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Elektronische Anordnung zur hochohmigen Durchgangs prU fung von Leistungen
Die Erfindung betrifft eine elektronische Anordnung zur hochohmigen DurchgangsprUfung
von Leitungen mit Gleichstrom und akustischer Anzeige des Prüfergebnisses mittels
eines Oszillators mit angeschlossenem Lautsprecher.
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Zur Durchgangsprüfung von Leitungen sind die sogenannten Schnarrsummer
bekannt, die aus einer Batterie und einem Elektromagneten bestehen und nach dem
Prinzip des Wagnerschen Hammers arbeiten. Die zu prUfende Leitung wird bei diesen
Geräten Uber PrUftlemmen unmittelbar in den Stromkreis fur den Elektromagneten gelegt.
Wenn ihr Widerstand hinreichend klein ist, fließt ein Strom, der den Elektromagnet
erregt.
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Daraufhin zieht der Anker an und unterbricht den Stromkreis, wodurch
der Anker wieder abfällt und den Stromkreis erneut schließt und so fort. Die ständige
Hin- und Herbewegung des Ankers bewirkt ein hörbares Schnarren, dessen Frequenz
und Lautstärke vom mechanischen Aufbau und von der Stromstärke, also auch vom Leitungswiderstand,
abhängen. Die Nachteile dieser bekannten Anordnung bestehen darin, daß zur Erregung
des Elektromagneten ein hoher Strom Uber den PrUfling fließen muß und daß im Falle
einer Unterbrechung zwischen den PrU-klemmen die volle Leerlaufspannung der Batterie
Uber einen nur geringen Innenwiderstand an den PrUfklemmen liegt. Wenn man mit den
Prüfklemmen, beispielsweise in einer Vermittlungsanlage, ein Leitungsbündel abtastet
und dabei an den Eingang eines Transistorverstärkers gerät, können dadurch die Eingangstransistoren
zerstört werden. Durch die bei jedem Unschalten des Ankers entstehenden Funken werden
ferner hochfrequerte
Spannungen in benachbarten Leitungen induziert,
die zu erheblichen Störungen fuhren. Schnarrsummer haben wegen der ständigen mechanischen
Beanspruchung von Anker und Unterbrecherkontakt außerdem eine geringe Lebensdauer.
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Bin weiterer Nachteil dieser Geräte ist, daß die Frequenz und die
Lautstärke ihres Schnarrens exemplar- und alterungsabhängig sind und somit keine
vergleichbaren Aussagen Uber den Widerstand des Pruflings liefern.
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Wegen der letztgenannten'Nachteile ist man in neuerer Zeit zu elektronischen
Prüfsummern übergegangen, die anstelle eines Wagnerschen Hammers einen Oszillator
mit angeschlossenem Lautsprecher zur akustischen Anzeige des Me#ergebnisses enthalten,
Ein bekanntes Gerät dieser Art besteht aus einem Transistoroszillator, der von einer
Batterie betrieben wird, zu der die Prüfklemmen in Serie liegen. Wenn der Widerstand
des zwischen den Me#klemmen angeschlossenen Prüflings genügend klein ist, schwingt
der Oszillator, Frequenz und Amplitude der Schwingungen, die Uber einen lautsprecher
hörbar gemacht werden, ändern sich in gewissem Umfang mit dem Widerstand des PrUflings,
allerdings aber auch mit dem Ladezustand der Batterie. Nachteilig an dieser Anordnung
ist wieder, daß der gesamte Betriebsstrom f;Ur den Oszillator durch den PrUfling
fließt und daß im Falle eines PrUfobjekts mit hohem Widerstand nahezu die volle
Ieerlaufspannung der Batterie niederohmig an den Prllfklemmen auftritt. Dadurch
besteht auch hier die Gefahr, daß spannungs- und stromempfindliche Bauelemente beim
Prüfen beschädigt werden.
