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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einkoppeln von elektrischen Signalen in Leitungen oder Kabel zu Ortungszwecken, ein diese Vorrichtung enthaltendes handtragbares Testgerät, eine diese Vorrichtung umfassende Vorrichtung zum Überprüfen von Verkabelungen und ein entsprechendes Verfahren zum Überprüfen von Verkabelungen.
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Bei der Verlegung und Überprüfung von elektrischen Kabeln oder Telefonleitungen und dergleichen besteht das Erfordernis, bereits verlegte und beispielsweise unter Putz befindliche Kabel zu orten und ihren Verlauf zu ermitteln. Zu diesem Zweck sind mittlerweile eine Vielzahl von Kabelsuch- oder -ortungsvorrichtungen am Markt verfügbar, mit denen stromführende Kabel durch Detektion ihrer elektrischen und/oder magnetischen Felder geortet werden können. Dabei wird in ein Ende eines zu überprüfenden, hinter einer Wand verlegten Kabels ein elektrisches Signal eingespeist und mittels einer über die Wand bewegten Sonde ein aus dem Kabel ausgekoppeltes Signal induktiv und/oder kapazitiv erfasst und ausgewertet.
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Einige Vorrichtungen der beschriebenen Art bestehen aus einem als Handgerät ausgebildeten Tonfrequenz-Generator („Toner”) und einem ebenso als Handgerät ausgebildeten Tonfrequenz-Empfänger („Probe”). Der Tonfrequenz-Generator, sendet ein Wechselstromsignal mit einer Tonfrequenz auf die Leitung und der auf die Tonfrequenz eingestellte Tonfrequenz-Empfänger ortet mit seiner Sonde das aus dem Kabel ausgekoppelte Signal und macht dieses mittels eines Lautsprechers hörbar, so dass über die sich mit der Position der Sonde auf der Wand ändernde Lautstärke des von dem Lautsprecher abgegebenen Tons die Ortung erfolgen kann.
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Mit den bisher bekannten Geräten ist die Ortung einer Leitung bereits relativ schnell und einfach möglich, wenn die Leitung einfach verlegt ist. In der Praxis tritt jedoch häufiger die Situation auf, dass mehrere Leitungen mit vergleichsweise geringem Abstand nebeneinander verlaufen. Obwohl das Tonfrequenzsignal des Tonfrequenz-Generators nur in eine Leitung oder ein Leitungspaar eingekoppelt wurde, kann es aufgrund der räumlichen Nähe und durch Übersprechen zwischen den Leitungen zu Fehlortungen durch den Tonfrequenz-Empfänger kommen.
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Eine immerwährende Problematik bei derartigen Geräten besteht darin, diese in ausreichender Weise gegen Hochspannung zu schützen. Das Tonfrequenzsignal, das zumeist in einem Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 3 kHz liegt, wird in dem Tonfrequenz-Generator erzeugt und mittels Auskoppelkondensatoren auf die zu prüfende Leitung gekoppelt. Bedingt durch die niedrige Frequenz des Tonfrequenzsignals liegen die für eine effiziente Auskopplung erforderlichen Kapazitäten dieser Auskoppelkondensatoren derzeit zumeist im Bereich von 1 μF (bei Auskopplung eines 1 kHz-Signals wird ein Auskoppelkondensator mit 0,47 μF verwendet). Durch diese relativ hohen Kapazitäten wird das Gerät anfällig für Beschädigung oder Zerstörung bei versehentlicher Berührung der Prüfkabel mit dem stromführenden Leitungsnetz mit seinen 220–380 V Wechselstrom bei 50 Hz. Die als Überspannungsschutz bisher bekannten Einrichtungen wie beispielsweise Relais-Schaltungen zur Trennung des Auskoppelkondensators von der inneren Beschaltung im Überspannungsfall stellen aus verschiedenen Gründen, insbesondere wegen des zusätzlichen Hardware-Aufwands keine optimale Lösung des Problems dar.
