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Einrichtung zur linienweisen Zugbeeinflussung mit Geschwindigkeitsüberwachung
auf den Zügen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur linienweisen Zugbeeinflussung
mit Geschwindigkeitsüberwachung auf den Zügen, bei der in den Schienen cder in einer
längs des Gleises -verlegten Leitung von den zu übertragenden Signalbegriffen abhängige
Ströme fließen, deren Einwirkung auf Empfänger an den Zügen sich bei der Vorbeifahrt
an Knotenpunkten der Leitung plötzlich ändert, wobei auf den Zügen Impulse erzeugt
werden, deren zeitliche Aufeinanderfolge als Maß für die mittlere Ist-Geschwindigkeit
in den zwischen zwei Knotenpunkten liegenden Meßstrecken dient.
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Für das Eisenbahnsignalwesen gibt es bereits verschiedene Verfahren
zur Übertragung von Signalen mit mehreren Unterscheidungsbegriffen von der Strecke
auf den fahrenden Zug. Hierdurch sollen entweder dem Fahrzeugführer bestimmte Fahrbefehle
gegeben und in Form von Führerstandsignalen angezeigt werden, oder die Zuggeschwindigkeit
soll durch Einwirkung auf die Antriebs- oder Bremsorgane des Zuges selbsttätig geregelt
werden. Als steuernde Übertragungselemente dienen Wechselströme verschiedener Frequenzen
oder Modulierungsarten, die in den Fahrschienen des Gleises oder in besonderen Leitern
längs des Gleises geführt werden.
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Ein Verfahren dieser Art zur Regelung der Geschwindigkeit verwendet
eine besondere Doppelleitung, die derart angeordnet ist, daß beide Adern an bestimmten
Streckenpunkten ihre Lage zueinander und zum Gleis sprunghaft verändern, z. B. durch
Auslenkung, Abstandsänderung oder Vertauschung beider Adern. Solche Lageänderungen
haben zur Folge, daß die ständig induktiv übertragenen Ströme zur Beeinflussung
der Empfangsgeräte des Zuges an diesen Knoten- bzw. Kreuzungspunkten plötzliche
Veränderungen erfahren, z. B. der Empfangsstärke oder der Phasenlage, und daß dadurch
auf dem Zug Impulse ausgelöst werden, die registriert, gezählt und gegebenenfalls
nach Rückübertragung auf die Leitungen an eine Streckenmeldestelle . weitergeleitet
werden können. Sie dienen dann z. B. zur Messung der Fahrgeschwindigkeiten oder
auch zur Anzeige der Fahrorte des Zuges. Für die Geschwindigkeitsmessung braucht
nur die von einem Impuls zum anderen abgelaufene Zeit gemessen und %äitY die als
Meßstrecke benutzte festliegende Entfernung zwischen zwei Knotenpunkten bezogen
zu werden. Zur Geschwindigkeitsbeeinflussung wird die gemessene Ist-Zeit mit einer
vorgeschriebenen Soll-Zeit verglichen. Bei Unterschreitung der Soll-Zeit wird eine
Bremsung, bei Überschreitung gegebenenfalls eine Beschleunigung eingeleitet.
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Soll die Zuggeschwindigkeit in einem bestimmten Blockabschnitt der
Strecke unverändert beibehalten werden, so ist es möglich, alle Meßstrecken innerhalb
dieser Abschnitte gleich lang zu machen und die Soll-Zeit der Züge auf die Länge
dieser Meßstrecken abzustimmen. Wenn dann verschiedene Züge oder Zuggattungen den
Blockabschnitt mit unterschiedlicher, aber jeweils gleichbleibender Geschwindigkeit
durchfahren sollen, so braucht in jedem Zug entsprechend der vorgeschriebenen Geschwindigkeit
nur eine andere Soll-Zeit eingestellt zu werden. Eine entsprechende Umschaltung
auf andere Soll-Zeiten kann z. B. durch Empfang unterschiedlich modulierter Ströme
auf demselben Zug vorgenommen werden, der den Blockabschnitt bei einem bestimmten
Signalbegriff mit hoher Geschwindigkeit, bei einem anderen Signalbegriff langsam
durchfahren soll.
