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Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Einrichtung zur Wahrnehmbarmachung von in Wechselströmen enthaltenen Teilströmen eines bestimmten engen Frequenzbereiches, u. zw. unter Anwendung von an sich bekannten Vorrichtungen, welche, beim Auftreten von Teilströmen eines bestimmten Frequenzbereiches im Auslösestromkreis, zur Wirkung kommen, insbesondere von frequenzselektiven Relais nach Art der Wattmeter. Derartige Einrichtungen sind insbesondere in der Mehrfachtelegraphie mit und ohne Draht verwendbar, da hiedurch eine bessere Ausnutzung der Fernleitungen bzw. der Sendeund Empfangsanlage ermöglicht wird, indem eine grosse Zahl von Telegrammen gleichzeitig gesendet bzw. empfangen werden kann.
Die vorerwähnten an sich bekannten frequenzselektiven Relais, auch Wattmeterrelais genannt,
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Einwirkung der in den beiden Spulen fliessenden Ströme eine mechanische Schwingung mit der Differenzfrequenz der beiden Ströme ausführt, derart, dass der maximale Ausschlag bei gleichbleibender Grösse der Ströme nur dann eine messbare Grösse erreicht, wenn die Frequenzen der beiden in den Spulen fliessenden Ströme entweder gleich sind oder voneinander nur innerhalb enger Grenzen abweichen.
Ferner ist bei Frequenzgleichheit die Grösse des in diesem Falle konstant bleibenden Ausschlages von der Phasenverschiebung abhängig, u. zw. wird bei einer Phasenverschiebung der Ströme um 90 der Ausschlag gleich Null.
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zu betätigen, der einen Lokalstromkreis schliesst und dadurch ein Anzeigemittel betätigt. Hiebei ergeben sich jedoch folgende Schwierigkeiten : Eine derartige Signalisierung wird praktisch sofort wirkungslos,
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da der mit der bewegliehen Spule verbundene Kontakt in diesem Falle, wie oben erwähnt, eine mit der Differenzfrequenz der Periodenzahlen schwingende Bewegung ausfuhrt und infolgedessen ein Stromschluss im Lokalstromkreis nur zeitweise erfolgt.
Ferner wird das Relais auch bei vollkommen übereinstimmenden Frequenzen, wie schon erwähnt, auch dann wirkungslos, wenn sich Auslösestrom und Erregerstrom gegenseitig in ihrer Phase bis zum extremen Wert von 900 verschieben, da in diesem Falle keine dynamische Wechselwirkung der Spulen aufeinander eintritt. Man hat bisher versucht, diese Übelstände, welche sich beide im praktischen Telegraphenbetrieb mit Rücksicht auf die veränderlichen Eigenschaften der Ubertragungsmittel, z. B. der Abhängigkeit der Selbstinduktion und Eigenkapazität einer Telegraphenlinie von den Wettereinflüssen, unmöglich vermeiden lassen, durch Synchronisier- einrichtungen zu verhindern.
Diese machen jedoch die Sende- und Empfangsanordnungen äusserst verwickelt, ohne dass sie eine auch nur einigermassen sichere Gewähr für das Eintreten der beabsichtigten Wirkung geben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere für die Anwendung in der Wechsel- stronunehrfachtelegraphie eine Einrichtung zur Wahrnehmbarmachung von in Wechselströmen zusammen- gesetzter Frequenz enthaltenen Teilströmen eines bestimmten engen Frequenzbereiches zu schaffen. welche ohne Anwendung irgendwelcher Synchronisiereinrichtungen, unabhängig von der Grösse des Frequenzunterschiedes innerhalb des vorbestimmten engen Bereiches und unabhängig von der Grösse der Phasenabweichuns :
des Auslösestromes gegenüber dem Erregerstrom bei Frequenzgleichheit dauernd sicher arbeitet.