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Aus der Druckschrift
US 6,163,144 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit welcher detektiert werden kann, mit welchem Stromkreis bzw. mit welcher Sicherung eine bestimmte Leitung in einem Gebäude verbunden ist. Dazu wird mittels eines Senders in ein Ende der Leitung ein Signal eingekoppelt, welches mit einem Empfänger und einer mit diesem verbundenen Sonde am Ausgang des Sicherungskastens geortet werden kann. Durch den Sender wird ein Signal erzeugt, welches aus einem Signal relativ hoher Frequenz besteht, welches zweifach, nämlich durch eine Strommodulation bei 60 Hz und durch eine noch niederfrequentere Modulation bei 2–3 Hz moduliert wird.
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Aus der Druckschrift
GB 2 215 067 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit welcher untersucht werden kann, in welchem Maße Signale aus der Umgebung in elektrische Kabel unerwünschterweise eingekoppelt werden können.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, ein handtragbares Testgerät und ein Verfahren zum Einkoppeln von elektrischen Signalen in Leitungen oder Kabel zu Testzwecken anzugeben, die auf einfachere und effektivere Weise gegen Überspannungen geschützt sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zuordnung einzelner Leitungen oder Leitungspaare bei mehreren, eng benachbarten Leitungen zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den nebengeordneten Patentansprüchen und den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung wie ein eingangs beschriebener Tonfrequenz-Generator zum Einkoppeln von elektrischen Signalen in Leitungen oder Kabel zu Ortungszwecken, wobei eine derartige Vorrichtung
- – Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Signals durch Modulieren eines relativ höherfrequenten Signals mit einem relativ niederfrequenten Signal, und
- – Mittel zum Einkoppeln des Signals in ein Ende einer Leitung aufweist, wobei die Einkopplungsmittel eine Mehrzahl von Ausgängen der Vorrichtung für die Einkopplung des Signals in eine entsprechende Mehrzahl von Leitungen aufweist..
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Ein entsprechendes erfindungsgemässes Verfahren umfasst die Schritte Erzeugen eines elektrischen Signals durch Modulieren eines relativ höherfrequenten Signals mit einem relativ niederfrequenten Signal und Einkoppeln des Signals in ein Ende einer zu ortenden Leitung.
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Das relativ niederfrequente Signal kann dabei ein Tonfrequenzsignal sein, wie es bisher verwendet wurde. Indem jedoch dieses Tonfrequenzsignal nunmehr nur noch als Modulationssignal eines höherfrequenten Signals eingesetzt wird, können die für die Einkopplung des überlagerten Signals in die elektrische Leitung verwendeten Auskoppelkondensatoren in ihrer Kapazität erheblich kleiner ausgelegt werden. Beim Auftreten von Überspannungen treten aufgrund dieser geringen Koppelkapazitäten keine Beschädigungen oder gar Zerstörungen mehr am Gerät auf. Somit kann ein Überspannungsschutz bis 380 V AC (50 Hz) erreicht werden, ohne dass zusätzliche Hardware wie Relaisschaltungen vorgesehen werden muss, durch die im Überspannungsfall eine Entkopplung der inneren Beschaltung von dem Ausgang erfolgt.
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Dabei können zumindest prinzipiell verschiedene Modulationsarten wie Amplitudenmodulation, Phasenmodulation oder Frequenzmodulation gewählt werden. Die vorteilhafteste Variante besteht jedoch in einer Amplitudenmodulation des höherfrequenten Signals durch das niederfrequente Signal. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das niederfrequente Signal rechteckförmig ist, so dass das höherfrequente Signal im Takt der Rechteckfrequenz des niederfrequenten Signals an und aus getastet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch das höherfrequente Signal durch ein Rechtecksignal gebildet sein.
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Das niederfrequente Signal ist vorzugsweise ein Tonfrequenz-Signal, weist also vorzugsweise eine Frequenz auf, welche bezogen auf das akustische Frequenzspektrum im hörbaren Bereich, insbesondere im Bereich zwischen 500 Hz und 3 kHz, liegt. Somit können für die Kabelortung Tonfrequenz-Empfänger mit Lautsprecherfunktion verwendet werden.
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Das höherfrequente Signal sollte bei Anwendungen auf Telefonleitungen frequenzmässig in einem Bereich zwischen 20 und 29 kHz liegen. Bei anderen Anwendungen kann die Frequenz auch unterhalb oder oberhalb dieses Bereiches liegen. Die Frequenz kann dann beispielsweise auch oberhalb von 50 kHz oder 100 kHz liegen. Das elektrische Signal kann bei geeigneter Wahl der Trägerfrequenz auch in Leitungen des 220/380 V-Stromversorgungsnetzes, insbesondere des Lichtversorgungsnetzes („Lichtnetz”), eingekoppelt werden, um diese und ihren Verlauf zu orten.
