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Drahtlose Mehrkanal-Fernsteuerung für
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Spielzeuge Die Erfindung betrifft eine drahtlose Mehrkanal-Fernsteuerung
für Spielzeuge mit einem Sender und einem Empfänger.
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Mehrkanal-Funkfernsteuerungen mit einem Hochfrequenzsender und einem
Hochfrequenzempfänger sind, da für jeden Kanal ein eigener Abstimmkreis benötigt
wird, relativ kostspielig und ausserdem genehmigungspflichtig. Zwar haben Funkfernsteuerungen
eine grosse Reichweite, jedoch ist diese bei der Fernsteuerung von Spielzeugen nicht
immer erforderlich, insbesondere dann nicht, wenn nur innerhalb von Wohnungen eine
Fernsteuerung von Spielzeugen beabsichtigt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine drahtlose Mehrkanal-Fernsteuerung
für Spielzeuge zu schaffen, die im Vergleich zu den bislang bei Spielzeugen verwendeten
Hochfrequenzgeräten erheblich billiger und kleiner bzw. handlicher ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Sender
ein Infrarotsener ist, der eine Codiereinrichtung aufweist, die jedem Kanal eine
codierte serielle Impulsgruppe zuordnet, und dass der dem Infrarotsender zugeordnete
Infrarotempfänger eine Decodiereinrichtung zum Decodieren der empfangenen
seriellen
Impulsgruppen aufweist, wobei zumindest einem Teil der Kanäle des Senders jeweils
ein Ausgang der Decodiereinrichtung des Empfängers zugeordnet ist.
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Die Erfindung wird also darin gesehen, dass zur Fernsteuerung von
Spielzeugen ein Infrarotsender und ein Infrarotempfänger verwendet wird, wobei Steuersignale
in Form von codierten ten seriellen Impulsgruppen übertragen werden Solche Impulsgruppen
lassen sich mit herkömmlichen IC's, die äusserst billig sind, erzeugen bzw decodieren,
und dem Fachmann bietet es keine Schwierigkeit, eine geeignete Schaltungsanordnung
hierfür zu verwirklichen.
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Zwar sind Infrarotfernsteuerungen an sich bekannt und werden beispielsweise
zur Fernsteuerung von Fernsehempfängern verwendet.
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Eine Infrarotfernsteuening für Spielzeuge mit sehr vielen unterschiedlichen
Funktionen ist jedoch bis jetzt noch nicht vorgeschlagen worden.Vielmehr wuriic
bei Spielzelyen, wenn die Pernsteuerung nur über eine geringe EntLernunq von einigen
Metern erfolgen sollte, ein Kabel zur übertragung der Steuerbefehle verwendet, um
die Fernsteuerungsanlage möglichst billig zu halten.
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Die Verwendung einer Infrarotfernsteuerung bietet im Gegensatz zur
Verwendung eines Kabels für die übertragung der Steuerbefehle den Vorteil1 dass
ein einziger Infrarotsender zur Steuerung mehrerer jeweils mit einem Infrarotempfänger
ausgerüsteter Spielzeuge verwendet werden kann. Aus der Vielzahl der Kanäle des
Infrarot senders wird dann ein Teil einem ersten Infrarotempfänger, ein weiterer
Teil einem zweiten Infrarotempfänger usw. zugeordnet.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sich der Schaltungsaufwand
des Infrarotsenders bei Verwendung von herkömmlichen IC's,abgesehen von der vermehrten
Anzahl der Schalter zur Auswahl der Kanäle1 nicht erhöht, wenn die Anzahl der Kanäle
gesteigert wird.
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Vorzugsweise sind die Kanäle des Infrarotsenders in Gruppen mit jeweils
der gleichen Anzahl von Kanälen unterteilt und durch nach Art einer Matrix zusammenwirkende
Schalter auswählbar,
von denen eine ersten Anzahl zur Auswahl der
Kanalgruppe und eine zweite Anzahl zur Auswahl eines Kanals aus der ausgewählten
Kanalgruppe dient. Dieses im Rahmen der Erfindung als wesentlich angesehene Merkmal
hat den Vorteil, dass die Zahl der Schalter zur Auswahl der Kanäle gering gehalten
werden kann.
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Es käme auch eine Dezimaltastatur in Frage, mit der bei einer sehr
hohen Anzahl von Kanälen der Schalteraufwand ebenfalls reduziert werden kann.