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Da der Stromverbrauch der Anordnung ziemlich hoch ist, sinkt die Batteriespannung
verhältnismäßig rasch ab. Als Folge davon Endwert sich auch die akustische Anzeige,
so daß aus Tonhöhe und Lautstärke keine zuverlässigen Angaben Uber den Widerstand
des PrUflings zu gewinnen sind.
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Ein anderer bekannter elektronischer Prüfsummer versucht diese Nachteile
durch eine Messung mit Wechselstrom zu umgehen. Er enthält einen Phasenketten-Oszillator,
der von einer Batterie gespeist wird. Der Oszillator ist dadurch einen Widerstand
im Emitterkreis stark gegengekoppelt und kann daher im Ruhezustand nicht schwingen.
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Parallel zum Gegenkopplungswiderstand sind die Prüfklemmen über einen
Kondensator angeschlossen. Wenn der zwischen den Prüfklemmen angeschaltete Prütling
einen sehr kleinen Widerstand hat, wird der Gegenkopplungskreis durch ihn wechselstrommä#ig
mehr oder weniger Uberbrlickt und der Oszillator zum Schwingen gebracht. Naturgemäß
ist aber der Widerstands. bereich, in dem Schwingungen mdgllch sind, sehr eingeengt
und liegt etwa zwischen 0 # und 30 19, und desgleichen ist der Bereich, in dem sich
die Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit vom Widerstand des Priflings ändert, sehr
klein und beträgt kaum 10 % der Grundfrequenz, so daß mit dieser Anordnung weder
Prüfungen an hochohmigeren objekten, z. B. in Durchla#r@ichtung gepolten Dioden,
durchgeführt werden können, noch unterscheidbare Aussagen Uber die ungefähre Höhe
des gemessenen Widerstands zu erhalten sind. Es ist aber gerade in Vermittlungsanlagen
und ähnlichen komplexen Systemen von großer Bedeutung, daß man beim Abtasten der
Leitungen eine deutliche akustische Anzeige über den jeweiligen Widerstand an den
Prüfklemmen bis zu hdheren Widerständen hinauf erhält, da man daraus unmittelbar
auf die Objekte, die sich zwischen den Kle-en befinden, schließen kann.
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Die Erfindung schafft hier Abhilfe durch eine elektronische Anordnung
zur hochohmigen Durchgangsprüfung von Leitungen mit Gleichstrom und akustischer
Anzeige des Prüfergebnisses mittels eines Oszillators mit angeschlossenem Lautsprecher,
die dadurch gekennzeichnet ist, da# der Me#strom über einen
hohen
Vorwiderstand in das Meßobjekt eingespeist wird und der Vorwiderstand gleichzeitig
als Widerstand zur Arbeitspunkteinstellung eines Gleichspannungsverstärkers dient,
an dessen Ausgang ein Oszillator angeschlossen ist, dessen Schwingungseinsatz, Schwingfrequenz
und -amplitude durch die Ausgangsspannung des Verstärkers steuerbar ist.
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Die Kombination aus einem hohen Vorwiderstand und einem daran angeschlossenen
GlelchspannungsverstSrker gibt die Gewähr, daß auch empfindliche Meßobjekte beim
Prtlfvorgang nicht beschädigt werden, da die abgegebene Leistung sehr gering ist,
daß aber andererseits schon kleine Unterschiede ii Widerstand des Prüflings die
Frequenz und Amplitude des Oszillators merklich verändern. Natürlich spielt für
die letztgenannte Wirkung die Verstärkung und Stabilität des Gleichspannungsverstärkers
eine maßgebliche Rolle. Deshalb ist in einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung
vorgesehen daß als Gleichspannungsverstärker ein Differentialverstärker bekannter
Bauart eingesetzt ist, dessen erster Eingang an den Vorwiderstand geführt und dessen
zweiter Eingang mit einer einstellbaren Spannungsteiler verbunden ist und zwischen
dessen beiden Ausgängen die Betriebsspannurig für den Oszillator abgenofsen wird.
