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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsauslösemitteln in einem Hochspannungsgenerator, insbesondere für die elektrostatische Aufbringung von Beschichtungsprodukten, wobei die Auslösemittel die Funktion haben, die Erzeugung der Hochspannung zu unterbrechen, wenn eine Gefahr einer Entladung in Form eines Lichtbogens auftaucht. Die Erfindung betrifft gleichfalls einen Hochspannungsgenerator, der mit Sicherheitsauslösemitteln versehen ist und ein solches Verfahren durchführt.
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Bei der Aufbringung eines Beschichtungsproduktes auf elektrostatischem Wege, bei dem Partikel des Beschichtungsproduktes mit Hilfe eines Hochspannungsgenerators aufgeladen werden, ist es unerlässlich, potentiell gefährliche Situationen zu detektieren und zu eliminieren, die sich durch starke Entladungen in Form eines Lichtbogens umsetzen können, der sich bei bestimmten Bedingungen zwischen dem Projektor für Beschichtungsprodukt und dem zu beschichtenden Objekt, das im Allgemeinen metallisch ist und elektrisch mit Erde verbunden ist, etabliert. Die bekannten Sicherheitssysteme arbeiten, indem sie ständig den Wert des von dem Generator gelieferten Stroms messen, aus diesem mindestens ein Stromparameter erstellt wird und letzterer mit einer Schwelle verglichen wird. Unter ”Stromparameter” versteht man beispielsweise den Wert des Stroms I selbst bei einem gegebenen Moment oder seine Veränderung (d. h. die Ableitung des Stroms in Bezug auf die Zeit dl / dt ). Vorzugsweise werden mindestens diese zwei Parameter für die Abschätzung der Entladungsgefahren in Form eines Lichtbogens berücksichtigt. Wenn der Parameter des Stroms der Strom selbst ist, wird er mit einem maximalen Stromwert Imax verglichen. Wenn der Parameter des Stroms die Veränderung (Ableitung) des Stroms ist, wird er mit einem Maximalwert der Änderung des Stroms ( dl / dt max) verglichen. Wenn der Stromparameter den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird ein Signal oder eine Information erzeugt, um Sicherheitsauslösemittel zu steuern, die geeignet sind, die Hochspannung abzuschalten oder den Generator zu sperren, um der Bildung eines Lichtbogens zuvorzukommen.
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Nach den neuen in Kraft stehenden Normen, wird der zulässige Wert der von einem Projektor für Beschichtungsprodukt ausgegebenen Energie immer geringer, typischerweise 0,24 mJ für eine flüssige Farbe und 5 mJ für eine pulverförmige Farbe. Es ist somit notwendig, die Sicherheitssysteme immer empfindlicher und schneller zu machen, wobei sie wirksam bleiben sollen, d. h. nicht unzeitgemäße und nicht gerechtfertigte Auslösungen verursachen.
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Eine kritische Situation kann entstehen, wenn eine schnelle Annäherung zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand und dem Ende des auf Hochspannung liegenden Projektors auftritt. Dies ist beispielsweise häufig bei der elektrostatischen Aufbringung von Beschichtungsprodukt auf Objekte der Fall, die längs eines Transportbandes aufgereiht sind, wobei die Projektoren an der Seite dieses Transportbandes angeordnet sind. Es kann vorkommen, dass ein hervorspringendes Teil des zu beschichtenden Gegenstands nahe am Projektor vorbeigeht, wodurch eine Gefahr der Entladung in Form eines Lichtbogens erzeugt wird. Dieser letztere kann der Ursprung eines Feuers sein, insbesondere im Fall der Anwendung von lösungsmittelhaltiger Farbe.
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Beispielhaft kann das Problem der Behandlung einer Kraftfahrzeugkarosserie angeführt werden. Während des Beschichtungsvorgangs wird die Tankklappe des Fahrzeugs offen gelassen. Wenn sie sehr nahe an einer elektrostatischen Zerstäubungsvorrichtung vorbeigeht, detektieren die dem Generator zugeordneten Überwachungsmittel eine anomale Erhöhung des Stroms, was sich in eine Trennung umsetzen kann. Bei der Wiederherstellung arbeitet der Spannungsanstieg des Generators klassischerweise mit Hemmung der Sicherheitsauslösemittel während eines vorbestimmten Zeitraums. Anders gesagt, können zu Beginn des Spannungsanstiegs des Generators diese Auslösemittel nicht mehr eingreifen und eine Entladung in Form eines Lichtbogens vermeiden. Wenn die Tankklappe während dieser Phase der Wiederherstellung der Spannung immer noch in der Nähe des Projektors ist, können mehrere Lichtbogen zwischen der Vorrichtung zum Sprühen von Beschichtungsprodukt und der Tankklappe der Karosserie erzeugt werden. Bei bestimmten Umständen können diese Lichtbögen Ursprung eines Brandes sein.
