspannung zu geben sind. Für eine Fahrspannung
von 110 V sei z. B. das nachfolgende Bemessungsbeispiel gegeben: Thyristor G 5003
D (400/8 A), Dioden 21, 51 und 12 IN 4007 (für Diode 12 dreimal parallelgeschaltet),
Kondensatoren 23 = 470 uF, 35 V; 34 = 100 pF; 4t = 25 pF; 47 = 0,068 nF; 52 = 200
juF und Widerstände 22 = 18 kOhm (2 W); 35 = 35 Ohm; 36 = 15 kOhm; 45 = 1,2 kOhm
(2 W); 53 = 4,7 kOhm; 46 = 4,7 kOhm (5 W).
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- Patentansprüehe -
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