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In Gleisabschnitten, in denen die Züge ihre Geschwindigkeit immer
vermindern sollen, z. B. in Gefällestrecken, ständigen Langsamfahrstellen oder vor
Bahnhofseinfahrten, würde man die einzelnen aufeinanderfolgenden Meßstrecken zwischen
je zwei Knotenpunkten immer kleiner wählen. Diese Verkürzung ruß, solange die Meßzeit
konstant gehalten wird, der in jeder Meßstrecke geltenden Geschwindigkeitsermäßigung
proportional sein. Dies setzt voraus, daß die gleiche Proportionalität für alle
Geschwindigkeitsstufen sämtlicher Zuggattungen gilt, was jedoch nicht immer zutrifft.
Schon bei gleichbleibender Bremsverzögerung --nimmt die Geschwindigkeit in den unteren
Geschwindigkeitsstufen wesentlich schneller als in den oberen Geschwindigkeitsstufen
ab. Meist ist jedoch sogar die Bremsverzögerung in den unteren
Stufen
stärker, und somit geht dort auch die Geschwindigkeitsabnahme noch schneller vonstatten.
Darum ist die Geschwindigkeitsüberwachung mit für die einzelnen Züge konstanten,
wenn auch von Zug zu Zug unterschiedlichen Meßzeiten bei schrittweise verkürzten
Meßstrecken unbefriedigend.
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Man sucht daher für solche Gleisabschnitte, die je nach dem Betriebszustand
der Strecke bzw. nach dem zu übertragenden Signalbegriff sowohl mit unveränderten
als auch mit abnehmenden Geschwindigkeiten durchfahren werden sollen, nach einer
anderen Anpassung der Meßstreckenlänge an die verschiedenen Geschwindigkeitswerte.
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Eine genaue, aber recht aufwendige Lösung dieser Aufgabe würde darin
bestehen, sämtliche Einzelmeßstrecken gleich lang zu machen und die Soll-Zeiten
auf den. Fahrzeugen unterschiedlich zu wählen und außerdem entsprechend der Bremskurve
schrittweise zu verändern. Soll die Geschwindigkeit, z. B. bei Empfang eines Schnellfahrtsignals,
unverändert bleiben, so würde auf dem Fahrzeug bei jedem Impuls die gleiche kurze
Soll-Zeit überwacht werden, die gleich dem Quotienten aus der Meßstreckenlänge und
der erlaubten Geschwindigkeit zu wählen ist. Bei Empfang eines anderen Signalbegriffes,
der eine allmähliche Verminderung auf eine kleinere Geschwindigkeit entsprechend
der Bremskurve fordert, muß ein Zeitmeßwerk in Gang gebracht werden, das von einem
Impuls zum anderen schrittweise eine immer größere Soll-Zeit ablaufen läßt, die
der jeweils zugelassenen oder vorgeschriebenen Soll-Geschwindigkeit umgekehrt proportional
ist.
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Dieses Verfahren hat zwar den Vorteil, daß praktisch alle beliebigen
Geschwindigkeitswerte in Abstufungen, die durch die gewählte Länge der Meßstrecken
bestimmt sind, von jedem Zug oder jeder Zuggattung entsprechend den empfangenen
Signalbegriffen und ihrer individuellen Höchstgeschwindigkeit und Bremsfähigkeit
überwacht werden können. Es hat aber den Nachteil, daß ein Zeitmeßwerk für eine
große Anzahl verschiedener, für jede Zuggattung nach Bedarf einstellbarer Soll-Zeiten
vorgesehen sein muß; die Anzahl wird dabei um so größer, je feiner die Geschwindigkeitsabstufungen
und je kürzer daher die Meßstrecken gewählt werden. Außerdem muß jeder Zug eine
Zählvorrichtung besitzen, welche die durch die Knotenpunkte in der Streckenleitung
verursachten Impulse zählt und dabei das Zeitmeßwerk schrittweise auf die jeweils
nächste Soll-Zeit weiterschaltet.