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Die Anordnung ist umso empfindlicher, Je höher der Eingangswiderstand
der mit dem Vorwiderstand verbundenen Verstärkerschaltung ist. Um einen hohen Eingangswiderstand
ZU erzielen, ist in einer Weiterbildung der erfindung vorgesehen, daß Vorwiderstand
und Spannungsteiler nicht unmittelbar, sondern Uber Je einen Impedanzwandler mit
den Eingängen des Differentialverstärkers verbunden sind. Als Impedanzwandler lassen
sich beispielsweise Kollektorstufen vorteilhaft einsetzen.
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Durch den Einsatz eines Differentialverstärkers als Gleichspannungsverstärker
für die am Me#objekt abfallenden Spannungen
hat man es in der Hand,
die dem Oszillator zugeführte Spannung in ein beliebiges Verhältnis zur Me#grö#e
zu setzen.
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Man kann beispielsweise den Arbeitspunkt des Verstärkers so einregeln,
da# die dem Oszillator zugeführte Spannung dem Widerstand an den Prüfklemmen direkt
proportional ist, oder auch gerade umgekehr. Da bei Prüfsummern im allgemeinen eine
umso grö#ere Lautstärke erwartet wird, je kleiner der Widerstand des Prüflings ist,
ist eine zweckmä#ige Ausführung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, da# mittels
des einstellbaren Spannungsteilers die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers
so eingeregelt wird, da# sie bei einem Widerstand an den Prüfklemmen, der dem Endwert
des Anzeigebereichs entspricht, gerade so gro# ist, da# der Oszillator mit seiner
höchsten Frequenz und niedrigsten Amplitude @u achwingen beginnt.
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Um eine höhere @on2uigkeit bei den #ornehmlich interessierenden Werten
zu erhalten, ist hier der Anzeigebereich eingeengt. Für die Anwendung ist e@ jedoch
von Vorteil, wenn auch bei Werten jens@its des eigentlichen Prüfbereichs noch Anzeigesignale
geliefert werden, wenn auch mit geringerer @enauigkeit. Deshalb ist eine vorteilh@fte
Weit@rbildung der Erfindung @durch gekennzeichnet, da# zur Bereichsumschaltung der
Vorwiderstand aus mehreren in Serie und/oder parallelgeschglteten Widerständen besteht,
die zum Teil über einen Bereichsumschalter wahlweise einschaltbar sind und verschiedenen
Endwerten des Anzeigebereichs entsprechen.
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Im Gegensatz zu den erwähnten bekannten Geräten, die mit Gleichstrom
prüfen, wird hier der äber den Präfling flie#ende Gleichstrom nur ais Steuerstrom
für eine selbständig arbeitende Schaltung ausgenutzt. Damtt diese nicht ständig
an Spannung liegt, auch wenn gar nicht geprüft wird, könnte man die Betriebsspannungsquelle
getrennt aus- und einschalten. Eine Ausführung der Erfindung
sieht
statt dessen in vorteilhafter Weise vor, daß in einer der Prüfklemmen ein Kontakt
angeordnet ist, der einerseits ist einen Pol der Betriebsspannungsquelle und andererseits
mit dem Anschlußpunkt dieser Prüfklemme in der Schaltung verbunden ist und bei Aufsetzen
der betreffenden prüfklemme auf einen Anschlu# des Me#objekts geschlossen wird Der
Einsatzpunkt der Schwingungen des Oszillators is@, wie oben erwähnt ist, einem bestimmten
Widerstandswert des Prüflings zug@erdnet. Dadurch erzielt man eine hohe Anzeigegenauigkeit.
Damit die Zuordnung auch noch nach längerer Zeit und unter @erschiedenen Bedingungen
stimmt, ist in einer Weiterbildung der Erfindung sineEichmöglichkeit daduro@ gegebenk,
da# an den Vorwiderstan@ @in Eichwiderstand vom Endwert des Anzeigeber@ichs angeschlossen
ist, dessen zweiter Anschlu# her@uegefili@rt und zum Eichen mit der nicht mit dem
Vorwiderstand verbundenen Prüfklemme verbindbar ist.
