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Die
Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für Fahrzeuge, insbesondere zur
Zugbeeinflussung von Schienenfahrzeugen, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und
2.
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Kommunikationssysteme
zur Zugbeeinflussung von Schienenfahrzeugen sind beispielsweise als
Linienzugbeeinflussungssysteme (LZB-Systeme) bekannt. Dabei bewegen
sich die Schienenfahrzeuge entlang von Fahrstrecken, an denen zur
Kommunikation mit den Schienenfahrzeugen Streckeneinrichtungen vorgesehen
sind. Die Streckeneinrichtungen sind dazu an Linienleiter angeschlossen,
welche sich längs
der Fahrstrecke meist zwischen den beiden Fahrschienen befinden.
Die Linienleiter sind dabei jeweils als Linienleiterschleife ausgebildet,
in welche die zugehörige
Streckeneinrichtung elektrische Signale ein- und auskoppeln kann,
die sich als leitungsgebundene Welle innerhalb der Linienleiter ausbreiten.
Zur Kommunikation mit den Streckeneinrichtungen verfügen die
Schienenfahrzeuge über eine
Fahrzeugeinrichtung, welche auf induktivem Wege drahtlos mit den
Linienleitern verbindbar sind. Die Daten werden also jeweils zwischen
einer Streckeneinrichtung und einer Fahrzeugeinrichtung über den
zwischengeschalteten Linienleiter ausgetauscht.
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Die
Linienleiter werden auf Stoß verlegt,
d. h. ein Linienleiter folgt unmittelbar auf den anderen, wobei
zwei unmittelbar hintereinander liegende Linienleiter mit hochfrequenten
Signalen unterschiedlicher oder gleicher Frequenz gespeist werden.
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Daraus
ergibt sich beispielsweise der Nachteil, dass eine unterbrechungsfreie
Kommunikation im Stoßbereich
nicht möglich
ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme ist, dass ein Ausfall
in der Streckeneinrichtung zu größeren Übertragungslücken entsprechend
der Linienleiterschleifenlänge führt.
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Der
unterbrechungsfreie Übergang
von einem Linienleiter zum nächsten
kann bei LZB-Systemen dadurch erreicht werden, dass beim Linienleiterwechsel
streckenseitig synchron zur Bewegung des Schienenfahrzeugs auf den
nächsten
Linienleiter umgeschaltet wird, was die Nutzung anwenderspezifischer
Daten des LZB-Systems voraussetzt, wie beispielsweise den Fahrzeugort,
die Linienleitergrenzen und die Fahrtrichtungen der Fahrzeuge. Eine
unterbrechungsfreie Kommunikation wird dabei gewährleistet, indem in jedem Fahrzeug
in Längsrichtung versetzte
Empfangs- und Sendeantennenpaare angebracht sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Bahnanlage eine ungestörte Kommunikation
unabhängig
vom LZB-System mit geringem Aufwand sicherzustellen.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
der Ansprüche
1 und 2 gelöst;
die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Zwar
beschreibt die deutschen Patentanmeldung
DE 41 02 802 A1 eine Einrichtung
zum Feinpositionieren eines schienengebundenen Fahrzeuges an einem
vorgegebenen Haltepunkt, die eine Leiterschleife mit zwei Leitern
aufweist. Dabei ändern
sich die elektrischen Übertragungseigenschaften
der Leiterschleife in Abhängigkeit
des jeweiligen Abstands von dem Haltepunkt dadurch, dass sich der
Abstand der beiden Leiter der Leiterschleife bei Annäherung an
den Haltepunkt verringert. Insbe sondere Hinweise dahingehend, ein
in Kommunikationsabschnitte unterteiltes durchgehendes Leiterpaar
zu verwenden, wobei an jeden Kommunikationsabschnitt eine Streckeneinrichtung
angeschlossen ist, und wobei im Übergangsbereich
zwischen den Kommunikationsabschnitten eine Dämpfung vorgesehen ist, liefert
die bekannte Druckschrift jedoch nicht. Gleiches gilt weiterhin
auch hinsichtlich des Merkmals, dass die jeweils an eine Streckeneinrichtung
angeschlossenen Leiterabschnitte quer zu ihrer Längserstreckung gesehen einander überlappend
angeordnet sind und im Überlappungsbereich
jeder Leiterabschnitt für
sich mit Dämpfungselementen
versehen ist.