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Dieser unerwünschte Aufwand für die Auswerteapparatur jedes Zuges
kann gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden, daß die nach einer vorgeschriebenen
Geschwindigkeitskurve zu durchfahrenden Strecken in mehrere gleich lange Abschnitte
unterteilt sind, denen eine Unterteilung der Geschwindigkeitskurve in mehrere Prüfzonen
entspricht, und daß jeder Abschnitt aus einer Folge von verschieden langen Meßstrecken
besteht, die abwechselnd in zyklischer Vertauschung den Prüfzonen zugeordnet sind
und deren Länge der jeweils vorgeschriebenen mittleren Geschwindigkeit so angepaßt
ist, daß die Soll-Zeit für denselben Zug innerhalb der einer Prüfzone zugeordneten
Meßstrecke eines Streckenabschnitten konstant ist.
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Die bisher erforderliche Vielzahl unterschiedlicher Meßzeiten des
Meßwerkes zur abgestuften Herabsetzung der Soll-Geschwindigkeit kann hierdurch auf
wenige Meßzeiten reduziert werden. Zu diesem Zweck ist lediglich entweder das Gleis
durch Isolierstöße oder die andernfalls ohnehin erforderliche Übertragungsleitung
durch Knotenpunkte nach bestimmten Gesichtspunkten so unterteilt, daß sich verschieden
lange Meßstrecken ergeben.
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Den Meßstrecken jeder Prüfzone ist dabei eine bestimmte Meßzeit zugeteilt,
die je nach der Zuggattung und nach dem empfangenen Signalbegriff verschieden eingestellt
wird, aber innerhalb des mit diesem Signal durchfahrenen Streckenabschnittes konstant
bleibt und die Soll-Geschwindigkeiten des Zuges auf Grund der unterschiedlichen
Meßstrecken vorschreibt.
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Beispiele für Einrichtungen gemäß der Erfindung sind in Fig. 1 bis
4 dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf entsprechend einer vörgeschriebenen
Bremskurve eines Zuges, der eine Strecke S von links nach rechts befährt und am
Ende der Strecke halten soll. Der ganze Bremsweg ist in drei gleich lange Streckenabschnitte
S1, S2, S3 unterteilt, denen eine Unterteilung der Geschwindigkeitskurve in die
Prüfzonen. Z 1, Z2 und Z3 entspricht. Innerhalb der Zone Z 1 soll der Zug von der
Höchstgeschwindigkeit v 10 allmählich bis auf die Geschwindigkeit v20, in der Zone
Z2 weiter bis auf die Geschwindigkeit v30 und in der Zone Z3 schließlich zum Stillstand
abgebremst werden. Dementsprechend soll der Zug in dem Abschnitt S 1 einen Strom
Ja mit der Übertragungsfrequenz fa für den ersten Signalbegriff, in dem Abschnitt
S2 einen anderen Strom lb mit der Frequenz fb für den nächsten Signalbegriff und
zuletzt in dem Abschnitt Z3 einen Strom Ic mit der Frequenz fc für einen dritten
Signalbegriff empfangen.