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Unter den normierten oder klassischerweise verwendeten Tests zum Bewerten des Verhaltens eines Sicherheitssystems gegenüber einem Problem dieser Art, kann man den erwähnen, der darin besteht, eine Kugel in einigen Zentimetern Entfernung von dem unter Hochspannung stehenden Ende des Zerstäubers anzuordnen und die Hochspannung einzuschalten. Man wird feststellen, dass die Mehrzahl der aktuellen Systeme nicht erlaubt, Entladungen in Form von Lichtbögen bei den oben erwähnten Energiewerten zu vermeiden.
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Ein Verfahren zur Steuerung nach dem Stand der Technik ist aus dem Dokument
EP-A-0 274 949 bekannt.
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Aus dem Dokument
EP 0 185 311 ist gleichfalls ein Verfahren zur Sicherheitsauslösung bekannt, das eine Änderung einer Schwelle, die dem Stromwert entspricht, gemäß dem erzeugten Hochspannungswert verwendet.
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Die Erfindung ermöglicht, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsauslösemitteln in einem Hochspannungsgenerator, insbesondere für die elektrostatische Aufbringung eines Beschichtungsprodukts, wobei die Auslösemittel geeignet sind, die Erzeugung der Hochspannung zu unterbrechen, wenn die Gefahr einer Entladung in Form eines Lichtbogens auftaucht, das darin besteht, die Sicherheitsauslösemittel zu aktivieren, wenn mindestens ein Stromparameter eine Schwelle erreicht, wobei es darin besteht, eine solche Schwelle nach einem vorbestimmten Änderungsgesetz in Abhängigkeit von dem Wert der Hochspannung variieren zu lassen, wie es im Anspruch 1 dargestellt ist.
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Der Stromparameter, im oben definierten Sinne, kann der Wert des Stromes selbst sein. Er kann auch der Wert der Änderung dieses Stroms (d. h. die Ableitung des Stroms nach der Zeit: dl/dt) sein. Vorzugsweise werden die zwei Parameter vereint ausgewertet, indem für jeden ein vorgegebenes Änderungsgesetz abhängig von dem Wert der Hochspannung definiert wird.
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Nach einem anderen erwähnenswerten Merkmal werden die Sicherheitsauslösemittel gesperrt, wenn die Hochspannung geringer ist, als ein vorgegebener Minimalwert. Mit anderen Worten gesagt, ist die Sperrung der Sicherheitsmittel während der Anstiegsphase der Spannung nicht mehr durch eine Zeitangabe festgelegt, sondern hängt nur von der Tatsache ab, ob eine minimale Hochspannung erreicht wurde oder nicht. Diese Besonderheit weist einen zusätzlichen Vorteil auf. Tatsächlich ist bei der Mehrzahl von Generatoren die Anstiegsrampe der Hochspannung einstellbar. Folglich macht man die Sperrung unabhängig von der Einstellung der Anstiegsrampe der Spannung, indem man auswählt, die Sicherheitssysteme freizugeben, sobald ein Spannungsminimum erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft auch einen Hochspannungsgenerator, der Mittel zur Erzeugung einer Hochspannung und Sicherheitsauslösemittel zum Abschalten der Hochspannung umfasst, wenn eine Gefahr der Entladung in Form eines Lichtbogens auftaucht, wobei er Mittel zum Erzeugen einer Information zur variablen Auslösung abhängig vom Wert der Hochspannung, wobei diese Auslöseinformation einem gegebenen Stromparameter zugeordnet ist, und Vergleichsmittel zum Vergleich der Auslöseinformation mit einer anderen Information, die für den Stromparameter selbst repräsentativ ist, umfasst, wobei die Vergleichsmittel als Antwort eine Steuerinformation für die genannten Sicherheitsauslösemittel erzeugen.
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Der Generator umfasst mittel zur Durchführung des beanspruchten Steuerverfahrens.
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Dieser Generator kann vorteilhafterweise außerdem Vergleichsmittel zum Vergleich einer für die Hochspannung repräsentativen Information mit einer für die minimale Spannung repräsentativen Information umfassen, wobei die Vergleichsmittel in Antwort eine Information zur Steuerung von Sperrmitteln der Sicherheitsauslösemittel erzeugt. Es ist außerdem zu bemerken, dass diese Sperrmittel unabhängig von der Tatsache arbeiten können, dass man eine Auslöseschwelle abhängig von dem Wert der Hochspannung, wie oben angegeben, variieren lassen kann.
