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Schlüsselloch freies elektronisches Schloß
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Die Erfindung betrifft ein induktiv mit einem Schlüssel koppelbares
Schloß, bei dem der Schlüssel ein Binärsignal an das Schloß abgibt und dieses lediglich
auf ein spezifisches Signal entriegelt wird.
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Elektronische Schloßanlagen sind in den verschiedensten Formen bekannt
geworden. Im allgemeinen wird der Schlüssel oder ein Kodiergerät in eine oeffnung
des Schloßteils der Anlage eine führt. Das Schloß unterscheidet dann den vorbestimmten
Kode von samtlichen anderen möglichen Kodes. Im speziellen Fall elektronischer Schlösser,
kann der Schlüssel auf beliebige Weise kodiert sein. Bei manchen bekannten Kodierarten
sind gestanzte Löcher vorgesehen, denen im Schloß elektrische Taster zugeordnet
sind. Weiterhin werden Leitungsstreifen benutzt, mit deren Hilfe elektrische Stromkreise
im Schloß geschlossen werden. Bei anderen Methoden wird von einer Schaltung des
Schlosses ein elektromagnetischer Kode des Schlüssels abgetastet.
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Eine bekannte elektronische Schloßanlage benutzt einen Schlüssel mit
einer Spule. Wenn der Schlüssel in unmittelbarer Nahe des Schlosses angeordnet wird,
so vervollständigt dieser eine'in dem Schloß enthaltene Schaltung, die das Schloß
öffnet.
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Derartige Anlagen sind Jedoch kompliziert und in der Anschaffung und
Wartung teuer. Elektronische Schlösser haben eine Reihe bekannter Vorteile. Die
bekannten elektronischen Schloßanlagen haben jedoch auch gewisse Nachteile.
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Zum einen benötigen elektronische Schlösser eine Stromquelle.
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Bei einer Vielzahl bekannter Schlösser ist die Stromquelle im Schloßteil
der Anlage enthalten. PUr gewisse AnwendungsflSlle
ist dies jedoch
ungeeignet und unpraktisch, insbesondere dann, wenn die Stromquelle oder das Schloß
nicht zuganglich ist.
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Manche bekannte elektronische Schloßanlagen sind so aufgebaut, daß
eine große Anzahl ersetzbarer oder wiederkodierbarer Schlüssel zu einer relativ
geringen Zahl von Schlössern passen. Derartige Schlösser enthalten komplizierte
Mechanismen einschließlich einer Energiequelle. Derartige Anlagen sind jedoch ungeeignet
und unbrauchbar, wenn jeweils ein Schlüssel auf mehrere Schlösser paßt und die Schlösser
mißbräuchlicher Behandlung ausgesetzt sind sowie an Stellen angeordnet sind, an
denen sie nicht mit Energie versorgt werden können.
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Weitere Probleme ergeben sich aus dem Verstopfen von Schlüssellöchern
bei elektronischen Schloßanlagen. Das.Einführcn von Fremdkörpern in das Schlüsselloch
eines komplizierten elektronischen Schlosses kann manche herkömmliche elektronische
Schlösser schwer beschädigen oder gar zerstören, da hierdurch die Kontakte verschmutzt
oder die elektromagnetischen Sensoren zerstört werden. Zerstörungen durch derartiges
Verstopfen ist jedes an öffentlicher Stelle zugängliches Schloß ausgesetzt.
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Ein anderes Problem tritt bei der Ubertragung eines elektrischen Signals
vom Schlüssel auf das Schloß auf, da bei Verwendung einer einzigen Signalform die
Anzahl benutzbarer unterschiedlicher Typen stark eingeschränkt ist. Da darüber hinaus
Teile der Elektronik, insbesondere solche, die die Form und Amplitude des Signals
bestimmen, analog arbeiten, muß die Schaltung zur Langzeitstabilisierung periodisch
justiert werden.
