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Ringzählschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringzählschaltung
aus n (n>2) Stufen von elektronischen Elementen mit Verstärkereigenschaften,
bei der jede Stufe auf die übrigen Stufen eine solche Steuerwirkung ausübt, daß
sich jeweils eine Stufe im Ausnahmezustand und (n-1) Stufen im Normalzustand befinden.
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Derartige Schaltungen können entsprechend der Stufenzahl n Ausgänge
aufweisen, von denen Rechteckimpulsfolgen abnehmbar sind, die alle den gleichen
zeitlichen Verlauf haben, jedoch gegeneinander phasenverschoben sind.
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Die Erfindung schlägt nun eine Ringzählschaltung vor, die gegenüber
den bekannten Schaltungsanordnungen folgende Vorteile aufweist: Es ist sichergestellt,
daß immer nur eine Stufe den Ausnahmezustand aufweist und die Schaltung unempfindlich
gegen Störungen ist. Die Schaltung kann eine relativ große Stufenzahl aufweisen,
ohne daß Unstabilitäten auftreten. Ferner wird eine große Flankensteilheit der Ausgangsimpulse
erreicht, und die Fortschaltung des Ausnahmezustandes von einer Stufe zur anderen
wird mit Impulsen geringer Größe erreicht. Die Ankopplung der Stufen untereinander
erfolgt galvanisch, so daß unerwünschte Zeitkonstanten vermieden sind. Schließlich
können für die Anordnung gemäß der Erfindung sowohl Elektronenröhren als auch Transistoren
verwendet werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die zur zyklischen Fortschaltung
des Ausnahmezustandes der Anordnung zugeführten Impulse als Torschaltungen und Kopplungsglieder
wirkende Dioden passieren, die von den Potentialen der einzelnen Stufen so gesteuert
werden, daß jeweils nur die Stufe von den Impulsen beeinflußt wird, deren vorangehende
Stufe im Ring sich im Ausnahmezustand befindet.
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Die Stufen sind dabei derart miteinander gekoppelt, daß jeder Stufe
von der vorangehenden Stufe ein vom Zustand dieser Stufe abhängiges Potential zugeführt
ist, das durch die Torschaltung die erstgenannte Stufe nicht beeinflußt, wobei diesem
Potential die Impulse überlagert werden.
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Es ist bereits eine Ringzählschaltung bekanntgeworden, bei welcher
beispielsweise für zehn Zählstufen zwanzig Torschaltungen benötigt werden, die die
Form von Trioden haben. Für die Zählstufen selbst müssen bei der bekannten Schaltung
Pentoden verwendet werden, da die Zählstufen über ihr Schirmgitter von den Trioden
gesteuert werden. Durch die Notwendigkeit von Pentoden bei der bekannten Schaltungsanordnung
werden für die Zählstufen zusätzliche Spannungsquellen für die Schirmgitterspannungen
der Zählröhren benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Steuerfähigkeit
der Schirmgitter nur gering ist und dementsprechend mit relativ hohen Steuerspannungen
durchgeführt werden muß. Neben dem obigen Nachteil weist die bekannte Ringzählschaltung
gegenüber der erfindungsgemäßen Ausbildung einen beträchtlich höheren Aufwand auf.
Entsprechend steigt damit auch die Störanfälligkeit.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten und
Elektronenröhren verwendenden Ausführungsbeispieles mit weiteren zweckmäßigen Ausbildungen
näher erläutert.
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In der Fig. 1 besteht jede Stufe 1 bis 4 aus einem in Kathodenbasisschaltung
geschalteten System I und einem in Anodenbasisschaltung geschalteten System II.
Das System II ist dabei über Spannungsteiler 6, 7 an das System I gekoppelt. Das
Gitter des Systems II liegt über den Teilwiderstand 6 an der Anode des Systems I.