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Die für die Einkopplung des Signals auf die Leitung verwendeten Auskoppelkondensatoren weisen eine Kapazität von kleiner als 100 nF, insbesondere kleiner als 50 nF, insbesondere kleiner als 30 nF, insbesondere zwischen 10 und 20 nF, oder sogar noch unterhalb von 10 nF auf je nach der Frequenz des höherfrequenten Signals.
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In einer praktischen Ausführungsform wird als niederfrequentes Signal ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 1 kHz verwendet, welches auf eine Frequenz auf 2,6 kHz umschaltbar ist, und als höherfrequentes Signal wird ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 29 kHz verwendet. Bei dieser Ausführungsform werden Auskoppelkondensatoren mit einer Kapazität im Bereich 10 bis 20 nF verwendet.
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Die Signalerzeugung und Modulation kann in vorteilhafter Weise vollständig softwaregesteuert in einem Prozessor (CPU) durchgeführt werden, ohne das in Hardware implementierte Signalgeneratoren zum Einsatz kommen.
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Die Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, dass auf der Seite des Tonfrequenz-Empfängers eine zweifache Auswertung des auf dem zu prüfenden Kabel befindlichen Signals durchgeführt werden. Zuerst kann eine ungefähre Ortung vorgenommen werden, indem das niederfrequente Signal detektiert wird. Anschliessend kann eine genaue Zuordnung der Leitung oder des Leitungspaares erfolgen, indem das höherfrequente Signal ausgewertet wird. Dabei kann der Empfang des niederfrequenten Tonfrequenzsignals im Empfänger durch den eingebauten Lautsprecher akustisch signalisiert werden und der Empfang des höherfrequenten Signals kann durch eine Leuchtdiode signalisiert werden, in deren Signalpfad ein auf die Frequenz des höherfrequenten Signals eingestelltes Bandpassfilter geschaltet ist. Durch diese zweifache Auswertung kann die Genauigkeit von Ortungen gesteigert werden und es können Fehlortungen reduziert oder vermieden werden.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Verbesserung bei der Ortung und der Zuordnung einzelner Leitungen oder Leitungspaare bei mehrfachen, eng benachbarten Leitungen. Es ist nämlich vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Ausgängen der Vorrichtung für die Einkopplung des Signals in eine entsprechende Mehrzahl von Leitungen vorhanden ist. Dadurch wird es möglich, das Signal zeitabschnittsweise zu verändern und bei jeder Veränderung das Signal auf einen anderen Ausgang zu schalten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Frequenz des höherfrequenten Signals in vorgegebener Weise zeitlich veränderbar ist und dass das Signal im Wechsel auf die Ausgänge schaltbar ist, wobei jeweils Zeitabschnitte des Signals mit konstanter Frequenz des höherfrequenten Signals auf einen bestimmten Ausgang geschaltet werden. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Frequenz des höherfrequenten Signals nicht verändert wird und stattdessen dem Signal in vorgegebener Weise eine zeitlich veränderbare Codierung wie beispielsweise eine sogenannte und an sich bekannte Manchester-Codierung aufgeprägt wird. Ein solches Signal mit zeitveränderlicher Codierung kann dann ebenso im Wechsel auf die Ausgänge schaltbar sein, wobei jeweils Zeitabschnitte des Signals mit konstanter Codierung auf einen bestimmten Ausgang geschaltet werden.
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In der oben beschriebenen praktischen Ausführungsform kann also beispielsweise die Frequenz des niederfrequenten Signals 1 kHz betragen und das höherfrequente Trägersignal kann ausgehend von 29 kHz in Schritten von wenigen kHz, etwa 3 oder 4 kHz, verändert und im Multiplexbetrieb auf die verschiedenen Ausgänge verteilt werden.