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Die vorstehenden Probleme der Schloß industrie zeigen, daß ein Bedarf
an einer elektronischen Schloßanlage besteht, deren Schloßteil einfach aufgebaut
ist und keine eingebaute Energiequelle benötigt. Der Schloßteil sollte darüber hinaus
relativ besch§-digungs
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große Anzahl Komblnationsmöglichkeiten vorbestimmter Signale zur Schloßbetätigung
zulassen. Die Schaltung des Schloßteils sollte schließlich auch über längere Zeit
hinweg stabil arbeiten können. Der Schlüssel teil einer solchen Anlage könnte die
Stromquelle zur Betätigung des Schlosses enthalten und sollte das Schloß öffnen
können, ohne daß er in eine oeffnung des Schlosses eingerührt werden müßte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Schloßanlage anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Gemäß der Erfindung gibt der Schlsselteil einer induktiv gekoppelten,
binären Schloßanlage mit Hilfe eines frequenzmodulierten Trägersignals eine Serie
binärer Signale an den Schloßteil ab. Der Schloßteil öffnet bei Empfang einer vorbestimmten
Folge von binären Signalen den Schloßriegel.
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Der Schlsselteil enthält ein Speicherregister, das einen änderbaren
Mehrfachbit-Schlüsselkode speichert. Dieser Schlüsselkode wird mit Hilfe eines spannungsgesteuerten
Oszillators in einen binären, entsprechend dem Schlüssel takt frequenzverschobenen
Träger umgewandelt. Nach Verstärkung .überträgt der Schlüssel den Träger mittels
magnetischer Induktion auf das Schloß.
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Das Schloßteil weist eine Empfangs spule und einen auf die Frequenzverschiebungen
des Schlüsselkodes ansprechenden Empfänger auf, der den frequenzmodulierten Träger
wieder zurück in binäre Impulse von Mehrfachbit-Daten umwandelt. Diese den Schlüsselkode
enthaltenden binären Daten werden in einem Speicherregister
gespeichert,
von wo aus sie einem Komparator zllgeführt und von diesem mit einem vorbestimmten
Bezugs-Kode aus einem wieder programn1ierbaren Speicherregister verglichen werden.
Sobald Ubereinstimmung der verglichenen Kodes festgestellt wird, wird der das Schloß
öffnende Schloßrnotor eingeschalteL.
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Eine derartige Schloßanlage arbeitet auch ohne Oeffnung; das Schloß
kann somit nicht durch Verstopfen der Öffnung unbrauchbar gemacht werden. In einer
bevorzugten Ausführungsform enthält das eigentliche Schloß keine interne Energiequelle,
womit sich keine Probleme ergeben, wenn das Schloß von einer Energiequelle weit
entfernt ist. Das Schloß ist relativ einfach konstruiert; somit können auch viele
Schlösser zur Betätigung durch einen einzigen Schlüssel hergestellt werden.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
werden und zwar zeigt: Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Schlüssels und eines
Schlosses beim Betätigen des Sperrmechanismus; Fig. 2 ein Schaltdiagramm eines Bestandteils
des Schlüssels, und Fig. 3 ein schematisches Diagramm der elektronischen Schaltung
des Schlosses.
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In den einzelnen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Zeichen
entsprechende Bauteile.
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Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße elektronische Schloßanlage
ist allgemein mit 10 bezeichnet. Ihr Schlüsselteil 12 ist
in Betriebsstcllung
zum Schloßteil 14 dargestellt.
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Der in Fig. 1 dargestellte Schlüsselteil 12 weist eine Stromversorgungseinrichtung
16, einen Generator 18 und eine Schlüsselinduktionseinrichtung 20 auf. Die Stromversorgungseinrichtung
16 weist vorzugsweise eine Trockenzellenbatterje oder eine andere geeignete Gleichstromquelle
auf. Zum ffnen oder Schließen des Schlosses wird ein Schalter 40 des Schlüsselteils
12 benutzt.
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Der mit 14 bezeichnete Schloßteil ist in einem Außengehäuse 24, 25
untergebracht. Das Gehäuse 24, 25 enthält eine Schloßinduktionseinrichtung 22, eine
Signalerkennungsstufe 9, einen Motor 26, ein Getriebe 28 sowie einen Schloßriegel
30. Der Motor 26, das Getriebe 28 und der Schloßriegel 30 sind mittels einer geeignet
geformten Klammer 27 oder einem sonstigen Verbindungselement am Gehäuse 2, 25 angebracht.
Der Motor 26 dreht bei Anlegen einer Spannung geeigneter Polarität das Getriebe
28. Das Getriebe 28 greift am Schloßriegel 30 an und zieht diesen aus einer verriegelten
Stellung in eine unverriegelte Stellung.
