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Schaltung für elektronische Die Erfindung befaßt sich mit Schaltungen
für Rottenwarneinrichtungen elektronische Rottenwarneinrichtungen, bei denen mittels
Zugeinwirkstellen und ruhestromüberwachten Schaltstromkreisen über digitale Auswerteschaltungen
eine akustische und optische Alarmgabe erfolgt.
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Die Rottenwarneinrichtungen haben die Aufgabe, das menschliche Versagen
bei der Sicherung von Rotten auszuschalten und dem Innenposten zuverlässig und rechtzeitig
die Züge und Nebenfahrzeuge im Bereich des Arbeitsgebietes der Rotte anzukündigen.
Da ein Versagen dieser Anlagen stets eine unmittelbare Gefahr für das Leben der
Rottenarbeiter darstellt, nehmen diese Rottenwarneinrichtungen eine Sonderstellung
im Bereich der Meldeanlagen ein (VDE-Bestimmungen 0800: »Anlagen zur Sicherung von
Leben und Sachwerten«). Hieraus ergeben sich folgende spezielle Forderungen, die
bei der Erstellung von Rottenwarnanlagen zu erfüllen sind: Ruhestromüberwachung
der Stromkreise, Störmeldung bei Aderschluß und Aderunterbrechung, optische und
akustische Störungsmeldung, die sich von der normalen Alarmgabe unterscheiden muß,
sowie die Berücksichtigung aller Faktoren, welche die Sicherheit beeinflussen können,
z. B. ungünstige Einstellung der an den Zugeinwirkstellen befindlichen Geber und
der dazugehörigen Empfänger, Schwankungen der Betriebsspannung und die Berücksichtigung
betrieblich möglicher Leitungswiderstände.
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Eine bekannte Rottenwarnanlage, die einen Teil dieser Bedingungen
erfüllt, ist mittels der herkömmlichen Relaistechnik aufgebaut. Als Geber werden
hier an den Zugeinwirkstellen elektromechanische Schienenkontakte, sogenannte Pedalkontakte
mit einer mechanischen Richtungsausscheidung der Zugbewegung verwendet. Über ein
fünfadriges Kabel wirken diese Geber auf einen elektromagnetischen Empfänger zur
Alarmgabe ein.. Diese Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie unhandlich
und schwer sind und zu ihrer Versetzung an den wandernden Baustellen jeweils zwei
Mann benötigt werden. Diese Nachteile lassen sich durch die Verwendung von elektronischen
Schaltmitteln an Stelle der elektromechanischen Geräte beheben. So wird in einer
weiteren bekannten Einrichtung für die Rottenwarnung an den Zugeinwirkstellen ein
elektronischer Meldegeber verwendet. In einem Generator wird eine einige Megahertz
große HF-Spannung erzeugt, die über die beiden Schienen einer Zugeinwirkstelle einem
abgestimmten HF-Empfänger zugeführt wird. Diesem HF-Empfänger ist ein elektronischer
Schalter zugeordnet, der einen NF-Generator in Betrieb hält, dessen Wechselspannung
über ein Leiterpaar dem Meldeempfänger zugeleitet wird. Durch eine einwirkende Zugachse
wird die HF-Spannung so weit gesenkt, daß der elektronische Schalter im HF-Empfänger
anspricht und hierdurch den NF-Generator sperrt. Die im Meldeempfänger ausbleibende
Wechselspannung bewirkt dann die Alarmgabe. Diese Art von elektronischen Meldegebern
hat den Nachteil, daß eine Richtungsunterscheidung des zu meldenden Fahrzeuges kaum
durchführbar ist. Weiterhin ist die Betriebssicherheit stark abhängig von dem örtlichen
Bettungswiderstand des Gleises, von dem Schwellenmaterial, z. B. Stahlschwellen,
von der Beschaffenheit der einwirkenden Räder, z. B. gummigelagerte Radreifen, und
vom Sanden von der Lokomotive her bei Steilstrecken.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, eine sicherungstechnisch einwandfreie,