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Vorteilhafterweise wird man dann bei Verwendung mehrerer Infrarotempfänger
in Verbindung mit einem einzigen Sender die Ausgänge der Decodiereinrichtung eines
Infrarotempfängers jeweils einer Kanalgruppe des Infrarotsenders zuordnen, so dass
mit den Kanalgruppenschaltern der gewünschte Infrarotempfänger und dementsprechend
das momentan zu steu-ernde Spielzeug ausgewählt werden kann und mit der zweiten
Anzahl von Schaltern dann die einzelnen Steuerbefehle für das ausgewählte Spielzeug
gegeben werden können Zweckmässigerweise weist die Decodiereinrichtung des Infrarotempfängers
eine Einrichtung zum Umwandeln der empfangenen codierten seriellen Impulsgruppen
in binär zodierte Signale auf, der eine Einrichtung zur Auswahl einer Kanalgruppe
aus der Anzahl der Kanäle des Infrarotsenders zugeordnet ist, wobei eine Kanalgruppe
nicht mehr als zehn Kanäle umfasst, und weist die Decodiereinrichtung ferner einen
BCD-Dezimal-Wandler auf, in dem jedem binär codierten Signal ein Ausgang zugeordnet
wird.Die die binär codierten Signale abgebende Einrichtung kann alle codierten seriellen
Impulsgruppen decodieren, wobei jedoch durch die Einrichtung zur Auswahl einer Kanalgruppe
aus der Anzahl der Kanäle des Infrarotsenders bei einer Vielzahl von Infrarotempfängern
jedem Infrarotempfänger eine eigene Kanalgruppe zugeordnet wird . Diese im Infrarotempfänger
vorgesehene Einrichtung zur Auswahl einer Kanalgruppe kann in Form von Drahtbrücken
vorliegen, die jeweils einer Kanalgruppe zugeordnet sind, wobei bis auf die Drahtbrücke,
die der gewünschten Kanalgruppe zugeordnet ist, die Drahtbrücken unterbrochen sind.
Die Unterbrechung der Drahtbrücken kann nachträglich erfolgen, d.h., dass die Infrarotempfänger
zunächst in einem Zustand angeliefert werden, in dem alle Drahtbrücken vorhanden
sind,
und dass erst dann, wenn beispielsweise der Infrarotempfänger in ein Spielzeug eingebaut
wird, die unerwünschten Drahtbrücken unterbrochen werden.
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Um die an den Ausgängen der Decodiereinrichtung des Infrarotempfängers
abgegebenen Steuersignale speichern zu können, ist jeweils zwei Ausgängen der Decodiereinrichtung
ein Flip-Flop zugeordnet, wobei mindestens ein weiterer Ausgang der Decodiereinrichtung
zur Rücksetzung aller Flip-Flops vorgesehen ist.
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Ein solcher Flip-Flop kann beispielsweise die Steuersignale "Vorwärtsfahrt"
und "Rückwärtsfahrt" speichern, wodurch bei Verwendung von Tastschaltern im Infrarot
sender auf ein andauerndes Niederdrücken der Tasten verzichtet werden kann.
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Da das Tageslicht den Empfang der Infrarotsignale erheblich stören
kann, ist gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Infrarotempfänger
ein Filter zur Ausfilterung des Tageslichtes vorgesehen.
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Da ferner sich der Pegel der empfangenen codierten seriellen Impulsgruppe
in starkem Masse in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Infrarotempfänger und
dem Infrarotsender ändert, wird zweckmässigerweise im Infrarotempfänger ein Vorverstärker
zur Ausregelung der unterschiedlichen Intensität der empfangenen Signale vorgesehen.
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Prinzipiell kann man mit einer Infrarotdiode im Infrarotsender auskommen,
die jedoch für die dann geforderte relativ hohe Leistung entsprechend dimensioniert
sein muss. Daher wird gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Vielzahl
von Infrarotdioden im Infrarotsender verwendet. Mit einer Vielzahl leistungschwacher
Infrarotdioden lässt sich im Hinblick auf die Reichweite die gleiche Wirkung wie
mit einer einzigen leistungsstarken Infrarotdiode erzielen, jedoch wird durch den
Ersatz einer leistungsstarken Diode durch eine Vielzahl von leistungsschwachen Dioden
das Gerät erheblich billiger.