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Die
Patentschrift
US 4 567 430 beschreibt eine
Schaltung für
Eisenbahnschienen, bei der die Schienen zur Trennung aufeinanderfolgender
Züge in
aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt sind, die jeweils mit
einem Schaltkreis ausgestattet sind. Das Anzeigen eines Abschnittswechsels
eines Fahrzeuges erfolgt bei der bekannten Anordnung mittels eines
schienenseitig angebrachten elektromagnetischen Sensors.
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Aus
der deutschen Patentanmeldung
DE 24 02 932 A1 ist eine Einrichtung zur
linienförmigen Fahrzeugbeeinflussung
bekannt, bei der entlang des Fahrwegs einzelne voneinander getrennte
Linienleiter teilweise überlappend
verlegt sind.
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Eine
erste erfindungsgemäße Lösung sieht vor,
dass das durchgehende Leiterpaar in Kommunikationsabschnitte unterteilt
und an jeden Kommunikationsabschnitt eine Streckeneinrichtung angeschlossen
ist, dass im Übergangsbereich
zwischen den Kommunikationsabschnitten eine Dämpfung, insbesondere in Form
von Dämpfungselementen, vorgesehen
sind, so dass ein in einen Kommunikationsabschnitt eingekoppeltes
und sich als leitungsgebundene Welle ausbreitendes Signal längs des Übergangsbereichs
eine Signaldämpfung
erfährt,
so dass der von der Fahrzeugeinrichtung eines Fahrzeugs empfangene
Signalpegel beim Überfahren
des Übergangsbereichs
abnimmt, während
der Signalpegel des in den unmittelbar nachfolgenden Kommunikationsabschnitt
eingekoppelten Signals zunimmt, und dass dem Fahrzeug mittels der
Ab- und Zunahme der Signalpegel ein Kommunikationsabschnittswechsel angezeigt
ist. Die Dämpfung
des Leiterpaars wird also entweder entsprechend gewählt oder
aber die ohnehin vorhandene Dämpfung
des Leiterpaars wird erhöht,
indem zusätzliche
Dämpfungselemente
vorgesehen werden.
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Eine
zweite erfindungsgemäße Lösung sieht vor,
dass die jeweils an eine Streckeneinrichtung angeschlossenen Leiterabschnitte
quer zu ihrer Längserstreckung
gesehen einander überlappend
angeordnet sind, dass im Überlappungsbereich
jeder Leiterabschnitt für
sich derart mit Dämpfungselementen versehen
ist, dass ein in einen Leiterabschnitt eingekoppeltes und sich als
leitungsgebundene Welle ausbreitendes Signal längs des Überlappungsbereichs eine Signaldämpfung erfährt, so
dass der von der Fahrzeugeinrichtung eines Fahrzeugs empfangene Signalpegel
beim Überfahren
des Überlappungsbereichs
abnimmt, während
der Signalpegel des in den unmittelbar nachfolgenden Kommunikationsabschnitt
eingekoppelten Signals zunimmt, und dass dem Fahrzeug mittels der
Ab- und Zunahme der Signalpegel ein Leiterabschnittswechsel angezeigt
ist.
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Bei
beiden Lösungen
ist eine Verkopplung des LZB-Systems und des Kommunikationssystems für die ungestörte Kommunikation
trotz regelmäßiger Linienleiterwechsel
nicht mehr erforderlich, da die Fahrzeugeinrichtung des Schienenfahrzeuges selbsttätig einen
Wechsel des Kommunikationsabschnitts bzw. des entsprechenden Leiterabschnitts erkennt.
Die Übergabe
der Kommunikation von einem Abschnitt zum nächsten erfolgt ohne Unterbrechung
und ohne dass dort Orts-, Geschwindigkeits- und/oder Fahrtrichtungsinformationen
erforderlich sind. Die Lösung
besteht darin, dass benachbarte Abschnitte keine scharfen Grenzen
aufweisen, sondern dass ein entsprechender Übergangsbereich existiert,
in dem die beiden Signale der unmittelbar aufeinander folgenden
Streckeneinrichtungen ein- und
ausgekoppelt werden können.
Dazu arbeiten diese beiden Streckeneinrichtungen auf unterschiedlichen
Frequenzen bzw. Übertragungskanälen. Vorteilhafter
Weise verfügt
die Fahrzeugeinrichtung dazu über
zwei Empfänger,
wovon nur einer zur momentanen Kommunikation genutzt werden muss, während der
andere die übrigen Übertragungskanäle nach
Signalen absuchen kann. Im Übergangsbereich wird
der zweite Empfänger
die Signale des nachfolgenden Abschnitts empfangen und so eine Umschaltung
mit lückenloser
Datenübertragung
ermöglichen. Bei
beiden Lösungen
liegt eine Entkopplung von LZB-System und Kommunikationssystem vor.