Das Gitter des Systems I aller Stufen 1 bis 4 ist über Widerstände 5 an den positiven
Pol einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet. Gitter und Kathode des
Systems I aller Stufen sind zur Begrenzung des Gitterstromes über Dioden 8 miteinander
verbunden. Alle Kathoden der Systeme I sind unmittelbar miteinander verbunden und
haben einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 9, an den eine feste Spannung gelegt
ist. Der Anodenwiderstand der Systeme I ist mit 10 bezeichnet. Jedes System 1I hat
einen Kathodenwiderstand 11, 12, 13, 14. Die Gitter der Systeme I sind ferner über
Dioden 15, 16, 17 mit Kathoden der Systeme II verbunden, ausgenommen ist jedoch
eine Verbindung von Gitter des Systems I und -Kathode des Systems 1I der gleichen
Stufe. Jede Stufe 1 bis 4 weist einen aus den Widerständen
18,
19 bestehenden Potentialschieber auf, von dem bei 20 eine Spannung abgenommen wird,
die abhängig vom Kathodenpotential der Systeme 11 ist. Diese Spannung wird
an die Kathode einer Koppeldiode 21 geführt, deren Anode mit dem Gitter des Systems
1I verbunden ist. An die Kathode der Koppeldiode 21 ist ferner ein Kondensator 22
geschaltet, an den bei 23 die Steuerimpulse gelegt werden, die eine Weiterschaltung
des Ausnahmezustandes der Anordnung von einer Stufe zur anderen bewirken.
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Unter der Annahme, daß sich die Stufe 1 im Ausnahmezustand befindet,
treten bei der Schaltungsanordnung im Ruhezustand folgende Potentialverhältnisse
auf: Das Gitter des Systems I der Stufe 1 erhält über den Widerstand S in Verbindung
mit der Diode 8 eine geringe positive Vorspannung, so daß das System I stromführend
ist. Die an der Kathode aller Systeme I liegende feste Spannung beträgt beispielsweise
-#-32V. Am Anodenwiderstand 10 des Systems I der Stufe 1 tritt ein Spannungsabfall
auf, so daß das Anodenpotential dieses Systems I gegenüber dem Pluspol der Speisequelle
gesenkt ist.
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Da das System 1I der Stufe 1 galvanisch mit dem System 1 gekoppelt
ist, ist auch das Gitter- und Kathodenpotential dieses Systems 1I abgesenkt Die
Verhältnisse sind beispielsweise so gewählt, daß das Kathodenpotential des Systems
II der Stufe 1 -i-19 V gegen den negativen Punkt der Speisespannungsquelle beträgt.
Die Gitter der Systeme I der Stufen 2 bis 4 sind über die Dioden 17 mit der auf
niedrigem Potential liegenden Kathode des Systems I1 der Stufe 1 verbunden, wodurch
diese Systeme I der Stufen 2 bis 4 gesperrt werden, da die Kathoden dieser Systeme
I höher liegen (-I-32 V) als die Kathode des Systems 1I der Stufe 1(-i-19 V).
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Am Potentialschieber 18, 19 der Stufe 1 ist in diesem Zustand der
Anordnung am Punkt 20 eine Spannung von -I-34 V abgreifbar, die auch an der
Kathode der Koppeldiode 21 der Stufe 2 liegt.
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Wie bereits erwähnt, sind die Systeme I der Stufen 2 bis 4 durch die
Kopplung ihrer Gitter mit der Kathode des Systems 1I der Stufe 1 gesperrt. Das Anodenpotential
dieser Systeme I ist somit hoch, und entsprechend erhalten auch die Gitter der Systeme
1I der Stufen 2 bis 4 über die Spannungsteiler 6, 7 dieser Stufen eine hohe positive
Spannung, die mit -I-32 V gewählt ist. Damit liegt auch das Kathodenpotential der
Systeme 1I der Stufen 2 bis 4 etwa in der gleichen Größenordnung.
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Der Zustand und die Potentialverhältnisse der Anordnung seien nochmals
kurz zusammengefaßt: System I der Stufe 1 ist stromführend. Gitter und Kathode des
Systems 1I der Stufe 1 erhalten dadurch ein niedriges Potential (Kathode+19 V).
Punkt 20 des Potentialschiebers 18, 19 der Stufe l liegt auf +34 V, ebenso die Kathode
der Koppeldiode 21 der Stufe 2.
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Die Systeme I der Stufen 2 bis 4 sind gesperrt, wodurch die Gitter
und Kathoden der Systeme II der Stufen 2 bis 4 auf einem Potential von +32 V liegen.
Die Punkte 20 der Potentialschieber 18, 19 der anderen Stufen 2 bis 4 und die Kathoden
der Koppeldioden 21 der Stufen 3, 4, 1 liegen, da die Kathoden der Systeme 1I dieser
Stufen ein Potential von +32 V aufweisen, auf +44V. Die Koppeldioden 21 aller Stufen
1 bis 4 sind bei diesen Potentialverhältnissen nichtleitend, da ihre Kathoden auf
höherem Potential als die Anoden liegen. Die Spannung am Punkt 20 greift also nicht
auf das Gitter der Systeme 1I der Stufen 1 bis 4 durch. Deren Arbeitspunkt wird
somit nur durch den Spannungsteiler 10/6/7 bestimmt.