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Eine komplette Vorrichtung zum Überprüfen von Verkabelungen ist aus dem vorstehend beschriebenen Tonfrequenz-Generator und einer Vorrichtung zum Orten einer Leitung oder eines Kabels wie einem Tonfrequenz-Empfänger aufgebaut. Der Tonfrequenz-Empfänger enthält insbesondere eine Sonde zur induktiven und/oder kapazitiven Einkopplung des Signals von dem zu ortenden Kabel und eine mit der Sonde verbundene Detektionsschaltung.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
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1a, b, c ein Ausführungsbeispiel für Signalverläufe des höherfrequenten Signals (a), des niederfrequenten Signals (b) und des überlagerten Signals (c), wie sie in der Vorrichtung erzeugt werden;
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2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
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In der 1a, b, c ist ein Beispiel für die Signalverläufe dargestellt, in welchem ein rechteckförmiges höherfrequentes elektrisches Signal (a) durch ein ebenso rechteckiges niederfrequentes Signal (b) moduliert wird (rechteckförmige Signale werden bisweilen auch als Digitalsignale bezeichnet). Die Modulation besteht somit im vorliegenden Fall darin, dass das höherfrequente Signal im Takt des niederfrequenten Signals ein- und ausgetastet wird, so dass das modulierte Signal c) erzeugt wird. Im dargestellten Beispiel ist das Frequenzverhältnis 1 zu 12, wenn also das niederfrequente Signal ein 1 kHz-Signal ist, so weist das höherfrequente Signal eine Frequenz von 12 kHz auf.
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In einer einfachen Ausführungsform wird ein derartiges Signal von einer CPU mit gleichbleibenden Parametern wie Frequenzen erzeugt und einem Ausgang zugeführt, an den eine Leitung durch geeignete Kontaktierungselemente wie Klemmen, Stecker oder Buchsen angeschlossen wird.
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In der 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, in welcher das Signal an vier paarweise angeordnete Ausgänge ausgekoppelt und somit in entsprechend angeschlossene vier Leitungspaare eingekoppelt werden kann, die jeweils mit Linie 1, 2, 3 oder 4 bezeichnet sind. Die Vorrichtung weist eine CPU 1 auf, in der das elektrische Signal softwaregesteuert erzeugt wird und im Wechselbetrieb den vier Ausgängen zugeführt wird.
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Das Signal wird dabei in Zeitabschnitte vorgegebener Länge unterteilt, die jeweils einem der Ausgänge zugeführt werden und in denen die Signalparameter wie die Frequenzen des niederfrequenten und des höherfrequenten Signals jeweils konstant sind. Von einem Zeitabschnitt zu einem darauf folgenden Zeitabschnitt wird ein Wechsel mindestens eines Parameters wie einer Frequenz vorgenommen.
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Der sich ändernde Parameter kann beispielsweise die Frequenz des höherfrequenten Signals sein. Beispielsweise wird in einem ersten Zeitabschnitt von der CPU 1 ein Signal erzeugt, wie es in der 1 dargestellt ist und welches eine Trägerfrequenz von 29 kHz und eine Tonfrequenz von 1 kHz aufweist. Das Signal dieses ersten Zeitabschnitts wird dem ersten Ausgang der Vorrichtung zugeführt und somit in das Leiterpaar der Linie 1 eingekoppelt. In einem zweiten Zeitabschnitt, der sich an den ersten Zeitabschnitt anschliesst, wird die Trägerfrequenz auf 26 kHz geändert, wobei die Tonfrequenz konstant bei 1 kHz gehalten wird, und das Signal dieses zweiten Zeitabschnitts wird dem zweiten Ausgang zugeführt und somit in das Leiterpaar der Linie 2 eingekoppelt. In einem dritten Zeitabschnitt, der sich an den zweiten Zeitabschnitt anschliesst, wird die Trägerfrequenz auf 23 kHz geändert, wobei die Tonfrequenz konstant bei 1 kHz gehalten wird, und das Signal dieses dritten Zeitabschnitts wird dem dritten Ausgang zugeführt und somit in das Leiterpaar der Linie 3 eingekoppelt. In einem vierten Zeitabschnitt, der sich an den dritten Zeitabschnitt anschliesst, wird schliesslich die Trägerfrequenz auf 20 kHz geändert, wobei die Tonfrequenz konstant bei 1 kHz gehalten wird, und das Signal dieses vierten Zeitabschnitts wird dem vierten Ausgang zugeführt und somit in das Leiterpaar der Linie 4 eingekoppelt.