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Es ist gleichfalls zu bemerken, dass der Hochspannungsgenerator, wie er beschrieben wurde und genauer die Sicherheitsauslösemittel, die er umfasst, sowohl durch klassische elektronische Schaltkreise, die dem Generator entnommenen Strom- und Spannungswerte behandeln, als auch durch eine numerische Verarbeitung mit Hilfe eines Mikroprozessors, seinen Speichern und einer angeschlossenen Logik realisiert werden können, sobald die Strom- und Spannungswerte in numerische Daten umgewandelt sind. Der in der zuvor erwähnten Definition verwendete Begriff ”Information” bezeichnet unabhängig und in allgemeiner Weise ein als solches behandeltes Analogsignal oder numerische Daten, die ein solches Signal repräsentieren.
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Die Erfindung wird besser verstanden und andere Vorteile derselben werden klarer im Lichte der folgenden Beschreibung erscheinen, die nur beispielhaft angegeben wird und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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die 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Hochspannungsgenerators ist, der mit der Verbesserung entsprechend der Erfindung versehen;
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die 2 ein separates Blockschaltbild der Sicherheitsmittel zur Steuerung und Auslösung, die in dem Generator der 1 integriert sind; und
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die 3 Kennlinien sind, die die Funktionsweise des Generators, insbesondere während des Anstiegs der Spannung desselben darstellt.
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In der 1 hat man die wesentlichen Elemente eines Hochspannungsgenerators 11 dargestellt, der in zwei Untergruppen eingeteilt werden kann, eine feststehende Untergruppe 12 und eine mobile Untergruppe 13, die in eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen von Beschichtungsprodukt (nicht dargestellt) integriert ist, wobei die zwei Untergruppen miteinander über einen Kabelbaum von elektrischen Leitungen 14 verbunden sind. Die feststehende Untergruppe umfasst, in Reihe geschaltet, einen Gleichrichter 16, einen DC/DC-Wandler 17 und einen DC/AC-Wandler 18. Der Gleichrichter ist vorgesehen, um an einen Schaltkreis zum Verteilen von Wechselstrom C. A. angeschlossen zu werden. Der DC/DC-Wandler wird von einem Spannungssteuerkreis eines klassischen Typs angesteuert, der insbesondere beim Start den Spannungsanstieg steuern kann. Der Wandler liefert somit eine einstellbare Gleichspannung mit steigendem Anstieg an den DC/AC-Wandler 18. Der Steuerkreis des Spannungsanstiegs wird selbst von einem Steuerkreis 20 angesteuert, der unter anderem eine variable Sollspannung Uc empfängt. Nach einer Variante kann die Sollspannung Uc in den Kreis 20 selbst eingearbeitet sein. Der Ausgang des DC/AC-Wandlers ist mit einer Primärwicklung 21p eines Aufwärtstransformators über einen Kontakt 24 eines von dem Steuerkreis 20 gesteuerten Relais 25 verbunden. Die Sekundärwicklung 21s des Transformators 22 ist mit einem Spannungsvervielfachungskreis 27 des Typs mit Kondensatoren und Dioden verbunden, der gemeinhin als ”Kaskadenkreis” bezeichnet wird. Der Ausgang dieses Spannungsvervielfachers ist mit dem Hochspannungsausgang SHT des Generators über einen Schutzwiderstand R verbunden. Ein Messwiderstand R1 ist zwischen einem Ende der Sekundärwicklung 21s und der Masse der Vorrichtung angeschlossen. Der Widerstand R1 ist vorzugsweise in der Untergruppe 12, insbesondere in dem Steuerkreis 20 über einen Leiter 30 angeordnet, der sich zwischen den Untergruppen 12 und 13 erstreckt. Wenn man berücksichtigt, dass die von der Sekundärwicklung 21s und dem Spannungsvervielfachungskreis 27 gebildete Anordnung einen Hochspannungsdipolgenerator bildet, der sich zwischen der Masse und dem Ausgang SHT erstreckt, erscheint es, dass der Strom, der zur Last strömt, die mit diesem Ausgang verbunden ist, auch der Strom ist, der den Widerstand R1 durchquert. Folglich ist die Spannung, die sich an den Anschlüssen dieses Widerstandes entwickelt, repräsentativ für den Hochspannungsstrom I. Der Ausgang des Spannungsvervielfachers 27 ist gleichfalls an einen Leiter 32 über einen Mess- und Entladungswiderstand R2 verbunden. Die zwischen diesem Leiter 32 und der Masse verfügbare Spannung ist somit repräsentativ für den Wert der Hochspannung U. Die zwei Leiter 30, 32 sind Teil des Kabelbaums 14 und sind mit dem Steuerkreis 20 verbunden, der Teil der Untergruppe 12 ist.
