DE2710232A1 - Signal-monitorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Signal-Verarbeitungssystem zur Überwachung des Bogenentladungspotentials von Generatorbürsten undbesonders eine Schaltung zur Überwachung des Bogenentladungspotentials einer Generatorbürste, das in einem Signalgemisch enthalten ist, welches noch wiederholt auftretende Nadelimpulse enthält, die im gleichen Frequenzband liegen wie das Bogenentladungspotential an den Bürsten.

In der U.S.-Patentschrift 3.653.019 wird ein Monitorsystem für das Bogenentladungspotential an der Bürste in einem Generator beschrieben, wobei die den Bürsten zugeführte Erregerspannung Rausch-Nadelimpulse hoher Energie im gleichen Frequenzband wie das Bürstenentladungspotential enthält. Das dort beschriebene System wurde so aufgebaut, das es die Feststellung einer übermässig starken Bogenentladung und die Verhinderung einer Beschädigung der Bürstenhalterung und Verschleiss . der Kollektor-Schleifring ermöglicht. Es kann eine ernsthafte Beschädigung mit einer beträchtlichen Stillstandszeit zur Reparatur der Anlage auftreten, wenn nicht sofort Massnahmen zur Behebung der Übermässig starken Bogenentladung oder Funkenentladung ergriffen werden. Die Verwendung des Signal-Monitorsystems gemäss der vorgenannten Patentschrift ermöglicht nicht nur eine Verringerung dieser Stillstandszeit; sie ergibt auch noch die Möglichkeit, den Beginn einer Verschlechterung des Zustandes der Bürste festzustellen, so dass die Anlage zu einem passenden Zeitpunkt zum Austausch der Bürsten ausser Betrieb genommen werden kann. Ohne eine Möglichkeit zur Feststellung einer solchen Tendenz zur Verschlechterung der Bürste kann ein plötzlicher Ausfall der Anlage eine Reparatur während einer

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Spitzenbelastungszeit erforderlich machen, in der eine solche Ausserbetriebnahme der Anlage am wenigsten erwünscht ist.

Das Signal-Monitorsystem gemäss der U.S.-Patentschrift 3.653.o19 hat sich als wirksam für die Ausführung der vorgesehenen Funktion erwiesen. Diesem System fehlt jedoch eine gewisse Vielseitigkeit und daher ist es schwierig oder sogar unmöglich, das System mit einigen Generatortypen zu verwenden. Insbesondere besitzt das System nicht die Fähigkeit zur Überwachung einer Funkenentladung an den Bürsten bei niedrigem Potential, obwohl eine Bogenentladung mit niedrigem Potential und hoher Stromstärke bei einigen Generatoren zerstörende Wirkungen besitzt. Weiterhin ist die optimale Arbeitsweise des Systems abhängig von dem regelmässigen Auftreten von Rausch-Nadel impulsen und dabei bewirkt ein Anstieg in dem Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Rausch-Nadel impulsen eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Feststellung einer Bogenentladung mit zerstörenden Wirkungen. Diese Verringerung der Wahrscheinlichkeit tritt auf, weil ein in dem System verwendetes Gatter- oder Tor-Steuerungsnetzwerk nach jedem Rausch-Nadelimpuls die empfangenen Signale nur während einer vorbestimmten Zeitperiode durchlasst. Dabei verringert sich mit d.er Vergrösserung des Zeitintervalls zwischen den Nadelimpulsen der Zeitanteil, in welchem das Gatternetzwerk Signale durchläset, und damit die Wahrscheinlichkeit der Fcststelhing einer Bogenentladung mit zerstörenden Wirkungen.

Das Signa 1-Monitorsystem gemäss dor vorliegenden Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten. lis ist geeignet

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zur Überwachung der Bogenentladung oder Funkenentladung an den Bürsten für einen weiten Bereich der Generatorbauformen mit sehr niedrigen Bogenentladungspotentialen bis zu den Bauformen mit Bogenentladungspotentialen mit höherer Amplitude, wie sie von dem vorbekannten System überwacht werden. Weiterhin ist eine beträchtliche Sicherheit der Feststellung der Bogenentladung mit zerstörenden Wirkungen vorhanden, unabhängig vom Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Rausch-Nadelimpulsen und unabhängig von einer Vergrösserung des Zeitintervalls zwischen aufeinander folgenden Rausch-Nadel impulsen. Diese Verbesserung der Wahrscheinlichkeit der Erfassung tritt auf, da das Gatter- oder Torsteuerungsnetzwerk gemäss dem vorliegenden System die empfangenen Signale jederzeit durchlässt und nicht nur während einer vorgegebenen Zeitperiode, die koinzident mit dem tatsächlichen Auftreten von Rausch-Nadelimpulsen ist. Weiterhin besitzt das erfindungsgemässe System weniger Bauteile und dies ergibt eine verbesserte Zuverlässigkeit.

Hrfindungsgemäss wird ein System geschaffen zur Überwachung eines Signalgemisches, das ein Informationssignal und ein wiederholt auftretendes Rausch-Signal mit bekannter Signaldauer enthält. Das System beseitigt das Rausch-Signal und betätigt eine Warneinrichtung, wenn das Informationssignal eine vorbestiinmte Amplitude übersteigt.

In dem nachstellend erläuterten bestimmten Anwendungsfall der Erfindung erscheint das Signal gemisch an den Bürsten (,•ines Generators, und das Informationssignal besitzt die Form eines "HF^M-Informationssignals, das durch eine Bogenentladung oder Funkenentladung an der Bürste erzeugt wird, und die Warneinrichtung wird dann betätigt, wenn das l'o-

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tcntial dieses HF-1 η formationssignaIs eine vorbestimmte Spannung übersteigt. Ein gegebenenfalls vorhandenes Rauschsignal besitzt die Form von wiederholt auftretenden Rausch-Nadelimpulsen hoher Energie im gleichen Frequenzband wie das Signal für die Bogenentladung an der Bürste. In den Generatoren sind stets inhärente Rausch-Signale vorhanden; das Nichtvorhandensein eines solchen Signals verhindert jedoch nicht den ordnungsgemässen Betrieb des Systems. In dem Signalgemisch können noch weitere, dem Rauschsignal zugeordnete Signale vorhanden sein.