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Wird nun an die Kondensatoren 22 aller Stufen 1 bis 4 ein negativer
Impuls a gelegt, der in seiner Amplitude kleiner als die Differenzspannung ist,
die sich aus der Spannung an der Kathode der Koppeldiode 21 der Stufe 3 -I-44 V
und der Kathodenspannung des Systems II der Stufe 3 -I-32 V ergibt, also eine Amplitude
von < 44 - 32 V, beispielsweise -10 V, so treten folgende Zustandsänderungen
der Anordnung ein: Die Kathoden der Koppeldioden 21 der Stufen 1, 3, 4 liegen im
Ruhezustand der Anordnung auf -I-44 V, die Kathode der Diode 21 der Stufe 2 dagegen
auf +34V. Hat der Auslöseimpuls beispielsweise eine Amplitude von -10 V, so werden
die Kathoden der Dioden 21 der Stufen 1, 3, 4 für die Dauer des Impulses auf -i--34
V gesenkt. Die Dioden bleiben trotzdem nichtleitend, da die Anoden der Dioden 21
der Stufen 3, 4 auf -I-32 V liegen und die Anode der Stufe. 1 auf -I-19 V. Der Impuls
kann also wegen der nach wie vor gesperrten Dioden 21 nicht auf die Gitter
der Stufen 1, 3, 4 einwirken, die unter -I-34 V liegen.
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Anders verhält es sich jedoch mit der Stufe 2. Die Kathode der Diode
21 dieser Stufe 2 liegt im Ruhezustand der Anordnung genau wie der Punkt 20 des
Potentialschiebers 18, 19 der Stufe 1 auf -f-34 V. Tritt nun der negative Impuls
von -10 V auf, so wird die Kathode dieser Diode 21 der Stufe 2 auf -'t-24 V abgesenkt
und leitend, da die Anode dieser Diode auf +32V liegt. Der Impuls kann durchgreifen
und beeinflußt das Gitter- und Kathodenpotential des Systems II der Stufe 2, die
abgesenkt werden. Die Absenkung des Kathodenpotentials des Systems 1I der Stufe
2 bewirkt über die Diode 17 eine Sperrung des Systems I der Stufe 1. Die Systeme
I der Stufen 3, 4 bleiben gesperrt, und das System I der Stufe 1, das bisher stromführend
war, wird gesperrt. Dadurch steigt sein Anodenpotential, was wiederum das Steigen
des Gitter- und Kathodenpotentials des Systems 1I der Stufe 1 zur Folge hat, und
zwar steigt das Kathodenpotential des Systems II der Stufe 1 von bisher -I-19 V
auf -f-32 V. Damit steigt auch das Potential am Punkt 20 des Potentialschiebers
18, 19 der Stufe 1 von bisher -f-34 V auf -I-44 V. Das bisher nicht stromführende
System I der Stufe 2 wird leitend, da die Sperrung über die zugeordnete Diode 17
aufgehoben ist. Das Anodenpotential des Systems I der Stufe 2 sinkt dadurch ab und
damit auch das Gitter- und Kathodenpotential des Systems 1I der Stufe 2, das bereits
durch den negativen Auslöseimpuls beinflußt wurde. Die Kathode des Systems II der
Stufe 2 liegt nunmehr auf einem abgesenkten Potential von -f-19 V. Entsprechend
ist auch der Punkt 20 des Potentialschiebers der Stufet und damit auch die Kathode
der Koppeldiode21 der Stufe 3 von bisher +44 V auf --I-34 V abgesunken.
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Der Ausnahmezustand ist somit von der Stufe 1 auf die Stufe 2 übergegangen.
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In diesem neuen Schaltzustand ist nunmehr das System I der Stufen
1 gesperrt, das Kathodenpotential des Systems 1I der Stufe 1 ist von +19 V auf +32
V gestiegen, der Punkt 20 des Potentialschiebers 18, 19 der Stufe 1 und die Kathode
der Koppeldiode 21 der Stufe 2 von +34 V auf -1-44 V. Das System I der Stufe 2 ist
stromführend, die Kathode des Systems 11
der Stufe 2 von
+ 32 V auf -I-19 V abgesunken und damit auch der Punkt 20 des Potentialschiebers
18, 19 der Stufe 2 und die Kathode der Koppeldiode 21 der Stufe 3 von -h-44 V auf
-f-34 V. Die Systeme I der Stufen 3, 4 sind unverändert über die Dioden 16 gesperrt,
und die Kathodenpotentiale der Systeme Il dieser Stufen liegen entsprechend unverändert
auf +32V.