kleine und leichte Rottenwarneinrichtung mittels bereits in der Eisenbahnsicherungstechnik
verwendeter elektronischer Schaltmittel und Geräte zu erstellen. Zu diesem Zweck
werden die elektronischen Geräte und Schaltmittel einer bekannten Achsenzähleinrichtung
verwendet, bei der die von den elektronischen Schienenkontakten abgegebenen Impulsfolgen
über Impulsformer einer digitalen Auswerteschaltung zugeführt werden. Um die speziellen
sicherungstechnischen Forderungen für Rottenwarnanlagen zu erfüllen, wird die Schaltungsanordnung
der bekannten Auswerteeinrichtung verbessert, indem erfindungsgemäß außer den für
die Funktion einer digitalen Auswerteschaltung benötigten Impulsformern ein weiterer
gleichartig aufgebauter Impulsformer als Überspannungswächter verwendet wird, der
gleichzeitig das Rückstellen des Speichers bewirkt. Dieser überspannungswächter
kann in vorteilhafter Weise als Einstellhilfe für die regelbaren Dämpfungsglieder
verwendet werden, mit denen die
Wirkspannungen für die digitalen
Auswerteschaltungen in Abhängigkeit von den örtlich bedingten Leitungswiderständen
auf die betriebsmäßig günstigsten Spannungen eingestellt werden. Um Fehler in der
Stromversorgung der elektronischen Schienenkontakte, in diesen selbst und an den
Leitungen zur Auswerteeinrichtung rechtzeitig zu erkennen, sind in der Auswerteeinrichtung
zwei gleichartig digitale Auswerteschaltungen vorgesehen, denen nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung die von den elektronischen Schienenkontakten einer Zugeinwirkstelle
abgegebenen Impulsfolgen derartig vertauscht zugeführt werden, daß die eine digitale
Auswerteschaltung durch die dynamische Spannungsänderung der Impulse des ersten
Schienenkontaktes und die zweite digitale Auswerteschaltung durch die dynamische
Spannungsänderung der Impulse des zweiten Schienenkontaktes in Abhängigkeit der
Zustandsmeldung des jeweils anderen Schienenkontaktes beeinflußt wird. Es besteht
die Möglichkeit, daß die der Auswerteeinrichtung zugeführten Signalfrequenzen durch
Störungen ausbleiben können. In diesem Fall wird die Schaltung in vorteilhafter
Weise so ausgebildet, daß die Ansprechschwellen der Impulsformer mindestens einer
digitalen Auswerteschaltung unterschiedlich eingestellt werden.
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An Hand der F i g. 1 bis 3 sei ein mögliches Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltung näher erläutert. Sie zeigen in F i g. 1 das Blockschaltbild
einer richtungsunterscheidenden Rottenwarneinrichtung, F i g. 2 ein ausführliches
.Schaltungsbeispiel des Meldeempfängers mit den digitalen Auswerteschaltungen, F
i g. 3 die Impulsdiagramme der beim Durchlauf einer Achse beeinflußten digitalen
Auswerteschaltungen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in F i g. 1 das gesamte
Blockschaltbild einer elektronischen Rottenwarneinrichtung wiedergegeben. Die Erfindung
beschränkt sich im wesentlichen auf denjenigen Schaltungsteil der F i g. 1, der
in F i g. 2 ausführlich dargestellt ist. In dem linken oberen Teil der F i g. 1
ist die elektronische Einrichtung an der Zugeinwirkstelle dargestellt. Beide Sendespulen
der an den Schienen versetzt angeordneten Impulsgeber A und B werden gemeinsam von
einem Transistorgenerator gespeist. Ein Teil des von den Sendespulen abgegebenen
magnetischen Wechselfeldes wird von den Empfangsspulen, die an den Innenseiten der
Schienen angebracht sind, aufgenommen und den Empfangsverstärkern V 1 und V 2 zugeleitet.
Die Empfangsspannung wird durch den Einfluß eines vorüberrollenden Rades abgesenkt.