Das System enthält ein Gatter- oder Tor-Steuerungsnetzwerk, welches das Rauschsignal und die zugeordneten Hochfrequenzkomponenten beseitigt und das Informationssignal durchlässt. Die Taktgabe an dem Gatternetzwerk wird durch ein Impulsformernetzwerk gesteuert. Das Signalgemisch wird gleichzeitig einem ersten Eingang des Gatternetzwerkes und einem Eingang des Impulsformernetzwerkes zugeführt. Beim Auftreten eines Rauschsignals erzeugt das Impuls formernetzwerk ein Hemmungssignal mit einer vorbestimmten Signaldauer, die grosser ist als die Dauer des Rauschsignals, das einem zweiten Eingang des Gatternetzwerkes zugeführt wird. Während der Dauer des Hemmu ^ssignals blockiert das Gatternetzwerk den Durchgang aller Signale und lässt danach das an seinem ersten Eingang eintreffende Signal bis zum Auftreten des nächsten Rausch-Signals durch. Wenn in dem Signalgemisch kein Rauschsignal vorhanden ist, dann lässt das Gatternetzwerk kontinuierlich alle an seinem ersten Eingang eintreffenden Siganle durch.

Die von dem Gatternetzwerk durchgelassenen Signale werden einem ersten Eingang eines !Comparators zugeführt und mit

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einem Bezugssignal an einem zweiten Eingang des !Comparators verglichen. An einem Ausgang des !Comparators wird dann ein Signal erzeugt, wenn die Amplitude des an seinem ersten Eingang zugeführten Signals die Amplitude des Bezugssignals übersteigt. Eine Warneinrichtung ist mit dem Ausgang des !Comparators verbunden und wird bei Vorhandensein eines Signals am Komparatorausgang betätigt.

Neben den vorstehend beschriebenen Grundelementen des Systems ist noch ein Filternetzwerk und ein Begrenzernetzwerk vorgesehen zur Vorbehandlung des Signalgemisches vor der Zuführung zum Catternetzwerk und zum Impulsformernetzwerk. Das Filter beiseitigt die Niederfrequenzsignalkomponenten und das Begrenzernetzwerk begrenzt die Signalamplituden zum Schutz der Schaltung des Systems. Ausserdem ist noch ein Rauschgenerator vorgesehen, um die Oberprüfung der richtigen Arbeitsweise des Systems zu ermöglichen.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie beispielsweise in den Abbildungen dargestellt wird.

Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des Systems.

Figur 2 zeigt die elektrischen Wellenformen an ausgewählten Punkten in dem System.

Die Figur 3 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Systems gemäss der Erfindung.

Die Figur 4 ist ein Schaltbild der Ausführungsform nach

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Figur 3.

In der Anordnung nach Figur 1 wird ein zu überwachendes Signalgemisch dem Eingang 1o eines Filternetzwerkes 12 zugeführt. Das Signalgemisch enthält ein Informationssignal, ein wiederholt auftretendes Rausch-Signal und ein Niederfrequenzsignal. Die Figur 2a zeigt ein solches überwachtes Signalgemisch an einer Generatorbürste. Die Information bezüglich der Bogenentladung oder Funkenentladung an der Bürste ist in dem Informationssignal enthalten, das bei i angedeutet ist. Das Rausch-Signal enthält wiederholt auftretende Nadelimpulse s mit hoher Energie, die beispielsweise durch die Kommutierung der Festkörper-Gleichrichter erzeugt werden, welche die Erregerspannung für den Generator liefern, und weiterhin eine gedämpfte Schwingung oder Abklingschwingung r, die jedem Nadel-Impuls zugeordnet ist. Das Niederfrequenzsignal 1 enthält einen Welligkeitsanteil mit der Netzfrequenz, welcher der Bürste in Folge der unvollkommenen Filterung einer gleichgerichteten Netzwechselspannung zugeführt wird. Das Informationssignal und das Rauschsignal sind Hochfrequenzsignale in dem gleichen Frequenzband. Die Niederfrequenzkoniponente wird in dem Filternetzwerk entfernt und das resultierende Signal wird gleichzeitig einem Gatternetzwerk 14 und einem Impulsformernetzwerk zugeführt. Das Impulsformernetzwerk erzeugt ein Hemmungssignal mit vorbestimmter Zeitdauer für jedes empfangene Rauschsignal. Diese Zeitdauer ist grosser als die Dauer eines Rauschsignals. Das Hemmungssignal wird dem Gatternetzwerk zugeführt, um das Gatter zu hemmen oder zu sperren und den Durchgang des Rauschsignals zu blockieren, so dass nur das Informationssignal durch das Gatternetz-

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werk durchgelassen wird. Das Informationssignal wird dann einem ersten Eingang eines !Comparators 18 zugeführt. Ein ßezugssignal mit vorbestimmter Amplitude wird einem zweiten Eingang des !Comparators von einer voreingestellten Bezugsspannungsquelle 22 in Form eines Spannungspegels zugeführt. Dieser Spannungswert ist reprä entativ für das Potential, bei dem eine Beschädigung durch Bogenentladung an der Bürste beginnt. Der Ausgang des !Comparators betätigt eine Warneinrichtung 2o, wenn die Amplitude des Iiiformationssignals die Amplitude des Bezugssignals übersteigt. Die Figur 2b zeigt das Hemmungssignal d und das Inforinationssignal i, welches durch das Gatternetzwerk durchgelassen wird.