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Um eine Kontrolle der Funktion des Infrarotsenders zur ermöglichen,
weist ferner gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Infrarotsender eine
Leuchtdiode auf, die von der ausgesandten codierten seriellen Impulsgruppe beaufschlagt
wird. Die Leuchtdiode leuchtet also im Takt der zugeführten und abgestrahlten codierten
seriellen Impulsgruppe auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Infrarotsender
drei Kanalgruppen zu je sieben Kanälen auf.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung stellen dar: Figur 1 eine
Schaltungsanordnung des Infrarotsenders, Figur 2 eine Schaltungsanordnung des Vorverstärkers
des Infrarotempfängers, Figur 3 eine Schaltungsanordnung der Decodiereinrichtung
einschliesslich einer Speichereinrichtung des Infrarotempfängers und Figur 4 eine
Draufsicht auf das Gehäuse eines Infrarotsenders.
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In der in Figur 1 wiedergegebenen Schaltungsanordnung eines Infrarotsenders
wird ein integrierter Schaltkreis IS1 mit achtzehn Anschlüssen verwendet, der als
Codiereinrichtung wirkt und in der Lage ist, am Anschluss 8 eine codierte serielle
Impulsgruppe abzugeben, wobei die Codierung der seriellen Impulsgruppe davon abhängig
ist, welcher Anschluss der Anschlüsse 9 bis 15 mit welchem Anschluss der Anschlüsse
3 bis 5 verbunden ist. Die Anschlüsse 3 bis 5 sind über Schalter A, B, C mit einer
Stammleitung verbunden, von der sieben Zweigleitungen, in denen jeweils
ein
Tastschalter I bis VII vorgesehen ist, zu den Anschlüssen 9 bis 15 führen. Wie man
sieht, wirken die Schalter A, B und C mit den sieben Tastschaltern I bis VII nach
Art einer Matrix zusammen. Die jeweilige Codierung der abgegebenen seriellen Impulsgruppe
hängt also davon ab, welcher der Schalter A, B und C und welcher der Tastschalter
I bis VII jeweils geschlossen ist.
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Insgesamt können also drei x sieben = eintlndzwanzig verschieden codierte
serielle Impulsgruppen am Anschluss 8 abgegeben werden, die einundzwanzig verschiedenen
Kanälen entsprechen. Die Schalter A, B und C bestimmen drei Kanalgruppen mit je
sieben Kanälen, die jeweils durch die Tastschalter I bis VII ausgewählt werden.
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Wenn irgendeiner der Schalter A, B und C geschlossen ist und einer
der Tastschalter I bis VII gedrückt wird, wird eine codierte serielle Impulsgruppe
am Anschluss 8 abgegeben.
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Die Taktfrequenz der Impulsgruppe wird durch den Schwingkreis mit
den Kondensatoren Cl und C2 und der Spule L1 bestimmt, der mit den Anschlüssen 17
und 18 des integrierten Schaltkreises IS1 verbunden ist. Vorzugsweise beträgt die
Taktfrequenz 30kHz. Die am Anschluss 8 abgegebenen Impulsgruppen umfassen beispielsweise
maximal sieben Impulse und unterscheiden sich voneinander durch die Stellen, an
denen in der Impulsgruppe ein Impuls fehlteUm die Brkennuns einer Impulsgruppe im
Empfänger zu erleichtern, sind der Anfang und das Ende einer abgegebenen Impulsgruppe
jeweils durch einen Kennungsimpuls begrenzt.
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Die vom Anschluss 8 des integrierten Schaltkreises IS1 abgegebenen
codierten seriellen Impulsgruppen werden der Basis eines Transistors T2 zur Vorverstärkung
zugeführt. Die Endverstärkung der vorverstärkten Impulsgruppen wird dann in zwei
parallelgeschalteten Endverstärkerstufen durchgeführt, die die Transistoren T3 und
T4 aufweisen, deren Basis jeweils mit dem Kollektor des Transistors T 2 verbunden
ist und deren Kollektorstrom jeweils durch zwei in Serie geschaltete Infrarotdioden
D2 und D3 bzw. D4 und D 5 fliesst. Eine Leuchtdiode D6 ist parallel zu einen Paar
der Infrarotdioden geschaltet und macht die Beaufschlagung der Infrarotdioden sichtbar.