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Die 2 beschreibt genauer die Untergruppe, die die Sicherheit in dem Steuerkreis 20 behandelt. Man findet an den Eingängen die zwei Leiter 30, 32, die die Messung des Hochspannungsstroms und die Hochspannung selbst erlauben. Der Schaltkreis schließt den elektrischen Teil des Relais 25 ein, dessen Kontakt 24 in Reihe zwischen dem Ausgang des DC/AC-Wandlers 18 und der Primärwicklung 21p des Aufwärtstransformators liegt. Der Steuerkreis umfasst Sicherheitsauslösemittel 36, um die Hochspannung abzuschalten, wenn die Gefahr der Entladung in Form eines Lichtbogens auftaucht. Die Sicherheitsauslösung wird durch die Öffnung des Kontaktes 24 des Relais 25 realisiert, d. h. durch die Steuerung des elektromagnetischen Teils dieses Relais, um den Kontakt 24 zu öffnen.
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In dem dargestellten Beispiel umfassen die Sicherheitsauslösemittel Mittel zum Erstellen mindestens einer Auslöseinformation Imax und/oder dl / dt max, die abhängig von dem Wert der Hochspannung U variabel ist. In dem Beispiel werden simultan und ständig zwei solcher Auslöseinformationen erstellt, die jeweils zwei Stromparametern zugeordnet sind, die selbstständig und unabhängig voneinander erzeugt werden, nämlich dem Wert des Stroms I selbst, der direkt von der Eingangsleitung 30 abgenommen wird und dem Wert der Änderung dieses Stroms (d. h. seiner Ableitung dl / dt nach der Zeit), der von einem mit der Leitung 30 verbundenen Differenzierkreis 37 erzeugt wird. Die diesen zwei Parametern entsprechenden Signale werden jeweils an die Eingänge von verschiedenen Vergleichsmitteln gegeben. Genauer gesagt, ist die Eingangsleitung 30 direkt mit dem Eingang eines Komparators 38 verbunden, während der Ausgang des Differenzierkreises 37 direkt an einen Eingang eines Komparators 39 angeschlossen ist. Die Ausgänge dieser Komparatoren sind jeweils mit zwei Eingängen eines ODER-Gatters 40 verbunden, dessen Ausgang das Relais 25 über einen Verstärker 41 steuert.
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Die Mittel zum Erzeugen einer abhängig von dem Wert der Hochspannung variablen Auslöseinformation, was den Stromparameter betrifft, der von dem Strom I selbst gebildet wird, umfassen einen Erzeugungskreis für eine Auslöseinformation 45, variabel abhängig von dem Wert der Hochspannung U und dessen Ausgang S1, die dem anderen Eingang des Komparators 38 zugeführt ist. Dieser Generatorkreis 45 umfasst drei Eingänge, einer, der mit der Eingangsleitung 32 der Spannung verbunden ist, der zweite, der mit einem regelbaren Spannungssollwert Uc verbunden ist, der den gewünschten Wert der Hochspannung darstellt und der dritte, der an einem einstellbaren Sollwert Imax angeschlossen ist, der den Maximalwert des Stroms darstellt, den man wünscht, nicht zu überschreiben, wenn die Hochspannung den Wert Uc erreicht hat. Die von dem Kreis 45 gelieferte Auslöseinformation wird mit Imax(t) bezeichnet.
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In ähnlicher Weise umfassen die Mittel zum Erzeugen einer abhängig von dem Wert der Hochspannung variablen Auslöseinformation, was den durch die Änderung des Stroms dl / dt gebildeten Stromparameter betrifft, einen Generatorkreis einer abhängig von dem Wert der Hochspannung U variablen Auslöseinformation 46, dessen Ausgang S2 an den anderen Eingang des Komparators 39 angeschlossen ist. Dieser Generatorkreis 46 umfasst drei Eingänge, der eine ist mit dem Spannungseingangsleiter 32 verbunden, der zweite an den einstellbaren Sollwert der Spannung Uc angeschlossen, der den gewünschten Wert der Hochspannung darstellt, und der dritte an einen einstellbaren Sollwert der maximalen Stromänderung dl / dt max, der den Maximalwert der Stromänderung (Ableitung nach der Zeit) darstellt, den man nicht zu überschreiten wünscht, wenn die Hochspannung den Wert Uc erreicht hat. Die von dem Kreis 46 gelieferte Auslöseinformation wird mit dl / dt max(t) bezeichnet.