Das Blockschaltbild der Figur 3 zeigt das System mit weiteren Einzelheiten. Signalgemische werden an einer positiven Bürste 3o und einer negativen Bürste 32 eines elektrischen Generators überwacht. In Wirklichkeit können eine Anzahl von positiven Bürsten und negativen Bürsten jeweils parallel miteinander verbunden sein; es wird jedoch nur eine Bürste jedes Typs abgebildet. Diese Signalgemische werden durch das Filternetzwerk 12 geleitet, um die unerwünschte niederfrequente Komponente zu entfernen, und einem Begrenzungsnetzwerk 36 zugeführt, welches die positive und negative Amplitude der Signale begrenzt, um die Schaltung des Systems zu schützen. Nach der Begrenzung wird eines der Signalgemische einem Triggerimpulsgenerator 38 zugeführt, der einen kurzen Trigger-Impuls aus dem positiv verlaufenden Teil jedes Nadelimpulses erzeugt. Der Triggerimpuls wird dann dem Generator 4o zur Erzeugung des Hemmungsimpulses zugeführt, welcher gemäss jedem Triggeriinpuls eine ι Hemmungsimpuls mit vor-

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bestimmter Zeitdauer erzeugt. Diese vorbestimmte Zeitdauer wird so gewählt, dass sie grosser ist als die bekannte Zeitdauer eines Nadelimpulses und der zugeordneten gedämpften oder Abkling-Schwingung. Gleichzeitig mit der Erzeugung des Triggerimpulses und des Hemmungsimpulses entfernt eine Signalformerschaltung die negativ verlaufenden Teile der gefilterten und begrenzten Signalgemische und gibt sofort das Signalgemisch mit grösserer Amplitude auf einen ersten Eingang eines Gatternetzwerkes. Die Hemmungsimpulse werden einem zweiten liingang des Gatternetzwerkes zugeführt. Durch die Zuführung der Ilcmmungsimpulse wird bewirkt, dass das Gatternetzwerk den Durchgang der am ersten Eingang zugeführten Signale blockiert während der bekannten Dauer des Nadelimpulses und der zugeordneten Abklingschwingung. Nach Beendigung jedes Hemmungsimpulses wird das Gatternetzwerk geöffnet, um den Durchgang des Informationssignals zu gestatten, welches das Bogenentladungssignal für die Bürste enthält. Das Netzwerk bleibt geöffnet bis zum Auftreten des nächsten Rauschnadelimpulses, welcher die Erzeugung des nächsten Hemmungsimpulses bewirkt.

Das Informationssignal läuft durch das Gatternetzwerk und wird in dem Verstärker 44 mit einstellbarem Verstärkungsgrad verstärkt. Das verstärkte Informationssignal wird dann einem Spitzenintegrator 46 zugeführt, welcher ein veränderliches Gleichspannungsausgangssignal erzeugt, das proportional zur Spitzenamplitude des Bogenentladungssignals für die Bürste ist. Dieses Gleichspannungssignal wird dem Spannungsmesser 48 zugeführt, der eine Sichtanzeige dss Bogenentladungspotentials der Bürste liefert. Das Gleichspannungssigna 1 wird auch noch dem Spannungs-

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komparator 18 zugeführt und dort mit einer vorbestimmten Hezugsspannung verglichen, die aus einer voreingestellten Bezugsspannungsquelle 22 entnommen wird. Der Komparator 18 erzeugt nur dann ein Signal zur Betätigung der Warneinrichtung 2o, wenn das am Komparator zugeführte veränderliche Gleichspannungssignal grosser ist als die vorbestimmte Bezugs spannung.

Ein Rauschgenerator 54 ist zur Überprüfung der Arbeitsweise des Systems vorgesehen. Dieser Rauschgenerator 54 erzeugt ein Rauschsignal in dem gleichen Frequenzband wie die Bogenentladung an der Bürste. Die Überprüfung wird so durchgeführt, dass das System von den Bürsten abgetrennt und der Schalter 56 geschlossen wird, wodurch das Rauschen von dem Generator auf das Begrenzungsnetzwerk 36 gekoppelt wird. Die Zuführung eines solchen Rauschsignals bewirkt eine Anzeige einer vorbestimmten Spannung an dem Messinstrument 48, wenn das System richtig arbeitet.

In dem Schaltplan der bevorzugten Ausführungs form nach Figur 4 sind alle mit B+ bezeichneten Punkte über eine nicht gezeigte Sammelleitung mit einem Netzteil für eine positiv geregelte Gleichspannung verbunden und alle mit B- bezeichneten Punkte sind mit einer nicht gezeigten Sammelleitung mit einem Netzteil für eine negativ geregelte Gleichspannung verbunden. Das Signalgemisch von der positiven Bürste 3o wird über ein Hochpassfilter mit einem Kondensator 6o und einem Widerstand 62 und durch einen Strombegrenzungswiderstand 64 einer Begrenzungsschaltung zugeführt, die entgegengesetzt gepolte und in Reihe geschaltete Zener-Dioden 66 und 68 enthält. In ahnlicher Weise wird das Signalgemisch von der negati-

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ven Bürste 32 über ein Hochpassfilter mit dem Kondensator 7o und dem Widerstand 72 und durch einen Strombegrenzungswiderstand 74 einer Begrenzungsschal tiing zugeführt, welche entgegengesetzt gepolte und in Reihe geschaltete Zener-Dioden 76 und 78 enthält. Diese beiden Begrenzungsschal tungcn bilden das Begrenzungsnetzwerk 36.