Jedes Rad eines Zuges verursacht also an jedem Schienenkontakt einen Impuls. Da
die beiden Schienenkontakte A und B örtlich versetzt gegeneinander an den Schienen
angebracht sind, kommen die Impulse zeitlich nacheinander. Das Kriterium für die
Richtung wird durch die Folge der Impulse gewonnen. Zum Beispiel bedeutet die zeitliche
Impulsfolge A _#- A + B ---> B
= »Ein«; B.-,
A + B--> A = »Aus«. Die am Ausgang des ersten Empfangsverstärkers
v 1 vorhandene Spannung kann über einen Frequenzumsetzer F in eine andere Frequenzlage
gebracht werden, so daß z. B. dem Schienenkontakt A die Frequenz f1 und dem
Schienenkontakt B die Frequenz f 1 zugeordnet ist. An den Anfang und
das Ende der übertragungsleitung L ist je eine elektrische Weiche W 1 und
W 2
angeschlossen, die Bandpässe für die Signalfrequenzen der Geber sowie
für die Sprechverbindung enthalten. Weiterhin wird in diesen Weichen der aus der
Stromversorgung St für die an den Zugeinwirkstellen befindlichen Geräte benötigte
Betriebsgleichstrom von der Wechselspannung getrennt. Bei drahtloser Übertragung
der Signale sind für die Speisung der Geräte getrennte Stromversorgungen vorzusehen.
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Die von der Einwirkstelle ankommenden Signale mit den Frequenzen f1
und f, werden den einstellbaren Dämpfungsgliedern D 1 und D 2 zugeführt,
um die von der Leitungslänge abhängige unterschiedliche Dämpfung angleichen zu können.
Anschließend werden die Signale in Signalverstärkern S1 und S2 verstärkt, durch
einen Gleichrichter mit anschließendem Tiefpaß demoduliert, so daß am Ausgang des
Tiefpasses die Hüllkurven der ursprünglichen Wechselspannungen zur Aussteuerung
der folgenden digitalen Auswerteschaltungen zur Verfügung stehen. Gleichrichter
und Tiefpässe sind doppelt ausgeführt, da auch die weitere Schaltung aus sicherungstechnischen
Gründen doppelt ausgeführt ist und an getrennten Spannungen betrieben wird.
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Die aus den Verstärkern S 1 und S 2 kommenden Kennzeichen werden den
Impulsformern I a und 1 b bzw. Il a und Il b zugeführt und über Richtungsweichen
K 1 bzw. K 2 in die Speicher Sp 1 bzw. Sp 2
eingegeben. Gleichzeitig
sind die Speicher Sp 1 und Sp 2 in ihrer Wirkung abhängig von den
überspannungswächtern ÜS1 und US2 geschaltet. Mit dem Ansprechen der Speicher werden
über weitere Verstärker die Relais GB und GF beeinflußt. Zur Unterscheidung
zwischen Regel- und Störalarm sind weiterhin Zeitglieder Z1 und Z2 angeordnet, die
auf die Störrrelais SR 1 und SR 2 einwirken. Die Signallampen UL
1 und UL 2 bzw. ÜL 1 und UL
2 dienen zur Unterspannungs- bzw. Überspannungsmeldung.
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Das in F i g. 2 wiedergegebene Schaltungsbeispiel des Meldeempfängers
stellt nur die für die Erfindung wesentlichen Schaltungsteile dar. Gleichlautende
Bezugszeichen der F i g. 1 und 2 sind identisch. Da die Schaltung des Meldeempfängers
aus zwei gleichartigen Schaltungsteilen besteht, sind in F i g. 2 lediglich die
in F i g. 1 oben dargestellte digitale Auswerteschaltung AS 1 - bestehend aus den
Impulsformern I a und 1 b, dem Überspannungswächter ÜS 1,
der Richtungsweiche
K 1, dem Speicher Sp 1 und den zugehörigen Nebeneinrichtungen - und der vorgeschaltete
Signalverstärker S 1 mit dem Dämpfungsglied D 1 ausgeführt.