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Der Schaltkreis 45, dessen Aufbau dem Fachmann geläufig ist, erzeugt ein Signal oder eine Information, die repräsentativ für einen ersten variablen Schwellenwert des Typs ist: Imax(t) = Imax U(t) / Uc
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In gleicher Weise erzeugt der Schaltkreis 46 ein Signal oder eine Information, die einen zweiten Schwellenwert entsprechend der Änderung des Stroms bilden entsprechend: dl / dtmax(t) = dl / dtmax U(t) / Uc
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Anders gesagt, variieren die Schwellen jeweils nach einem vorbestimmten Änderungsgesetz, hier linear abhängig von dem Wert der Hochspannung und solange dieser kleiner als der gewählte Wert Uc ist.
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Das ist typischerweise bei dem Anstieg der Spannung des Generators der Fall, wie man es in der 3 sehen kann.
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In dieser Figur stellt die Kurve A den Anstieg der Spannung des Generators bis zu dem Wert Uc durch Steuerung des Kreises 19 dar. Man sieht, dass die Spannung progressiv ansteigt und hier linear während einer vorgegebenen Zeitperiode. Zum Zeitpunkt t1 erreicht der Wert der Hochspannung den gewünschten Wert und im Prinzip muss er während der gesamten Benutzungsdauer konstant bleiben.
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Zur gleichen Zeit zeigt die Kurve B die Entwicklung der Auslöseinformation Imax(t), die von dem Kreis 45 erzeugt wird. Man stellt fest, dass die Auslöseschwelle merkbar in den gleichen Proportionen wie die Entwicklung der Hochspannung selbst variiert. Folglich und insbesondere während des Spannungsanstiegs des Generators könnte eine Sicherheitsauslösung für einen Strom I kleiner als Imax erzeugt werden. Schließlich zeigt die Kurve C die Fortentwicklung der Auslöseinformation dl / dt max(t), die von dem Kreis 46 erzeugt wird. Man sieht, dass die Ausleseschwelle sich im Wesentlichen wie die Hochspannung entwickelt. Folglich könnte eine Sicherheitsauslösung erzeugt werden, insbesondere in der Startphase, für eine Stromänderung dl / dt kleiner als dl / dt max.
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Schließlich wird der Schaltkreis 20 durch Vergleichsmittel 48 vervollständigt, die eine für die Hochspannung repräsentative Information mit einer für eine Minimalspannung U min repräsentativen Information vergleicht. Im Beispiel handelt es sich um einen einfachen Komparator 48, dessen Eingang mit der Leitung 32 verbunden ist und dessen anderer Eingang mit einer minimalen Referenzspannung U min, hier auf 20 kV festgelegt, verbunden ist. In der Praxis muss U min auf einen Wert festgelegt werden, der aus evidenten Sicherheitsgründen so gering wie möglich ist. Der Ausgang des Komparators 48 ist mit einem Sperrmittel 49 der Sicherheitsauslösemittel verbunden, beispielsweise eingefügt zwischen den Ausgang des Verstärkers 41 und den Relais 25. Es resultiert daraus, dass, solange die Hochspannung nicht den zu 20 kV gewählten minimalen Schwellenwert erreicht, das Relais 25 nicht zur Öffnung gesteuert werden kann, was insbesondere ermöglicht, die Stromspitze entsprechend dem Anstieg des Spannungsvervielfachers 27 zu absorbieren, ohne abzuschalten, und zu warten, bis die messbaren Stromwerte ”gelesen” werden können.
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Als Variante kann die Messung der Amplitude der Hochspannung HAT in anderer Weise als die beschriebene realisiert werden. Man kann beispielsweise eine Ausgangsspannung des Wandlers 18 messen, die ein Bild des Wertes der realen Hochspannung ist, man kann auch die am Ausgang des Steuerkreises der Spannung 19 vorhandene Steuerspannung auswerten. In jedem dieser Fälle ist die Leitung mit dem Ausgang des Wandlers 18 oder dem Ausgang des Kreises 19 verbunden. Der Widerstand R2 kann weggelassen werden, was vorteilhaft ist, wenn insbesondere die mobile Untergruppe 13 als manuelle Untergruppe ausgebildet ist.