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Zur Eichung mu# der Eichwiderstand mit don Prüfklemmen verbunden
werden. Gleich@eitig mu# auch die Petriebsspannungsquelle angeschaltet sein. Dann
erfolgt d@s Eichen durch Nachregeln des einstellbaren Spannungsteilers @m zweiton
Eingang des Differentialverstärkers. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
vereinfacht den Eichvorgang dadurch, da# der Eichwiderstand mit einer Buchse verbunden
ist, die einerseits beim Einstecken der betreffenden prüfklemme den Kontakt für
die Spannungszuführung schlie#t und die Prüfklemme mit dem Eichwiderstand verbindet
und die anderers@s drehbar ausgebildet ist und mechanisch mit dem einstellbaren
Spannungsteiler in Verbindung steht, so da# die Eichung durch ein faches Einstecken
und Drehen der Prüfklemme bis zum Einsatzpunkt der Oszillatorschwingung erfolgen
kann.
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Wenn mehrere Anzeigebereiche vorhanden sind, sollte sich jeder Bereich
für sich eichen lassen. Das wird in einer Ausführung der Erfindung dadurch bewirkt,
da# so viele Eichwiderstände wie Anzeigebereinche vorges@nen sind, die einpolig
zusammengeführt und an die Eichbuchse gelegt aind und mit dem anderen Sol Uber den
Bereichsumschalter wahlweise an den Vorwiderstand anschaltbar sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Fig.
2 gibt dazu einige Einzelheiten Uber den mechanischent Aufbau der Eichbuchse und
der zugehörigen Prüfklemme wieder. die Anordnung nach Fig. 1 enthält eine Batterie
20, die eine Spannung von etwa 9 V abgibt. Mit Hilfe des Widerstandes 17 und der
Zenerdiode 8 wird daraus eine stabilisierte Spannung von etwa 5 V gewonnen. Diese
Spannung wird @ber einen aus den Widerständen 3/1 und 3/2 bestehenden Vorwiderstand
an den PrUfling Rx gelegt, der an den PrUfklemmen 1 und 2 angeschlossen ist. Die
Klemme 1 ist dabei zweckmä#ig als Prüfspitze ausgebildet und mechanisch mit einem
Kontakt 7 in der Spannungszurführung gekoppelt, der nur dann geschlossen wird, wenn
mit der Prüfspitze 1 getastet wird. Wie die Kontaktgabe vor sich geht. wird später
anhand von Fig. 2 beschrieben. zur Vorwiderstand ist ii dargestellten Beispiel 66
k@ groß.
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Folglich flie#t durch den Prüfling Rx ein Strom von höchstens 75
µ@, wenn Rx = 0 ist, An einem Widerstand Rx von 100 # fällt somit eine Spannung
von @wa 7,5 mV ab, woraus sich die an einen Prüfling von 100 g abgegebene leistung
zu 0,6 µW errechnet. Die hö@hste Leistung, die überhaupt an einen Prüfling abgegeben
worden kann, beläuft sich auf 90 µW. Dadurch können such sehr empfindliche Objekte.
@ie beispielsweise Plannrtransistoren, nicht beschädigt werden.
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Der Vorwiderstand 3/1, 3/2 ist in- der Mitte unterteilt, und sein
Mittelabgriff führt an den Eingang einer Kollektorstufe 10, die einen hohen-Eingangswiderstand
und einen niedrigen Ausgangswiderstand aufweist. Eine Zenerdiode 9 im Eingangskreis
der Kollektorstufe dient dazu, evtl. an den Prüfklemmen auftretende Fremdspannungen
abzuleiten.
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Die Kollektorstufe 10 ist ausgangsseitig mit einem Eingang eines Dif-ferenttalverstärkers
11 verbunden. Der andere Eingang dieses Verstärkers ist - ebenfalls über eine Kollektorstufe-
1 - an einen Spannungsteiler 15 angeschlossen, der aus mehreren in Serie und parallelgeschalteten
Widerständen aufgebaut ist. Einer dieser Widerstände, der Widerstand 15/1, ist ein
Abgleichpotentiometer und kann beim Eichen nachgestellt werden. Der Widerstand 15/2
ist ebenfalls einstellbar, damit e-vtl. Veränderungen, die sich durch die Alterung
der Bauelemente erst nach längerer Zeit ergeben, im Bedarfsfall berücksichtigt werden
können. Der Parallelwiderstand 15/3 ist demgegenüber von minderer Bedeutung. Er
soll nur die Toleranzen de@ übrigen Widerstände auffangen und die einmalige feste
Einstellung der Anordnung erleichtern.
