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Feuer- oder Temperaturwarn- bzw. Anzeigesystem Die Erfindung betrifft
ein Feuer- oder Temperaturwarn- bzw. Anzeigesystem mit einer Reihenschaltung von
Stromquelle, einem im Alarmfalle kontaktschließenden Detektor und einer bei geschlossenen
Detektorkontakten ab einem bestimmten Mindestanzeigestrom ansprechenden Anzeige.
Bisher verwendete Anzeigesysteme dieser Gattung. neigen zur Anzeige blinder Alarme.
Die Hauptursache hierfür liegt darin, daß wegen der unvermeidbaren Anwesenheit von
Feuchtigkeit oder elektrolytischen Lösungen auf und zwischen den zur Kriechstrombildung
neigenden leitenden Stromkreisteilen Kurzschlüsse entstehen, die dann das System
so reagieren lassen, als ob einer der ein Feuer oder einen übermäßigen Temperaturanstieg
anzeigenden Detektoren seine Kontakte geschlossen hätte.
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Insbesondere bei Verwendung derartiger Alarmsysteme in Flugzeugen
sind derartige falsche Alarme aus wirtschaftlichen Gründen untragbar, weil nach
den. in den meisten Ländern geltenden diesbezüglichen Gesetzen nach jedem derartigen
Alarm eine Maschine von Grund auf untersucht werden muß. Diesem Übel abzuhelfen,
hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, und sie erreicht dies dadurch, daß die
elektrischen Kennwerte der verwendeten Bauelemente derart gewählt sind, daß bei
Anwesenheit von Feuchtigkeit oder elektrolytischen Lösungen auf und zwischen den
zur Kriechstrombildung neigenden leitenden Stromkreisteilen vor dem Ansprechen der
Anzeige unter der Wirkung des fließenden Kriechstromes eine Passivierungsschicht
entsteht, deren Widerstand den Kriechstrom unter den Mindestanzeigestrom der Anzeige
sinken läßt.
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Nach einer Weiterentwicklung -der Erfindung wird dabei vorgesehen,
daß parallel zu den im Alarmfalle schließenden Kontakten des Detektors ein Widerstand
liegt, welcher im System bei geöffneten Detektorkontakten einen unterhalb des Mindestanzeigestromes
liegenden Stromfluß gestattet, und daß die Stromquelle eine so niedrige Spannung
hat, daß gegebenenfalls gebildete Passivierungsschichten nicht durchschlagen werden.
Die Spannung - der Stromquelle liegt dabei zweckmäßigerweise zwischen 1 und 6 Volt.
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Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist eine Erdschlußprüfvorrichtung
vorgesehen, mit welcher jede Seite des Detektors absichtlich und nacheinander geerdet
werden kann, so daß bei Anwesenheit eines unbeabsichtigten Kurzschlusses auf der
jeweils gegenüberliegenden Seite ein vollständiger Erdschluß an dem Detektor entsteht
der angezeigt werden kann. Die Erdschlußprüfvorrichtung kann dabei ein in Längeneinheiten
der Stromkreisbestandteile geeichtes Amperemeter enthalten, mit dem annähernd der
Ort des unbeabsichtigten Erdschlusses angezeigt werden kann. Die Prüfvorrichtung
kann dabei eine so hohe Spannung` an das System legen, daß selbst bei geöffneten
Kontakten des Detektors über den parallelgeschalteten ' Widerstand ein zum Ansprechen
der Anzeige ausreichender Strom fließt.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schaubildliche
Ansicht eines Feuermeldesystems, in dem die Prinzipien der Erfindung verkörpert
sind, F i g. 2 ein Schaltbild einer abgeänderten Form des Stromkreises, in dem eine
Reihe.von Wärmemeldern für punktförmige Anzeige verwendet werden, F i g. 3 eine
graphische Darstellung, in der die Zeitverzögerung und die-Schwellwertsenergie aufgezeigt
sind, die den Betrieb einer im System verwendeten Anzeigelampe beeinflussen, und
F i g. 4 eine graphische Darstellung, aus der der Unterschied zwischen großen Strömen
und kleinen Strömen bezüglich der Beeinflussung des Widerstands von Elektrode zu
Elektrode hervorgeht.