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Die in der Weiche W 2 in F i g. 1 getrennte, dem Schienenkontakt B
zugeordnete Wechselspannung mit der Frequenz f 1 wird über die Eingänge
a in F i g. 2 und das regelbare Dämpfungsglied D 1 dem Signalverstärker S1
zugeführt. In dem Signalverstärker wird diese Wechselspannung verstärkt und in dem
Transformator T 1 mittels zwei galvanisch getrennter Sekundärwicklungen je einem
Gleichrichter G11 bzw. G12 zugeführt. Die an den Ausgängen der Gleichrichter auftretende,
von der Beeinflussung der Schienenkontakte abhängige Gleichspannung wird einerseits
dem Impulsformer I a der einen und andererseits dem Impulsformer 1I b in F i g.
1 der anderen digitalen Auswerteschaltung zugeführt. Ebenso wie im Signalverstärker
S1 in F i g. 2 wird in dem Signalverstärker S 2 in F i g. 1 die Signalspannung mit
der
Frequenz f. des anderen Schienenkontaktes A umgeformt und einerseits
dem Impulsformer Il a und andererseits über den Ausgang b den Eingängen
b in F i g. 2 dem Impulsformer I b zugeführt. Die einzelnen Signalspannungen
werden somit vertauscht den Impulsformern der beiden Auswerteschaltungen zugeleitet,
nämlich die des Schienenkontaktes A den Impulsformern II a und I b bzw. die Signalspannung
des Schienenkontaktes B den Impulsformern 1I b
und l
a.
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In den Impulsformern 1 a und 1 b werden die in den Gleichspannungen
enthaltenen Impulsfolgezeichen der beeinflußten Schienenkontakte in Rechteckimpulse
entsprechend der senkrechten Spalte AS 1 -
Auswerteschaltung 1 - und den waagerechten
Spalten c und d in F i g. 3 umgewandelt. Gleichzeitig werden die gleichen Impulsfolgezeichen
in den in F i g. 2 nicht dargestellten Impulsformern 1I a und 11 b entsprechend
der Spalte AS 2 - Auswerteschaltung 2 -und der Spalten c und d in
F i g. 3 in Rechteckimpulse umgeformt. Die Impulsformer sind Kippstufen, die bei
Unterschreiten eines bestimmten Wertes der Eingangsspannung - den Ansprechschwellen
- von einer stabilen Lage in die andere stabile Lage »kippen«. Bei Überschreiten
der Schwelle wird die Anfangslage wiederhergestellt.
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Die Ausgänge beider Impulsformer I a und I b in F i g. 2 sind mit
der Richtungsweiche K 1 verbunden. Der Impulsformer I b legt bei Unterschreitung
seiner Ansprechschwelle den Emitter des Transistors Tr9 der Richtungsweiche über
den jetzt durchgeschalteten Transistor Tr 8, die Widerstände R 33 und R 42
an den Pol +0 der Batterie. Hierdurch wird der Transistor Tr9 für den über den Übertrager
T 5 der Basis zugeführten Differenzierimpuls durchlässig. Der Impuls gelangt
über den Kondensator C 8 und die Diode D 6 auf den Speicher Sp
1. Der Speicher wird markiert und bringt über den Relaisverstärker - Transistor
Tr 14 - das Relais GF zum Abfall. Der Transistor Tr9 der Weiche K1 ist nur
in der Lage, negative Impulse durchzulassen, wodurch nur beim »Kippen« des Impulsformers
in eine bestimmte Lage der Speicher Sp 1 markiert werden kann. Aus dem Impulsdiagramm
F i g. 3 geht hervor, daß die Vorderflanke des Impulses JB (Sprung von -12 nach
-3) zur Belegung des Speichers Sp 1 führt, und zwar ist dieser Vorgang in
der senkrechten Spalte AS1 der F i g. 3 näher erläutert. Mit der dynamischen Spannungsänderung
der Flanken - 9.2 nach - 3 des umgewandelten Impulsfolgezeichens JB an dem Kollektor
des Transistors Tr7 in F i g. 2 -dargestellt durch die waagerechte Spalte c in F
i g. 3 - und dem Vorhandensein des umgewandelten Impulsfolgezeichens JA am
Kollektor und dem Emitter der Transistoren Tr8 und Tr9 - Spalte d - wird
an der Basis des Transistors Tr9 ein Wirkimpuls - dargestellt in Spalte e - erzeugt.