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Dies-wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Lokalstromkreis mit zwei oder mehreren Unterbrechungsstellen vorgesehen ist, die durch die erwähnten, an sich bekannten Vorrichtungen, welche
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der Unterbrechungsstellen abwechselnd so aufeinander folgt, dass in jedem Moment mindestens eine Unterbrechungsstelle geschlossen und so ein dauernder Stromschluss im Lokalstromkreis hergestellt ist.
In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel und mehrere Anwendungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 ein frequenzselektives Relais und die Art der Einschaltung des frequenzselektiven Relais in die Einrichtung, Fig. 2 ein Diagramm, Fig. 3 die Schaltanordnung gemäss der Erfindung, Fig. 4 ein weiteres Diagramm, Fig. 5 eine Sendeschaltung und Fig. 6 eine Empfangsschaltung für drahtlose Wechselstrommehrfachtelegraphie, Fig. 7 eine Sendeschaltung und Fig. 8 eine Empfangsschaltung für Wechselstrommehrfachtelegraphie mit Draht.
Das in Fig. 1 dargestellte frequenzselektive Relais R besitzt einen hufeisenförmigen lamellierten Weicheisenkern 1, einen ebenfalls lamellierten Weicheisenzylinder 2, der von den Polschuhen 3 des Weicheisenkernes 1 umschlossen wird. Auf dem Eisenkern 1 ist eine Spule S1 aufgebracht, im Luftspalt 4 zwischen dem Eisenkern 1 und dem Zylinder 2 befindet sich eine Spule 82, welche in Spitzen 5 zentrisch zum Anker 2 gelagert ist und sich in dem Luftspalt 4 bewegen kann. Die Spule 82 wird durch Spiralfedern 7 in der gezeichneten Mittellage gehalten. Mit der Spule 82 ist eine Zunge T verbunden, welche
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Nach dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist das Anzeigemittel T gleichzeitig für Kontaktgebung eingerichtet, indem am oberen Ende der Zunge T symmetrisch zur Mittellage derselben zwei Kontakte K angeordnet sind. Bei Ausschlag der Zunge T kann auf diese Weise ein Lokalstromkreis geschlossen und eine Bewegung der Spule 82 auf diese Weise wahrnehmbar gemacht werden. Die Art der Einschaltung dieses frequenzselektiven Relais ist folgende :
Die Spule 81 liegt in einem Stromkreis 10 mit einer Wechselstromquelle 11, die Spule S2 in einem Stromkreis 12 mit einer Wechselstromquelle. ! 3. Die Zunge T und die Kontakte. K liegen in einem Lokalstromkreis 15 mit einer Stromquelle 16 und einem den Stromdurchgang anzeigenden Mittel ? 7.
Fliesst
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durch die Spule, S'z, so wird, falls das durch die elektrodynamische Wechselwirkung der beiden Spulen aufeinander entstehende Drehmoment genügend gross ist und genügend lange einwirkt, die Spule sich in dem Luftspalt 4 verdrehen, hiebei die Zunge T einen Ausschlag vollführen und mit einem der Kontakte K in Berührung kommen. Hiedurch wird der Stromkreis 15 geschlossen und das den Stromdurchgang anzeigende Organ 17 in Funktion gesetzt.
Um das Verständnis der späteren Darlegungen zu ermöglichen, wird im folgenden die Wirkungsweise des frequenzselektiven Relais in einem allgemeinen Fall kurz theoretisch untersucht :
Auf das bewegliche System 82 samt Zunge T wirkt ein zeitlich veränderliches Drehmoment, welches einem Sinusgesetz folgt, ein.
Es sollen bezeichnen : a den momentanen Ausschlagwinkel der Zunge T, ama den maximalen Ausschlagwinkel der Zunge T, dk den Aussehlagwinkel, bei dem die Kontakte K eben erreicht werden,
D den Augenblickswert des Drehmomentes, Dm < M : den Maximalwert des Drehmomentes, k Konstante der Spiralfeder, k1 Dämpfungskonstante,
M Trägheitsmoment, des beweglichen Systems ssa.