Ein Teil des am Punkt 8o auftretenden gefilterten und begrenzten Signalgemisches wird über den Kondensator 82 auf einen Trigger-Impulsgenerator 38 an dem Verzweigungspunkt des Widerstandes 84 und der Anode der Diode 86 gekoppelt. Das entgegengesetzte linde des Widerstandes 84 ist mit Erde verbunden und die Kathode der Diode 86 ist über den Widerstand 88* mit Erde verbunden. Der Widerstand 84 ist bedeutend grosser als der Widerstand 88, um den Durchgang des positiven Teils von Nadelimpulsen hoher Energie durch die Diode zu fördern. Die negativen Teile werden durch die Diode 86 blockiert, welche auch als Diskriminator wirkt. Signale mit geringer Amplitude werden über die Widerstände 84 und 88 nach Erde kurzgeschlossen. Die positiven Teile der Rausch-Nadelimpulse werden über den Kondensator 9o auf eine fimitterfolgestufe gekoppelt, welche die Vorspannungswiderstände 92 und 94, den Transistor 96 und den Emitterwiderstand 98 umfasst, der zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet ist. Ober dem Widerstand 98 der Emitterfolgestufe wird für jeden an der Schaltung 38 zugeführten Rausch-Nadelimpuls ein positiver Trigger-Impuls mit kurzer Impulsdauer erzeugt. Jeder Triggerimpuls wird dem llemiiiungsimpul sgenerator 4o über ein RC-Kopplungsglied zugeführt, welches den Kondensator 1oo und den Widerstand 1o2 enthält. Der Impulsgenerator 4o umfasst einen monostabjlen Multivibrator und einen Verstärker in Emit-

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terfolgeschaltung. Der Multivibrator enthält die Transistoren 1o4 und 1o6, deren Kollektoren über die Widerstände 1o8 bzw. 11o mit der Sammelleitung B- verbunden sind und deren Emitter gemeinsam über den Widerstand mit Erde verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 1o6 ist mit der Basis des Transistors 1o4 über ein paralleles RC-Netzwerk verbunden, welches den Widerstand 114 und den Kondensator 116 enthält. Die Basis des Transistors 1o6 ist mit dem Kollektor des Transistors 1o4 über den Kondensator 118 verbunden. Die Basis des Transistors 1o6 ist weiterhin über das Potentiometer 12o und den Widerstand 122 mit der Sammelleitung B- verbunden. Der positive Triggerimpuls wird dem Kollektor des Transistors 1o4 und über den Kondensator 118 der Basis des Transistors 1o6 zugeführt. Ein negativer Hemmungsimpuls mit vorbestimmter Zeitdauer wird an dem Kollektor des Transistors 1o6 für jeden Triggerimpuls erzeugt. Die Zeitdauer des Hemmungsimpulses wird durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 118 in Kombination mit dem Potentiometer 12o und dem Widerstand 122 bestimmt.

Der Hemmungsimpuls wird über eine Emitterfolgestufe, die den Transistor 124 und den zwischen die Sammelleitung B- und Erde geschalteten Widerstand 126 umfasst, und weiterhin über den Kondensator 128 auf einen Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors gekoppelt. Der Transistor 13o wird normalerweise in dem Betriebszustand mit niedriger Impedanz vorgespannt durch Widerstände 132 und 134, welche zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet sind. Der Transistor wird jedoch in den Betriebszustand mit hoher Impedanz jedes Mal dann umgeschaltet, wenn ein Hemmungsimpuls an seiner Basis vorhanden ist.

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Das an der Kathode der Zener-Diode 66 erscheinende gei'ilterte und begrenzte Signalgemisch wird über eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode 136 und durch einen Kondensator 138 dem Eingang des Gatternetzwerkes an der Basis des Transistors 14o zugeführt. In ähnlicher Weise wird das an der Kathode der Zener-Diode76 erscheinende gefilterte und begrenzte Signalgemisch durch eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode 142 und einen Kondensator 144 der Basis des Transistors 14o zugeführt. In Reihe geschaltete Widerstandspaare 146, 148 und 15o und 152 sind zwischen die Sammelleitung B- und Erde geschaltet. Die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode 136 wird dadurch erhalten, dass die Kathode der Diode mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerstünden 146 und 148 verbunden ist. Die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode 142 wird dadurch erhalten, dass die Kathode der Diode mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 15o und 152 verbunden ist. Die Dioden und 132 blockieren den Durchgang von negativen Signalen und gewährleisten dadurch, dass die beiden Signalgemische sich nicht gegenseitig in Folge von momentan vorhandenen Phasenschwankungen aufheben. Weiterhin gewährleisten sie, dass an der Basis des Transistors 14o stets das Bogenentladungssignal der Bürste mit grösserer Momentan -Amplitude erfasst wird. Wenn gleichzeitig zwei Signale mit verschiedener Amplitude auftreten, dann wird das Signal mit der grösseren Amplitude an seiner entsprechenden Diode durchgelassen und durch die Kondensatoren 138 und 144 auf die Kathode der Diode gekoppelt, welche das Signal mit der geringeren Amplitude erhält. Hierdurch wird die Diode mit dem Signal geringerer Amplitude effektiv in Sperr-Richtung vorgespannt und der Signaldurchgang durch diese Diode verhindert.