Unter Bezugnahme auf F i g. 1 soll zunächst
der Fühler 10 beschrieben werden, der bei der Erfindung zur Anwendung kommen
kann. Der Fühler 10 enthält ein Gas abgebendes Material, daß beim Erhitzen den Druck
im Inneren des Fühlers erhöht und diesen Druck auf einen Geber 11 überträgt,
der eine Art von Druckschalter ist, der bei Betätigung den Stromkreis schließt.
Bei geöffnetem Geberschalter 11 ist vorzugsweise ein Bereitschaftsprüfwiderstand
12 vorgesehen, der sich im Inneren des Gebers befinden kann und einen Widerstand
von etwa 8 Ohm aufweist. Dieser Widerstand dient für Prüfzwecke, die nachstehend
erläutert werden. Wenn jedoch der Schalter 11 geschlossen ist, dann fällt der Widerstand
des Gebers auf annähernd Null. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Schalter
11 ist geschlossen, wenn ihn der Fühler 10 betätigt. Der Fühler
10 ist nicht elektrischer Art, und deshalb hängt die Betätigung des Gebers
11 nicht vom elektrischen Stromkreis ab. Der Schalter 11 betätigt nach seiner Auslösung
bestimmte Vorrichtungen im elektrischen Stromkreis außerhalb des Fühlers zur Abgabe
seiner Warnung. Ein solcher Stromkreis ist in F i g. 1 veranschaulicht.
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Im Stromkreis gelangt eine typische Spannungsquelle, beispielsweise
ein Strom von 115 V und 4.00 Hz über eine Primärwicklung 15 eines Transformators
zur Anwendung. Eine Sekundärwicklung 16 des Transformators hat eine Spannung von
etwa 3 V bei etwa 1 A. Der Strom von der Sekundärwicklung 16 geht durch die
Leitung 17, einen Handschalter 18,
einen Leiter 19, eine Warneinrichtung
20 zu einem Leiter 21, der mit einer Klemme 30 des Geberschalters
11 und dem Bereitschaftswiderstand 12 verbunden ist. Der Stromkreis
für die Rückleitung verbindet eine Klemme 31 an dem Teil 22, mit dem auch der Bereitschaftswiderstand
12 verbunden ist, über eine Leitung 23, einen Schalter 24 und Leiter 25 und 26 mit
der Sekundärwicklung 16. Die Warneinrichtung 20 kann aus zwei parallelgeschalteten
Lampen 27 und 28 bestehen. Diese können Lampen mit einer Nennspannung von 2,5 V
bei einem Strom von 0,5 A sein, so daß sie zusammen einen Strom von ungefähr 1 A
verbrauchen. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Lampen und Erreichung eines niedrigeren
Stromkreiswiderstandes werden die Lampen 27 und 28 vorzugsweise bei 2 V und 0,45
A betrieben. Damit wird auch die Zeit erhöht, die erforderlich ist, um die Lampenglühdrähte
zum Leuchten zu bringen. Die zugeführte Spannung ist absichtlich niedrig, um die
Arbeitsweise zu verzögern, wobei der Widerstand ; jeder Lampe ungefähr 2 Ohm beträgt.