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Da jeder dieser Signalbegriffe, durch welche die Fahrtbeschränkungen
auf die Geschwindigkeiten v20, v30 oder Null vorgeschrieben werden, innerhalb jedes
Streckenabschnittes vorkommen kann. z. B. der dritte Signalbegriff als Fortsetzung
des in dem vorhergehenden Streckenabschnitt übertragenen zweiten Signalbegriffes,
sind die den drei Prüfzonen entsprechenden Teile der Geschwindigkeitskurve in dem
Abschnitt S 1 untereinander dargestellt. Gilt für den Abschnitt S 1 die mittlere
Zone Z 2 der Geschwindigkeitskurve oder die Zone Z3, so wird innerhalb des Abschnittes
anstatt der Frequenz f a die Frequenz f b
bzw. f c auf den Zug übertragen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Leitungsverlegung ist angenommen,
daß jeder Zug drei Empfänger Ea, Eb, Ec für die in drei verschiedenen Wirkebenen
fließenden Ströme besitzt, von denen der linke Empfänger Ea durch den Strom
Ja nur in der linken Ebene, der mittlere Empfänger Eb durch den Strom Jb
nur in der mittleren Ebene und der rechte Empfänger Ec durch den Strom
Je nur in der rechten Ebene beeinflußt wird. Zu diesem Zweck ist die eine
Ader der für alle drei Ströme Ja, Jb oder Jc vorgesehenen Leitung innerhalb
jedes Abschnittes S1, S2, S3 zunächst in einer Teilstrecke a1 in der linken Wirkebene
geführt. Sie verläuft dann in der Teilstrecke b 2 in der mittleren Wirkebene, in
der Teilstrecke c3 in der rechten Wirkebene, in der Teilstrecke a4 wieder- in der
linken Wirkebene usf. bis zur Teilstrecke c6 in der rechten Wirkebene. Es erfolgt
also ein zyklischer Wechsel der Adern von der ersten zur zweiten, dann zur dritten
Wirkebene und schließlich wieder zur ersten Wirkebene zurück. Alle diese Teilstrecken,
deren Länge durch die Springpunkte der Ader begrenzt sind, dienen nun als Meßstrecken
für den Vergleich der wirklichen Durchfahrzeit (Ist-Zeit) mit der jeweils festgelegten
Soll-Zeit. Hierbei gelten die verschieden langen Meßstreckena1
und
a4 in einem Abschnitt nur für die Übertragung eines bestimmten Signalbegriffes,
die Meßstrecken b 2 und b 5 in demselben Abschnitt nur für die Übertragung eines
anderen Signalbegriffes usw. Daher sind die Meßstrecken a1 und a4 den beim ersten
Signalbegriff jeweils zugelassenen höheren Geschwindigkeitswerten v 10 und
v 11 bzw. v 13 und v 14 der Zone Z i angepaßt, und zwar nach
den Formeln
In diesen Formeln ist mit Ta für die Teilstrecken a1 und a4 konstante Soll-Fahrzeit
bezeichnet.
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In entsprechender Weise sind die Meßstrecken b 2 und b 5 auf
die mittleren Geschwindigkeiten v 21 und v22 bzw. v24 und v25 der ZoneZ2
abgestimmt. Schließlich beziehen sich die Meßstrecken c 3 und c 6 auf die niedrigen
Geschwindigkeiten, v32 und v33 bzw. v 35 und v 36 der Zone Z3.
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Bei einer Gesamtzahl von n Meßstrecken in jeder Wirkebene ist es zweckmäßig,
die Meßstrecken so zu wählen, daß die Summe aller Meßstrecken etwa der Länge eines
Abschnittes entspricht, also S1=S2=S3=[a1+a4+ ... +a(n-2)] -f- [b2+b5+...
+b(n-1)]+[c3+c6+...,+cii] Fig. 2 zeigt, daß die Anordnung der einen Leitungsader
innerhalb jeder Zone das gleichecharakteristische Aussehen hat. Der Längenunterschied
der Strecken a1 und a4 untereinander ist verhältnismäßig gering, da die Geschwindigkeitskurve
in der Zone Z 1 wenig gekrümmt verläuft. Die Längen der für die mittlere Zone Z2
geltenden Meßstrecken b 2 und b 5 variieren schon stärker und die
Längen der Meßstrecken c3 und c6 für den letzten und steilsten Teil der Geschwindigkeitskurve
in der Zone Z3 am stärksten.