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Tritt nun ein weiterer negativer Impuls auf, so kann dieser nur über
die Koppeldiode 21 der Stufe 3 das Gitter des Systems 1I der Stufe 3 beeinflussen,
da nur an der Kathode dieser Diode das abgesenkte Potential von -I-34 V herrscht,
alle anderen Koppeldiodenkathoden jedoch auf einem Potential von -f-44 V liegen.
Die Gitter der Systeme II der Stufen 1, 2 und 4 werden, da die Dioden
21 dieser Stufen bei Auftreten des Impulses gesperrt bleiben, von diesem
nicht beeinflußt. Der Ausnahmezustand geht dann, wie oben an den Stufen
1, 2 beschrieben, von der Stufe 2 auf die Stufe 3 über. Bei neuerlichem Auftreten
eines Impulses wird der Ausnahmezustand auf die Stufe 4 geschaltet usf. Der Ausgang
A der Anordnung wird zweckmäßig von den Kathoden der Systeme II abgenommen: Zur
weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind in der Fig. 2 die Potentialverhältnisse
der Systeme II der Stufen 1 bis 4 im Ruhezustand und bei Auftreten von Auslöseimpulsen
dargestellt.
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Im Diagramm der Stufe 1 ist mit A1 das Potential der Kathode des Systems
1I bezeichnet, das auch am Ausgang A1 der Anordnung herrscht, während mit K1 das
Potential der Kathode der Koppeldiode 21 der Stufe 1 bezeichnet ist.
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Im Diagramm der Stufe 2 ist mit A2 das Potential der Kathode des Systems
1I und mit K2 das Potential der Kathode der Diode 21 der Stufe
2 bezeichnet.
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Im Diagramm der Stufe 3 ist mit A3 das Potential der Kathode des Systems
II und mit K3 das Potential der Kathode der Kopplungsdiode 21 der Stufe 3 bezeichnet.
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Im Diagramm der Stufe 4 ist mit A4 das Potential der Kathode des Systems
II und mit K4 das Potential der Kathode der Kopplungsdiode 21 der Stufe 4 bezeichnet.
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Die Potentiale aller Stufen sind auf den Minuspol , der Speisespannungsquelle
bezogen. Die Auslöseimpulse 1 wirken auf alle Stufen gleichzeitig.
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Im Ruhezustand R der Anordnung und unter der Annahme, daß die Stufe
1 den Ausnahmezustand aufweist, ist das KathodenpotentialAi des Systems 1I der Stufe
1 abgesenkt (-I-19 V). Das KathodenpotentialA der Systeme 1I der Stufen 2 bis 4
ist angehoben und liegt bei +32V. Das Potential K1 der Kathode der Kopplungsdiode
21 der Stufe 1 ist durch den Potentialschieber der Stufe 4 auf ein
Potential von +44 V gelegt. Das Potential K2 der Kathode der Kopplungsdiode
21 der Stufe 2 liegt dagegen nur auf einem Potential von -I-34 V,
da A1 abgesenkt ist. Die Potentiale K der Kathoden der Kopplungsdioden 21 der Stufen
3 und 4 liegen wieder auf einem Potential von +44 V.
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Wird nun den Kathoden K1 bis K4 der Dioden 21 ein negativer Impuls
l" aufgedrückt, der beispielsweise eine Amplitude von 10 V haben soll, so hat dieser
Impuls auf die Stufe 1 keine Wirkung, wie deutlich zu sehen ist. Der Impuls 1a senkt
die Kathode K1 der Diode 21 der Stufe 1 nur kurzzeitig auf +34V ab. Da die Anode
der Diode 21 der Stufe l aber auf -1-19V liegt, kann der Impuls I" nicht auf das
Gitter dieser Stufe wirken.
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Hingegen greift der Impuls 1d bei der Stufe 2 auf das Gitter- und
Kathodenpotential durch. Wie ersichtlich, liegt die Kathode K2 der Diode 21 dieser
Stufe auf -f-34 V. Gitter und Kathode dieser Stufe liegen auf -f-32 V. Tritt nun
der negative Impuls 1, auf, so wird das Kathodenpotential A2 des Systems
II der Stufe 2 abgesenkt auf -I-19 V und verharrt dort.