Im weiteren Ablauf wird durch diesen Impuls an dem Kollektor des Transistors Tr9
ein Impuls entsprechend der Spalte f erzeugt, der weiterhin über den Kondensator
C8 entsprechend der Spalte g und die Diode D 6 entsprechend der Spalte h zur Basis
des Transistors Trll im Speicher Sp 1 ge-
geben wird. Im Zusammenwirken mit
dem Transistor Tr13 wird der Transistor Trll zeitlich unbegrenzt durchlässig geschaltet
- die Spannung an dem Kollektor von Tr11 ändert sich hierdurch entsprechend der
Spalte i - und beeinflußt - sperrt den Transistor Tr 14 - den Kollektorstrom entsprechend
Spalte k des Transistors Tr 14, so daß das in diesem Stromkreis liegende
Relais GF stromlos wird und die Alarmgabe veranlaßt.
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Für die zweite digitale Auswerteschaltung AS2, in F i g. 1 durch die
Einrichtungen II a, 11 b, ÜS 2, K 2,
Sp 2, GB usw. dargestellt,
werden die gleichen Impulsfolgezeichen gegenüber den Impulsformern I a und I b der
ersten Auswerteschaltung AS 1 den Impulsformern 1I a und II b vertauscht
zugeführt. Hierdurch wird entsprechend dem in der senkrechten Spalte AS 1
der F i g. 3 dargestellten Impulsdiagramm der ersten digitalen Auwerteschaltung
AS 1 die zweite Auswerteschaltung AS2 beeinflußt. Für diese ist das Impulsdiagramm
in der senkrechten Spalte AS2 der F i g. 3 wiedergegeben. Zur Kontrolle, ob die
von den Signalverstärkern, z. B. S 1, abgegebenen Ruhewechselspannungen nicht unzulässig
hoch werden (dies kann z. B. durch Defekt oder falsche Einstellung der Leitungsanpassung
geschehen), dient der überspannungswächter ÜS 1. Er ist gleichartig aufgebaut wie
der Impulsformer, z. B. I a in F i g. 2, nur liegt seine Schwelle oberhalb des Ruhewertes
der Gleichspannung. Wird der Ruhewert überschritten, dann »kippt« der überspannungswächter
in seine andere Lage und gibt über den Übertrager T4 einen positiven Differenzierimpuls
an den Speicher Sp 1 ab, wodurch der Speicher ebenfalls markiert wird. Beim
»Zurückkippen« des überspannungswächters in die Grundstellung wird durch Abgabe
eines negativen Differenzierimpulses der Speicher wieder in Grundstellung gebracht.
Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, nach erfolgter Beeinflussung durch den Zug
die Anlage durch die überspannungswächter wieder in Grundstellung zu bringen. Gleichzeitig
sind die Überspannungswächter nach jeder Zugfahrt kontrolliert. Beim Drücken der
Rückstelltaste RT wird das feste Dämpfungsglied, bestehend aus den Widerständen
R 7, R 8, R9, überbrückt. Es wird dadurch aber nur dann Überspannung erzeugt, wenn
die Relais GF und GB
sich in Alarmstellung befinden, durch Kontakt
GF/GB in F i g. 2.
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Eine weitere Taste GrT in F i g. 2 dient zur Grundstellung der Anlage
nach Inbetriebnahme. Die Speicher können bei Anlegen der Betriebsspannung keine
definierte Lage besitzen, wodurch ein Freischalten mit Hilfe der Taste RT nicht
möglich wäre.
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Die Information »Alarm« wird durch die Wirkstellung der Relais
GB und GF abgegeben. Es genügt dazu die Lageänderung nur eines der
Relais GF oder GB.