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Aus den in Fig. 1 mit dicken Linien gezeichneten Kurvenstücken der
Geschwindigkeitskurve ist erkennbar, daß innerhalb einer Zone Z1, Z2 oder Z3 bei
jedem übertragenen Signalbegriff immer nur Stichproben der Geschwindigkeit genommen
werden. Beispielsweise wird in der Zone Z 1 der Strom Ja nur in den Teilstrecken
a1 und a4 ausgewertet, aber niemals in den Teilstrecken b 2 und,
b 5 bzw. c 3 und c 6. Um bei derartigen Geschwindigkeitsprüfungen mit Hilfe
von Meßstrecken und Meßzeiten genügend Stichproben machen zu können, wird man sich
in der Praxis nicht mit je zwei verhältnismäßig langen Meßstrecken für jede der
verschiedenen Zonen in einem Abschnitt begnügen, sondern die einzelnen Meßstrecken
und Meßzeiten kürzer wählen. So würde man etwa für jede Zone mindestens acht Meßstrecken
je Abschnitt vorsehen wie bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Beispiel. Im allgemeinen
wird man ohnehin eine gewisse Schutzstrecke zwischen dem Endpunkt der Bremskurve
und dem Ende der Streckenabschnitte vorsehen, um Unterschreitungen der Geschwindigkeiten
durch zu stark bremsende Züge oder Überschreitungen durch beschleunigende Züge zwischen
den Prüfzeiten ausgleichen zu können.
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Die Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung ist vom Charakter
der vorgeschriebenen Geschwindigkeitskurven unabhängig. Die quadratische Parabel,
die einer konstanten Bremsverzögerung entspricht, kann auch z. B. durch eine kubische
Parabel oder durch eine andere Kurve mit beliebig veränderten Bremsverzögerungen
oder auch Leerlaufstrecken ersetzt werden. Man muß sich jedoch bemühen, nach Möglichkeit
solche Kurvenformen zu wählen, die für die verschiedenen Zuggattungen ähnlich verlaufen,
so daß ihre in gleichen Zonen unterschiedlichen Geschwindigkeitswerte an allen Streckenpunkten
annähernd proportional zueinander sind. Abweichungen von der strengen Proportionalität
fallen nicht ins Gewicht, wenn genügend lange Schutzstrecken vorgesehen bzw. wenn
die für gleich bleibende Geschwindigkeit auszuwählenden Vorlauf- oder Zwischenwege
aufeinander abgestimmt werden.
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Für Zugfahrten mit unbeschränkter Geschwindigkeit kann den längs der
Strecke liegenden Leitungen ein Übertragungsstrom zugeführt werden., bei dessen
Empfang auf dem Zug überhaupt keine Ist-Fahrzeit gemessen zu werden braucht und
somit keine Geschwindigkeitsüberwachung stattfindet. Hierbei ist es ohne Belang,
ob dieser Strom in nur einer oder mehreren Wirkebenen bzw. ununterbrochen empfangen
wird.
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Während das in Fig. 1 und 2 gezeigte Beispiel für ein Übertragungsverfahren
gilt, bei dem verschiedene Wirkebenen der Übertragungsleitung durch mehrere räumlich
getrennte Empfänger des Zuges -unterschieden werden, ist in Fig. 3 und 4 ein Beispiel
gezeigt, bei dem stets derselbe Empfänger wirksam ist und der Wechsel der Prüfzonen
nur durch an den Knotenpunkten erzeugte Übertragungsimpulse angezeigt wird, die
eine entsprechende Umschaltung der Auswerteeinrichtung zur Folge haben. Im ersten
Beispiel sind räumlich und zeitlich verschiedene Wirkungen, im zweiten Beispiel
nur zeitlich verschiedene Wirkungen für die Auswertung entscheidend.
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Außerdem zeigen Fig. 3 und 4 ein Beispiel, bei dem die Geschwindigkeit
erst nach einer Vorlaufstrecke mit unverändert zulässiger Höchstgeschwindigkeit
v400 bis etwa v404 vermindert werden soll und nach Erreichung einer mittleren Geschwindigkeit
v 500 konstant bleiben kann, um erst etwa von der Geschwindigkeit v503 ab bis auf
eine untere Geschwindigkeitsstufe herabzusinken. Die genaue Geschwindigkeitskurve
ist in nur zwei ZönenZ4 und Z5 aufgeteilt, denen die gleich langen Streckenabschnitte
S4 und S5 entsprechen. Innerhalb jeder Meßstrecke d l bis d15
bzw. e 2 bis
e16 wird die mittlere Ist-Fahrzeit gemessen und mit der mittleren Soll-Zeit Td bzw.