Mit der Ausnahme, da.ß ein Feuer vorhanden ist, verhindert der Bereitschaftswiderstand
12 eine Betätigung der Warneinrichtung 20, da der Widerstandswert von 8 Ohm
dieses Widerstandes wesentlich größer als der Widerstand der anderen Stromkreiselemente
ist. Es ist somit der gesamte Widerstand der Leitungen von der Sekundärwicklung
16 zum Geber 11 einschließlich des Winderstandes der Leitungen vom Geber 11 zurück
zur Sekundärwicklung 16 nur etwa 1,5 Ohm maximal der Parallelwiderstand der Lampen
27 und 28( ) ist etwa 2,2 Ohm, wenn die Lampen
leuchten, und etwa 0,5 Ohm unter Bereitschaftsbedingungen, und zwar wegen der sehr
großen Widerstandsänderung des Wolframfadens, die durch die Temperaturänderung dieses
Fadens hervorgerufen wird. In diesem, der Erläuterung dienenden Beispiel ist somit
der gesamte Stromkreiswiderstand 1,5 Ohm+0,5 Ohm+8 Ohm während der Bereitschaftsbedingung
oder insgesamt 10 Ohm. Dies bedeutet, daß bei einem Potential von 3,2 V an der Sekundärwicklung
16 nur ein Bereitschaftsstrom von etwa 0,32 A fließt, der mit Sicherheit unter dem
Schwellwertstrom zum Betrieb der parallelgeschalteten Lampen 27 und
28 liegt, der 0,6 A beträgt. Wenn jedoch der Fühler 10 durch Feuer betätigt
wird und den Schalter 11 schließt, so ist ein Widerstand von der Größe Null zwischen
den Klemmen 30 und 31 vorhanden, der den Widerstand 12 überbrückt, so daß der gesamte
Stromkreiswiderstand nur 1,5 Ohm beträgt, der Strom eine Höhe von 0,9 A erreicht,
und die Lampen 27 und 28 zum Leuchten gebracht werden.
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Es soll nun angenommen werden, daß der bis jetzt beschriebene Stromkreis
in Salzwasser eingetaucht wird. Der Stromkreis hat in diesem Fall die Neigung, zwischen
der Klemme 30 und der Klemme 31 über das Salzwasser einen Kurzschluß zu bilden.
Ein Weg, in dem die Erfindung zur Wirkung gelangt, besteht darin, einen solchen
Kurzschluß unwahrscheinlich zu machen, indem die Klemmen 31 und 30 so weit wie möglich
auseinandergebracht werden, so daß sie sich an entgegengesetzten Enden des Gebers
befinden. Diese Anordnung in einem Abstand hat zwar, auch allein genommen, eine
gute Wirkung, ist jedoch nicht Merkmal der Erfindung, da diese Verfahrensweise bekannt
ist. Ein weiterer wertvoller Beitrag der Erfindung besteht darin, alle Lücken oder
Leerstellen zu vermeiden und eher die kritischen Klemmen freizulegen als sie in
hohle Stecker oder ähnliche Einrichtungen einzuschließen, wo eine Neigung besteht,
daß sich Feuchtigkeit, Kondensat und Salze ansammeln und Schwierigkeiten verursachen.
Das grundsätzliche Merkmal besteht darin, daß die Stromkreisbestandteile, die die
genannten Werte aufweisen, so ausgebildet sind, daß der zwischen den Klemmen 30
und 31 über den Elektrolyten gehende Strom die Elektroden 30 und 31 schnell passiviert,
indem ein Oxyd oder ein Salzüberzug mit hohem Widerstand darauf gebildet wird, und
daß der Strom stark genug und die Spannung niedrig genug gehalten wird, so daß dieser
Überzug sehr schnell aufgebaut wird und durch die niedrige Spannung nicht durchbrochen
oder durchschlagen werden kann. Hohe Spannungen haben zur Folge, daß durch diese
Überzüge Durchschläge und eine Bogenentladung entsteht.
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Andererseits müssen niedrige Ströme vermieden werden. Dies ist ein
Merkmal, bei dem die bisher bekanntgewordene Technik nicht auf die Schwierigkeiten
geachtet hat, die bei der Verwendung von Systemen mit niedrigem Strom auftreten.
Die Wichtigkeit dieses Merkmales erläutert annähernd die F i g. 4, in der die Zeit
in Sekunden gegenüber dem Widerstand von Elektrode zu Elektrode aufgetragen ist,
wie er durch eine Schichtbildung auf der Elektrode und eine Gasentwicklung, soweit
eine solche vorhanden ist, erzeugt wird. Bei einem Strom von 1 A ist die Kurve F
sehr steil, und die Schicht ist bis zu einem stromblockierenden Wert in einem Bruchteil
einer Sekunde aufgebaut. Bei einem Strom von 1 mA ist die Kurve E sehr flach, und
es kann Stunden und sogar Tage dauern, bis eine genügende Schicht aufgebaut ist,
die den Stromdurchtritt verhindert, und zwar gerade deshalb, weil der Spannungsabfall
an diesem Punkt relativ klein ist.