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Somit werden die vier Leiterpaare mit Signalen konstanter Tonfrequenz, jedoch verschiedener Trägerfrequenz beaufschlagt. Auf der Empfangsseite kann dann zunächst eine ungefähre Ortung durch Detektieren und akustisches Signalisieren des 1 kHz-Signals durchgeführt werden und anschliessend kann eine Feinortung durch Detektieren des trägerfrequenten Signals erfolgen. Beispielsweise könnten vier LEDs angeordnet sein, in deren Signalpfad jeweils Bandpassfilter angeordnet sind, die auf die vier oben genannten vier Trägerfrequenzen eingestellt sind.
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Es kann auch ein anderer Parameter des Signals in vorbestimmter Weise zeitlich veränderlich sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die den verschiedenen Ausgängen der Vorrichtung zuzuführenden Signalabschnitte mit verschiedenen Codierungen versehen werden. Die Codierung kann derart beschaffen sein, dass bei Verwendung rechteckförmiger Signale innerhalb eines Zeitabschnitts bestimmte Pulse des niederfrequenten oder des höherfrequenten Signals unterdrückt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass innerhalb jedes Rechteckpulses des niederfrequenten Signals in 1 bestimmte Rechteckpulse des höherfrequenten Signals unterdrückt werden. Die Auswahl dieser Rechteckpulse stellt eine spezifische Codierung dar, die empfangsseitig erkannt werden kann und einem bestimmten Leitungspaar zugeordnet werden kann.
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Als Codierung kann auch die an sich bekannte sogenannte Manchester-Codierung verwendet werden.
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In jedem von der CPU 1 zu einem der Ausgänge führenden Signalpfade ist eine Leistungsverstärkerstufe 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 (PWR-Stufe) enthalten, in der das elektrische Signal verstärkt wird, bevor es durch die Auskoppelkondensatoren 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 auf die einzelnen Adern der vier Leitungspaare ausgekoppelt wird.
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Mit den Tasten SOLID/ALT wird die Frequenzauswahl des niederfrequenten Tonsignals getroffen. Mit der Taste SOLID wird eine konstante Frequenz eingestellt, beispielsweise je nach Betätigung der Taste von 1 oder 2,6 kHz. Mit Betätigung der Taste ALT werden zwei Frequenzen abwechselnd gesendet, beispielsweise die Frequenzen 880 Hz und 1 kHz.
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Mit der Vorrichtung kann darüber hinaus ein sogenannter NLP-Puls ausgesandt werden, um Netzwerkverbindungen an einem Hub zu identifizieren und es können Netzwerk-Informationen empfangen werden.
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Mit der Vorrichtung ist zusätzlich noch ein hochohmiges Prüfen der Leitungen möglich, wobei die erfindungsgemässe Signalerzeugung inaktiv ist und lediglich passiv geprüft wird, ob Telefonleitungen belegt sind oder nicht, welche Signale von Telefonleitungen mit welcher Datenrate empfangen werden und dergleichen mehr. Zu diesem Zweck werden die auf jeder Ader eines Leitungspaars empfangenen Signale in einen A/D-Wandler eingegeben, digitalisiert und in geeigneter Weise logisch verknüpft werden. Das Ausgangssignal wird von der CPU 1 ausgewertet und das Resultat in geeigneter Weise durch LED's aussen angezeigt. Es kann eine Leitungsidentifikation auf Spannung, Kurzschluss, offen, ISDN, DATA 10-1GB, NLP vorgenommen werden.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise in ein handtragbares Testgerät eingebaut, welches als äussere Anschlussmöglichkeiten einen RJ45-Stecker, eine Einbaubuchse sowie Krokodilklemmen aufweist, um sie mit Telefonleitungen oder Kabeln und Leitungen anderer Art verbinden zu können. Auch der Tonfrequenz-Empfänger ist als handtragbares Gerät ausgebildet. Wie bereits oben erwähnt, ist dieser gegebenenfalls um eine bestimmte Anzahl LED's zu erweitern, die davon abhängt, wieviel Leitungspaare gleichzeitig geprüft werden sollen. Bei obigem Ausführungsbeispiel gemäss 2 wären vier zusätzliche LED's vorzusehen.