Te verglichen. In dem horizontalen Teil der vorgeschriebenen Geschwindigkeitskurve
sind daher die Meßstrecken gleich lang: d1=d3=v400 - Td; e12=e14=e16=v511
- Te Abweichend von der Verlegungsart nach Fig.2 zeigt Fig. 4 eine andere,
an sich bekannte Möglichkeit, die Leitungsadern so zu führen, daß ein. Empfänger
E am Zug, der beispielsweise auf magnetische Impulse anspricht, den Wechsel des
Leitungsverlaufes bemerkt und danach stets von neuem die Messung der Ist-Fahrzeit
bewirkt. Dieser Leitungswechsel besteht darin, daß die beiden Adern an jedem Knotenpunkt
miteinander gekreuzt werden, so daß die Richtung des Magnetfeldes plötzlich um 180°
springt. Dieser Feldsprung läßt sich als Impuls in dem Empfänger erkennen, Hierdurch
kann auf dem Zug eine Umschalteinrichtung gesteuert werden, die nach. jeder geraden
Anzahl solcher Sprünge den vorherigen Zustand der Überwachungseinrichtung wiederherstellt,
so daß z. B. die mit der Frequenz fd gegebenen Impulse nur innerhalb der Meßstrecken
d 1 bis d15, die zur Überwachung der Zone Z4 mit den hohen Geschwindigkeitswerten
v400 bis v415 dienen, ausgewertet
werden. Während der dazwischenliegenden
Umschaltungen, also jeweils nach ungradzahligen Sprüngen, ist die Einrichtung auf
den Empfang der Frequenz f e innerhalb der Meßstrecken e 2 bis e 16
eingestellt und überwacht daher nur die unteren Geschwindigkeitswerte v500 bis v516
der Zone Z a5. Bei mehr als zwei Zonen erfolgt die Umschaltung der Überwachungseinrichtung
in zyklischem Wechsel entsprechend der zyklisch wechselnden Zuordnung der Meßstrecken
zu den einzelnen Zonen.
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Um bei diesem rein zeitlichen Umschaltverfahren eine größere Sicherheit
bezüglich der richtigen Zuordnung der jeweils eingeschalteten Überwachungseinrichtung
zur entsprechenden Meßstrecke zu bekommen, kann es zweckmäßig sein, die Umschaltimpulse
zu variieren, z. B. durch einen Einfachimpuls beim Wechsel vom oberen zum unteren
Bereich der Geschwindigkeitskurve und einen Doppelimpuls beim nächsten Wechsel usf.
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Es können aber auch beliebige andere unterschiedliche Einwirkungen
angewandt werden, die nicht auf einer Zählung beruhen, sondern die örtliche Zuordnung
der Knotenpunkte kennzeichnen.
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Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung läßt sich z. B. auch dahin abwandeln,
daß zwei Empfangsspulen angeordnet werden und die beiden Leitungsadern einen solchen
Abstand voneinander haben, daß jede Spule nur in der Wirkebene einer Ader liegt,
so daß der Strom mit der Frequenz fd.nur in der linken Ebene, dagegen der Strom
mit der Frequenz f e nur in der rechten Ebene wirksam wird. Dann kann auch die Zählvorrichtung
für jede zweite Kreuzungsstelle der Übertragungsleitung gespart werden.
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Ferner ist es möglich, an Stelle einer besonderen Leitung die Schienen
selber zu benutzen. Zu diesem Zweck könnten z. B. die Schienen durch Isolierstöße
entsprechend den Meßstrecken unterteilt und die Schienen benachbarter Strecken an
jedem Stoß kreuzweise elektrisch verbunden sein.