Es ist allseits bekannt, daß
elektrische Lampen, wie sie als Warnlampen 27 und 28 verwendet werden, erstens-
einen bestimmten Minimalstrom (Schwellwertstrom [vgl. Linie A in F i g. 3]) erfordern
um unabhängig von der Zeit irgendwie Licht abzugeben. Dieser Strom kann 0,6 A für
die Lampen 27 und 28 dieses Beispiels betragen. Zweitens ist oberhalb dieses Schwellwertstromes
A eine von dem Stromwert abhängige, endliche Zeit erforderlich (vgl. Linie B in
F i g. 3) um die zum Glühen erforderliche Wärme aufzubringen. Eine typische Kurve
C in F i g. 3 zeigt, was bei Betrieb der Lampe eintritt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde gefunden, daß es durch geeignete Wahl der Ströme und Spannungen
im Stromkreis, die durch geeignete Wahl der Stromkreisbestandteile mit niedrigem
Widerstand ausführbar ist, möglich ist, auf jeden Fall ein Aufleuchten der Warnlampen
27 und 28 durch einen durch Elektrolyte hervorgerufenen Kurzschluß zwischen den
Klemmen 30 und 31 zu verhindern.
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Die Anordnung nach der Erfindung verwendet Stromkreisbestandteile,
die relativ niedrigen Widerstand aufweisen und speist diesen niederohmigen Stromkreis
mit einer niedrigen Spannung in Höhe von beispielsweise 1 bis 6 V bei einem Strom
in der Größenordnung von 1 A. Der starke über den Kurzschluß fließende Strom wirkt
sehr schnell (vgl. Kurve F in F i g. 4) indem er einen Oxyd-, Salz- oder Gasüberzug
auf den Elektroden 30 und 31 bis zu einem Widerstandswert D (F i g.
4) aufbaut, den die niedrige Spannung nicht durchbrechen kann. Während der Strom
versucht, die Lampen 27, 28 zu erhitzen, läuft die Zeit, und sowie ein gewisser
Überzug an den Elektroden 30 und 31 geschaffen wurde, fällt die an die Lampen
27 und 28 abgegebene Energie, wie die Kurve G in F i g. 3 zeigt. Wenn
diese Energie fällt, wird es immer schwieriger die Lampen 27 und 28 zu erhitzen.
Es wurde gefunden, daß unter Verwendung der genannten Stromkreiswerte die Passivierung
der Elektroden vollständig abgeschlossen ist, bevor die Lampen 27 und 28 jemals
zum Leuchten kommen, und daß infolge des überzuges die Lampen nicht leuchten.
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Bei Versuchen wurden Schellen aus leitendem Draht verwendet und an
den Elektroden 30 und 31 befestigt, die Drähte in eine Salzlösung eingetaucht und
dann so lange bewegt, bis sie sich tatsächlich berührten, wobei kein Kurzschluß
auftrat, da sie durch ihren rtlberzug oder Film. isoliert waren. Durch heftiges
gegenseitiges Reiben zur Durchbrechung des isolierenden Filmes konnte eine falsche
Warnung erzeugt werden. Dies ist jedoch der einzige Weg zur Erzielung einer solchen
falschen oder blinden Warnung. Bei wirklichen Installationen besteht natürlich keine
Möglichkeit, daß die Elektroden 30 und 31 gegeneinanderreiben, es sei denn bei einem
Sabotageakt.
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Die Tatsache, daß der Stromkreis eingetaucht ist, hindert nicht dessen
Wirkungsweise, da der Fühler 10, der in keiner Weise ein Bestandteil des Stromkreises
ist, der Feuertemperatur ausgesetzt ist und Gas abgibt, wobei der Schalter
10 geschlossen wird und die Lampen 27 und 28 wie vorher aufleuchten.