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Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm des Generators 18 und der Schlüsselinduktionseinrichtung
20 des Schlüsselteils 12. Die rür den Betrieb des Generators 18 benötigte Leistung
wird aus der Stromversorgungseinrichtung 16 zugeführt. Der Generator 18 weist einen
ersten Speicher 1, einen Festwertkodierer 2, einen s'pannungssteuerbaren Oszillator
3, einen ersten Verstärker 39 sowie eine erste Logikstufe 4 auf.
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In einer bevorzugten AusfUhrungsform wird ein aus Mehrfachbit-Daten
bestehender Schließkode mit Hilfe des Festwertkodierers 2 parallel in den ersten
Speicher 1 geladen. Der Festwertkodierer 2 kann entweder als kleine Einsteckschaltung
oder als einstellbarer und leicht wiederprogrammierbarer Schalter ausgebildet sein.
Der aus der Stromversorgungseinrichtung 16 gespeiste
erste Speicher
1 kann eine vorbestimmte Zahl Datenbits des Schließkodes speichern. Der erste Speicher
1 ist bevorzugt als Schieberegister ausgebildet, das als Parallel/Seriell-Wandler
für die Mehrfachbit-Daten dient. Sofern die Mehrfachbit-Daten bereits in serieller
Form aus dem Festwertkodierer 2 zugeführt werden können, erübrigt sich die Wandlereigenschaft
des ersten Speichers 1.
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Das serielle Ausgangssignal des ersten Speichers 1 bildet das Eingangssignal
des spannungsgesteuerten Oszillators 3, womit der erste Speicher 1 die Frequenz
des Oszillators 3 von fl nach f2 ändert, je nachdem, ob das seriell kodierte Ausgangssignal
des Speichers der Ziffer 1 oder der Ziffer 2 entspricht. Das Ausgangssignal des
Oszillators 3 ist ein binärer frequenzmodulierter Träger, der dem ersten Verstärker
39 zugeführt wird. Der Ausgang des ersten Verstärkers 39 ist elektrisch an die Sehltisselinduktionseinrichtung
20 angeschlossen.
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Zur zeitlichen Steuerung des Betriebs des Schlüsselteils 12 ist die
erste Logiicstufe 4 vorgesehen. Diese weist einen ersten Taktgenerator 5, welcher
Impulse feststehender Frequenz abgibt, einen Binärzähler 6, ein erstes Flip-Flop
(bistabiler Multivibrator) 7 sowie den Schalter 40 auf. Die Kodeübertragung beginnt,
wenn der Schalter 40 gedrückt ist. Der Schalter 40 setzt das erste Flip-Flop 7 in
seinen leitenden Zustand. Hierdurch wird sowohl der Taktgenerator 5 als auch der
Oszillator 3 wirksam geschaltet.
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Der Ausgang des ersten Taktgenerators 5 ist elektrisch an den ersten
Speicher 1 als auch an den Binärzähler 6 angeschlossen, so daß beide Stufen Taktimpulse
aufnehmen. Die Taktimpulse schieben die Daten aus dem ersten Speicher 1, während
der Binärzähler 6 mit jedem, dem Speicher 1 zugeführten Taktimpuls den Impuls zählt.
Nach vollständiger Abgabe des Seriell-Kodes des Speichers 1 und nachdem alle ausgeschobenen
Bits gezählt wurden, setzt der Binärzähler 6 das erste Flip-Flop 7 in den nichtleitenden
Zustand
zurück, während das erste Flip-Flop 7 seinerseits den Binärzähler
6 auf Null zurücksetzt.
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Nach Anlegen einer Spannung der Stromversorgungseinrichtung 16 arbeitet
der Oszillator 3 bei seiner normalen, in der Mitte zwischen f1 und r2 gelegenen
Frequenz fQ. Beim Drücken des Schalters 4 wird der Schließkode in Frequenzschiebetastungen
des den ersten Verstärker 39 und die Schlsselinduktionseinrichtung 20 treibenden
Oszillators 3 umgewandelt. Nach vollständiger Umwandlung des Schließkodes arbeitet
der Oszillator 3 auf der Frequenz t weiter, bis die Stromversorgungseinrichtung
16 abgeschaltet wird.