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Zwischen den beiden Ausgängen 12 und 13 des Differentialverstärkers
1 ist der Oszillator 16 angeschlossen. Er enthKlt einen Germanium-Transistor, der
invers - d. h. mit vertauschten Emitter-und KollektoranschlUssen - betrieben wird,
damit die Schwingungen schon bei einer sehr kleinen Spannung, etwa 35 mV,-zwischen
den Ausgängen 12 und 13 einsetzen. Die Oszillatorschwingungen werden induktiv auf
einen VerstErker 18 Ubertragen, der sie auf den Pluspol der Batterie 20 bezogen
abnimmt und unmittelbar eine Hörkapsel 19 speist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist auf einen Anzeigebereich
von 0 # bis 100 # ausgelegt. Um diesen, im Verhältnis zum Vorwiderstand sehr geringen
Widerstandsbereich zu
verarbeiten, bilden Vorwiderstand 3/1, 3/2
und zu prüfender Widerstand Rx den einen Zweig einer Brückenschaltung, deren anderer
Zweig aus dem Spannungsteiler 15 besteht. Die Brücke ist abgeglichen, wenn Rx etwa
130 # beträgt. In diesem Fall liefert der Differentialverstärker 11 keine Ausgangsspannung.
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Bei höheren Werten von Rx tritt zwischen den Punkten 12 und 13 zwar
eine Spannung auf , doch ist sie von solcher Polarität, daß der Oszillator 16 nicht
schwingen kann. Bei niedrigeren Werten von Rx stellt sich zwischen den Punkten 12
und 13 eine Spannung richtiger Phasenlage ein, die bei Rx = 100 fi gerade so hoch
ist, nämlich etwa 35 mV, daß der Oszillator mit seiner höchsten Frequenz und niedrigsten
Lautstärke zu schwingen beginnt. Der Einsatzpunkt der Schwingungen läßt sich durch
das Potentiometer 15/1 in jedem Fall genau auf Rx = 100 # einstellen. Im Bereich
zwischen Rx = 100 # und Rx = 0 # steigt die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers
annähernd linear von 35 mV aus etwa 70 mV. Die Frequenz der Oszillatorspannung ändert
sich in diesem Bereich um etwa den Faktor 3; sie geht von ca. 4,5 kHz auf 1,5 kHz
zurück. Dadurch lassen sich die Widerstandswerte des Prüflings Rx sehr genau nach
Gehör abschStzen. Eine weitere Hilfe bietet hierbei die Lautstärke, die im genannten
Bereich ebenfalls -großen änderungen unterlie-gt, da die Spannung an der Hörkapsel
von etwa 100 mV bei Rx = 100 # bis nahezu 5 V bei Rx = 0 anwächst.
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Um auch höhere Werte von Rx erfassen zu können, ist in der x Anordnung
von Fig. 1 ein zweiter Anzeige bereich vorgesehen, der von 0 bis 10 kQ geht und
mittels eines Bereichsumschalters 4 mit den Kontakten 4/1 und 4/2 wahlweise einschaltbar
ist. Über den Kontakt 4/1 wird ein Teil, nätnlich der Widerstand 3/1, des Vorwiderstands
abgetrennt und dafür die Widerstandskombination 3/3, 3/4 wirksam gemacht. Die Widerstände
3/3
und 3/4 sind so gewählt, daß ihre Parallelschaltung bei Rx 0 dem Widerstand 3/1
und bei Rx X 10 k# dem Widerstand 3/1 in Serie zu einem Widerstand von 100 # entspricht.