Das erzwingende Drehmoment D ist # nach Voraussetzung # gegeben durch :
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wo 2#f die Kreisfrequenz und f die Periodenzahl des zeitlich veränderlichen Drehmomentes bedeuten.
Für die Bewegung des Systems 82 gilt dann die Differentialgleichung :
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Die stationäre Lösung der Gleichung (2) wird eine Sinusbewegung mit der Kreisfrequenz 2 #f sein ; es soll daher der Ansatz gemacht werden :
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wo amax die Amplitude der Schwingungen des Systems 82 und die Phasenverschiebung zwischen Zungenbewegung und Drehmomentverlauf bedeuten. Der Ansatz (3) in Gleichung (2) eingesetzt, ergibt nach
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momentes aufgetragen. Die Kurve wurde mit bestimmten Zahlenwerten aus Gleichung (4) gezeichnet und auch durch Versuche des Erfinders bestätigt.
Wie man sieht, nimmt Mit der Frequenz f sehr
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Kontakte und wie aus der Gleichung (4) ersichtlich von M, k, kl. also von Konstruktionsgrössen, ab und lässt sich daher im Voraus bestimmen.
Wenn Nf die Frequenz des in der Spule S2 fliessenden Stromes (Stromkreis 12), N. die Frequenz
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sein muss, soll das Drehmoment d eine Kontaktgebung zur Folge haben. Zusammenfassend kann daher gesagt werden :
Wird in einem frequenzselektiven Relais R die Spule S1 dauernd mit einem"Erregerstrom" bestimmter Frequenz gespeist und die Spule S2 von einem ,,Auslösestrom" durchflossen, der mehrere übereinander gelagerte Ströme verschiedener Frequenz enthält, so tritt ein Ansprechen des Relais R nur dann ein, wenn einer der übereinander gelagerten Ströme im Auslösestromkreis dieselbe Frequenz besitzt, wie der Erregerstrom in der Spule 81 oder davon nur innerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht.
Für den Fall Nf = Nk, ergibt sich aus Gleichung (8) bei einer Phasenverschiebung : p zwischen
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Das Drehmoment ist in diesem Falle von der Phasenverschiehung zwischen Auslöse- und Erregerstrom, vom rots, abhängig. Ist Do (Fig. 4) dasjenige Drehmoment, das erforderlich ist, um die Zunge T mit einem Kontakt K in Berührung zu bringen, so wird in Fällen, wo das Drehmoment geringer als Do ist, eine Kontaktgebung nicht erfolgen. In Fig. 4 ist in einem Diagramm die Abhängigkeit der Kurve Dr vom Winkel # gezeichnet. Der Wert D. entspricht demjenigen Drehmoment, das notwendig ist, um die Zunge mit einem Kontakt in Berührung zu bringen. Die voll ausgezogenen Teile der Kurve Dj zeigen an, in welchen Fällen eine Kontaktberührung erfolgen kann.
Wie ersichtlich, würde ein einfaches Relais R (Fig. l) eine. Kontaktgebung bei beliebigem Phasenwinkel nicht gewährleisten. Durch die Anordnung von zwei oder mehreren zusammengeschalteten Relais
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zwischen Auslöse- und Erregerstrom die Herstellung des Stromschlusses im Lokalstromkreis 15 dauernd bewirkt, wenn in den Spulen S1 und 82 Ströme entsprechender Frequenz fliessen.
R1 und R2 (Fig. 3) sind zwei Relais bei denen die einen Windungssysteme S1 in Stromkreisen 20 und 21 liegen, welche von derselben Erregerstromquelle 2. 3 gespeist sind. Im Stromkreis 21 ist jedoch
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gegenüber dem Strom im Stromkreis 20, beispielsweise in Form einer Drosselspule 25 angeordnet. Am oberen Ende der Zungen T1 und T2 sind beiderseitig angeordnete Kontakte K1 und K2 angeordnet, welche in einem Lokalstromkreis 15 mit einer Stromquelle 16 und einem Anzeigemittel 17 so parallel geschaltet sind, dass bei einem Ausschlag einer der beiden Zungen T1 und T2 nach irgendeiner Seite der Stromkreis 15 geschlossen wird.