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Um eine noch größere Sicherheit für die Unversehrtheit des Stromkreises
zu schaffen, wurden auch Möglichkeiten zur Prüfung vorgesehen, mit denen es möglich
ist, festzustellen, ob die Stromkreiselemente geerdet sind, da aus der vorstehenden
Beschreibung zu entnehmen ist, daß die Möglichkeit besteht, eine nicht von äußeren
Bedingungen abhängige falsche Warnung zu erzielen, wenn es möglich ist, gleichzeitig
einen vollständigen Kurzschluß zu Masse oder Erde herzustellen, und zwar, wenn sowohl
die Leitung 21 mit Erde und die Leitung 23 mit Erde einen vollständigen Kurzschluß
bilden. Für Prüfzwecke wird mit der Leitung 19 eine Leitung 32 verbunden,
in deren Zug sich ein. Amperemeter 33 befindet und die zu einem Kontakt 34 eines
Schalters 35 führt. Eine Rückleitung 36 geht von einem Kontakt
37 zur Leitung 26 und dann zur Sekundärwicklung 16. Ein Schaltarm
38 kann gegen einen der Kontakte 34 oder 37 gelegt werden, wobei ein
Teil des Stromkreises über die Erdverbindung 39 geerdet wird. Es ist somit möglich,
entweder die untere oder obere Seite des Stromkreises durch den Schalter 35 zu erden.
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Wenn die obere Seite auf irgendeine Weise mit Erde verbunden wurde,
kann dies dadurch überprüft werden, daß absichtlich die untere Seite des Stromkreises
mittels des Schalters 35 geerdet wird, wobei in diesem Fall die Lampen
27 und 28 aufleuchten und anzeigen, daß die obere Seite des Stromkreises
geerdet ist. Die Erdung nur der oberen Seite des Stromkreises selbst ruft jedoch
noch keine falsche Warnung hervor.
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Ist in ähnlicher Weise die untere Seite des Stromkreises geerdet,
so kann dies dadurch überprüft werden, daß der Schaltarm 38 gegen den Kontakt
34 bewegt wird, um absichtlich die obere Seite des Stromkreises zu erden.
Wenn dann die untere Seite geerdet war, so wird diese Tatsache durch eine Auslenkung
des Zeigers des Amperemeters 33 angezeigt. Das Maß dieser Ablenkung zeigt bei geeignet
geeichtem Amperemeter 33 die Stelle, an der die untere Seite mit Erde verbunden
ist, so daß Hilfsmaßnahmen ergriffen werden können. Auch hier hindert wiederum die
Erdung einer der beiden Seiten des Stromkreises nicht seine Betätigung und ändert
nicht dessen Arbeitspunkt noch das Ansprechverhalten noch erfolgt dadurch ein falscher
Alarm. Erfindungsgemäß wird eine weitere Prüfung am Fühlergerät vorgesehen, an dem
eine Fühlerverbindung oder ein Fühleranschluß angebracht wird, der über die Leitung
41, den Widerstand 42 und die Leitung 43 mit einem Schalterkontakt
44 verbunden ist. Ein Schaltarm 45 kann so eingestellt werden, daß
er den Kontakt 44 mit einem Kontakt 46 verbindet, der wiederum an die Spannungsquelle
15 über seine Leitung 47 angeschlossen ist. Es kann dadurch größere
Energie durch den Fühler geschickt werden, und wenn der Fühler 10 selbst nicht gebrochen
ist, leuchten die Lampen 27 und 28 auf.
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Die Schalter 18, 24 und 45 sind miteinander gekuppelt und in ihrer
normalen Stellung dargestellt, die sie während des Gebrauchs der Vorrichtung einnehmen.
In einer zweiten Stellung steht der Schalter 18 in Verbindung mit einer Klemme 48,
und der Schalter 24 berührt eine Klemme 49. Dadurch wird unter Verwendung einer
zusätzlichen Sekundärwicklung 49a etwa 10 V Spannung an das System gelegt.
Dieser Spannungsbetrag reicht aus, um die Lampen 27 und 28 auch über den 8-Ohm-Widerstand
12 zum Leuchten zu bringen. Dadurch wird die Unversehrtheit des Hauptstromkreises
überprüft und Sicherheit darüber erlangt, daß der Stromkreis arbeitet, wenn Feuer
vorhanden ist.