Das ermöglicht
die Projektierung von Kommunikationssystem und LZB-System unabhängig voneinander, wodurch
sich Zeit- und Kostenvorteile in der Projektabwicklung ergeben.
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Eine
technisch einfache Ausführung
sieht vor, dass die Dämpfungselemente
zwischen und in die beiden nebeneinander verlaufenden Leiter geschaltete
Widerstände
sind.
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Um
die als Wellenleiter wirksamen Leiter mit geringem Aufwand reflektionsfrei
abschließen
zu können,
wird vorgeschlagen, dass die Widerstände als Widerstandsnetzwerk
geschaltet sind.
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Um
einen sicheren Leiterabschnittswechsel zu erkennen, wird vorgeschlagen,
dass die Abschwächung
der Signalpegel vorgegeben ist.
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Eine
einfache vorgegebene Abschwächung sieht
vor, dass diese stufenförmige
erfolgt.
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Eine
kostengünstige
Dämpfung
lässt sich dadurch
verwirklichen, dass eine kontinuierliche oder gestufte Verringerung
des Abstandes der beiden Leiter vorgesehen ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen Übergangsbereich
eines in Kommunikationsabschnitte unterteilten durchgehenden Leiterpaars
eines Kommunikationssystems,
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2 ein
als Widerstandsnetzwerk ausgebildetes Dämpfungselement gemäß 1,
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3 eine örtliche
Verteilung der Signalpegel im Übergangsbereich
längs der
Fahrstrecke,
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4 einen Überlappungsbereich
eines aus separaten Leiterabschnitten gebildeten Kommunikationssystems,
und
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5 eine örtliche
Verteilung der Signalpegel im Überlappungsbereich
längs der
Fahrstrecke.
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1 zeigt
ein Paar zweier durchgehender Leiter 1 mit einem Übergangsbereich 2 und
zwei Kommunikationsabschnitten 3, 4 eines Kommunikationssystems
zur Zugbeeinflussung von Schienenfahrzeugen, wobei die beiden Kommunikationsabschnitte 3, 4 durch
den Übergangsbereich 2 voneinander
getrennt sind. Die Schienenfahrzeuge bewegen sich auf einem nicht
gezeigten Fahrstreckennetz, wobei die Leiter 1 längs der
Fahrstrecken bzw. der Fahrschienen verlaufen. An die Leiter sind
Streckeneinrichtungen 5, 6 angeschlossen, welche
zum Datenaustausch hochfrequente elektrische Signale in die jeweils
zugeordneten Kommunikationsabschnitte 3, 4 einkoppeln
und eingekoppelte hochfrequente Signale wiederum empfangen können; die Streckeneinrichtungen 5, 6 verfügen dazu
jeweils über
einen Sender und einen Empfänger
(nicht gezeigt). Dabei sind die Streckeneinrichtungen 5, 6 so ausgelegt,
dass die Streckeneinrichtungen 5, 6 zweier jeweils
unmittelbar benachbarter Kommunikationsabschnitte 3, 4 Signale über verschiedene
Frequenzbänder
aussenden. Die von den Streckeneinrichtungen 5, 6 eingekoppelten
Signale breiten sich in dem Leiterpaar der Leiter 1 als
leitungsgebundene Welle in Richtung der Pfeile 7a zum Übergangsbereich 2 hin
als auch in Richtung der Pfeile 7b aus, wobei dessen Signalpegel
bis zum Übergangsbereich 2 aufgrund
der geringen Leitungsdämpfung
nur geringfügig
abnimmt.
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Der Übergangsbereich 2 ist
durch Dämpfungselemente 7 charakterisiert,
die zwischen die Leiter 1 geschaltet sind, wobei vorzugsweise
mehrere beabstandete Dämpfungselemente 7 im Übergangsbereich 2 verwendet
werden. Das Signal erfährt
im Übergangsbereich 2 jeweils
eine vorgegebene durch die Dämpfungselemente 7 und
deren Abstand voneinander definierte Dämpfung, die sich deutlich von
der normalen Leitungsdämpfung
unterscheidet. Die Dämpfungselemente 7 können so
bemessen sein, dass der Signalpegel der sich jeweils als leitungsgebundene
Welle in Pfeilrichtung 7a ausbreitenden Signale am jeweiligen
Ende des Übergangsbereiches 2 nur
noch vernachlässigbar
ist. Der Signalpegel kann aber auch nach Passieren des Übergangsbereichs 2 noch
einen wesentlichen Wert aufweisen, um zumindest noch eine Notkommunikation
zu ermöglichen.