Auf diese Weise treten die gleichen Verhältnisse, die oben für die Prtlfung bis
100 8 beschrieben sind, nun gewissermaßen hundertfach gedehnt auf. Die absolute
Anzeigegenauigkeit ist Jetzt natürlich entsprechend niedriger, doch kommt es weniger
darauf, als auf die relative Uenauigkeit sn; die wiederum unverändert geblieben
ist.
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Um sicherzustellen, daß der Einsatzpunkt der Oszillatorschwingungen
auf jeden Fall mit dem jeweiligen Endwert des Anzeigebereichs übereinstimmt, ist
eine Eichschaltung mit den Widerständen 5/1 und 5/2 enthalten. Der Widerstand 5/1
beträgt 100 0 und der Widerstand 5/2 10 k#. Bei jeder Betätigung des Bereichsumschalters
4 wird Uber den Kontakt 4/2 auch der dem eingeschalteten Anzeigebereich entsprechende
Eichwiderstand an den Vorwiderstand angeschlossen.
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Zum Eichen muß der in Frage kommende Eichwiderstand 5/1 oder 5/2 mit
der Prüfklemme 1 verbunden und ferner der Kontakt 7 in der Präfklemme 1 geschlossen
werden. Dann ist das Potentiometer 15/1 so einzustellen, daß der Oszillator 16 gerade
zu schwingen beginnt, Damit die Eichung mit einer Hand durchgeführt werden kann,
sind die Eichwiderstände 5/1 und 5/2 gemeinsam an eine Buchse 6 gelegt, die in Fig.
2 im Schnitt gezeigt ist.
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Die Buchse 6 besteht hier aus nichtleitendem Material und weist einen
Durchbruch auf, durch den ein Kontakt 23 ins Innere der Buchse geführt ist. Der
Kontakt 23 ist mit den Eichwiderständen, hier kurz mit 5 bezeichnet, verbunden.
Mit der Buchse 6 ist die Achse 24 des Potentiometers 15/1 starr gekoppelt. Der Eingang
der Buchse 6
weist mindestens eine ebene Fläche 22 auf, und desgleichen
weist die Kontaktspitze der prüfklemme 1 mindestens eing ebene Fläche 21 suf. Beim
Einstecken der Prüfklemme 1 in die Buchse 6 wird dadurch eine Kupplung zwischen
diesen beiden Teilen erzielt, die sioh dahingehend auswirkt, daß beim Drehen der
Prüfklemme 1 auch die Buchse 6 gedreht wird.
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Die Prüfklemme 1 enthält zwei Kontaktfedern, von denen die eine auf
der leitenden Kontaktspitze schleift, während die andere im Ruhezustand die unter
der Wirkung einer Feder stehende Kontaktspitze nicht berührt. Erst wenn die PrUfklemme
auf Widerstand trifft und die Feder zusammengedrückt wird, erreicht auch die zweite-
Peder die leitende Spitze, und der Kontakt 7 ist gesehlossén. Anstelle von zwei
Kontaktfedern lä#t sich auch ein Reed-Kontakt in der Prüfklemme 1 anordnen, der
durch einen mit der Kontaktspitze bewegbaren Magneten geschaltet wird Folglich werden
beim Einstecken der Prüfklemme 1 in die Buchse 6 fo@ende drei Wirkungen erzielt.
Durch den Druck der Kontaktspitze auf den Kontakt 23 wird die Verbindung mit dem
Eichwiderstand 5 hergestellt und ferner der:Kon takt 7 in der Prüfklemme für die
Spannungszuführung geschlossen. Ferner wird über die Kupplung 21, 22 eine mechanische
Verbindung zwischen der Prüfklemme 1 und der Potentiometerachse 24 hervorgebracht,
die ein Einstellendes Potentio. meters 15/1 durch Drehen der Prüfklemme 1 ermöglicht.
Der Eichvorgang vereinfacht sich dadurch zu einem blo#en Einstecken und Drehen der
Prüfkiemme bis zum Einsatz der Oszlllåtorschwingungen.