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Zur Unterscheidung zwischen Regel- und Störalarm ist ein Zeitglied,
z. B. Z 1 in F i g. 2, enthaltend die Transistoren Tr 15 und Tr 16, eingeführt,
das bei der Absenkung einer oder beider Gleichspannungen am Verstärkerausgang S1
oder S2, die länger als etwa 2 bis 3 Sekunden andauert, das Störrelais, z. B. SR
1 über Transistor Tr 17, zum Ansprechen bringt.
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Ferner sind zur Erleichterung der Störungssuche und des Einstellens
der Leitungsanpassung Meldelampen, z. B. ÜL 1 und UL 1 in F i g. 2, vorgesehen,
die anzeigen, ob der Zustand Über- oder Unterspannung vorherrscht. Bei richtiger
Einstellung der Leitungsanpassung darf keine der Lampen leuchten.
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Beide digitalen Auswerteschaltungen werden von getrennten Stromversorgungsquellen
betrieben. Der Ausfall einer Stromversorgung wird durch Alarm gemeldet.
Durch
die erfindungsgemäße Schaltung werden die sicherungstechnischen speziellen, an eine
Rottenwarneinrichtung gestellten Forderungen einwandfrei erfüllt.
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Einige mögliche Störungsfälle und deren Anzeige durch die erfindungsgemäße
Schaltung sind im folgenden aufgeführt: Geringfügiges Absinken der Signalspannung
Die Ansprechschwelle der Impulsformer der digitalen Auswerteschaltung wird noch
nicht unterschritten. Eine Beeinflussung des Impulsgebers durch ein Rad ergibt eine
einwandfreie Absenkung. Die Anlage ist also noch betriebsfähig.
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Starkes Absinken der Signalspannung Zum. Beispiel Impulsgeber A in
F i g. 1 defekt: Die an den Signalverstärker S2 angeschlossenen Impulsförmer 1 b
und 1I a »kippen«. Nach etwa 2 bis 3 Sekunden zieht das Relais SR 2 an und bringt
den Störalarm. Bei der nächsten Zugfahrt wird der Impulsgeber B (der noch funktionsfähig
ist) beeinflußt. Die Kippstufen I a und 11 b sprechen an. Die Richtungsweiche K
1 ist durch Ausfall von Impulsgeber A dauernd durchgeschaltet, so daß die Vorderflanke
des Impulses JB in F i g. 3 zur Markierung des Speichers Sp 1 in F i g. 1
führt. Ein Rückstellen der Anlage über RT in Grundstellung ist nicht möglich, da
der Speicher Sp 2 nicht markiert wurde.
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Zum Beispiel Impulsgeber B defekt:.
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Sinngemäß gilt hier das gleiche für den unteren Teil der Schaltung
nach F i g. 1, Speicher Sp 2 wird ; markiert. Störalarmgabe über SR 1, Rückstellen
durch RT nicht möglich.
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Ausfall beider Signalfrequenzen (f 1-f- f2)
Dies kann
verursacht werden durch Ausfall des gemeinsamen Generators G in F i g. 1, der Stromversorgung
St für die Außenanlage oder durch Leitungsdefekte.
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Alle Impulsformer »kippen«. Doppelte Störalarm- 4 gabe durch SR 1
und SR 2. Durch geringfügige Unterschiede in den Schwellen der Impulsformer I a
und 1 b kommt Impuls JA vor JB, in F i g. 3 dargestellt, wodurch der Speicher
über die Richtungsweiche markiert wird. Relais GF fällt ab und öffnet den Alarm-
5 Stromkreis. Kein Rückstellen über RT möglich, da Speicher Sp 2 nicht »markiert«
und somit GB nicht abgefallen ist. Erhöhung der Empfangsspannung Überspannung
von f,: Überspannungswächter ÜS 1
»kippt« und markiert Speicher Sp
1. Relais GF
fällt ab.
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Überspannung von f2: Überspannungswächter ÜS2 »kippt« und markiert
Speicher Sp2.
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In beiden Fällen ist kein Rückstellen über RT möglich.