In der dritten Stellung ist der Schalter 18 geerdet,
und der Schalter 45 überbrückt die Klemmen 44 und 46 und legt dadurch die Netzspannung
von 115 V an den Fühler 10. Dadurch wird überprüft, ob der Fühler 10 intakt
ist, d. h. nicht beschädigt ist. Der Widerstand 42 ist auf einen Wert eingestellt,
der in diesem Fall einen Strom von 1 A im Stromkreis ergibt.
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Die F i g. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Form des Systems, in
dem eine mehr gebräuchliche Art von Feuermeldern für Punktanzeige verwendet wird.
(Daraus geht hervor, daß auch in dem System nach F i g. 1 die Art der verwendeten
Betätigungseinrichtung nicht kritisch ist. Es kann irgendein beliebiger wärmefester
Druckschaltergeber verwendet werden.) In diesem Fall ist wiederum eine Transformator-
Primärwicklung 50 und eine Sekundärwicklung 51 vorhanden, die über
eine Leitung 52 mit einer Warneinrichtung 53 verbunden ist, die >wiederum aus zwei
Lampen 54 und 55 der gleichen Art besteht, wie sie vorstehend beschrieben wurden.
Diese Lampen sind mit einer Leitung 56 verbunden, an die eine Reihe von Feuermeldern
für Punktanzeige oder wärmebetätigter Schalter 60, 61, 62 und 63 angeschlossen
sind. Diese SeMter können über die Leitung 64 und den Erdpunkt 6..geerdet werden,
oder es kann wahlweise eine mit der Leitung 64 verbundene Rückleitung 66 vorhanden
sein. Es ist auch hier wierderum jeder temperaturabhängige Schalter 60, 61, 62 und
63 normalerweise offen, und es kann nach Wunsch ein Bereitschaftsüberbrückungswiderstand
67 zur Überprüfung des Stromkreises vorhanden sein. Sind die Schalter alle offen,
dann wird die Warneinrichtung nicht betätigt, und wenn irgendeiner der Schalter
geschlossen ist, dann erfolgt eine Betätigung der Warneinrichtung 53. Falsche Warnmeldungen
werden verhindert, indem der Widerstand der Leiter des Stromkreises auf einem niedrigen
Wert von etwa 1,5 Ohm gehalten wird und indem Spannungs- und Stromwerte zur Anwendung
gelangen, die eine Passivierung der Elektroden der temperaturabhängigen Schalter
60, 61, 62 und 63 oder beliebiger freigelegter Drähte zu diesen Elektroden
bewirken, bevor die Lampen 54 und 55 aufleuchten können. Die Spannungen und Ströme
können z: B. ein System sein, bei dem etwa 1 V am Lampenstromkreis 53 liegt, wenn
eine oder mehrere der Klemmen der Schalter 60, 61, 62 oder 63 kurzgeschlossen sind.
Auch wenn sich bei diesen temperaturabhängigen Schaltern deren Kontakte näher aneinander
befinden als bei dem Schalter 11 des bevorzugten Ausführungsbeispiels in
F i g. 1, so werden jedoch immer noch mit diesen Werten des Stromkreises die Elektroden
passiviert, bevor die Lampen aufleuchten können. Das Problem besteht einfach darin,
einen Ausgleich zu finden zwischen erstens dem Strom an der Stelle, an der der Strom
parallel zum Warngeber kurzgeschlossen werden kann und zweitens der Spannung an
dem gleichen Punkt und drittens der erforderlichen Energie für die Arbeitsvorrichtungen.
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Wenn die Werte des Stromkreises so gewählt werden, daß niedrige Spannungen
(z. B. etwa 1 bis 2,5 V) an den Geber oder temperaturabhängigen Schalter angelegt
werden, so können optimale Ergebnisse erzielt werden, auch wenn der Geber oder Schalter
einem leitenden Elektrolyten ausgesetzt ist.
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Es wird darauf hingewiesen, daß nach Wunsch Gleichstrom verwendet
werden. kann und daß die Elektroden dabei noch schneller passiviert werden können,
da dabei eine Gasabgabe auftritt.