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Da die Leistung weiterhin der normalerweise passiven Schal.tung des
Schlüsselteils 12 zugeführt wird, verbleibt für den Motor 26 genügend Zeit, beispielsweise
einige Sekunden, um das Schloß mittels des Schloßriegels 30 zu öffnen.
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Die .nchloßinduktionseinrichtung 22 nimmt die durch magnetische Induktion
aus der Schlüsselinduktionseinrichtung 20 Ubertragenen Signale auf. Sofern die Kopplung
zwischen dem Schlsselteil 12 und dem Schloß teil 14 durch Metallbleche hindurch
erfolgt, so sollte das Metall vorzugsweise nichtmagnetisch sein und zur Verringerung
der Wirbelstromverluste einen relativ geringen elektrischen Leitwert haben. Unter
diesen Voraussetzungen kann die Mittenfrequenz f0 in der Größenordnung von 50 bis
5000 Hz liegen.
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Sofern die elektromagnetische Energie zwischen SchlUsselteil 12 und
Schloßteil 14 über nichtmetallisches, kunststoffartiges Material übertragen wird,
läßt sich die Mittenfrequenz rO auch erheblich über 5000 Hz hinaus erhöhen, da das
Durchdringungsvermögen der elektromagnetischen Energie weder durch die Permeabilität
noch durch den im wesentlichen vernachlässigbaren elektrischen Leitwert des kunststoffartigen
Materials begrenzt wird.
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Fig. 3 zeigt ein Schaltdiagramm der Signalerkennungsstufe 9, des Motors
26 sowie der mit einem Mittenabgriff versehenen Schloßinduktionseinrichtung
22
des Schloßteils 12. Die Signalerkennungsstufe 9 weist einen Kondensator 15, erste
und zweite Dioden 11 bzw. 13, einen die Frequenztastungen verschiebenden Empfänger
21, einen zweiten Speicher 23, eine zweite Logikstufe 19, einen Leistungsspeicher
38 sowie eine Motorsteuerung 37 auf.
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Das Wechselstromausgangssignal der mit einem Mittenabgriff versehenen
Schloßinduktionseinrichtung 22 wird den ersten und zeiten Dioden 11 bzw. 13 zugeführt,
die den Leistungsspeicher 38 sowie die Signalerkennungsstufe 9 mit Gleichstromleistung
versorgen.
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Das Wechselstromausgangssignal der Schloßinduktionseinrichtung 22
wird darüber hinaus dem die Frequenzverschiebungen tastenden Empfänger 21 zugeführt.
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Der Leistungsspeicher 38 ist an den Eingang der Motorsteuerung 37
angeschlossen. Die Motorsteuerung 37 kann einen Brückentreiber aufweisen, so daß
die Polarität am Motor 26 auf ein Signal hin umgekehrt werden kann. Wenn der Motor
zuvor in einer das Schloß verriegelnden Richtung gelaufen war, läuft er nach Polaritätsumkehr
in entgegengesetzter, das Schloß öffnender Richtung. In einer anderen Ausführungsform
kann die Motorsteuerung 37 durch einen einfachen Schalter gebildet sein, der nach
Zuführung eines Signals den Stromkreis des Motors 26 schließt.
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Nach Aufnahme eines den Motor 26 einschaltenden Signals wird die Leistung
dem Motor 26 mit einer Polarität zugeführt, für die er sich in OfRnungsrlchtung
des Schlosses dreht.
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Der Kondensator 15 sorgt einerseits für ausreichende Resonanz der
Schloßinduktionseinrichtung 22 und glättet andererseits die übertragenen Signale.
Die mit einem Mittenabgriff versehene Schloßinduktionseinrichtung 22 ist mittels
des Kondensators 15 auf die von der Schlüsselinduktionseinriohtung 20 übertragene
Frequenz
f0 abgestimmt. Der Gütefaktor (Q) des Resonanzkreises, d.h. die Steilheit der Resonanzkurve,
ist so gewählt, daß die Frequenzen fl und f2 des übertragenen Signals irn oberen
Teil der Flanken der Resonanzkurve liegen. Die Frequenz f0 ist so gewählt, daß die
Bandbreitenforderungen bei der Ubertragung eines 16-Bit-Datenstroms des Frequenzschiebe-Tastkodes
erfüllt sind und die Eindringtiefe für eine Übertragung des Signals über wenigstens
1,5 bis 3,2 mm nichtmagnetischen, rostfreien Stahls oder anderer, im wesentlichen
nichtmagnetischer Materialien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, wie z.B.