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Zwischen die Sammelleitung B+ und Erde sind die Widerstände 154 und 156 in Reihe geschaltet und ein Verzweigungspunkt zwischen diesen Widerständen ist mit der Basis des Transistors 14o verbunden, um eine Vorspannung für den Transistor in Durchlassrichtung zu erhalten. Dieser Transistor ist praktisch als Emitter-Folgestufe geschaltet und die Diode 158 und der Transistor 13o sind in Reihe mit dem Emitter-Widerstand 16o geschaltet, um den Rückleitungsweg für den Emitterstrom nach Erde zu schliessen. Der Widerstand 162 ist zwischen dem Kollektor des Transistors 14o und dem Kollektor des Transistors zur Bildung eines Spannungsteilers mit der Kollektor-Emitter-Impedanz des Transistors 13o geschaltet. Durch Zuführen eines Hemmungsimpulses an die Basis des Transistors 1 3o wird der Transistor in den Zustand mit hoher Impedanz gezwungen und die Spannung am Kollektor steigt auf einen Wert an, der ausreicht zur Vorspannung der Diode 1:>8 in Sperr-Richtung. Die Amplitude dieser Spannung wird durch den mit dem Widerstand 162 gebildeten Spannungsteiler bestimmt. Bei Abwesenheit eines Hemmungsimpulses ist der Transistor 13o in dem Zustand mit niedriger Impedanz und die Spannung am Kollektor ist niedrig genug zur Vorspannung der Diode 158 in Durchlassrichtung. Während der Zuführung eines Hemmungsimpulses verhindert die Sperrspannung an der Diode den Signaldurchgang vom Eingang des Gitternetzwerkes an der Basis des Transistors 14o zu einem Ausgang 163, welcher an dem Verzweigungspunkt des Widerstandes 16o und der Kathode der Diode 158 gebildet ist.

Bei Abwesenheit eines lleawungsimpulses gestattet die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode den Signaldurchlass vom Eingang zum Ausgang. Ober den Koliektör-

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Emitter des Transistors 13o ist ein Ableitkondensator geschaltet und verhindert, dass vorübergehend auftretende Spannungen auf der Sammelleitung B+ die Vorspannung der Diode 158 beeinflussen.

Da der Hemmungsimpuls den Signaldurchgang während des Vorhandenseins jedes Rauschsignals verhindert, wird nur das an der Basis des Transistors 14o zugeführte Informationssignal zum Ausgang durchgelassen. Dieses Informationssignal enthält das Signal für die Bogenentladung an der Bürste, durchläuft den Transistor 14o und die Diode 158 und wird von dem Ausgang 163 über einen Kondensator 166 auf den Eingang des Verstärkers 44 an der Basis eines Transistors 168 gekoppelt. Zwischen den Ausgang 163 und lirde ist ein Widerstand 17o geschaltet, um eine relativ geringe Impedanz nach Erde an der Kathode der Diode 158 zu erhalten während des Umschaltens des Transistors 13o.

Der Transistor 168 befindet sich in einer konventionellen Verstärkerschaltung mit gemeinsamen Emitter, welche die Vorspannungs-Widerstände 172, 174, 176, das Potentiometer 178 und den Widerstand 18o enthält. Ein Nebenschlusskondensator 182 ist über den Widerstand 18o geschaltet. Das am Schleifer des Potentiometers auftretende verstärkte Signal für die,Bogenentladung an der Bürste wird über den Kondensator 186 auf die Basis des Transistors 184 gekoppelt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkeis 44 wird durch Veränderung der Stellung des Schleifers am Potentiometer eingestellt, wodurch der Arbeitswiderstand des Verstärkers verändert wird. Der Transistor 184 bildet einen Teil einer Emitter-Folgestufe, welche zwischen die Sammelleitung B- und Erde geschaltet ist und die Vorspannungswiderstände 188 und 19o und

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Lmitter-Widerstand 192 enthält. Die Emitter-Folgestufe ist in dem Verstärker 44 enthalten, um eine Belastung des Kollektorkreises des Transistors 168 zu verhindern.

Das verstärkte Signal erscheint am Emitter des Transistors 184 und wird über den Sperrkondensator 194 auf den Spitzenwertintegrator 46 gekoppelt, welcher die Diode 196 und den Kondensator 198 umfasst. Der Spitzenwertintegrator arbeitet in ähnlicher Weise wie ein Halbwellengleichrichter mit Filter und erzeugt ein veränderliches Gleichspannungssignal am Ausgang, das repräsentativ ist für das ßogenentladungssignal an der Bürste. Ein Widerstand 2oo und eine Diode 2o2 sind parallel zwischen die Anode der Diode 196 und Erde geschaltet, um eine geringe Vorspannung für die Diode 196 zu erhalten. Diese Vorspannung für Durchlassrichtung wird aus dem inhärenten Rauschen erzeugt, das in geregelten Netzteilen vorhanden ist. Dieses Rauschen wird auf den Integrator über den Sperrkondensator 194 gekoppelt. Die positive Vorspannung wird über dem Widerstand 2oo erzeugt, der einen Impedanz-Icitungsweg nach Erde für das Rauschen ergibt. Die Diode 2o2 leitet negative Rauschspannungen nach Erde ab. Der Ausgang des Spitzenwertintegrators 46 ist mit einem Ende einer Reihenschaltung eines Potentiometers 2o2 und eines Widerstandes 2o6 verbunden, wobei das andere Ende der Kombination mit Erde verbunden ist.

Das Ausgangssignal des Integrators erscheint am Schleifer des Potentiometers 2o4. Dieses Signal wird einem Spannungsmessinstrument 48 zugeführt, das mit Erde als Bezugspunkt verbunden ist, und wird über den Widerstand 2o8 der Basis des Transistors 21o zugeführt, der mit dem Transistor 212 in einer Differenz-Verstärkerschaltung ver-

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b mi den ist. Der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors und der Emitter-Widerstand 216 sind in Reihe geschaltet mit der Parallelschaltung der Emitter-Kollektor-Kreise der beiden Transistoren 21o und 212, um in dem Differenz-Verstärker eine konstante Stromstärke zu erzeugen. Dem Transistor 214 wird dadurch eine konstante Vorspannung zugeführt, dass die Transistorbasis mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 218 und 22o verbunden ist, welche ihrerseits in Reihe zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet sind.