Die ändern Windungssysteme S, beider Relais R1 und R2 liegen in Serie im Auslösestromkreis 12, als dessen Stromquelle dz ein Transformator schematisch angedeutet ist.
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einen Relais RI das Drehmoment DI = k JIJf cos #, so wird das zweite Relais Ru ein Drehmoment Du = k J IJf sin # besitzen. Wie man aus dem in Fig. 4 gezeichneten Diagramm erkennt, ist in diesem Falle bei beliebigem Phasenwinkel ein Drehmoment, das grosser als D ist, vorhanden und daher ein sicherer Stromfluss im Lokalstromkreis 15 erreicht, da zumindest einer der vier vorhandenen Kontakte K1, K2, die alle parallel zueinander geschaltet sind, von einer Zunge T berührt wird.
Auch für den Fall, dass Nf#Nk aber Nf#Nk Kleiner als Z wird, wird die Anordnung noch sicher funktionieren. Man kann sich die beiden Frequenzen gleich vorstellen und den Phasenwinkel veränderlich, u. zw. mit der Periodenzahl -. Es gilt dann das Diagramm Fig. 4 für die Drehmomente DI und DII, u. zw. wird das Diagramm Nf#Nk # mal in der Sekunde durchlaufen. Die Bewegung der beiden Zungen erfolgt mit derselben Periodenzahl, wie die Drehmomentschwankungen.
Für diesen Fall ist, wie aus Fig. 2 zu sehen, s, a so, dass während einer vollen Schwingung jede Zunge Z zweimal Kontakt gibt. Die Schwingungen der beiden beweglichen Systeme sind ebenso wie die
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schon geschlossen sein, so dass während der ganzen Dauer des Auslösestromes in jedem Momente wenigstens einer der vier Kontakte K1, K2 geschlossen ist.
Da das Relais nur für einen geringen Frequenzbereich, auf den es eben eingestellt ist, anspricht, ist es gegen atmosphärische oder andere äussere Störungen beinahe unempfindlich.
Fig. 5 ist schematisch eine Schaltordnung eines Senders für drahtlose Vielfachtelegraphie gemäss der Erfindung. Die einzelnen Niederfrequenzströme, welche sämtliche verschiedene Frequenzen besitzen, werden über Transformatoren 80 dem Modulationsrohr 32 zugeführt. Den einzelnen Strömen können über Tastvorrichtungen 33 die Telegraphierzeichen aufgedrückt werden. Im Modulationsrohre 32 werden die Telegraphierströme einerseits verstärkt und anderseits einander überlagert und mit dem Summenstrom wird der in dem Senderohr 35 erzeugte Hochfrequenzstrom moduliert. Der modulierte Hochfrequenzstrom wird von der Antenne 36 ausgestrahlt.
In Fig. 6 ist schematisch eine entsprechende Empfangsanordnung für drahtlose Vielfachtelegraphie dargestellt. Die modulierte Hochfrequenzquelle wird durch einen Empfänger beliebiger Art aufgenommen und gleichgerichtet, so dass nur mehr die einander überlagerten Telegraphierströme in den eigentlichen Telegraphenempfänger nach Fig. 6 eintreten. Die Telegraphierströme werden in einem Verstärkerrohr 40 einer Verstärkung unterzogen, so dass dieses als Stromquelle (13 in Fig. 1) des Auslösestromkreises 12 dient. In diesem sind sämtliche Windungssysteme 82 in Serie eingeschaltet, wobei je zwei Relais jK und R2 zusammengehören und auf eine bestimmte Frequenz ansprechen.