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Im übrigen richtet sich die Schaltung des integrierten Schaltkreises
IS1 nach dem jeweils ausgewählten Typ.
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In Figur 2 ist die Schaltungsanordnung einer Vorverstärkereinheit
eines Infrarotempfängers gezeigt. Die vom Infrarotsender ausgesandten Infrarotsignale
werden mit Hilfe einer Infrarotdiode D21 empfangen und in elektrische Impulse umgesetzt,
die nach Ausfilterung der durch das Tageslicht bedingten Störfrequenzen mit Hilfe
des die Spule L2 und den Kondensator C 29 aufweisenden Schwingkreises und nach einer
Vorverstärkung mit Hilfe des Transistors T21 über einen Kondensator C28 dem Anschluss
8 eines integrierten Schaltkreises IS2 zugeführt werden. Der integrierte Schaltkreis
IS2 dient zur Verstärkung der empfangenen Impulsgruppen und hat eine Verstärkung
von 100 dB. Er ist in der Lage, die durch den unterschiedlichen Abstand des Infrarotempfängers
vom Infrarotsender bedingte unterschiedliche Intensität der empfangenen Signale
auszugleichen, so dass bei jeder Entfernung des Empfängers vom Sender eine Ubersteuerung
vermieden wird. Der die Widerstände R21,R22 und R23 und die Kondensatoren C21, C22
und C23 aufweisende Schaltungsteil, der mit den Anschlüssen 4 und 5 des integrierten
Schaltkreises IS2 verbunden ist, sorgt für die Symmetrie des Arbeitspunktes des
integrierten Schaltkreises 152. Die Kondensatoren C24 und C27 sowie der Widerstand
R24 haben lediglich eine Glättungsfunktion. Die vorverstärkten und ausgeregelten
Empfang signale werden vom Anschluss 3 des integrierten Schaltkreises IS 2 abgegeben.
Im übrigen richtet sich auch hier die Beschaltung des integrierten Schaltkreises
IS2 im einzelnen jeweils nach dem verwendeten Typ.
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Die vom Anschluss 3 des integrierten Schaltkreises 2 abgegebene codierte
serielle Impulsgruppe wird dem Anschluss 6 eines integrierten Schaltkreises IS3
zugeführt, der Teil einer in Figur 3 gezeigten Decodiereinrichtung ist. Die Anschlüsse
10, 11 und des integrierten Schaltkreises IS3 geben das am Anschluss als serielle
Impulsgruppe empfangene Signal in binär codierter Form ab. Für die Binärcodierung
reichen3 Bits entsprechend den drei Anschlüssen 9, 10 und 11 vollkommen aus, da
je nach Beaufschlagung der Anschlüsse 8 und 9 des integrierten Schaltkreises 153
eine der drei Kanal mit je sieben Kanälen
ausgewählt wird. Die
Beaufschlagung der Anschlüsse 8 und 9 des integrierten Schaltkreises IS3 hängt davon
ab, welcher von drei Schaltkreisen a, b, c über eine Drahtbrücke A, B oder C mit
der Spannungsquelle verbunden ist. Jeder Schaltkreis a,b, c hat zwei Ausgänge, von
denen der eine mit dem Anschluss 8 unü der andere mit dem Anschluss 9 des integrierten
Schaltkreises IS3 verbunden ist. Dabei ist ein Ausgang des Schaltkreises a über
einen Inventer mit Anschluss 8 des integrierten Schaltkreises 153 und ein Ausgang
des Schaltkreises b über einen zweiten Inventer mit dem Anschluss 9 des integrierten
Schaltkreises 1S3 verbunden, während die Ausgänge des Schaltkreises c ohne Zwischenschaltung
mit den Anschlüssen 8 und 9 des integrierten Schaltkreises 153 verbunden sind. An
den Ausgängen desjenigen Schaltkreises, der mit der Spannungsquelle verbunden ist,
liegt jeweils ein hoher Pegel vor, aus dem ein niedriger Pegel an den zugeordneten
Anschluss 8 oder 9 des integrierten Schaltkreises IS3 wird, wenn ein Inventer zwischengeschaltet
ist. Die Taktfrequenz des integrierten Schaltkreises IS3 wird mit dem die Spule
L 30 und den Kondensator C30 enthaltenden Schwingkreis eingestellt und entsprechend
dem jeweils verwendeten Typ abgeglichen.