Die Basis des Transistors 212 ist über den Widerstand und den Schleiferarm des Potentiometers 224 mit einer voreingestellten einstellbaren Bezugsspannungsquelle 22 verbunden, wobei das Potentiometer 224 parallel zur Reihenschaltung der Zener-Diode 222 und der Vorspannungsdioden 228 und 23o geschaltet ist. Ein Ende der Reihenschaltung der Dioden ist über den Widerstand 232 mit der Sammelleitung B+ verbunden und das entgegengesetzte Ende ist mit Erde verbunden. Die voreingestellte Bezugsspannungsquelle 22 liefert eine voreingestellte einstellbare Bezugsspannung an einen Eingang des Komparators 18 an der Basis des Transistors 212 zum Vergleich mit dem Signal, das am anderen Eingang des Komparators von dem Spitzenwertintegrator zugeführt wird. Der Kollektor des Transistors 21o ist über den Widerstand 234 mit des Basis des Transistors 236 verbunden, der seinerseits über den Vorspannungswiderstand 238 mit der Sammelleitung B+ verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 212 ist über den Widerstand 24o mit dem Emitter des Transistors 236 verbunden und dieser ist über den Vorspannungswiderstand 242 mit der Sammelleitung B+ verbunden. Eine Relaisspule 244 besitzt Relaiskontakte (nicht gezeigt),

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welche bei dem Stromfluss durch die Spule zur Betätigung einer Warneinrichtung oder zur Abschaltung des überwachten Generators verwendet werden. Die Relaisspule ist zwischen dem Kollektors des Transistors 236 und Erde geschaltet. Eine Schutzdiode 246 ist parallel zur Spule geschaltet, um zu verhindern, dass in der Spule erzeugte negative Nadelimpulse den Transistor 236 beschädigen.

Zur Oberprüfung des Systems ist ein Rauschgenerator 54 vorgesehen. Das Rauschen wird durch eine Zenerdiode 248 erzeugt, deren Arbeitspunkt in der Nähe des Knickpunktes ihrer Kennlinie durch eine geeignete Vorspannung eingestellt ist. Die Anode der Diode ist mit Erde verbunden und die Kathode ist über den Widerstand 25o mit der Sammelleitung B+ verbunden. Die Kathode der Diode ist noch mit der Basis des Transistors 252 verbunden, der als Verstärker mit Emitterschaltung geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 252 ist über einen Widerstand 252 mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors 252 ist mit einem Widerstand 256 verbunden, der mit einem Ende einer Parallelschaltung des Widerstandes 258 und des Kondensators 26o verbunden ist. Das andere Ende der Parallelschaltung ist mit dem Kollektor eines Transistors 262 und auch noch mit einem Schalterabschnitt 56a des Schalters 56 (normalerweise geöffnet) (Arbeitskontakt) verbunden. Der andere Kontakt des Schalterabschnittes 56a ist mit der Sammelleitung B+ verbunden. Der Transistor 262 ist in einer Emitterschaltung geschaltet, welche noch den Emitterwiderstand 266 enthält. Das am Kollektor des Transistors 252 erscheinende verstärkte Rauschsignal wird der Basis des Transistors 262 zugeführt und dann vom Emitter dieses Transistors über den Sperrkondensator 268 einem Kontakt des Schalterabschnittes 56b

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zugeführt. Der andere Kontakt des Schalterabschnittes 56b ist mit einem Punkt 80 des Begrenzungsnetzwerkes verbunden.

Arbeitsweise der Anordnung

Das Hochpassfilter mit dem Kondensator 60 und dem Widerstand 62 lässt nur die hochfrequenten Komponenten des Signalgemisches von der positiven Bürste 3o durch. In ähnlicher Weise lässt das Hochpassfilter mit dem Kondensator 7o und dem Widerstand 72 nur die hochfrequenten Komponenten des Signalgemisches von der negativen Bürste 32 durch. Die positiven und negativen Impulse dieser Signale werden jeweils durch Begrenzungsschaltungen mit Zenerdioden begrenzt, welche die Dioden 66 und 68 für das Signal von der positiven Bürste und die Dioden und 78 für das Signal von der negativen Bürste enthalten. Die Amplituden oder Impulse dieser Signale werden begrenzt, um die Schaltung des Monitorsystems zu schützen.

Ein Teil des am Punkt 80 auftretenden gefilterten und begrenzten Signalgemisches wird dann über den Kondensator auf den Triggerimpulsgenerator 38 gekoppelt. Dieser Generator 38 dient dazu, den Eingang des Generators 4o für den Hemmungsimpuls von der mit dem Punkt 80 verbundenen Bej'renzungsschaltung 36 zu isolieren und aus jedem Rausch-Nadel impuls und dem zugeordneten Abklingimpuls einen einzigen Impuls zur Triggerung des monostabilen Multivibrators zu erzeugen. Der Multivibrator erzeugt einen einzigen, im wesentlichen rechteckförmigen Hemmungsimpuls für jeden Triggerimpuls, wie dies in Figur 2b bei d gezeigt ist, und die Breite des Hemmungsimpulses wird

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bestimmt durch die RC-Zeitkonstante des Widerstandes 122, des Potentiometers 12o und des Kondensators 118. Das Potentiometer 12o wird so eingestellt, dass ein Hemmungsimpuls mit vorbestimmter Zeitdauer erzeugt wird, wobei diese Zeitdauer geringfügig grosser ist als die Dauer eines Rausch-Nadelimpulses und des zugeordneten Abklingimpulses. Die Emitter-Polgestufe mit dem Transistor 124 koppelt den Hemmungsimpuls über den Kondensator 128 auf den Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 13o.

Gleichzeitig mit der Erzeugung des Hemmungsimpulses wird das gefilterte und begrenzte Signalgemisch, welches die grössere Momentanamplitude besitzt, durch eine der in Durchlassrichtung vorgespannten Dioden 136 und 142 durchgelassen und dem Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 14o zugeführt.