Die Anordnung sämtlicher Relaispaare R1, R2 entspricht dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Der Lokalstromkreis 15 in dem die Kontaktpaare liegen, enthält eine Gleichstromquelle z. B. einen Akkumulator 41 und ein die Telegraphenzeichen registrierenden Apparat z. B. einen Morseschreiber 42. Je nach der Anzahl der gesandten Telegraphierströme sind ebensoviele Relaispaare angeordnet, so dass je ein Relaispaar auf eine Frequenz, d. h. nur auf einen der Telegraphierströme anspricht und einen eigenen lokalen Stromkreis steuert. Auf diese Weise können eine grosse Anzahl von Strömen verschiedener Frequenz, welche in den Niederfrequenzverstärker 40 gelangen, durch die Relaispaare getrennt und die einzelnen Telegraphenzeichen aufgenommen werden.
Fig. 7 zeigt eine Sendeschaltung bei Vielfachtelegraphie mit Draht. Hierin sind Transformatoren 45 als Stromquellen für die Telegraphierströme mit verschiedener Frequenz angedeutet, 46 sind Tastvorrichtungen mittels welchen den Telegraphierströmen die Zeichen aufgedrückt werden. In der Kathodenröhre 48 werden die übereinander gelagerten Telegraphierströme verstärkt und über den Transformator 50 in die Fernleitung 51 entsendet. In Fig. 8, welche die entsprechende Empfal1gsanordnung schematisch darstellt, ist 51 die ankommende Fernleitung, ? der Eingangstransformator, welcher als Stromquelle für den Auslösestromkreis 12 dient.
In diesem Auslösestromkreis sind die einzelnen Relaispaare R1 und R2 eingeschaltet, welche wie oben beschrieben, die Telegraphierströme voneinander trennen und in den Empfangsapparat 42 die Aufnahme der Einzeltelegramme ermöglicht.
In bezug auf die Grössenanordnung und gegenseitigen Abstand der Niederfrequenzströme voneinander gilt folgendes :
1. Eine untere Grenze ergibt sich durch die gewünschte Telegraphiergeschwindigkeit. Es müssen nämlich wenigstens 5-6 Perioden auf die Dauer eines Zeichens entfallen ; bei Annahme einer Telegraphiegeschwindigkeit von 15 Zeichen per Sekunde ergibt sich N min # 6 x 15 # 90 Per/Sek. Für die folgende Berechnung der möglichen Anzahl der durch die Relais gemäss der Erfindung aus einem Auslösestromkreis abtrennbaren Frequenzen sei angenommen N min = 100 Perioden.
2. Der gegenseitige Abstand zwischen zwei benachbarten Frequenzen ist ebenfalls durch die
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Da während einer ganzen Periode einer Drchmomentschwankung zweimal Kontakt gegeben wird, am rechten und am linken Kontakt Kl und K2, so muss 27-5 sein. Angenommen sei Z = 15.
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zwischen den modulierenden Niederfrequenzen und den Frequenzen der lokalen Speiseströme der Relais nicht zu erreichen sein wird ; wenn auch Röhrengeneratoren verwendet werden, so muss trotzdem mit einer Frequenzschwankung von ein Viertel Prozent gerechnet werden. Angenommen sei eine Frequenz- schwankung von einem halben Prozent.
Wenn also im ungünstigsten Falle die Frequenz des Fernstromes und die Speisefrequenz am Relais beide in entgegengesetztem Sinne um ein halbes Prozent vom richtigen
Wert abweichen, so ist die maximale Abweichung gleich ein Prozent. Diese Abweichung muss kleiner als Z sein, wenn das Relais noch ansprechen soll. Angenommen sei als zulässige Schwankung A N = 10 Pe- rioden ; da Z = 15 Perioden, so wird bei A N = 10 das Relais noch betriebssicher ansprechen. Daraus ergibt sich :
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Elektrische Einrichtung zur Wahrnehmbarmachung von in Wechselströmen enthaltenen Teilströmen eines bestimmten Frequenzbereiches insbesondere für Wechselstrommehrfachtelegraphie u. dgl.,
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das Schliessen und Öffnen der Unterbrechungsstellen abwechselnd so aufeinander folgt, dass in jedem Moment mindestens eine Unterbrechungsstelle geschlossen und ein dauernder Stromsehluss im Lokalstromkreis vorhanden ist.