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Durch die Kopplung der Kathode des Systems II der Stufe 2 mit dem
System I und II der Stufe 1 wird gleichzeitig das Kathodenpotential A1 der Stufe
1 gehoben, wie aus dem Diagramm der Stufe 1 ersichtlich (A i von -f-19 V auf -I-32
V), und verbleibt dort.
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Das Potential A3 der Stufe 3 wird nicht beeinflußt, da der Impuls
nicht auf das Gitter durchgreifen kann, jedoch sinkt das Potential K3 der Kathode
der Diode 21 der Stufe 3 um 10 V von -I-44 V auf + 34 V und verbleibt dort. Dies
ist die Folge des Absinkens von A., der Stufe 2 von -f-32 V auf -I-19 V. Auf die
Stufe 4 ist der Impuls 1a vollkommen ohne Einfluß.
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Wie ersichtlich, ist der vor Auftreten des Impulses 1" bestehende
Zustand der Stufe 1 nunmehr auf die Stufe 2 übergegangen. Die Potentiale der Ausgänge
Al. Az haben sich geändert, und die der Ausgänge A3, A4 sind unverändert.
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Tritt nun ein weiterer Impuls Ib auf, so kann dieser weder die Stufe
1 noch 2 beeinflussen, jedoch die Stufe 3, da der Unterschied zwischen dem Potential
K3 und A3 dieser Stufe 3 nur 2 V beträgt und der Impuls von -10 V somit die Diode
21 dieser Stufe leitend machen kann und dadurch auf das Gitter des Systems 1I dieser
Stufe 3 wirkt. Die Kathode A3 sinkt von + 32 V auf -f-19 V ab und verbleibt dort.
Entsprechend sinkt die Kathode K4 der Diode 21 der Stufe 4 auf +34V ab, da die Spannung
20 am Potentialschieber der Stufe 3 gesunken ist. Das Potential der Kathode K3 der
Diode 21 der Stufe 3 steigt von -I-34 V auf -I-44 V, da die Spannung am Punkt
20 des Potentialschiebers der Stufe 2 gestiegen ist. Das Potential
A2 der Stufe 2 ist gleichfalls von -f-19 V auf -I-32 V gestiegen. Die Stufe 1 ist
bei Auftreten des Impulses 1b unbeeinflußt geblieben.
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Der bisherige Zustand der Stufe 2 ist also auf die Stufe 3 übergegangen.
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Ein dritter Impuls 1, kann nur die Koppeldiode 21 der Stufe 4 leitend
machen, da sich deren Kathodenpotential K4 auf -I-34 V befindet, während alle anderen
Kathoden K1, K2, K3 der Koppeldioden 21 auf einem Potential von -I-44 V liegen.
Das Potential des Gitters und der Kathode des Systems Il der Stufe 4 wird durch
den Impuls I, beeinflußt und abgesenkt. Die Kathode A3 des Systems II der Stufe
3 steigt, und die Kathode K1 der Diode 21 der Stufe 1 sinkt von +44 V auf -f-34
V, da auch die Spannung am Punkt 20 des Potentialschiebers der Stufe 4 gesunken
ist. Da das Potential der Kathode A3 des Systems II von Stufe 3 gestiegen ist, steigt
gleichzeitig auch das Potential der Kathode K4 der Diode 21 der Stufe 4 von +34V
auf +44V. Der Zustand der Stufe 2 ist unverändert geblieben.
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Wie ersichtlich, nimmt nunmehr die Stufe 4 den Ausnahmezustand ein.
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Ein neuerlich wirkender Impuls 1d kann nur die Stufe 1 beeinflussen,
da nur deren Diode 21 durch diesen Impuls leitend werden kann. Entsprechend sinkt
das Kathodenpotential A1 des Systems II von
-i--32 V auf -f-19 V
und weist damit wieder seine Ausgangsstellung auf. Die weiteren Stufen gehen gleichfalls
in den vor Auftreten des Impulses 1Q herrschenden Zustand über. Damit befindet sich
nunmehr die Stufe 1 im Ausnahmezustand.
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Bei Auftreten weiterer Auslöseimpulse 1 wiederholt sich sinngemäß
das oben beschriebene Fortschalten des Ausnahmezustandes von der Stufe 1 auf die
anderen Stufen.