Das Gatternetzwerk 14 beseitigt jeden Rauschnadelimpuls und den zugehörigen Abklingimpuls aus dem an der Basis des Transistors 14o zugeführten Signal , da das Netzwerk den Signaldurchgang während des Vorhandenseins jedes Hemmungsimpulses blockiert und diese gleichzeitig mit jedem Rauschnadelimpuls auftreten, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Nur das Informationssignal einschliesslich des Signals für die Bogenentladung an der Bürste wird durch das Gatternetzwerk durchgelassen und erscheint am Ausgang 163. Dieses Signal für die Bogenentladung an der Bürste wird in dem Verstärker 44 mit einstellbarem Verstärkungsgrad verstärkt und dann dem Spitzenwertintegrator 46 zugeführt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers wird am Potentiometer 178 eingestellt, um eine ausreichende Verstärkung zu erhalten, so dass das Bogenentla-

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dungspotential an der Bürste für den bestimmten überwachten Generator gemessen werden kann. Die benötigte Verstärkung ist abhängig von der Crösse des zu messenden Bogenentladungspotentials und dieses ist wiederum abhängig von dem Generator, mit dem das Monitorsystem benutzt wird.

Das verstärkte Tnfoi .u ionssignal wird von dem Emitter des Transistors 184 durch den Gleichspannungssperrkondensator 194 auf den Spitzenwertintegrator 46 gekoppelt. Es wird eine solche Vorspannung der Diode 196 in Durchlassrichtung vorgesehen, dass am Ausgang des Integrators auch dann eine vom Erdpotential abweichende Spannung erscheint, wenn kein Bürstenrauschen vorhanden ist, und dies führt zu einem geringen Ausschlag gegenüber dem Nullpunkt am Messinstrument 48. Der Zweck dieser Spannungsverschiebung besteht darin, eine Anzeige dafür zu erhalten, dass die Schaltung des Systems arbeitet. Die Grosse dieser Spannungsverschiebung kann am Potentiometer 2o4 eingestellt werden. Das am Spannungsmessinstrument 48 gemessene ve änderliche ausgangsseitige Gleichspannungssignal ist ein Mass für das Bogenentladungspotential der Bürste. Dieses Signal wird der Basis des Transistors 21o zugeführt, die einen ersten Eingang des Spannungskomparators 18 bildet. Die Basis des Transistors 212 bildet einen zweiten Eingang des Spannungskomparators und dieser Basis wird eine voreingestellte einstellbare Bezugsspannung zugeführt. Die Bezugsspannung wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, welcher repräsentativ ist für das Potential, bei dem die Bogenentladung an der Bürste für den bestimmten überwachten Generator als schädlich betrachtet wird. Wenn das am anderen Komparatoreingang zugeführte Signal die Bezugsspannung übersteigt, dann

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wird in der Basis-Emitterschaltung des Transistors 236 ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal bewirkt einen Stromdurchlass am Transistor und damit einen Stromdurchfluss durch die Relaisspule 244 und eine Betätigung einer Warneinrichtung 2o über die Relaiskontakte.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das System mit einem weiten Bereich von Generatoren mit verschiedenen Bogenentladungspotentialen verwendbar ist und leicht an die Verwendung mit einem bestimmten Generator angepasst werden kann durch Einstellung der im System vorhandenen Potentiometer. Das System ist gedacht zur Verwendung mit Generatoren, welche wiederholt auftretende Rauschnadelimpulse mit hoher Energie besitzen. Es erfordert jedoch keine Abwandlung für die Verwendung mit Generatoren ohne solche Nadelimpulse, da das Gatternetzwerk die Signale bei Abwesenheit dieser Nadelimpulse durchlässt. Der Hemmungsimpuls tritt nur während einer vorbestimmten Zeitdauer beim Auftreten jedes Rauschnadelimpulses auf und das Gatternetzwerk lässt das Informationssignal bis zum nächsten Auftreten eines Rauschnadelimpulses durch, unabhängig von der Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Rauschnadelimpulsen. Das System ist daher geeignet «.ur Verwendung mit Generatoren, welche Rauschnadelimpulse beitzen, die in verschiedenen Zeitintervallen auftreten, da die Erzeugung des Hemmungsimpulses automatisch den Änderungen des Zeitintervalls zwischen Rauschnadelimpulsen nachfolgt. Weiterhin besteht eine maximale statistische Wahrscheinlichkeit für die Feststellung einer Bogenentladung an der Bürste, da der Durchgang der Signale durch das Gatternetzwerk nur beim Auftreten de ι Rauschnadelimpul.se mit hoher Energie blockiert wird.

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Claims (1)

1. Putcntansprüche:

   1.)/System zur Überwachung der Bogenentladung oder Funkenentladung an den Bürsten eines Generators, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:

   a) ein Impulsformernetzwerk (16) mit einem Eingang für ein Signal gemisch von den Bürsten (3o, 32), das ein Informationssignal repräsentativ für die Bogenentladung an der Bürste und ein wiederholt auftretendes Rauschsignal mit bekannter Dauer umfasst, wobei das Netzwerk noch einen Ausgang zur Abgabe eines llemmungssignals besitzt, das bei jedem Auftreten des Rauschsignals durch das Netzwerk erzeugbar ist und das Hemmungssignal eine vorgegebene Zeitdauer besitzt, die grosser ist als die Zeitdauer des Rauschsignals,

   b) ein Gatternetzwerk (14) mit einem ersten Eingang zur Aufnahme des Signalgemisches und einem zweiten Eingang zur Aufnahme des flcmmungssignals und einem Ausgang (163), wobei das Gatternetzwerk (14) den Signaldurchlass wührend der Dauer des Hemmungssignals blockiert und danach den Durchlass des am ersten Eingang empfangenen Signals zum Ausgang wührend einer Zeitdauer gestattet, welche erst bei dem Auftreten des nächsten Rauschsignals endet, wodurch der Durchlass des Informationssignals zum Ausgang (163) zugelassen und der Durchlass des Rauschsignals blockiert ist, und

   c) eine mit dem Ausgang (163) des Gatternetzwerkes (14) verbundene Anzeigeeinrichtung (48) zur Anzeige des Zustandes, bei dem das Inforinationss ignal an dein Ausgang eine vorgegebene Amplitude übersteigt.