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Ein
sich in Richtung des Pfeils ZR bewegendes Schienenfahrzeug ist mit
einer entsprechenden Fahrzeugeinrichtung FE ausgestattet, welche
induktiv mit den Leitern 1 gekoppelt sind. Auf diese Weise kann
jede, ebenfalls einen Sender und einen Empfänger aufweisende Fahrzeugeinrichtung,
Signale in das aus den Leitern 1 gebildete Leiterpaar einkoppeln
und aus diesen auch wieder auskoppeln (empfangen). In 1 ist
die Fahr zeugeinrichtung FE des sich in Richtung des Pfeils ZR bewegenden
Schienenfahrzeugs zu dem Zeitpunkt eingezeichnet, wo sie sich noch
vor dem Übergangsbereich 2 befindet. Die
gestrichelte Darstellung der Fahrzeugeinrichtung FE soll andeuten,
dass sich diese mit dem Schienenfahrzeug bewegt. Bis zum Erreichen
des ersten Dämpfungselements 7 des Übergangsbereichs 2 empfängt die
Fahrzeugeinrichtung FE das Signal der Streckeneinrichtung 5 mit
vollem Signalpegel. Beim Überfahren
des Übergangsbereichs 2 verringert
sich der durch die Fahrzeugeinrichtung FE empfangene Signalpegel
stufenförmig,
d.h. die Dämpfungselement 7 sind
so dimensioniert, dass eine stufenförmige Abschwächung erfolgt.
Allerdings ist auch jede andere geeignete Abschwächung vorgebbar.
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Wie 1 erkennen
lässt,
breitet sich auch das von der Streckeneinrichtung 6 ausgesendete
Signal als leitungsgebundene Welle in Pfeilrichtung 7a zum Übergangsbereich 2 hin
aus, allerdings entgegengesetzt zu dem sich in Richtung des Pfeils
ZR bewegenden Schienenfahrzeug. Auch dieses Signal erfährt wie
das Signal der Streckeneinrichtung 5 im Übergangsbereich
eine stufenförmige
Abschwächung,
so dass als Folge davon die Fahrzeugeinrichtung FE im Übergangsbereich
sowohl das Signal der Streckeneinrichtung 5 als auch das
der Streckeneinrichtung 6 empfangen kann. Dabei nimmt das
von der Streckeneinrichtung 5 ausgesendete und von der Fahrzeugeinrichtung
FE empfangende Signal beim Passieren des Übergangsbereichs 2 stufenförmig ab, während der
Signalpegel der Streckeneinrichtung 6 des unmittelbar nachfolgenden
Kommunikationsabschnitts 4 stufenförmig zunimmt. Die Fahrzeugeinheit FE
ist so ausgebildet, dass sie, während
sie das Signal einer Streckeneinheit empfängt, hier der Streckeneinheit 5,
in der Lage ist, festzustellen, ob gleichzeitig ein Signal einer
anderen Frequenz empfangbar ist. Dazu werden von der Fahrzeugeinrichtung
FE die entsprechenden Frequenzbereiche jeweils abgetastet. Ein den Übergangsbereich 2 passierendes Schienenfahrzeug
stellt folglich fest, dass erstens ein zweites Signal, nämlich das
der Streckeneinrichtung 6, empfangbar ist und dass zweitens
dessen Signalpegel in vorgegebener Weise, nämlich stufenförmig, zunimmt,
während
drittens gleichzeitig der Signalpegel des im Kommunikationsabschnitt 3 empfangenden
Signals stufenförmig
abnimmt. Auf diese Weise erkennt die Fahrzeugeinrichtung FE, dass
ein Wechsel der Kommunikationsabschnitte 3, 4 vorliegt,
hier der Wechsel vom Kommunikationsabschnitt 3 zum Kommunikationsabschnitt 4.
Die Fahrzeugeinrichtung kann folglich anhand des erkannten Kommunikationsabschnittswechsels
die Kommunikation unterbrechungsfrei mit dem Streckengerät 6 aufnehmen und
die mit dem Streckengerät 5 beenden.
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2 zeigt
ein Dämpfungselement 7,
das als Widerstandsnetzwerk (Widerstände R1, R2) ausgebildet ist,
wobei die Widerstände
R1, R2 zwischen und in die beiden nebeneinander verlaufenden Leiter 1 geschaltet
sind.