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Die Decodiereinrichtung in Figur 3 weist ferner einen integrierten
Schaltkreis IS4 auf, der ein BCD-Dezimal-Wandler ist. Er empfängt die vom integrierten
Schaltkreis IS3 abgegebenen binär codierten Signale an seinen Eingängen 10, 13,
12 und gibt sie an seinen Ausgängen 3, 14, 2, 15, 1, 6 und 7 in dezimal codierter
Form ab. Jedem dieser Ausgänge des integrierten Schaltkreises IS4 ist also ein Kanal
einer durch die Drahtbrücken A, B oder C ausgewählten Kanalgruppe zugeordnet.
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Wie ferner aus Figur 3 zu entnehmen ist, ist den Ausgängen 3 und 4
des integrierten Schaltkreises 1S4 jeweils ein Flip-Flop IS5 bzw. IS6 zugeordnet,
mit deren Hilfe die empfangenen Steuersignale gespeichert werden können. Der Ausgang
7 des integrierten
Schaltkreises IS4 ist mit den Rückstelleingängen
der Flip-Flops IS5 und IS6 verbunden. Die Flip-Flops IS5 und IS6 können beispielsweise
mit Transistorschaltern verbunden sein, um jeweils einen Motor in dem mit dem Infrarotempfänger
ausgerüsteten Spielzeug vorwärts oder rückwärts laufen lassen zu können. Die anderen
Ausgänge 2, 15, 1 und 6 sind für eine Proportionalsteuerung vorgesehen und damit
natürlich nicht an den Flip-Flops angeschlossen.
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Bei Verwendung mehrerer Infrarotempfänger in Verbindung mit einem
einzigen Sender unterscheiden sich die Infrarotempfänger nur dadurch, welche der
Drahtbrücken A, B und C nicht unterbrochen ist.Sie sind somit verschiedenen Kanalgruppen
zugeordnet, so dass mit Hilfe eines einzigen Senders mehrere Spielzeuge unabhängig
voneinander gesteuert werden können.
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Figur 4 zeigt beispielhaft die Draufsicht auf ein Gehäuse eines Infrarotsenders,
der gemäss Figur 1 aufgebaut ist. Das Gehäuse des Infrarotsenders weist im wesentlichen
die Form eines "I" auf und ist derart geformt, dass es in seinem mittleren Abschnitt
bequem mit einer Hand von unten her ergriffen werden kann. Auf der vom Körper des
Benutzers weg weisenden Endfläche des Gehäuses sind die vier Infrarotdioden D2 bis
D5 vorgesehen.
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Drei Schiebeschalter 10', 12 und 14' auf der oberen Längsfläche des
Gehäuses sind den Schaltern A, B und C der Schaltungsanordnung gemäss Figur 1 zur
Auswahl der Kanalgruppe zugeordnet. werner sind auf der oberen Längsfläche des Gehäuses
fünf Tastschalterl6' bis 22' vorgesehen, die beispielsweise.den Kanälen I, II u.
IV bis VI zugeordnet sind. Mit dem Tastschalter 16' kann beispielsweise der Befehl
"vorwärts",mit dem Tastschalter 17' der Befehl "rückwärts", mit dem Tastschalter
18' der Befehl "schnell", mit dem Tastschalter 20' der Befehl "langsam" und mit
dem Tastschalter 22' der Befehl "stop" gegeben werden.
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Weiterhin ist auf der gleichen Fläche des Gehäuses ein Steuerrad vorgesehen,
mit dem beispielsweise die Befehle "rechts", geradeaus" und "links" gegeben werden
können und dem die Kanäle III und IV zugeordnet sind. Die Leuchtdiode D6 der Figur
1 ist als Kontrolleuchte unter dem Steuerrad angeordnet.
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Zu bemerken bleibt noch, dass die Anlage ohne einen Ein- und Ausschalter
für die Stromversorgung auskommt, da die Stromaufnahme der Anlage, wenn keine Signale
übertragen werden, sehr gering ist.
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Für die integrierten Schaltkreise 151, IS2, IS3 und IS4 können in
dieser Reihenfolge die Siemens-Gerätetypen SAB 3210, SAB 4050, SAB 3271 und SCL
4028 verwendet werden.
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