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   ORIÖINAL INSPECTED

   2.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung ein mit dem Ausgang (163) des Gatternetzwerkes (14) verbundenes Anze ige instrument (48) umfas^r r.

   3.) System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung weiterhin einen Spitzenwertintegrator (46) enthält, der zwischen das Messinstrument (48) und den Ausgang (163) des Gatternetzwerkes (14) geschaltet ist.

   4.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung umfasst:

   a) eine Bezugsquelle (22), die an einem Ausgang ein Signal mit vorgegebener Amplitude abgibt,

   b) einen Komparator (18) mit einem ersten mit dem Ausgang (163) des Gatternetzwerkes (14) verbundenen Eingang und einem zweiten mit dem Ausgang der Bezugsquelle (22) verbundenen Eingang, sowie einem Ausgangsanschluss, an dem nur ein Signal erzeugt wird, wenn die Amplitude des am ersten Hingang züge führten Signals die Amplitude des am zweiten Eingang zugeführten Signals übersteigt, und

   c) eine mit dem Ausgang des Komparators (18) verbundene Warneinrichtung (2o), welche durch das Vorhandensein eines Signals am Ausgang des Komparators betätigbar ist.

   5.) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung weiterhin einen Spitzenwertintegrator (46) besitzt, welcher zwischen den Aus-

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   gang (163) des Gatternetzwerkes (14) und den ersten lUngang des !Comparators (18) geschaltet ist, wobei der Spitzenwertintegrator (46) an seinem Ausgang ein Signal erzeugt proportional zur Amplitude des vom Gatternetzwerk (14) durchgelassenen Informationssignals.

   6.) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (18) ein Differentialverstärker ist.

   7.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulsformernetzwerk (16) umfasst:

   a) einen Triggerimpulsgenerator (38) zur Urzeugung eines Triggerimpulses bei Vorhandensein des Rauschspannungssignals, wobei dieser Triggerimpulsgenerator (38) einen Eingang zur Zuführung des Signalgemisches und einen Ausgang für den Triggerimpuls besitzt,

   b) einen Hemmungsimpulsgenerator (4o) zur Erzeugung eines Hemmungsimpulses mit der vorgenannten vorbestimmten Zeitdauer bei Vorhandensein des Triggerimpulses, wobei der Hemmungsimpulsgenerator (4o) einen Eingang zum Empfang des Triggerimpulses und einen Ausgang zur Abgabe des Hemmungsimpulses besitzt und dieser Hemmungsimpul s das llcmmungssignal darstellt.

   8.) System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hemmungsimpulsgeneratir (4o) ein monostabiler Multivibrator ist.

   9.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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   es noch ein Begrenzungsnetzwerk (36) zur Begrenzung der Amplitude des Signalgemisches besitzt, wobei dieses Begrenzungsnetzwerk (36) mit dem Eingang des Impuls formernetzwerkes (16) und dem ersten Eingang des Gatternetzwerkes (14) verbunden ist.

   1o.) System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es noch ein Filter (12) zur Entfernung der Signale in einem vorgegebenen Frequenzbereich aus dem Signalgemisch enthält und das Filter (12) einen Eingang zur Aufnahme des Signalgemisches von den Bürsten (3o, 32) besitzt und einen Ausgang enthält, der mit dem Begrenzungsnetzwerk (36) verbunden ist.

   11.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gatternetzwerk (14) umfasst:

   a) erste und zweite in Reihe geschaltete Transistoren (14o, 13o), wobei der Kollektor des ersten Transistors (14o) und der Emitter des zweiten Transistors (13o) mit Spannungsquellen mit verschiedenem Potential verbunden sind und die Basis des ersten Transistors (14o) den ersten Eingang des Gatternetzwerkes (14) und die Basis des zweiten Transistors (13o) den zweiten Eingang des Gatternetzwerkes (14) bildet,

   b) eine mit der Basis des zweiten Transistors (13o) verbundene Vorspannungsschaltung (132, 134) zur Vorspannung des Transistors in einen Zustand mit niedriger Impedanz bei Abwesenheit eines Hemmungssignals und zur Vorspannung in einen Zustand mit hoher Impedanz bei Vorhandensein eines Hemmungssi gnals,

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   c) eine Diode (158) und ein Widerstand (16o), welche in Reihe zwischen die Transistoren (13o, 14o) geschaltet sind, wobei die Diode (158) mit dem Emitter des ersten Transistors (14o) und der Widerstand (16o) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (13o) verbunden sind,

   d) ein zwischen den Kollektor des ersten Transistors (Ho) und den Kollektor des zweiten Transistors (13o) geschalteter Widerstand (162), wobei dieser Widerstand (162) mit dem zweiten Transistor (13o) einen Spannungsteiler bildet zur Vorspannung der Diode (158) in Sperr-Richtung, wenn der zweite Transistor (13o) in einem Zustand mit hoher Impedanz ist, und zur Vorspannung der Diode (158) in Durchlassrichtung, wenn der zweite Transistor (13o) in einem Zustand mit niedriger Impedanz ist, und

   e) ein Ausgang, welcher an einem Verzweigungspunkt (163) zwischen der Diode (158) und dem Widerstand (16o) gebildet ist, wobei die Diode (158) den Signaldurchlass zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang (163) blockiert, wenn sie in Sperr-Richtung vorgespannt ist, und den Signaldurchlass zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang (163) gestattet, wenn sie in Durchlassrichtung vorgespannt ist.

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