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Die
durchgehenden Leiter 1 sind zur Vermeidung von Störungseinkopplungen
und zur „Symmetrierung" typischerweise in
regelmäßigen Abständen gekreuzt
(aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellt). Das Widerstandsnetzwerk ist jeweils an ausgewählten Kreuzungsstellen
der Schleifen eingebaut. Allerdings muss nicht jede Kreuzungsstelle zwangsläufig ein
Widerstandsnetzwerk beinhalten.
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3 zeigt
die normierten von einer Fahrzeugeinrichtung FE empfangbaren Pegel
P in Abhängigkeit
von Ort O des Schienenfahrzeugs bzw. der Fahrzeugeinrichtung FE.
Man erkennt, dass der Pegel P der Streckeneinrichtung 5 und
damit des Kommunikationsabschnitts 3 bei Bewegung des Schienenfahrzeugs
in Richtung ZR im Übergangsbereich 2 stufenförmig abnimmt,
wäh rend
der Pegel P4 der Streckeneinrichtung 6 des Kommunikationsabschnitts 4 gleichzeitig
stufenweise zunimmt. Dabei ist der Pegel P = m hier ein Pegel P,
bei dem immer noch eine Kommunikation, also ein Datenaustausch,
zwischen den Strecken- und Fahrzeugeinrichtungen 5, 6,
FE stattfinden kann.
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4 zeigt
analog zu 1 zwei unmittelbar aufeinander
folgende Kommunikationsabschnitte 3, 4, an die
jeweils eine Streckeneinrichtung 5, 6 angeschlossen
ist, wobei die beiden Streckeneinrichtungen hochfrequente Signale
aussenden (und empfangen), die sich als leitungsgebundene Wellen
in Richtung der Pfeile 7a und 7b von der Einspeisungsstelle aus
ausbreiten. Die Kommunikationsabschnitte 3, 4 weise
hier aus elektrischen Leitern 1a, 1b gebildete Leiterabschnitte 1c, 1d auf,
die beide in einem Überlappungsbereich 2a enden,
in dem die Leiterabschnitte 1c, 1d einander überlappend
angeordnet sind. Im Überlappungsbereich 2a ist
jeder Leiterabschnitt 1c, 1d für sich, d. h. der Leiterabschnitt 1c der Leiter 1a und
der Leiterabschnitt 1d der Leiter 1b, mit Dämpfungselementen 7 versehen.
Im Unterschied zu der Ausführung
in 1 handelt es sich hier um kein durchgehendes Leiterpaar,
sondern um einander überlappende „Leiterschleifen", die so verlegt sind,
dass sie sich gegenseitig weder galvanisch noch magnetisch beeinflussen
(Entkopplung). Die Dämpfungselemente 7 in
der 4 gehören
von links nach rechts gesehen abwechselnd zum Leiterabschnitt 1c und
zum Leiterabschnitt 1d. Selbstverständlich können die Dämpfungselemente 7 der
beiden Leiterabschnitte 1c, 1d auch jeweils (längs der Fahrstrecke)
auf gleicher Höhe
liegen. Jedes Dämpfungselement 7 ist
dabei wiederum als Widerstandsnetzwerk gemäß 2 ausgebildet.
Zur Vermeidung von Reflexionen sollten die „Leiterschleifen" vorzugsweise mit
einem Abschlusswiderstand versehen sein, der dem Wellenwiderstand
am (verjüngten) Ende
der Schleife entspricht.
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Prinzipiell
können
Dämpfungselemente 7 allgemein
auch in der kontinuierlichen Verringerung des Abstandes der beiden
Leiter 1a, 1b bestehen, so dass das emittierte
H-Feld wegen der so bewirkten geringeren wirksamen Fläche der „Leiterschleifen" ebenfalls kontinuierlich
reduziert wird, was übrigens auch
durch eine gestufte Verringerung des Abstandes der beiden Leiter 1a, 1b an
den Kreuzungsstellen erzielt werden kann.
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5 zeigt
analog zu 3 ein zugehöriges normiertes Pegeldiagramm,
in dem der empfangbare Pegel P in Abhängigkeit vom Ort O des Schienenfahrzeugs
bzw. der Fahrzeugeinrichtung FE dargestellt ist. Man erkennt auch
hier – wie
in 3 – die stufenweise
Abnahme bzw. Zunahme der zugehörigen
Pegel P3, P4. Allerdings sinkt der Pegel P3 nach Verlassen des Leiterabschnitts 1d auf
Null ab, während
der Pegel P4 beim Erreichen des Leiterabschnitts 1c von
Null auf einen unteren Wert mit dem Pegel P = m springt.