Kunststoff mit Füllmassen usw.
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ausreicht.
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Der Empfänger 21 wandelt das aus einer binär frequenzmodulierten Trägerwelle
bestehende Ausgangssignal der Schloßinduktionseinrichtung 22 in elektrische Impulse
für binäre Bits der Schließkodedaten um. Diese Mehrfachbit-Daten werden dem Eingang
des zweiten Speichers 23 zugeführt, der bevorzugt als Schieberegister ausgebildet
ist und als Serien/Parallel-Wandler für diese Daten dient. Der zweite Speicher 23
kann Jedoch auch als Lesespeicher ausgebildet sein, der eine vorbestimmte Anzahl
Datenbits speichert und seriell abgeben kann.
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Der Ausgang des zweiten Speichers 23 ist an einen Komparator 34 gekoppelt,
der darüber hinaus aus einem programmierbaren Schließkode-Kodierer 29 einen Bezugskode
aufnimmt.
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Der Komparator 34 vergleicht die den Schlüsselkode bestimmenden Mehrfachbit-Daten
mit dem Bezugskode. Der Speicher 23 gibt die Mehrfachbit-Daten bevorzugt parallel
ab, so daß lediglich ein Vergleich des gesamten Schließkodes mit dem Bezugskode
pro Zeiteinheit stattfindet. Sofern der zweite Speicher 23 die Daten seriell abgibt,
so kann der Schließkode Bit für Bit mit dem Bezugskode verglichen werden.
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Die zwette Loglkstufe 19 steuert den zeitlichen Betriebsablauf des
Schloßteils 14. Sie weist einen zweiten Taktgenerator 31, einen zweiten Binärzähler
33 und ein zweites Flip-Flop 36 auf.
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Der zweite Taktgenerator 31 ist eingangsseitig an den Empfänger 21
angeschlossen und nimmt aus diesem einen Synohronisierimpuis auf. Der Ausgang des
zweiten Taictgenerators 31 ist an den zweiten Speicher 23 angeschlossen und liefert
Taktimpulse an diesen.
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Nach Synchronisierung mit dem Serienausgang des Empfängers 21 liefert
der zweite Taktgenerator 31 Taktimpulse, über die die ankofhnenden seriellen Datenbits
im zweiten Speicher 23 eingeordnet und eingelesen werden. Der zweite Binärzähler
33 ist eingangsseitig an den zweiten Taktgenerator 31 angeschlossen und zählt die
zugeführten Taktimpulse. Der Ausgang des zweiten Binärzählers 33 ist an den Komparator
34 angeschlossen und schaltet diesen für einen einzigen Vergleich wirksam, wenn
der Speicher 23 den gesamten Schließkode aufgenommen hat. Ergibt der Vergleich,
daß der Schließkode und der Bezugskode in sämtlichen Bits übereinstimmt, so gibt
der Komparator 34 ein Ausgangssignal ab, das das zweite Flip-Flop 36 in den leitenden
Zustand setzt.
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Ergibt der Vergleich, daß der Schließkode und der Bezugskode nicht
in sämtlichen Bits übereinstimmt, so wird das zweite Flip-Flop 36 nicht gesetzt
und der zweite Binärzähler 33 schaltet den zweiten Taktgenerator 31 unwirksam, womit
andere Schließkodes nicht mehr in den zweiten Speicher 23 geladen werden können.
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Die Motorsteuerung 37 weist einen Brückentreiber auf, der die Polarität
des am Motor 26 anliegenden elektrischen Signals umkehrt, wenn das zweite Flip-Flop
36 in seinen leitenden Zustand gesetzt wurde. Der Motor 26, der sich zuvor in einer
das Schloß verriegelt haltenden Richtung gedreht hat, dreht sich nun in entgegengesetzter
Richtung und öffnet das Schloß. Das Flip-Flop 36 gibt in seinem leitenden Zustand
darüber hinaus ein
Ausgangssignal an den Eingang des zweiten Binärzählers
33 ab, das diesen auf Null rücksetzt.
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L e e r s e i t e